摩擦材料及摩擦制品的制作方法

本发明涉及摩擦材料技术领域，尤其涉及一种摩擦材料及摩擦制品。

背景技术：

目前，摩擦材料一般分为粉末冶金摩擦材料和复合摩擦材料两类。复合摩擦材料具备适当的硬度、比重低、工艺简单而在各类商用、乘用车以及普通火车等领域应用广泛，其缺点是耐热低，不能长期工作于350℃以上的场合，虽然有半金属复合材料能够短时间工作于350℃附近，但因其较高的铁含量，会在使用中生锈。粉末冶金摩擦材料因耐高温而在对使用温度要求较高的领域如矿山机械和高铁等领域应用，缺点是硬度高，比重大且易产生制动噪音，且生产工艺需要气氛烧结，工艺难度高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种摩擦材料及摩擦制品。该摩擦制品在能够保证硬度要求的同时具有较高的耐热性能，且制造工艺简便，并且摩擦制品中不含铁，不会锈蚀。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：

摩擦材料，它包括金属纤维25-35重量份，酚醛树脂2-4重量份、丁腈橡胶1-2重量份、硫酸钡37-64重量份、氧化铝1-4重量份、铬铁矿1-4重量份、石墨2-5重量份、石油焦颗粒2-5重量份及云母2-6重量份，所述金属纤维包括多根复合镍锡金属纤维丝，所述多根复合镍锡金属纤维丝以无序状态分布，每根复合镍锡金属纤维丝中以镍纤维为主干，锡纤维分成多段自下而上缠绕在镍纤维上，每段锡纤维的首未端分别突出于主干的两侧。

上述方案中，每根复合镍锡金属纤维丝中镍纤维的直径为100-120μm，锡纤维的直径为25-35μm。

上述方案中，所述金属纤维中镍纤维和锡纤维的质量比为3:2。

上述方案中，每根复合镍锡金属纤维丝中镍纤维的长度为1-5cm，每段锡纤维的长度为1-5cm。

上述方案中，金属纤维和酚醛树脂的总质量占摩擦材料的33％且金属纤维与酚醛树脂的质量比为10:1。

摩擦制品，它由下述方法制备而成：

提供模具，所述模具包括模框、上电极压板及下电极压板，所述上电极压板及下电极压板分别设置于所述模框的模腔的上部和下部；

将所述的摩擦材料投入所述模腔内；

将上电极压板及下电极压板加压后通电，控制电流强度，升温，达到180-200℃后断电，保持压力10-15分钟后取模，即得到所需的摩擦制品。

上述方案中，所述模框为绝缘陶瓷材料，所述模具可承受小于等于50MPa的压力，所述上电极压板及下电极压板为钢板。

上述方案中，加压的压力为15-30MPa，加压时间为5-10分钟。

上述方案中，升温速率为50-100℃/min。

上述方案中，所述摩擦制品为摩擦片。

与现有技术相比，本发明取得的技术效果是：

1)摩擦材料中的镍锡金属纤维通电后作为发热源，其温度将高于摩擦材料基体的温度，并超过231℃，这时具有特殊的树枝状结构的镍锡金属复合纤维中的锡纤维将熔化，但镍熔点较高，仍保持原有形态，由于这种特殊的树枝状结构在摩擦制品所受压力的作用下，熔化后缠绕在镍纤维上的部分锡与镍纤维融合，呈枝状伸出的部分锡与摩擦材料基体其它成分融合，从而生成一种以镍锡纤维为骨架并融合其它基体材料的结构，类似于粉末冶金的金属界面结合粘接。这种结构与一定比例的酚醛树脂相结合，达到一种较好的金属-酚醛复合体系，这种体系结构的优点是，在普通300℃以内的工作环境中，摩擦制品中的粘接剂树脂与金属纤维起共增强作用，其强度高于普通摩擦材料。特别是当工作环境温度较高，如超过350℃，当摩擦材料中的树脂受热分解失效后，金属融合体还能提供较好的结构强度，从而保证了高温使用性能。

2)由于该摩擦制品具备导电性，直接利用上电极压板和下电极压板通电后，由于摩擦材料的导电性质从内部将复合材料加热，减少由外部加热导致的热损失，因此加热效率更高，从而节约能源。

3)由于摩擦制品中不含以单质金属形式存在的铁，不会锈蚀。

附图说明

图1为本发明实施例提供的多根复合镍锡金属纤维丝无序分布的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的每根复合镍锡金属纤维丝的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的模具的结构示意图。

图4为现有技术使用的模具的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，当然下述实施例不应理解为对本发明的限制。

实施例1

本实施例提供一种摩擦材料，它包括金属纤维26重量份，酚醛树脂4重量份、丁腈橡胶2重量份、硫酸钡50重量份、氧化铝4重量份、铬铁矿4重量份、石墨5重量份、石油焦碳颗粒3重量份及云母2重量份。

如图1所示，金属纤维包括多根复合镍锡金属纤维丝2，多根复合镍锡金属纤维丝2以无序状态分布于摩擦材料的基体1中。如图2所示，每根复合镍锡金属纤维丝中以镍纤维3为主干，锡纤维分成多段自下而上缠绕在镍纤维3上，每段锡纤维4的首未端分别突出于主干的两侧。在本实施例中，镍纤维3的直径为100μm，镍纤维3的长度为1.5cm。每段锡纤维4的直径为25μm，每段锡纤维4的长度为1.5cm。

本实施例还提供一种摩擦制品，它由下述方法制备而成：

1)如图3所示，提供热固化模具，该模具包括模框5、上电极压板6及下电极压板7，模框5为绝缘陶瓷材料，上电极压板6及下电极压板7为钢板；

2)将上述摩擦材料投入模具内；

3)将上电极压板6及下电极压板7加压15MPa，通电，控制电流强度，使摩擦材料以50℃/min的速度升温，达到180℃温度后断电保持压力10分钟后取模，即得到所需的摩擦制品。

在本实施例中，该模具可承受大于等于50MPa的压力。在本实施例中，摩擦制品为摩擦片。

经检测在未经表面磨削和磨合的状态下，本实施例的摩擦制品在400℃时仍具有0.37的摩擦系数和0.4×10^-7cm³/Nm的磨损率，即具有较高的耐热性能和适当的硬度，以及良好的摩擦性能。

摩擦性能(GB5763-2008)

洛氏硬度(GB5763-2008)：HRM45

实施例2

本实施例提供一种摩擦材料，与实施例1大致相同，不同之处在于它包括金属纤维30重量份，酚醛树脂3重量份、丁腈橡胶2重量份、硫酸钡47重量份、氧化铝4重量份、铬铁矿4重量份、石墨5重量份、石油焦碳颗粒3重量份及云母2重量份。本实施例中，镍纤维3的直径为100μm，镍纤维3的长度为1.5cm。每段锡纤维4的直径为25μm，每段锡纤维4的长度为1.5cm。

本实施例还提供一种摩擦制品，它由下述方法制备而成：

1)如图3所示，提供热固化模具，该模具包括模框5、上电极压板6及下电极压板7，模框5为绝缘陶瓷材料，上电极压板6及下电极压板7为钢板；

2)将上述摩擦材料投入模具内；

3)将上电极压板6及下电极压板7加压15MPa，通电，控制电流强度，使摩擦材料以50℃/min的速度升温，达到180℃温度后断电保持压力10分钟后取模，即得到所需的摩擦制品。

经检测在未经表面磨削和磨合的状态下，本实施例的摩擦制品即具有较高的耐热性能和适当的硬度，以及良好的摩擦性能。

摩擦性能(GB5763-2008)

洛氏硬度(GB5763-2008)：HRM48

实施例3

本实施例提供一种摩擦材料，与实施例1大致相同，不同之处在于它包括金属纤维25重量份，酚醛树脂3重量份、丁腈橡胶2重量份、硫酸钡52重量份、氧化铝4重量份、铬铁矿4重量份、石墨5重量份、石油焦碳颗粒3重量份及云母2重量份。镍纤维3的直径为100μm，镍纤维3的长度为1.5cm。每段锡纤维4的直径为25μm，每段锡纤维4的长度为1.5cm。

本实施例还提供一种摩擦制品，它由下述方法制备而成：

1)图3所示，提供热固化模具，该模具包括模框5、上电极压板6及下电极压板7，模框5为绝缘陶瓷材料，上电极压板6及下电极压板7为钢板；

2)将上述摩擦材料投入模具内；

3)将上电极压板6及下电极压板7加压15MPa，通电，控制电流强度，使摩擦材料以50℃/min的速度升温，达到180℃温度后断电保持压力10分钟后取模，即得到所需的摩擦制品。

经检测在未经表面磨削和磨合的状态下，本实施例的摩擦制品即具有较高的耐热性能和适当的硬度，以及良好的摩擦性能。

摩擦性能(GB5763-2008)

洛氏硬度(GB5763-2008)：HRM50

实施例4

本实施例提供一种摩擦材料，与实施例1大致相同，不同之处在于它包括金属纤维26重量份，酚醛树脂4重量份、丁腈橡胶2重量份、硫酸钡50重量份、氧化铝1重量份、铬铁矿1重量份、石墨5重量份、石油焦碳颗粒5重量份及云母6重量份。在本实施例中，镍纤维3的直径为100μm，镍纤维3的长度为1.5cm。每段锡纤维4的直径为25μm，每段锡纤维4的长度为1.5cm。

本实施例还提供一种摩擦制品，它由下述方法制备而成：

1)如图3所示，提供热固化模具，该模具包括模框5、上电极压板6及下电极压板7，模框5为绝缘陶瓷材料，上电极压板6及下电极压板7为钢板；

2)将上述摩擦材料投入模具内；

3)将上电极压板6及下电极压板7加压25MPa，通电，控制电流强度，使摩擦材料以80℃/min的速度升温，达到200℃温度后断电保持压力10分钟后取模，即得到所需的摩擦制品。

经检测在未经表面磨削和磨合的状态下，本实施例的摩擦制品在400℃时仍具有0.35的摩擦系数和0.38×10^-7cm³/Nm的磨损率，即具有较高的耐热性能和适当的硬度，以及良好的摩擦性能。

摩擦性能(GB5763-2008)

洛氏硬度(GB5763-2008)：HRM43

实施例5

本实施例提供一种摩擦材料，与实施例1大致相同，不同之处在于它包括金属纤维35重量份，酚醛树脂3重量份、丁腈橡胶1重量份、硫酸钡44重量份、氧化铝4重量份、铬铁矿4重量份、石墨3重量份、石油焦碳颗粒3重量份及云母3重量份。在本实施例中，镍纤维3的直径为120μm，镍纤维3的长度为4.5cm。每段锡纤维4的直径为35μm，每段锡纤维4的长度为4.5cm。

本实施例还提供一种摩擦制品，它由下述方法制备而成：

1)如图3所示，提供热固化模具，该模具包括模框5、上电极压板6及下电极压板7，模框5为绝缘陶瓷材料，上电极压板6及下电极压板7为钢板；

2)将上述摩擦材料投入模具内；

3)将上电极压板6及下电极压板7加压30MPa，通电，控制电流强度，使摩擦材料以100℃/min的速度升温，达到200℃温度后断电保持压力5分钟后取模，即得到所需的摩擦制品。

经检测在未经表面磨削和磨合的状态下，本实施例的摩擦制品在400℃时仍具有0.42的摩擦系数和0.45×10^-7cm³/Nm的磨损率，即具有较高的耐热性能和适当的硬度，以及良好的摩擦性能。

摩擦性能(GB5763-2008)

洛氏硬度(GB5763-2008)：HRM50

对比例1

本对比例的摩擦材料与实施例1的摩擦材料大致相同，不同之处在于锡和镍纤维无关联随机排列。

经检测在400℃时摩擦系数为0.27，磨损率为0.65×10^-7cm³/Nm，高温摩擦系数较低，且高温磨损较高。其原因在于无关联随机排列的锡纤维不能和镍纤维形成金属共融体。

摩擦性能(GB5763-2008)

洛氏硬度(GB5763-2008)：HRM50

对比例2

本对比例的摩擦制品与实施例1的摩擦制品大致相同，不同之处在于采用普通的外加热模压成型，使用的现有的模具。该模具包括模框8、上压板9、下压板10及加热板11。模框8、上电极压板9、下电极压板10及加热板11均为钢质材料。加热方式是通过加热板11对模具的模框8、上电极压板9及下电极压板10加热，从而热量传导至模具中的摩擦材料中，从而使摩擦材料受热固化，形成摩擦制品。

经检测在400℃时摩擦系数为0.22，磨损率为0.7×10^-7cm³/Nm，高温摩擦系数较低，且高温磨损较高。其原因在于从外部传热效率不高，导致金属纤维承受的温度未达到金属融化温度，不能形成金属共融体

摩擦性能(GB5763-2008)

洛氏硬度(GB5763-2008)：HRM48。