专利名称：一种碳纤维增强摩阻材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于新材料领域，特别是涉及一种适用于制作汽车和火车刹车片的碳纤维增强摩阻材料及其制备方法。
本发明通过以下方式实现一种碳纤维增强摩阻材料，由增强纤维、基体树脂、摩擦性能调节剂组成，其特征是增强纤维为碳纤维、金属纤维和无机矿物纤维的混合物，基体树脂是水乳胶改性酚醛树脂，摩擦性能调节剂采用硫酸钡、三氧化二铁、四氧化三铁、三氯化铁、氧化镁、二氧化硅中的至少两种；各组分含量的重量百分比为基体树脂含量15-30％，增强纤维含量30-50％，摩擦性能调节剂为20-35％。
上述的碳纤维增强摩阻材料，其特征是金属纤维为钢纤维、铜纤维、铝纤维、铸铁纤维和不锈钢纤维中的至少一种，无机矿物纤维为海泡石纤维、硅灰石纤维、岩棉、硅线石纤维和坡缕石纤维中的至少一种。
上述的碳纤维增强摩阻材料，其特征是增强纤维中各组分的重量百分比为碳纤维20-35％，金属纤维20-35％，无机矿物纤维30-50％。
上述碳纤维增强摩阻材料的制备方法，其特征是包括以下步骤(1)混料工序先将水乳胶改性酚醛树脂、碳纤维、金属纤维、无机纤维均匀混合，之后分次添加摩擦性能调节剂硫酸钡、三氧化二铁、四氧化三铁、三氯化铁、氧化镁、二氧化硅中的至少两种成分制成模压料；(2)预烘工序将模压料先开松，然后将其中的低分子的挥发份除去，烘干温度宜为100±5℃，预烘时间为20-40分钟；(3)压制工序将模压料加入模具中加压加热直至固化并从模具中取出制件，成型温度160-200℃，成型压力30-35兆帕，成型时间2.0-3.0分钟/毫米；(4)后处理工序将制件放入烘箱或硫化炉中进行后固化或硫化消除热应力，后烘热处理温度在160-180℃，后处理时间10分钟/毫米。
本发明的材料配方体系中，增强组分采用碳纤维与金属纤维及无机矿物纤维等混杂，充分发挥了碳纤维减摩质轻、金属纤维高强导热、无机纤维耐热价低的优点，可以形成纤维搭成的无规交叉网络，从微观结构上保证制造的摩阻材料有良好的制动性能、机械性能和热性能。
本发明的树脂体系采用水乳基改性酚醛树脂，利用高分子之间的交联反应实现酚醛树脂固化。而纯粹以改性酚醛为胶粘剂时，在制动片压制成型过程中因为酚醛发生缩聚反应会释放出小分子气体，从而易于在制造时出泡造成废品率高，而其在使用过程中会因酚醛发生进一步缩聚与热裂解反应等产气，造成开裂、掉渣并产生逡裂。而采用水乳基树脂体系混料时无粉尘与有机物挥发等污染，热压过程低放气量可以保证制品不开裂鼓泡，使用过程低裂解气排放可以保证不掉块、掉渣、逡裂等。因此由该法制得的材料有良好的制动特性并且长期使用可靠性好。
实施例1将30千克的水乳胶改性酚醛作为基体树脂，与由12千克碳纤维、13千克金属钢纤维、15千克海泡石纤维组成的增强纤维相混合；之后添加摩擦性能调节剂(硫酸钡8千克、三氧化二铁6千克、三氯化铁4千克、二氧化硅12千克)，并拌匀；再放入开松机内开松模压料；预热工序采用热风烘干，将模压料先开松，然后将其中的低分子的挥发份除去，烘干温度为100±5℃，预烘时间为30分钟。成型温度掌握在180℃，成型压力掌握在35兆帕，成型时间2.5分钟/毫米；最后将制件放入烘箱或硫化炉中进行后固化或硫化消除热应力，后烘热处理温度在160-180℃，后处理时间10分钟/毫米。
本发明提供的碳纤维刹车片，经过铁道部物资公司摩擦材料检测站在日本进口的TOYODENKI SEIIK.K.1∶1制动动力试验台(TYPEG6032M-A)测试，其制动距离、制动停车时间、表面温升、洒水试验、坡道调速试验、静摩擦试验等结果达到了铁道部车辆局(辆技1997第88号)文件规定的盘型制动片的有关技术要求。
实施例2取30千克的水乳胶改性酚醛作为基体树脂，与由12千克碳纤维、15千克金属钢纤维、15千克海泡石纤维组成的增强纤维相混合，之后添加摩擦性能调节剂(硫酸钡9千克、三氧化二铁9千克、三氯化铁3千克、二氧化硅7千克)，并拌匀，再放入开松机内开松模压料；预热工序用热风烘干，将模压料先开松，然后将其中的低分子的挥发份除去，烘干温度为100±5℃，预烘时间为40分钟；成型温度掌握在175℃，成型压力掌握在30兆帕，成型时间2.5分钟/毫米；最后将制件放入烘箱或硫化炉中进行后固化或硫化消除热应力，后烘热处理温度在160-180℃，后处理时间10分钟/毫米。
本发明提供的碳纤维刹车片经过咸阳国家摩擦材料质量检测中心的D-MS定速实验机测试，在测试规定的各温度下的摩擦系数、磨损率、允许摩擦系数偏差等各项指标完全达到GB5763-1998的要求。
权利要求
1.一种碳纤维增强摩阻材料，由增强纤维、基体树脂、摩擦性能调节剂组成，其特征是增强纤维为碳纤维、金属纤维和无机矿物纤维的混合物，基体树脂是水乳胶改性酚醛树脂，摩擦性能调节剂采用硫酸钡、三氧化二铁、四氧化三铁、三氯化铁、氧化镁、二氧化硅中的至少两种；各组分含量的重量百分比为基体树脂含量15-30％，增强纤维含量30-50％，摩擦性能调节剂为20-35％。
2.权力要求1所述的碳纤维增强摩阻材料，其特征是金属纤维为钢纤维、铜纤维、铝纤维、铸铁纤维和不锈钢纤维中的至少一种，无机矿物纤维为海泡石纤维、硅灰石纤维、岩棉、硅线石纤维和坡缕石纤维中的至少一种。
3.根据权力要求1或2所述的碳纤维增强摩阻材料，其特征是增强纤维中各组分的重量百分比为碳纤维20-35％，金属纤维20-35％，无机矿物纤维30-50％。
4.根据权力要求1-3所述碳纤维增强摩阻材料的制备方法，其特征是包括以下步骤(1)混料工序先将水乳胶改性酚醛树脂、碳纤维、金属纤维、无机矿物纤维均匀混合，之后分次添加摩擦性能调节剂硫酸钡、三氧化二铁、四氧化三铁、三氯化铁、氧化镁、二氧化硅中的至少两种成分制成模压料；(2)预烘工序将模压料先开松，然后将其中的低分子的挥发份除去，烘干温度为100±5℃，预烘时间为20-40分钟；(3)压制工序将模压料加入模具中加压加热直至固化并从模具中取出制件，成型温度160-200℃，成型压力30-35兆帕，成型时间2.0-3.0分钟/毫米；(4)后处理工序将制件放入烘箱或硫化炉中进行后固化或硫化消除热应力，后烘热处理温度在160-180℃，后处理时间10分钟/毫米。
全文摘要
本发明属于新材料领域，特别是涉及一种适用于制作汽车和火车刹车片的碳纤维增强摩阻材料及其制备方法。本发明的碳纤维增强摩阻材料由增强纤维、基体树脂、摩擦性能调节剂组成，其特征是增强纤维为碳纤维、金属纤维和无机矿物纤维的混合物，基体树脂是水乳胶改性酚醛树脂，摩擦性能调节剂采用硫酸钡、三氧化二铁、四氧化三铁、三氯化铁、氧化镁、二氧化硅中的至少两种；制备方法包含混料工序、预烘工序、压制工序和后处理工序。该碳纤维增强摩阻材料摩阻性能良好而且制备过程无污染。
文档编号C08K7/04GK1468890SQ0311242
公开日2004年1月21日 申请日期2003年6月12日 优先权日2003年6月12日
发明者王成国, 王海庆, 庄光山, 孙毅 申请人:山东大学