一種纖維素增強(qiáng)防粘盤防嘯叫耐磨制動材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種纖維素增強(qiáng)防粘盤防嘯叫耐磨制動材 料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 港口、風(fēng)電、礦山、冶金、起重、機(jī)床、電梯等使用的電磁或液壓制動器，其執(zhí)行機(jī)構(gòu) 是摩擦制動對摩偶，即通過耐磨制動片與制動盤表面接觸所產(chǎn)生的摩擦力作為制動力，使 得設(shè)備的升降或旋轉(zhuǎn)部件能夠調(diào)速或減速至停。目前無論是占主流的失電制動，還是通電 制動，其制動片/制動盤經(jīng)常處于閉合狀態(tài)。由于上述所列舉的設(shè)備其工作環(huán)境多處于高 濕度或野外曝曬等條件，所用的鋼制或鐵基制動盤表面易于產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕甚至生銹，一 旦設(shè)備間隔一定時(shí)間不開動，則極易造成制動片/制動盤抱死，需要拆機(jī)維修才能從新做 到制動片/制動盤的開閉自如，極其費(fèi)時(shí)費(fèi)工。因此從制動片的材質(zhì)設(shè)計(jì)上就使其具備防 粘盤功能是一種主動防御型的解決方案。
[0003] 另一方面，摩擦制動經(jīng)常引起噪聲，而強(qiáng)烈的噪聲可對近距離的操作工以及影響 所及范圍內(nèi)的人員的生理和心理造成程度不同的危害，因此防止制動噪聲長久以來引起業(yè) 界的重視。研究指出影響摩擦噪聲的因素很多，如制動片材料的摩擦特性、對摩偶的運(yùn)動參 數(shù)及對摩偶運(yùn)行的機(jī)械環(huán)境等。
[0004] 有關(guān)制動片材料的摩擦特性與制動噪聲關(guān)系的研究屬于跨學(xué)科（材料科學(xué)與機(jī) 械工程）的課題，一些理論研究認(rèn)為制動噪聲與制動片材料的硬相分布不均關(guān)系密切；國 內(nèi)外大型摩擦材料生產(chǎn)企業(yè)則普遍認(rèn)為制動片材料的壓縮率與制動器的噪聲有直接關(guān) 系一一壓縮率高則噪聲小、壓縮率低則噪聲大；在許多中小型摩擦材料企業(yè)則使用洛氏硬 度指標(biāo)簡單的等價(jià)于壓縮量來評價(jià)制動片材料的噪聲特性。
[0005] 中國專利CN202158125U申請一種防銹摩擦材料，做法是在摩擦材料表面涂抹 防銹劑氧化層；CN202833769U申請一種低噪音剎車片，其摩擦材料層從中間到兩側(cè)的厚 度逐漸減??；CN01126573. 6公開了一種改進(jìn)的轎車制動片的結(jié)構(gòu)、配方及其加工工藝，其 提出了一種轎車制動噪聲的解決辦法，特點(diǎn)是將制動襯片分解為層狀結(jié)構(gòu)，包括制動工作 層、隔熱阻尼層、背板、防振層，制動工作層的材料是由熱固性樹脂、增強(qiáng)纖維、摩擦系數(shù)調(diào) 節(jié)劑、填充料組成，阻尼隔熱層采用以礦物纖維為主要增強(qiáng)體系的有機(jī)基復(fù)合材料。以上是 從制動片外在結(jié)構(gòu)形式上進(jìn)行防噪降噪的專利申請。CN104497974A申請一種低噪音的安 全型摩擦材料及摩擦片的制備方法，其組分中使用的纖維系金屬纖維和合成有機(jī)纖維，所 用的橡膠材料為腈粉和輪胎粉，并添加了有機(jī)摩擦粉。申請?zhí)枮?01210107717. 7的專利說 明文件公開了一種多元樹脂基碳素復(fù)合型盤式制動片及其制備方法，該制動片由下述原料 一次模壓成型：未改性酚醛樹脂，有機(jī)硅改性酚醛樹脂，聚丙烯酸酯改性酚醛樹脂，聚丙烯 腈碳纖維，人造顆粒石墨，天然鱗片石墨，顆粒焦炭，碳化硅，芳綸漿柏，復(fù)合礦物纖維，鋼纖 維，紫銅粉，硫化亞鐵和硫酸鋇其發(fā)明產(chǎn)品的耐磨性好，同時(shí)低噪音。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有改性酚醛基制動片對防粘盤防嘯叫問題解決不力的狀 況，提出用多孔性天然纖維素、核殼結(jié)構(gòu)橡膠粉末（多孔內(nèi)核和皮層預(yù)交聯(lián)橡膠）和環(huán)氧化 植物油為主體成分，再加入改性樹脂基體，熱壓成型制做防粘盤防嘯叫耐磨制動片材料。
[0007] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0008] -種纖維素增強(qiáng)防粘盤防嘯叫耐磨制動材料，由下列重量百份比的原料制成：經(jīng) 過阻燃、熱穩(wěn)定化及其表面處理的纖維素6~18 %，粉末橡膠3-12 %，環(huán)氧化植物油3-9 %， 改性樹脂基體8~24%，摩擦調(diào)節(jié)劑5-15 %，碳質(zhì)材料5-15 %，其余為填充料。
[0009] 本發(fā)明的解決方案的創(chuàng)新之處在于，在摩擦材料的配料中加入了油脂成分和多孔 吸音材料，使得制動片具有防粘盤防嘯叫性能并兼具高耐磨性。選用天然纖維素為增強(qiáng)組 分，經(jīng)過阻燃、熱穩(wěn)定化處理并與其它組分混合均勻后做成制動片材料，這樣的制動片與氮 化處理碳鋼、鑄鋼、鍛鋼及灰口鐵、蠕墨鐵材質(zhì)的制動盤作為對摩偶使用時(shí)，可利用上述阻 燃、熱穩(wěn)定化處理過的纖維素的多孔結(jié)構(gòu)使得制動片具有防粘盤防嘯叫的效果，克服了目 前普遍使用的礦物纖維和晶須材料（系實(shí)心連續(xù)結(jié)構(gòu)）降噪聲效果差且磨損后其磨肩會造 成環(huán)境次生傷害的缺點(diǎn)；配方中加入表皮預(yù)交聯(lián)的核殼結(jié)構(gòu)橡膠粉末，可提高制動片材料 的柔韌性、貼合性和耐磨性，并具有很好的吸聲效應(yīng)使得表面制動時(shí)的嘯叫聲降低；在制動 片模壓粉的混合環(huán)節(jié)中填充環(huán)氧化植物油可防止粉塵飛揚(yáng)，還可以保證壓成的耐磨材料的 動、靜摩擦系數(shù)差值不至于過高，也可以起到防嘯叫的效果，油基成分還可以防止出現(xiàn)長期 閉合條件下制動片會粘住對摩偶制動盤的缺陷。
[0010] 優(yōu)選的是，所述纖維素來源于木材、鋸末、棉花、棉短絨、麥草、稻草、蘆葦、麻、桑 皮、甘蔗渣或細(xì)菌。這樣的天然纖維素具有微觀多孔結(jié)構(gòu)，具有較好的吸聲降噪和隔離效 應(yīng)。
[0011] 纖維素的阻燃、熱穩(wěn)定化處理采用的硼酸鋅、聚磷酸銨、焦磷酸鹽、有機(jī)磷酸酯、三 聚氰胺-磷酸三（丁氧基乙基）酯（TBEP)、含鎂鹽類等。無機(jī)鹽類固體成分可采用水介質(zhì) 中表面沉積到天然纖維素上，之后脫水晾干，有機(jī)磷酸酯等可用其有機(jī)溶劑溶解后得到的 溶液噴淋到纖維素上自然晾至無低揮發(fā)物溢出為止；阻燃、穩(wěn)定劑的添加比例應(yīng)為纖維素 質(zhì)量的10-20%。
[0012] 優(yōu)選的是，所述纖維素的表面處理步驟為：在纖維素表面涂覆1-3% (w/w)的偶聯(lián) 劑。
[0013] 所述偶聯(lián)劑為硅烷類偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋯酸酯偶聯(lián)劑或鋁酸酯偶聯(lián)劑等。偶 聯(lián)劑可以提高纖維和樹脂的粘接強(qiáng)度去，且在選擇偶聯(lián)劑時(shí)應(yīng)盡量選擇與樹脂結(jié)構(gòu)類似 的。
[0014] 優(yōu)選的是，所述粉末橡膠為丁苯橡膠或丁腈橡膠，其粒徑范圍為20~800nm。具有 核殼結(jié)構(gòu)，其核系多孔結(jié)構(gòu)的漂珠或微孔玻璃粉末，表皮層蘸浸丁苯橡膠膠乳或丁腈橡膠 膠乳，膠乳中預(yù)配化學(xué)計(jì)量的硫化劑和硫化促進(jìn)劑，經(jīng)過離心噴霧干燥后在140-160°C下預(yù) 交聯(lián)。
[0015] 優(yōu)選的是，所述改性樹脂基體，以酚醛樹脂、蜜胺樹脂、古馬隆樹脂、環(huán)氧樹脂、聚 氨酯或雙馬來酰亞胺為原料，改性方法是將上述樹脂兩種或兩種以上共混或樹脂間發(fā)生交 聯(lián)形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或?qū)⑸鲜鰳渲械幕钚曰鶊F(tuán)進(jìn)行接枝或封端。
[0016]優(yōu)選的是，所述環(huán)氧化植物油其環(huán)氧值應(yīng)大于6. 0 %，碘值小于3 %，閃點(diǎn)大于 280°C，加熱穩(wěn)定性失重小于6%。環(huán)氧化植物油與樹脂的相容性好，揮發(fā)性小，不易抽出，具 有良好的電性能和較好的柔韌性，對材料中的改性樹脂起增塑和穩(wěn)定的作用。
[0017] 優(yōu)選的是，所述的摩擦調(diào)節(jié)劑為硫鐵礦粉、焦寶石、鋯英粉、T-氧化鋁或鎂鋁尖晶 石，粒度小于300目。上述的摩擦調(diào)節(jié)劑可以穩(wěn)定材料在不同溫度下的摩擦和磨損性能、尤 其是材料在中溫下的摩擦磨損性能。而對于目前國內(nèi)的半金屬剎車材料而言，降低剎車材 料密度和硬度。
[0018] 所述碳質(zhì)材料為蠕蟲狀膨脹石墨，鱗片石墨，高比表面積活性碳粉，顆粒狀多孔焦 炭，納米補(bǔ)強(qiáng)炭黑，活性碳纖維，單壁或多壁碳納米管。碳質(zhì)材料具有高比強(qiáng)度、高比模量、 耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電傳熱和熱膨脹系數(shù)小的特點(diǎn)，可用來增強(qiáng)復(fù)合材料的 摩擦性能。在選定碳纖維含量范圍內(nèi)，隨著碳質(zhì)材料含量的增加，它抗沖擊強(qiáng)度增大，摩擦 系數(shù)減小，磨損率降低，延長制動片使用壽命。
[0019] 本發(fā)明提供了一種纖維素增強(qiáng)防粘盤防嘯叫耐磨制動材料的制備方法，包括如下 步驟：
[0020] (1)將纖維素進(jìn)行阻燃、熱穩(wěn)定化、偶聯(lián)處理后，待用；
[0021] (2)取上述纖維素、粉末橡膠、環(huán)氧化植物油、改性樹脂基體、摩擦調(diào)節(jié)劑、碳質(zhì)材 料、填料混煉，制得模壓粉；
[0022] (3)上述模壓粉需經(jīng)過預(yù)烘，預(yù)熱后，加壓固化成型，即得。
[0023] 上述制備方法的具體步驟如下：
[0024] (1)將天然纖維素先阻燃、穩(wěn)定化處理后，再經(jīng)過偶聯(lián)處理并懸浮開松，在 30_90°C加熱至偶聯(lián)劑完全鋪展浸潤；
[0025] (2)取上述纖維素6~18份，改性樹脂基體8~24份，粉末橡膠3-12份，環(huán)氧化 植物油3-9份，摩擦調(diào)節(jié)劑5-15份，碳質(zhì)材料5-15份，用硫酸鋇為填充料加至100份，在Z 型攪拌機(jī)中進(jìn)行混合，正反轉(zhuǎn)每3分鐘轉(zhuǎn)換一次，總混煉時(shí)間掌握在15-18分鐘，之后出料 得到模壓粉。
[0026] (3)上述模壓粉需經(jīng)過預(yù)烘，預(yù)烘工序參數(shù)為料層厚度小于10cm，預(yù)烘時(shí)間 30min，預(yù)烘溫度 60-90°C?
[0027] (4)預(yù)烘后的模壓粉按照計(jì)量加入預(yù)熱到120-160°C的相應(yīng)的模腔內(nèi)，加壓固化。 先慢速合模并在一分鐘內(nèi)放氣3-6次，之后加壓保壓5-10MPa下固化成型，固化時(shí)間隨制件 厚度而定，一般取1. 0~3.Omim/mm，之后脫模即得到纖維素增強(qiáng)防粘盤防嘯叫耐磨制動材 料。
[0028] 本發(fā)明的有益效果：
[0029] 本發(fā)明著眼于天然纖維素做增強(qiáng)材料，克服了目前常用的礦物纖維和晶須材料使 用過程中產(chǎn)生