一种无规则排列长纤维增强的高强度摩擦材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种高强度的汽车及机械传动制动领域内使用的摩擦材料，具体设及 一种无规则排列的连续长纤维增强的高强度复合摩擦材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 摩擦材料在汽车及机械传动制动领域内有广泛的应用。在某些特殊领域中（如矿 山工程车辆或其它一些对摩擦材料要求较高的领域），摩擦材料的断裂脱落将导致车辆瞬 间制动失效，产生严重危害。因此需要高的摩擦材料强度才能防止摩擦材料在高负荷的冲 击下断裂脱落，保障车辆及乘员人身及财产安全。
[0003] 目前市场上所用的摩擦材料大致可分为粉末冶金、碳-碳和树脂基复合摩擦材 料，其中树脂基复合摩擦材料占有较大比重。树脂基复合摩擦材料一般由粘接剂、增强材 料、填料和摩擦调节剂构成。摩擦材料的生产工艺可分为干法和湿发两种。在干法生产中， 由于混料工艺的限制，其中增强材料一般采用短纤维巧mmW下）。运种短纤维增强的摩擦 材料难W提供较高的制品强度。在湿法生产中，虽然可W采用较长纤维增强，然而生产过 程需要消耗大量溶剂，不但效率低下，而且溶剂的回收利用过程同样存在对人身健康和环 境的危害，且湿法生产所得到的纤维一般为二维分布，在S维方向上的强度较低。专利CN 100520106C提出了一种用纺织型碳纤维材料作主层并由沉积在主层上的摩擦改性颗粒组 成的副层构成的编织摩擦材料，但该专利所得到的多层材料实现较为复杂，同样存在层间 剥落强度低等问题，所提供的摩擦材料并不能很好的满足人们对摩擦材料高强度的需求。
[0004] 因此进一步探索高强度、低成本的摩擦材料及其制备方法，具有重要的实际应用 意义。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供了一种无规则排列长纤维增强的高强度摩擦材料及其制备 方法，所述摩擦材料中长纤维呈无规则排列的=维结构，使其表现出强度高、抗热冲击和抗 震颤性强的特点，安全可靠；且设及的制备方法简单、环境友好，适合推广应用。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0007] 一种无规则排列长纤维增强的高强度摩擦材料，各组分所占质量百分比（配比） 为：玄武岩纤维长丝20~30%，液体酪醒树脂10~15%，下腊胶乳2~5%，碳酸巧10~ 30 %，硫酸领10~30 %，石墨5~20 %，氧化侣2~4%，娃酸错2~4%，硫酸巧2~4%， 硫化錬2~5% ;其中玄武岩纤维长丝的长度100~500mm。
[0008] 上述方案中，所述玄武岩纤维长丝为采用拉丝法制备的连续纤维。
[0009] 上述一种无规则排列长纤维增强的高强度摩擦材料的制备方法，它包括W下步 骤：
[0010] 1)按上述配比称量各组分，将称取的碳酸巧、硫酸领、石墨、氧化侣、娃酸错、硫酸 巧和硫化錬揽拌混合均匀，得颗粒料；
[0011] 2)将液体酪醒树脂和下腊胶乳揽拌混合均匀，得柔性粘接剂； 阳01引如采用沉降装置，将步骤1)所得颗粒料由沉降室上方的颗粒入口喷入沉降室，步 骤2)中所得柔性粘结剂由沉降室上方的喷雾口经雾化后喷入沉降室，玄武岩纤维长丝由 沉降室上方的纤维入口喷入沉降室；通过调节各入口（颗粒入口、喷雾口、纤维入口）气压 调节控制所述颗粒料、玄武岩纤维长丝和柔性粘结剂的喷入速率，使所得摩擦材料巧体达 配比要求；
[0013] 4)在沉降室中，玄武岩纤维长丝接触雾化的柔性粘接剂液滴后开始沉降，沉降过 程中与颗粒料（填料和摩擦调节剂等）在气流作用下碰撞并相互粘附，沉降速度加快；沉降 过程中，向沉降室中引入上升空气气流，延缓在沉降室中颗粒料和玄武岩纤维长丝的沉降 速度，使颗粒料、玄武岩纤维长丝和柔性粘结剂在沉降过程中进行充分碰撞、粘附，最终在 沉降室底部形成均匀的摩擦材料巧体；
[0014] W将步骤4)所得摩擦材料巧体进行切割，然后进行加热加压固化，即得所述的无 规则排列长纤维增强的高强度摩擦材料。
[0015] 上述方案中，步骤4)所述沉降速率控制在沉降室底部沉降量为0.5~Ig/ cm2 ?min,即每分钟单位面积的沉降质量为0. 5~1克。沉降速率对所得摩擦材料巧体的 均匀度会产生影响，过快的沉降速率将导致摩擦材料巧体中不均匀的材料分布，而过低的 沉降速率会导致生产效率低下。
[0016] 上述方案中，步骤5)中所述加热加压固化条件为：根据常规摩擦材料生产工艺， 加热溫度为140~180°C，外界压力为10~20MPa，固化时间为5~25min。
[0017] 上述方案中，步骤3)中所述沉降装置呈封闭式，其中喷雾口设置在沉降室顶部， 颗粒入口和纤维入口间隔设置在沉降室上方。
[0018] 上述方案中，所述玄武岩纤维长丝（摩擦材料增强组分）在自由落体状态下沉降 并与其它组分充分混合固化，所得摩擦材料中能保持玄武岩纤维长丝原有自然騰曲形态， 获得=维空间随机分布排列的长纤维状态。=维随机分布的连续玄武岩纤维长丝能在=个 维度方向上均提供高的机械强度；纤维长丝上包覆的柔性粘接层可W直到吸收冲击震颤的 作用，增强结构间所填充的填料及摩擦调节剂能维持稳定的摩擦系数及磨损率从而提供良 好的摩擦制动能力。相对于短纤维增强结构，本发明提供的运种连续长纤维增强结构能够 实现整个摩擦材料制品的一体化结构，把局部所受的冲击震动传导扩散，并利用纤维上包 覆的柔性结构所吸收，从而防止材料断裂，保证了摩擦材料的安全应用。
[0019] 本发明的有益效果为：
[0020] 1)本发明采用空气沉降法制备摩擦材料，使摩擦材料各组分在空气介质中自由沉 降，实现均匀固化，且制备过程无需溶剂，不需要烘干，避免了因溶剂挥发带来的环境污染。
[0021] 2)本发明所述玄武岩纤维长丝（摩擦材料增强组分）在自由落体状态下沉降并与 其它组分实现充分混合固化，所得摩擦材料能保持玄武岩纤维长丝原有的自然騰曲形态， 与抄板法（湿法）得到的平行分布的纤维结构相比，能够获得=维空间随机分布排列的长 纤维状态，在=维方向上拥有更高的强度。
[0022] 3)本发明可实现连续沉降，得到不同厚度的摩擦材料巧体，解决了抄板法不利于 生产较厚摩擦材料的问题。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明实施例1所述沉降装置的结构示意图。
[0024] 图中，1为喷雾口，2为颗粒入口，3为纤维入口，4为沉降室。
【具体实施方式】
[0025]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用W解释本发明，并不用于限 定本发明。
[0026]W下实施例中，如无具体说明，采用的试剂为市售产品。
[0027]W下实施例中，所述玄武岩纤维长丝为采用拉丝法制备的连续纤维。 阳0測 实施例1
[0029] 一种无规则排列长纤维增强的高强度摩擦材料，各组分所占质量百分比为：玄武 岩纤维长丝（长度150mm) 20 %，液体酪醒树脂10 %，下腊胶乳2 %，碳酸巧25 %，硫酸领 30 %，石墨5 %，氧化侣2 %，娃酸错2 %，硫酸巧2 %，硫化錬2 % ;其制备方法包括W下步 骤：
[0030] 1)按上述配比称取各组分，将称取的碳酸巧、硫酸领、石墨、氧化侣、娃酸错、硫酸 巧和硫化錬揽拌混合均匀，得颗粒料；
[0031] 2)将液体酪醒树脂和下腊胶乳揽拌混合均匀，得柔性粘接剂；
[0032]3)采用沉降装置（见图1)，将步骤1)所得颗粒料由颗粒入口2喷入沉降室4,步 骤2)中所得柔性粘结剂由喷雾口1经雾化后喷入沉降室4,玄武岩纤维长丝由纤维入口3 喷入沉降室4;通过调节各入口气压控制所述颗粒料、玄武岩纤维长丝和柔性粘结剂的喷 入速率，使所得摩擦材料巧体达配比要求；
[0033] 4)在沉降室4中，玄武岩纤维长丝接触雾化的柔性粘接剂液滴后开始沉降，沉降 过程中与颗粒料（填料和摩擦调节剂等）在气流作用下碰撞并相互粘附，沉降速度加快；在 沉降过程中，向沉降室4中引入上升空气气流，使沉降室4中颗粒料和玄武岩纤维长丝的沉 降速度控制在沉降室底部沉降量为0. 5g/cm2?min(即每分钟单位面积的沉降质量为0. 5 克），使颗粒料、玄武岩纤维长丝和柔性粘结剂在沉降过程中进行充分碰撞、粘附，最终在沉 降室底部形成均匀的摩擦材料巧体；
[0034] 5)将步骤4)所得摩擦材料巧体进行切割，然后根据常规摩擦材料生产工艺，进行 加热加压固化，其中加热溫度为140°C，外界压力为20MPa，固化时间为25min，即得所述的 无规则排列长纤维增强的高强度摩擦材料。
[0035] 将本实施例所得摩擦材料参照GB5763-2008所述方法进行摩擦材料测试，结果表 明，其冲击强度为1. 5J/cm2, 200°C热膨胀率为0. 6 %，室溫压缩率为0. 6 %，200°C压缩率为 1. 2%;参