一種無規(guī)則排列長纖維增強(qiáng)的高強(qiáng)度摩擦材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種高強(qiáng)度的汽車及機(jī)械傳動制動領(lǐng)域內(nèi)使用的摩擦材料，具體設(shè)及 一種無規(guī)則排列的連續(xù)長纖維增強(qiáng)的高強(qiáng)度復(fù)合摩擦材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 摩擦材料在汽車及機(jī)械傳動制動領(lǐng)域內(nèi)有廣泛的應(yīng)用。在某些特殊領(lǐng)域中（如礦 山工程車輛或其它一些對摩擦材料要求較高的領(lǐng)域），摩擦材料的斷裂脫落將導(dǎo)致車輛瞬 間制動失效，產(chǎn)生嚴(yán)重危害。因此需要高的摩擦材料強(qiáng)度才能防止摩擦材料在高負(fù)荷的沖 擊下斷裂脫落，保障車輛及乘員人身及財(cái)產(chǎn)安全。
[0003] 目前市場上所用的摩擦材料大致可分為粉末冶金、碳-碳和樹脂基復(fù)合摩擦材 料，其中樹脂基復(fù)合摩擦材料占有較大比重。樹脂基復(fù)合摩擦材料一般由粘接劑、增強(qiáng)材 料、填料和摩擦調(diào)節(jié)劑構(gòu)成。摩擦材料的生產(chǎn)工藝可分為干法和濕發(fā)兩種。在干法生產(chǎn)中， 由于混料工藝的限制，其中增強(qiáng)材料一般采用短纖維巧mmW下）。運(yùn)種短纖維增強(qiáng)的摩擦 材料難W提供較高的制品強(qiáng)度。在濕法生產(chǎn)中，雖然可W采用較長纖維增強(qiáng)，然而生產(chǎn)過 程需要消耗大量溶劑，不但效率低下，而且溶劑的回收利用過程同樣存在對人身健康和環(huán) 境的危害，且濕法生產(chǎn)所得到的纖維一般為二維分布，在S維方向上的強(qiáng)度較低。專利CN 100520106C提出了一種用紡織型碳纖維材料作主層并由沉積在主層上的摩擦改性顆粒組 成的副層構(gòu)成的編織摩擦材料，但該專利所得到的多層材料實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，同樣存在層間 剝落強(qiáng)度低等問題，所提供的摩擦材料并不能很好的滿足人們對摩擦材料高強(qiáng)度的需求。
[0004] 因此進(jìn)一步探索高強(qiáng)度、低成本的摩擦材料及其制備方法，具有重要的實(shí)際應(yīng)用 意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供了一種無規(guī)則排列長纖維增強(qiáng)的高強(qiáng)度摩擦材料及其制備 方法，所述摩擦材料中長纖維呈無規(guī)則排列的=維結(jié)構(gòu)，使其表現(xiàn)出強(qiáng)度高、抗熱沖擊和抗 震顫性強(qiáng)的特點(diǎn)，安全可靠；且設(shè)及的制備方法簡單、環(huán)境友好，適合推廣應(yīng)用。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] 一種無規(guī)則排列長纖維增強(qiáng)的高強(qiáng)度摩擦材料，各組分所占質(zhì)量百分比（配比） 為：玄武巖纖維長絲20~30%，液體酪醒樹脂10~15%，下臘膠乳2~5%，碳酸巧10~ 30 %，硫酸領(lǐng)10~30 %，石墨5~20 %，氧化侶2~4%，娃酸錯2~4%，硫酸巧2~4%， 硫化錬2~5% ;其中玄武巖纖維長絲的長度100~500mm。
[0008] 上述方案中，所述玄武巖纖維長絲為采用拉絲法制備的連續(xù)纖維。
[0009] 上述一種無規(guī)則排列長纖維增強(qiáng)的高強(qiáng)度摩擦材料的制備方法，它包括W下步 驟：
[0010] 1)按上述配比稱量各組分，將稱取的碳酸巧、硫酸領(lǐng)、石墨、氧化侶、娃酸錯、硫酸 巧和硫化錬攬拌混合均勻，得顆粒料；
[0011] 2)將液體酪醒樹脂和下臘膠乳攬拌混合均勻，得柔性粘接劑； 陽01引如采用沉降裝置，將步驟1)所得顆粒料由沉降室上方的顆粒入口噴入沉降室，步 驟2)中所得柔性粘結(jié)劑由沉降室上方的噴霧口經(jīng)霧化后噴入沉降室，玄武巖纖維長絲由 沉降室上方的纖維入口噴入沉降室；通過調(diào)節(jié)各入口（顆粒入口、噴霧口、纖維入口）氣壓 調(diào)節(jié)控制所述顆粒料、玄武巖纖維長絲和柔性粘結(jié)劑的噴入速率，使所得摩擦材料巧體達(dá) 配比要求；
[0013] 4)在沉降室中，玄武巖纖維長絲接觸霧化的柔性粘接劑液滴后開始沉降，沉降過 程中與顆粒料（填料和摩擦調(diào)節(jié)劑等）在氣流作用下碰撞并相互粘附，沉降速度加快；沉降 過程中，向沉降室中引入上升空氣氣流，延緩在沉降室中顆粒料和玄武巖纖維長絲的沉降 速度，使顆粒料、玄武巖纖維長絲和柔性粘結(jié)劑在沉降過程中進(jìn)行充分碰撞、粘附，最終在 沉降室底部形成均勻的摩擦材料巧體；
[0014] W將步驟4)所得摩擦材料巧體進(jìn)行切割，然后進(jìn)行加熱加壓固化，即得所述的無 規(guī)則排列長纖維增強(qiáng)的高強(qiáng)度摩擦材料。
[0015] 上述方案中，步驟4)所述沉降速率控制在沉降室底部沉降量為0.5~Ig/ cm2 ?min,即每分鐘單位面積的沉降質(zhì)量為0. 5~1克。沉降速率對所得摩擦材料巧體的 均勻度會產(chǎn)生影響，過快的沉降速率將導(dǎo)致摩擦材料巧體中不均勻的材料分布，而過低的 沉降速率會導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下。
[0016] 上述方案中，步驟5)中所述加熱加壓固化條件為：根據(jù)常規(guī)摩擦材料生產(chǎn)工藝， 加熱溫度為140~180°C，外界壓力為10~20MPa，固化時(shí)間為5~25min。
[0017] 上述方案中，步驟3)中所述沉降裝置呈封閉式，其中噴霧口設(shè)置在沉降室頂部， 顆粒入口和纖維入口間隔設(shè)置在沉降室上方。
[0018] 上述方案中，所述玄武巖纖維長絲（摩擦材料增強(qiáng)組分）在自由落體狀態(tài)下沉降 并與其它組分充分混合固化，所得摩擦材料中能保持玄武巖纖維長絲原有自然騰曲形態(tài)， 獲得=維空間隨機(jī)分布排列的長纖維狀態(tài)。=維隨機(jī)分布的連續(xù)玄武巖纖維長絲能在=個 維度方向上均提供高的機(jī)械強(qiáng)度；纖維長絲上包覆的柔性粘接層可W直到吸收沖擊震顫的 作用，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)間所填充的填料及摩擦調(diào)節(jié)劑能維持穩(wěn)定的摩擦系數(shù)及磨損率從而提供良 好的摩擦制動能力。相對于短纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提供的運(yùn)種連續(xù)長纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)能夠 實(shí)現(xiàn)整個摩擦材料制品的一體化結(jié)構(gòu)，把局部所受的沖擊震動傳導(dǎo)擴(kuò)散，并利用纖維上包 覆的柔性結(jié)構(gòu)所吸收，從而防止材料斷裂，保證了摩擦材料的安全應(yīng)用。
[0019] 本發(fā)明的有益效果為：
[0020] 1)本發(fā)明采用空氣沉降法制備摩擦材料，使摩擦材料各組分在空氣介質(zhì)中自由沉 降，實(shí)現(xiàn)均勻固化，且制備過程無需溶劑，不需要烘干，避免了因溶劑揮發(fā)帶來的環(huán)境污染。
[0021] 2)本發(fā)明所述玄武巖纖維長絲（摩擦材料增強(qiáng)組分）在自由落體狀態(tài)下沉降并與 其它組分實(shí)現(xiàn)充分混合固化，所得摩擦材料能保持玄武巖纖維長絲原有的自然騰曲形態(tài)， 與抄板法（濕法）得到的平行分布的纖維結(jié)構(gòu)相比，能夠獲得=維空間隨機(jī)分布排列的長 纖維狀態(tài)，在=維方向上擁有更高的強(qiáng)度。
[0022] 3)本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)連續(xù)沉降，得到不同厚度的摩擦材料巧體，解決了抄板法不利于 生產(chǎn)較厚摩擦材料的問題。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所述沉降裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖中，1為噴霧口，2為顆粒入口，3為纖維入口，4為沉降室。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用W解釋本發(fā)明，并不用于限 定本發(fā)明。
[0026]W下實(shí)施例中，如無具體說明，采用的試劑為市售產(chǎn)品。
[0027]W下實(shí)施例中，所述玄武巖纖維長絲為采用拉絲法制備的連續(xù)纖維。 陽0測 實(shí)施例1
[0029] 一種無規(guī)則排列長纖維增強(qiáng)的高強(qiáng)度摩擦材料，各組分所占質(zhì)量百分比為：玄武 巖纖維長絲（長度150mm) 20 %，液體酪醒樹脂10 %，下臘膠乳2 %，碳酸巧25 %，硫酸領(lǐng) 30 %，石墨5 %，氧化侶2 %，娃酸錯2 %，硫酸巧2 %，硫化錬2 % ;其制備方法包括W下步 驟：
[0030] 1)按上述配比稱取各組分，將稱取的碳酸巧、硫酸領(lǐng)、石墨、氧化侶、娃酸錯、硫酸 巧和硫化錬攬拌混合均勻，得顆粒料；
[0031] 2)將液體酪醒樹脂和下臘膠乳攬拌混合均勻，得柔性粘接劑；
[0032]3)采用沉降裝置（見圖1)，將步驟1)所得顆粒料由顆粒入口2噴入沉降室4,步 驟2)中所得柔性粘結(jié)劑由噴霧口1經(jīng)霧化后噴入沉降室4,玄武巖纖維長絲由纖維入口3 噴入沉降室4;通過調(diào)節(jié)各入口氣壓控制所述顆粒料、玄武巖纖維長絲和柔性粘結(jié)劑的噴 入速率，使所得摩擦材料巧體達(dá)配比要求；
[0033] 4)在沉降室4中，玄武巖纖維長絲接觸霧化的柔性粘接劑液滴后開始沉降，沉降 過程中與顆粒料（填料和摩擦調(diào)節(jié)劑等）在氣流作用下碰撞并相互粘附，沉降速度加快；在 沉降過程中，向沉降室4中引入上升空氣氣流，使沉降室4中顆粒料和玄武巖纖維長絲的沉 降速度控制在沉降室底部沉降量為0. 5g/cm2?min(即每分鐘單位面積的沉降質(zhì)量為0. 5 克），使顆粒料、玄武巖纖維長絲和柔性粘結(jié)劑在沉降過程中進(jìn)行充分碰撞、粘附，最終在沉 降室底部形成均勻的摩擦材料巧體；
[0034] 5)將步驟4)所得摩擦材料巧體進(jìn)行切割，然后根據(jù)常規(guī)摩擦材料生產(chǎn)工藝，進(jìn)行 加熱加壓固化，其中加熱溫度為140°C，外界壓力為20MPa，固化時(shí)間為25min，即得所述的 無規(guī)則排列長纖維增強(qiáng)的高強(qiáng)度摩擦材料。
[0035] 將本實(shí)施例所得摩擦材料參照GB5763-2008所述方法進(jìn)行摩擦材料測試，結(jié)果表 明，其沖擊強(qiáng)度為1. 5J/cm2, 200°C熱膨脹率為0. 6 %，室溫壓縮率為0. 6 %，200°C壓縮率為 1. 2%;參