一種生物纖維增強摩擦材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬制動摩擦材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物纖維增強摩擦材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]制動摩擦材料是保證汽車、石油鉆機、列車等車輛設(shè)備能夠安全運行的關(guān)鍵性部件，因此，人們對摩擦材料性能的要求也越來越苛刻。首先，摩擦材料的組成成分，尤其是作為增強組份的纖維，要具有優(yōu)異的穩(wěn)定性.不受水和油等外界環(huán)境因素的影響，纖維與材料基體之間具有較好的結(jié)合力，其次，摩擦材料要具有穩(wěn)定的摩擦因數(shù)和優(yōu)異的耐磨性能，此夕卜，摩擦材料對對副的摩擦較小、產(chǎn)生的噪音較弱。這些要求的存在促使科研技術(shù)人員不斷的進行研究，研制新型的.符合要求的摩擦材料。
[0003]目前，在通過摩擦材料配方的改變和工藝優(yōu)化來研究滿足要求的摩擦材料方面，國內(nèi)外均有相關(guān)專利報導(dǎo)，如:
[0004]1.中國專利公開號為104788906，公開日為2015.07.22，發(fā)明名稱為“重載車剎車片耐磨材料”的發(fā)明創(chuàng)造描述了一種摩擦材料及其制造方法；
[0005]2.中國專利公開號為103498388，公告日為2014.01.08，發(fā)明名稱為“一種高靜摩擦系數(shù)紙基摩擦材料及其制備方法”的發(fā)明創(chuàng)造描述了一種紙基摩擦材料及其制造方法；
[0006]3.中國專利公開號為103453057，公告日為2013.12.18，發(fā)明名稱為“一種摻有滸苔纖維的低噪音環(huán)保汽車剎車片及其制備方法”的發(fā)明創(chuàng)造描述了一種環(huán)保摩擦材料及其制造方法；
[0007]4.中國專利公開號為103396764，公告日為2013.11.20，發(fā)明名稱為“一種硅酸鹽水泥增強紙基摩擦材料及其制備方法”的發(fā)明創(chuàng)造描述了一種紙基摩擦材料及其制造方法;
[0008]5.中國專利公開號為103045163，公告日為2013.04.17，發(fā)明名稱為“綜合型摩擦材料”的發(fā)明創(chuàng)造描述了一種綜合型摩擦材料及其制造方法；
[0009]6.中國專利公告號為101929515，公告日為2012.07.04，發(fā)明名稱為“汽車專用無石棉偏軟型半金屬制動材料”的發(fā)明創(chuàng)造描述了一種汽車用無石棉摩擦材料及其制造方法;
[0010]7.中國專利公告號為101514251，公告日為2011.03.16，發(fā)明名稱為“一種天然纖維與晶須混雜增強的汽車制動復(fù)合材料及其制備方法”的發(fā)明創(chuàng)造描述了一種汽車制動摩擦材料及其制造方法；
[0011]8.中國專利公告號為1300483，公告日為2007.02.14，發(fā)明名稱為“高分子復(fù)合紙基摩擦材料”的發(fā)明創(chuàng)造描述了一種紙基摩擦材料及其制造方法；
[0012]隨著社會的快速發(fā)展，汽車.石油.鐵路等行業(yè)對于摩擦材料性能的要求也越來越高，僅僅從摩擦材料的組分和工藝的改進優(yōu)化方面來設(shè)計和制備摩擦材料已經(jīng)越來越來不能滿足現(xiàn)階段對摩擦材料的要求，因此需要綜合統(tǒng)籌材料配方.組分結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計來研制新型摩擦材料。通過對纖維進行結(jié)構(gòu)設(shè)計來提高摩擦材料的摩擦磨損性能的制造方法已經(jīng)見諸專利報道，如:中國專利公告號為102295783，公告日為2013.04.03，發(fā)明名稱為“一種耐熱改性竹纖維及其用于汽車制動摩擦材料的方法”的發(fā)明創(chuàng)造描述了一種汽車摩擦材料及其制造方法;可見對摩擦材料核心組成成分的增強纖維進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，并與配方和工藝優(yōu)化進行綜合考慮，能夠制備出性能優(yōu)異的摩擦材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于解決摩擦材料增強纖維長期受水、油和冰等外界因素影響而失效，增強纖維與摩擦材料基體結(jié)合力差，摩擦材料摩擦因數(shù)不穩(wěn)定、磨損量較大、制動噪音大和對副磨損嚴重等問題，提出了一種超疏水疏油松針纖維和松針粉末的制備方法，以及超疏水疏油松針纖維和松針粉末在摩擦材料中的應(yīng)用。
[0014]本發(fā)明的生物纖維增強摩擦材料按重量百分比各組分含量為:超疏水疏油松針纖維和松針粉末的總重量為6-21%，酚醛樹脂12-61%、石墨2-18%、三氧化二鋁2或10%、橡膠粉末0-3%、硫酸鋇10-23%、摩擦粉1-3%、泡沫鐵粉2-15%、炭黑1-10% ;其中，超疏水疏油松針纖維與松針粉末的含量比1^為:5.5:1 < Iu < 7.5:1。
[0015]生物纖維增強摩擦材料的制備方法包括下列步驟:
[0016]1.制備超疏水疏油松針纖維，包括下列步驟:
[0017]1.1將收集的松針進行烘干處理，處理溫度T為:50°C <T< 75°C，處理時間t為:35min< t < 50min；
[0018]1.2將步驟1.1處理后的松針纖維的85%浸泡在NaoH溶液中，進行纖維表面微結(jié)構(gòu)處理，NaoH質(zhì)量分數(shù)w為:9.5 < w < 11.5，浸泡時間ti為:70min < ti < 10min；
[0019]1.3將步驟1.2處理后的松針纖維在HCl蒸汽中進行中和處理，HCl的濃度η為:1.lmol/L < η < 3.1!1101凡，處理時間七2為:40111；[11 < t2 < 60min；
[0020]1.4將步驟1.3處理后的松針纖維用蒸餾水清洗，然后進行烘干處理，處理溫度T2為:50°C <T2< 75°C，處理時間t3為:35min < t3 < 50min，處理后的松針纖維含水量ω為:2%
<ω <6%，表面粗糙度Ra為:2.05ym<Ra<3.68ym;
[0021 ] 1.5將步驟1.4中處理后的松針纖維截取成相等的長度L為:5mm <L< 25mm；
[0022]1.6將步驟1.5中處理后的松針纖維表面噴涂市售的超疏水疏油涂層，涂層厚度δ為:50μ?? < δ < 70μ??，干燥時間t4為:120min < t4 < 150min，得到超疏水疏油松針纖維。
[0023]2.制備松針粉末，包括下列步驟:
[0024]2.1將步驟1.1得到的松針纖維的15%進行粉碎，得到松針粉末，所選取松針粉末直徑D為:35μηι < D < 300μηι ；
[0025]2.2將步驟2.1制取的松針粉末浸泡在NaOH溶液中，NaOH溶液的質(zhì)量分數(shù)《!為:15wt% < wi < 20wt%，處理時間t5為:130min < ts < 150min；
[0026]2.3將步驟2.2處理后的松針粉末浸泡在硅烷偶聯(lián)劑KH550和甲醇的混合溶液中，硅烷偶聯(lián)劑KH550和甲醇的含量比k2為:1:36 Sk2 < 1:25，處理時間t6為:130min< t6<150min；
[0027]2.4將步驟2.3處理后的松針粉末進行烘干處理，處理溫度T4為:45°C < T4<60°C,處理時間t7為:15min < ?γ < 25min，得到松針粉末。
[0028]3.熱壓一熱處理，包括下列步驟:
[0029]3.1將生物纖維增強摩擦材料的原料:由步驟I制備的超疏水疏油松針纖維、由步驟2制備的松針粉末、酚醛樹脂、石墨、三氧化二鋁、橡膠粉末、硫酸鋇、摩擦粉、泡沫鐵粉和炭黑充分混合進行熱壓處理，壓強P為:50MPa <P< 300MPa，溫度!^為:150°C < T5 < 400°C，保壓時間ts為:35min < ts < 120min；
[0030]3.2完成熱壓后進行熱處理，將壓強P1降至:4MPa < Pi < 1MPa，加熱溫度1~5為:60°C< Ts < 120°C，時間tg為:1min < tg < 300min，即得生物纖維增強摩擦材料。
[0031]本發(fā)明所述的超疏水疏油松針纖維，其表面涂層和表面微結(jié)構(gòu)進行耦合設(shè)計，增加兩者之間的耦合協(xié)同作用，避免水、油和冰等外界因素對增強纖維性能的影響，同時纖維表面微結(jié)構(gòu)的存在能夠提高纖維與摩擦材料基體之間的結(jié)合強度，提升摩擦材料的綜合性能。所述的天然松針粉末的存在，能夠很好的穩(wěn)定摩擦材料摩擦因數(shù)，減少摩擦制動噪音以及減弱對對副的損傷。所述的超疏水疏油松針纖維和松針粉末按一定比例混合，能夠更好的改善摩擦材料的綜合性能、降低磨損量，延長摩擦材料的使用壽命，同時天然組分的存在可以很好的防止環(huán)境污染，節(jié)省資源、保護環(huán)境。
【附圖說明】
[0032]圖1為生物纖維增強摩擦材料示意圖
[0033]其中:1.超疏水疏油涂層2.松針纖維、松針粉末、酚醛樹脂、石墨、三氧化二鋁、橡膠粉末、硫酸鋇、摩擦粉、泡沫鐵粉、炭黑的混合物
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合具體的實施方式來對本發(fā)明進行詳細的描述。
[0035]本發(fā)明所述的生物纖維增強摩擦材料及其制備方法，其中，制動摩擦材料中含有表面具有超疏水疏油涂層的松針纖維以及通過處理制備的天松針粉末填料，制動摩擦材料由熱壓一熱處理方法制備。
[0036]本發(fā)明所述的生物纖維增強摩擦材料由松針纖維.松針粉末和其他基體材料組成，按重量百分比含量為:超疏水疏油松針纖維和松針粉末的總重量為6_21%，其中，超疏水疏油松針和松針粉末的含量比Iu:5.5:l<ki<7.5:1。超疏水疏油涂層與粗糙表面的松針纖維的材料與結(jié)構(gòu)的耦合設(shè)計，可以為涂層的附著提供更大的結(jié)合力，同時涂層的存在能夠很好的阻止水.油和冰等外界因素對纖維整體性能的影響，另一方面，松針纖維和松針粉末按含量比1^進行設(shè)計，能夠更好的改善摩擦材料的綜合性能、降低磨損量，延長摩擦材料的使用壽命，同時天然組分的存在可以很好的防止環(huán)境污染，節(jié)省資源、保護環(huán)境;其余基體材料按重量百分比各組分含量為:酚醛樹脂12-65 %、石墨2-18%、三氧化二鋁2-10%、橡膠粉末0-3%、硫酸鋇10-30%、摩擦粉1-3%、泡沫鐵粉2-15%、炭黑1-10%，確定各組分在摩擦材料中的組分，能夠更好的發(fā)揮調(diào)節(jié)劑的輔助作用，使摩擦材料的整體性能提升。
[0037]采用上述工藝步驟可以制備由上述成分所組成的天然纖維增強摩擦材料，在制備過程中控制材料的組成成分和制備工藝，可以直接控制和調(diào)整摩擦材料的性能，使其滿足不同工況，不同制動設(shè)備對摩擦材料性能的不同要求。
[0038]實施例1
[0039]1.生物纖維增強摩擦材料按重量百分比各組分含量為:超疏水疏油松針纖維和松針粉末的總重量為6%，酚醛樹脂12%、石墨18%、三氧化二鋁10%、橡膠粉末3%、硫酸鋇23%、摩擦粉3%、泡沫鐵粉15%、炭黑10% ;其中，超疏水疏油松針和松針粉末的含量比為5.5:1ο
[0040]2.所述的超疏水疏油松針纖維，通過下列步驟制得，將收集的松針進行烘干處理，處理溫度為50°C，處理時間為35min;然后將松針纖維浸泡在NaoH溶液中進行纖維表面微結(jié)構(gòu)處理，NaoH質(zhì)量分數(shù)w為9.5，浸泡時間為70min然后將松針纖維在HCl蒸汽中進行中和處理，HCl的濃度為1.lmol/L，處理時間為40min;然后將處理后的松針纖維用蒸餾水清洗，然后進行烘干處理，處理溫度為50°C，處理時間為35min，處理后的松針纖維含水量為2%，表面粗糙度Ra為2.05μπι;然后將處理后的松針纖維截取為5mm;然后將處理后的纖維表面噴涂超疏水疏油納米涂層，涂層厚度為50μπι，干燥時間為120min，得到超疏水疏油松針纖維。[00