专利名称：以水溶性酚醛树脂溶液为粘结剂制备离合器面片的方法
技术领域：
本发明涉及一种机动车传动系统中所用的离合器面片技术领域，具体涉及一种以水溶性酚醛树脂溶液为粘结剂制备高性能机动车离合器面片的方法。
背景技术：
离合器面片作为机动车传动用的摩擦材料，主要以酚醛树脂、橡胶等为粘结剂，以增强纤维等为骨架材料，各种功能性填料如增摩填料、耐磨填料等为填充材料等构成。传统的离合器的生产工艺以湿法工艺为主，流程如下(I)将酚醛树脂、橡胶等粘结剂用有机溶剂溶解，加入填料搅拌混合制成浆料；(2)将长纤维浸溃浆料，烘干后缠绕成型；(3)通过热压成型，再经热处理、端面磨削、冲孔或钻孔加工处理得到离合器面片产品。
随着现代工业的发展，对机动车所用的离合器面片提出了更高的性能要求，如要求离合器面片在使用温度达到350摄氏度时摩擦系数大于0. 25，磨损率小于0. 7，而采用传统的粘结剂的离合器面片很难达到该要求。同时，在传统的离合器面片制作工艺中，常使用油溶性酚醛树脂制作浆料，因此需要使用大量的有机溶剂溶解酚醛树脂和橡胶。这些溶剂挥发到空气中不仅造成极大的环境污染，而且在生产过程中产生了极大的安全隐患，此外由于使用大量的有机溶剂也增加了制造离合器面片的成本。使用水溶性酚醛树脂作为粘结剂生产离合器面片可以避免有机溶剂的使用，安全环保，但是离合器面片在摩擦过程中，摩擦表面的温度较高，而水溶性酚醛树脂的分解温度为250°C左右，耐热性较低，因此在该高温度区域分解量大，分解的物质在摩擦表面形成一层气态或液态膜，导致离合器面片的摩擦系数降低，严重时对车辆的安全运行构成较大的威胁。另外，由于水溶性酚醛树脂的脆性较大，纤维浸溃浆料烘干后，浆料容易从纤维表面脱落，导致制备的离合器面片产品在加工或使用过程中容易开裂，影响产品的正常使用。为此，人们一直致力研究如何对水溶性酚醛树脂进行改性，使改性后的水溶性酚醛树脂作为胶黏剂制备得到的离合器面片能够承受加工和使用过程中的冲击力而不开裂，同时在高温时能够保持较高而稳定的摩擦系数和较小的磨损性。公开号为CN101655128A的专利申请中采用水溶性酚醛树脂为粘结剂，为了改善其脆性问题添加丁腈橡胶作为增韧剂，但是粉末丁腈橡胶价格昂贵，导致成本增加，另外需要使用一定量的有机试剂溶解丁晴橡胶造，因而造成环境污染和使用不便。公开号为CN101285512A的专利申请中采用一种胶乳改性水溶性酚醛树脂作为制备离合器面片的胶黏剂，但是由于胶乳的存在需要加入防分层剂、表面活性剂等助剂以防止改性酚醛树脂发生分层，因而改性酚醛树脂的制备工艺繁琐，并且也增加了成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述离合器面片制备中存在的问题，提供一种以水溶性酚醛树脂溶液为粘结剂制备离合器面片的方法，该方法制备成本低，绿色环保，能够制得耐磨性好、摩擦系数较高且稳定的离合器面片。
该离合器面片采用改性的水溶性酚醛树脂代替油溶性酚醛树脂和橡胶，并且制备的离合器面片不仅可以承受加工和使用过程的冲击力而不开裂，而且具备优异的摩擦磨损性能,并且大大的降低了成本。本发明实现上述技术目的所提供的技术方案为一种以水溶性酚醛树脂溶液为粘结剂制备离合器面片的方法，包括如下步骤 步骤1、将水溶性酚醛树脂溶液和摩擦性能调节剂混合，加入适量水,搅拌制成浆料；所述的水溶性酚醛树脂溶液由聚乙烯醇改性的酚醛树脂水溶液、纳米级凹凸棒土以及微米级铜粉组成；按照质量份数计，所述的聚乙烯醇改性的酚醛树脂水溶液是由100质量份的苯酚、11(Γ120质量份的甲醛水溶液、Γ20质量份的聚乙烯醇，以及Γ10质量份的碱性催化剂混合反应而成，其中甲醛水溶液的质量百分比浓度为309Γ45% ;按照聚乙烯醇改性的酚醛树脂水溶液中苯酚含量为100质量份数计，所述的纳米级凹凸棒土含量为广4质量份，微米级铜粉含量为Γ2质量份；步骤2、将纤维浸溃浆料，烘干后缠绕成为型坯；步骤3、将型坯热压成型为面片，再经热处理后打磨、钻孔，得到离合器面片。所述的水溶性酚醛树脂溶液中，碱性催化剂包括但不限于氨水、六次甲基四胺、碳酸钠、胺类、碱金属、碱土金属氧化物等中的一种或者几种；由于碱土金属氧化物，例如氢氧化钠、氢氧化钡等的碱性较强，在其催化作用下苯酚和甲醛的羟甲基化加成反应速率快，生成物中富含羟甲基，并且具有较强的极性，水溶性也更好，因此优选碱土金属氧化物作为碱性催化剂；聚乙烯醇的聚合度优选为100(Γ2000 ;甲醛水溶液的质量百分比浓度优选为359Γ40% ;微米级铜粉的粒径为优选O. 5um^2um ;纳米级凹凸棒土的长度优选为
O.5unT5um，宽度优选为15nnT30nm ;水溶性酚醛树脂溶液的固含量为60飞7%，和水的互溶比为1:1 1:14。作为优选，所述的水溶性酚醛树脂溶液采用包括以下步骤的制备方法制得(I)将100质量份的苯酚，Γ20质量份的聚乙烯醇和4 10质量份的碱性催化剂加入到反应容器中，升温至6(T75°C，搅拌反应1(Γ25分钟；再将11(Γ120质量份的37%甲醛溶液加入到反应容器中，升温至8(Tl00°C，搅拌反应35飞O分钟，停止加热；(2)待反应温度降低至50°C以下，将f 4质量份的纳米级凹凸棒土和广2质量份微米级铜粉颗粒加入到反应容器中，搅拌2(Γ30分钟；(3)停止加热，待温度降低至50°C以下后，将f 4质量份的纳米级凹凸棒土和广2质量份微米级铜粉颗粒加入到反应容器中，搅拌2(Γ30分钟；(4)停止搅拌，收集反应溶液，置于超声波分散装置中超声分散均匀。上述水溶性酚醛树脂溶液的制备方法中，苯酚纯度优选为98. 5%以上；聚乙烯醇优选在使用前用5 10质量份的水溶胀Γ10小时；步骤(4)中，超声频率、。优选为45Hz IOOHz ;超声分散时温度优选控制在30°C 50°C之间，超声分散时间优选为60分钟 120分钟。所述的摩擦性能调节剂包括但不限于重晶石、铬铁矿粉、石墨、炭黑、沸石、氧化铝、石灰石中的一种或多种。作为一种优选，所述的水溶性酚醛树脂溶液和摩擦性能调节剂的配方为按照质量百分比计，水溶性酚醛树脂25 36%，混合纤维13 21%，重晶石12 16%，铬铁矿粉12 16%，石墨2 5%，炭黑5 7. 5%，沸石5 8%，氧化铝I 2. 5%，石灰石3 10%。所述的纤维优选为玻璃纤维和芳纶组成的混合纤维作为增强材料。所述的步骤2中，烘干温度优选为7(T90°C，烘干时间优选为6(T90分钟；所述的步骤3中，在型坯热压成型为面片的过程中，热压温度优选为155 165°C，压力优选为2(T30MPa，热压时间优选为51分钟；面片进行热处理的过程中，温度优选控制在17(T250°C，热处理时间优选为5 8小时。综上所述，本发明以水溶性酚醛树脂溶液为粘结剂制备离合器面片，首先将水溶性酚醛树脂溶液、摩擦性能调节剂以及水混合制成浆料，再将纤维浸溃浆料、烘干后缠绕成为型坯，然后将型坯热压成型为面片，经热处理后打磨、钻孔，得到离合器面片。其中，所述的水溶性酚醛树脂溶液采用聚乙烯醇、纳米级凹凸棒土以及微米级铜粉多重改性水溶性酚 醛树脂，具有如下有益效果(I)在水溶性酚醛树脂合成过程中加入一部分的聚乙烯醇，形成聚乙烯醇改性的酚醛树脂水溶液，由于聚乙烯醇分子链上含有一定量的羟基，提高了酚醛树脂在水中的溶解性，并且增加了酚醛树脂作为粘结剂与纤维的粘结性能，同时这部分的羟基与酚醛树脂中的羟甲基在固化的过程中缩聚形成内增韧结构也有效地提高了酚醛树脂的韧性；另外，由于聚乙烯醇的加入量较少，对酚醛树脂的耐热性影响较小；(2)在聚乙烯醇改性的酚醛树脂水溶液中加入纳米凹凸棒，由于纳米凹凸棒能够与酚醛树脂基体形成大量的物理交联点，提高了树脂的耐热性，同时也进一步增强了其韧性；另外，纳米级凹凸棒土具有较强的吸附性能，以该改性的水溶性酚醛树脂水溶液作为粘结剂制得的离合器面片在使用过程中产生的小分子物质能够被纳米级凹凸棒土以及摩擦性能调节剂中的沸石等吸附，从而有效地减少了离合器面片表面所形成的气态或液态膜，提高了酚醛树脂树脂的抗热衰退性能。(3)将微米级铜粉分散在聚乙烯醇改性的酚醛树脂水溶液中，提高了树脂的耐磨性能，同时进一步增强了树脂韧性。上述水溶性酚醛树脂溶液有效提高了酚醛树脂在水中的溶解性，以及酚醛树脂的粘结性、韧性、耐热性、抗热衰退性以及耐磨性。因此，以该水溶性酚醛树脂溶液为粘结剂制备离合器面片成本低、绿色环保，制得的离合器面片产品能承受加工和使用过程中的冲击力而不开裂，同时具有较高的热稳定性、较高而稳定的摩擦系数以及较低的磨损率。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。实施例1:本实施例中，离合器面片以水溶性酚醛树脂溶液为粘结剂，其制备方法包括如下步骤( I)制备水溶性酚醛树脂溶液将100质量份的苯酚，5质量份的聚乙烯醇和5质量份的NaOH加入到反应容器中，再将115质量份的甲醛溶液加入到反应容器中，升温至93°C，搅拌反应40分钟，得到聚乙烯醇改性的酚醛树脂水溶液；停止加热，待温度降低至50°C以下后，将4质量份的纳米级凹凸棒土和I质量份微米级铜粉颗粒加入到反应容器中，搅拌25分钟；停止搅拌，收集反应溶液，置于超声波分散装置中，温度控制在40°C左右，在45Hz频率下超声波分散90分钟，得水溶性酚醛树脂溶液；上述制得的水溶性酚醛树脂溶液的固含量为61. 5%，能够溶于其质量7倍的水中。热失重测试结果显示，在343°C其热失重5%，438°C其热失重10%。(2)配制浆料按照如下配方制备浆料水溶性酚醛树脂32质量份，重晶石13质量份，铬铁矿粉14质量份,石墨4质量份,炭黑5质量份,沸石6质量份,氧化招2质量份,石灰石6质量份；(3)将连续的混合纤维浸溃浆料，然后在85°C下烘80分钟后缠绕成为型坯；(4)将缠绕后的型坯放入热压模热压成型为面片，热压温度为160°C，压力为 20MPa，热压时间为5分钟；将热压后的面片置入180°C烘箱，热处理8小时，冷却后进行打磨加工、钻孔，得到离合器面片产品。上述制得的离合器面片产品能够承受加工和使用过程中的冲击力而不开裂。采用定速式试验机，根据GB/T5764-2011标准对上述离合器面片进行测试，摩擦磨损性能如下表I所示，表面该离合器面片摩擦系数稳定，磨损率低，在350°C的条件下依然具有稳定的摩擦系数和较低的磨耗，产品质量完全符合国家相关标准。实施例2 本实施例中，离合器面片以水溶性酚醛树脂溶液为粘结剂，其制备方法包括如下步骤( I)制备首水溶性酚醛树脂溶液将100质量份的苯酚，4质量份的聚乙烯醇和8质量份的Ba (OH)2加入到反应容器中，再将116质量份的甲醛溶液加入到反应容器中，升温至90°C，搅拌反应45分钟，得到聚乙烯醇改性的酚醛树脂水溶液；停止加热，待温度降低至50°C以下后，将2质量份的纳米级凹凸棒土和1. 5质量份微米级铜粉颗粒加入到反应容器中，搅拌30分钟；停止搅拌，收集反应溶液，置于超声波分散装置中，温度控制在45°C左右，在45Hz频率下超声波分散100分钟，得改性水溶性酚醛树脂溶液；上述制得的水溶性酚醛树脂溶液的固含量为60. 0%，能够溶于其质量9倍的水中。热失重测试结果显示，在320°C其热失重5%，423°C其热失重10%。(2)配制浆料按照如下配方制备浆料水溶性酚醛树脂溶液30质量份，重晶石14质量份，铬铁矿粉15质量份，石墨6质量份，炭黑5. 5质量份，沸石4质量份，氧化铝2. 5质量份，石灰石5质量份；(3)将连续的混合纤维浸溃浆料，然后在90°C下烘60分钟后缠绕成为型坯；(4)将缠绕后的型坯放入热压模热压成型为面片，热压温度为165°C，压力为20MPa，热压制时间为6分钟；将热压后的面片置入200°C烘箱，热处理6小时，冷却后进行打磨加工、钻孔，得到离合器面片产品。上述制得的离合器面片产品能够承受加工和使用过程中的冲击力而不开裂。采用定速式试验机，根据GB/T5764-2011标准对上述离合器面片进行测试，摩擦磨损性能如下表I所示，表面该离合器面片摩擦系数稳定，磨损率低，在350°C的条件下依然具有稳定的摩擦系数和较低的磨耗，产品质量完全符合国家相关标准。实施例3 本实施例中，离合器面片以水溶性酚醛树脂溶液为粘结剂，其制备方法包括如下步骤( I)制备水溶性酚醛树脂溶液将100质量份的苯酚，6质量份的聚乙烯醇和6质量份的NaOH加入到反应容器中，再将112质量份的甲醛溶液加入到反应容器中，升温至95°C，搅拌反应48分钟，得到聚乙烯醇改性的酚醛树脂水溶液；停止加热，待温度降低至50°C以下后，将3质量份的纳米级凹凸棒土和1. 5质量份微米级铜粉颗粒加入到反应容器中，搅拌25分钟；停止搅拌，收集反应溶液，置于超声波分散装置中，温度控制在40°C左右，在45Hz频率下超声波分散120分钟，得改性水溶性酚醛树脂；上述制得的水溶性酚醛树脂溶液的固含量为63%，能够溶于其质量7倍的水中。热失重测试结果显示，在348°C其热失重5%，445°C其热失重10%。(2)配制浆料按照如下配方制备浆料改性水溶性酚醛树脂溶液33质量份，重晶石12质量份，铬铁矿粉16质量份,石墨6质量份,炭黑5质量份,沸石5质量份,氧化招2质量份,石灰石3质量份；(3)将连续的混合纤维浸溃浆料，然后在85°C下烘90分钟后缠绕成为型坯；(4)将缠绕后的型坯放入热压模热压成型为面片，热压温度为160°C，压力为25MPa，热压制时间6分钟；将热压后的面片置入220°C烘箱，热处理5小时，冷却后进行打磨加工、钻孔，得到离合器面片产品。上述制得的离合器面片产品能够承受加工和使用过程中的冲击力而不开裂。采用定速式试验机，根据GB/T5764-2011标准对上述离合器面片进行测试，摩擦磨损性能如下表I所示，表面该离合器面片摩擦系数稳定，磨损率低，在350°C的条件下依然具有稳定的摩擦系数和较低的磨耗，产品质量完全符合国家相关标准。表1:采用定速式试验机，根据GB/T5764-2011标准对上述实施例1_3制备得到的离合器面片进行测试得到的摩擦磨损性能表
权利要求
1.以水溶性酚醛树脂溶液为粘结剂制备离合器面片的方法，包括如下步骤步骤1、将水溶性酚醛树脂溶液和摩擦性能调节剂混合，加入适量水，搅拌制成浆料；所述的水溶性酚醛树脂溶液由聚乙烯醇改性的酚醛树脂水溶液、纳米级凹凸棒土以及微米级铜粉组成；按照质量份数计，所述的聚乙烯醇改性的酚醛树脂水溶液是由100质量份的苯酚、11(Γ120质量份的甲醛水溶液、Γ20质量份的聚乙烯醇，以及Γ10质量份的碱性催化剂混合反应而成，其中甲醛水溶液的质量百分比浓度为309Γ45% ;按照聚乙烯醇改性的酚醛树脂水溶液中苯酚含量为100质量份数计，所述的纳米级凹凸棒土含量为Γ4质量份，微米级铜粉含量为Γ2质量份；步骤2、将纤维浸溃浆料，烘干后缠绕成为型坯；步骤3、将型坯热压成型为面片，再经热处理后打磨、钻孔，得到离合器面片。
2.根据权利要求1所述的以水溶性酚醛树脂溶液为粘结剂制备离合器面片的方法， 其特征是所述的水溶性酚醛树脂溶液中，碱性催化剂包括氨水、六次甲基四胺、碳酸钠、胺类、碱金属、碱土金属氧化物中的一种或者几种。
3.根据权利要求2所述的以水溶性酚醛树脂溶液为粘结剂制备离合器面片的方法，其特征是所述的碱土金属氧化物包括氢氧化钠或氢氧化钡。
4.根据权利要求1所述的以水溶性酚醛树脂溶液为粘结剂制备离合器面片的方法，其特征是所述的水溶性酚醛树脂溶液中，聚乙烯醇的聚合度为100(Γ2000。
5.根据权利要求1所述的以水溶性酚醛树脂溶液为粘结剂制备离合器面片的方法，其特征是所述的水溶性酚醛树脂溶液的固含量为609Γ67%。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的以水溶性酚醛树脂溶液为粘结剂制备离合器面片的方法，其特征是所述的水溶性酚醛树脂溶液的制备方法包括以下步骤(1)将100质量份的苯酚，Γ20质量份的聚乙烯醇和Γιο质量份的碱性催化剂加入到反应容器中，升温至60 75°c，搅拌反应10 25分钟；再将110 120质量份的37%甲醛溶液加入到反应容器中，升温至8(Tl00°C，搅拌反应35飞O分钟，停止加热；(2)待反应温度降低至50°C以下，将f4质量份的纳米级凹凸棒土和广2质量份微米级铜粉颗粒加入到反应容器中，搅拌2(Γ30分钟；(3)停止加热，待温度降低至50°C以下后，将f4质量份的纳米级凹凸棒土和广2质量份微米级铜粉颗粒加入到反应容器中，搅拌2(Γ30分钟；(4)停止搅拌，收集反应溶液，置于超声波分散装置中超声分散均匀。
7.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的以水溶性酚醛树脂溶液为粘结剂制备离合器面片的方法，其特征是所述的摩擦性能调节剂包括重晶石、铬铁矿粉、石墨、炭黑、沸石、氧化铝、石灰石中的一种或多种。
8.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的以水溶性酚醛树脂溶液为粘结剂制备离合器面片的方法，其特征是所述的水溶性酚醛树脂溶液和摩擦性能调节剂的配方为 按照质量百分比计，水溶性酚醛树脂25 36%，混合纤维13 21%，重晶石12 16%，铬铁矿粉 12 16%，石墨2 5%，炭黑5 7. 5%，沸石5 8%，氧化铝I 2. 5%，石灰石3 10%。
9.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的以水溶性酚醛树脂溶液为粘结剂制备离合器面片的方法，其特征是所述的步骤2中，烘干温度为7(T90°C，烘干时间为6(Γ90分钟。
10.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的以水溶性酚醛树脂溶液为粘结剂制备离合器面片的方法，其特征是所述的步骤3中，在型坯热压成型为面片的过程中，热压温度为155 165°C，压力为2(T30MPa，热压时间为5 8分钟；面片进行热处理的过程中，温度控制在17(T250°C，热处理时间为5 8小时。
全文摘要
本发明公开了一种以水溶性酚醛树脂溶液为粘结剂制备离合器面片的方法。该方法采用聚乙烯醇、纳米级凹凸棒土以及微米级铜粉多重改性的水溶性酚醛树脂溶液作为粘结剂，与摩擦性能调节剂以及水混合制成浆料，将纤维浸渍浆料、烘干后缠绕成为型坯，然后将型坯热压成型为面片，再经热处理后打磨、钻孔，得到离合器面片。改性后的粘结剂具有高溶解性、粘结性、韧性、耐热性、抗热衰退性以及耐磨性，以该粘结剂制得的离合器面片成本低、绿色环保，能够承受加工和使用过程中的冲击力而不开裂，并且具有较高的热稳定性、较高而稳定的摩擦系数以及较低的磨损率。
文档编号C08K3/08GK102993635SQ20121051274
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月3日 优先权日2012年12月3日
发明者黄勇, 王宗和, 程慧玲, 乌学东, 曹慧军 申请人:浙江科马摩擦材料股份有限公司