专利名称：一种纸基摩擦材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种摩擦材料，特别是一种用于制作机械、车辆、船舶等动力传输、制动总成中的摩擦片的纸基摩擦材料及其制造方法。
本世纪五十年代初期，在汽车工业中出现了湿式离合器，当时这种湿式离合器一般都采用金属摩擦片，这种摩擦片的静动摩擦系数比偏大，引起接合不平稳，噪声大；直至七十年代初，美国在湿式工况中才开始使用纸基摩擦元件。如美国专利4256801就公开了一种纸基摩擦材料，它是将碳纤维、纤维素纤维、耐火有机纤维、一定的填料和耐油的弹性材料结合形成板材，再用热固性树脂浸渍而成，其中所述的纤维素纤维包括α-纤维素、亚硫酸纤维素、棉、亚麻、破布等。从该专利文献中可以清楚地看到其原料选用的纤维种类杂乱，且有的质量波动范围极大，如破布，有的价格较贵，如碳纤维；更不足的是，由于各种纤维之间在性能上存在差异，使得工艺难度增大，不利于工业化生产，而且也容易因混合不均匀而造成产品性能不稳定，产品质量难控制。
上述专利采用的是双盘磨精磨工艺，它对于原料的进料、出料有较高的要求，控制难度较大；其工艺步骤采用在抄纸后浸渍树脂再制成摩擦元件，而摩擦元件在多数情况下呈环形，所以这种步骤使其材料利用率低，从而提高了制作成本；而且这种工艺由于纤维种类杂乱，不易控制，生产重复性差，所以想从调整工艺来控制得到预定密度的产品会更加困难。
本发明的目的在于提供一种产品性能稳定的纸基摩擦材料及提供一种简便易行，成本低，可预知产品密度的纸基摩擦材料的制造方法。
本发明是这样实现的一种纸基摩擦材料，其组分及含量为(所有的百分数为重量百分数)基体采用竹纤维或／和木纤维35-56％；摩擦剂采用硅藻土或／和二氧化硅7-14％，摩擦调整剂采用石墨粉6-30％，成形剂采用热固性树脂15-30％。
所述的热固性树脂最好采用改性酚醛树脂，如FM2123P酚醛树脂。
在上述发明中，作为基体的增强纤维采用竹纤维和木纤维时，在基体总量不变的情况下，竹纤维与木纤维为任意配比；当摩擦剂采用硅藻土和二氧化硅时，在摩擦剂总量不变的情况下，硅藻土与二氧化硅可任意配比。
为了提高摩擦片的塑性，提高耐磨性，它还可以增加作为摩擦调整剂的铜粉或／和丁晴橡胶粉，其含量为6-30％的石墨粉的量的1-2％。
为了提高摩擦片的摩擦系数，它还可以添加作为摩擦剂的重晶石粉或／和铸石粉，其含量为7-14％的硅藻土或／和二氧化硅的量的1-3％。
为了进一步使其他组分与竹纤维在湿磨工艺中能混合均匀，在悬浊液中有大致相近的下降速度，所述竹纤维或／和木纤维最好选用纤维长度介于1．0-2．5mm之间的竹纤维或／和木纤维；所述硅藻土颗粒大小以-300目为佳；所述二氧化硅颗粒大小以-300目为佳；所述石墨粉选鳞片状，颗粒大小以+300目为佳；所述铜粉选片状，颗粒大小以-300目为佳；所述丁晴橡胶粉的颗粒大小以30-40目为佳。
同样道理，所述重晶石粉的颗粒大小以-150目为佳；所述铸石粉的颗粒大小以-150目为佳。
上述纸基摩擦材料的制造方法，其特征在于按比例将竹纤维与摩擦剂、摩擦调整剂进行湿式球磨--抄造--冲裁--用成形剂热固性树脂溶液进行浸渍--热定形--与芯板贴合--热固化得成品。
所述湿式球磨的工艺条件为球磨原料浓度控制在10-12％为佳，采用陶瓷球，湿磨时间为8-12分钟；球磨后的浆料浓度应控制在1．4-1．8％之间，再在造纸机上抄造干燥；溶解热固性树脂的溶剂或选用酒精或选用丙酮或选用乙酸乙酯；所述热定形的温度为60-80℃；所述热固化的温度为180-200℃，固化时间为1-1．5小时。
在本发明中，作为增强纤维的基体之所以选用竹纤维或／和木纤维，不仅由于它们来源广泛，更主要的原因是木纤维、竹纤维细长，比重大，硬度高，纤维容易切短和水化，防腐性能好，而且采用单一的竹纤维或单一的木纤维或性能接近的竹纤维和木纤维，容易保持产品性能稳定，重复性好；本发明选择硅藻土或／和二氧化硅作为摩擦剂，选择石墨粉作为摩擦调整剂，是因为它们能保证在湿磨中与竹纤维等混合均匀，在悬浊液中有大致相近的下降速度，从而进一步保证各组分分布均匀，使产品的摩擦磨损性能达到一致。
在本发明制造方法中，舍弃了造纸行业搅拌纸浆的传统工艺，也不采用美国专利所述的双盘精磨工艺，而是采用湿式球磨工艺方法，在这样的液体介质中，经瓷球的碰撞、研磨，可加速固体粉末的浸润和渗入竹纤维的纤维絮聚中，从而有利于各粉末组分与竹纤维的均匀混合，有利于切短和调整竹纤维的长度，同时由于它类似于造纸业中的打浆，更有利于摩擦原纸的抄造，进一步保证了原纸质量稳定；本发明工艺中又改变了过去常用的工艺步骤，不采用原纸浸渍树脂后，按产品尺寸冲剪落料，而采用先将原纸按产品尺寸冲剪落料后再浸渍树脂的工艺步骤，这样可以减少原料消耗，降低产品成本和有利于控制产品质量；而且采用本发明工艺，仅通过调整制品的厚度、重量就能方便地控制产品密度，可有效地调整纸基摩擦材料的摩擦磨损性能；综上所述，本发明工艺是一种简便易行，成本低，可预知产品密度的纸基摩擦材料的制造方法。
采用上述配方及制造方法得到的纸基摩擦材料，经MM-1000型摩擦材料试验机检测，其动摩擦系数介于0．12-0．15之间，静摩擦系数介于0．14-0．165之间，静动摩擦系数比为1∶1-1∶2之间，特别适宜于制作在湿式工况下的摩擦元件。
下面结合实施例对本发明作进一步说明实施例1一种纸基摩擦材料，其组分及含量为(所有组分的含量均为重量百分比)竹纤维45％，硅藻土2％，二氧化硅8％，石墨粉28％，改性酚醛树脂粉17％。
制造方法如下按上述比例称取符合技术要求的竹纤维、硅藻土、二氧化硅、鳞片状石墨粉放入球磨机，加入水，水的加入量为上述物质总量的10倍，湿磨10分钟；之后，取出球磨浆料，用水稀释至固体组分浓度为1．6％，在纸机上抄造成纸，压榨，烘干，得原纸；将原纸冲裁成所需的尺寸和形状，再按比例称取改性酚醛树脂，如FM2123P酚醛树脂，用酒精溶解，让原纸均匀足量地浸渍在改性酚醛树脂酒精溶液中，晾干，然后在60℃下热定形，制得纸基摩擦元件；清洗工程机械离合器芯板，表面刷粘结胶，将纸基摩擦元件与芯板贴合，在固化炉中固化，固化温度180℃，时间为1．5小时，得成品。
这样制得的纸基摩擦材料经MM-1000型摩擦材料试验机检测，静摩擦系数为0．146，动摩擦系数为0．127，静动摩擦系数比为1．14。
实施例2一种纸基摩擦材料，其组分及含量为(所有组分的含量均为重量百分比)竹纤维55％，硅藻土9％，二氧化硅2％，石墨粉6％，改性酚醛树脂粉28％。
制造方法如下按上述比例称取符合技术要求的竹纤维、硅藻土、二氧化硅、石墨粉放入球磨机，加入水，水的加入量为上述物质总量的10倍，湿磨10分钟；之后，职出球磨浆料，用水稀释至固体组分浓度为1．8％，在纸机上抄造成纸，压榨，烘干，得原纸；将原纸冲裁成所需的尺寸和形状，再按比例称取改性酚醛树脂，如FM2123P酚醛树脂，用丙酮溶解，让原纸均匀足量地浸渍在改性酚醛树脂丙酮溶液中，晾干，然后在80℃下热定形，制得纸基摩擦元件；清洗汽车离合器芯板，表面刷粘结胶，将纸基摩擦元件与芯板贴合，在固化炉中固化，固化温度200℃，时间为1小时，得成品。
制得的材料经MM-1000型摩擦材料试验机检测，静摩擦系数为0．163，动摩擦系数为0．143，静动摩擦系数比为1．14。
实施例3一种纸基摩擦材料，其组分及含量为(所有组分的含量均为重量百分比)竹纤维52％，硅藻土10％，二氧化硅3％，石墨粉18％，改性酚醛树脂粉15％，铜粉1％，丁晴橡胶1％。
制造方法如下按上述比例称取符合技术要求的竹纤维、硅藻土、二氧化硅、石墨粉放入球磨机，加入水。水的加入量为上述物质总量的10倍，湿磨10分钟；之后，取出球磨浆料，用水稀释至固体组分浓度为1．4％，在纸机上抄造成纸，压榨，烘干，得原纸；将原纸冲裁成所需的尺寸和形状，再按比例称取改性酚醛树脂，如FM2123P酚醛树脂，用乙酸乙酯溶解，让原纸均匀足量地浸渍在改性酚醛树脂乙酸乙酯溶液中，晾干，然后在70℃下热定形，制得纸基摩擦元件；清洗摩托车离合器芯板，表面刷粘结胶，将纸基摩擦元件与芯板贴合，在固化炉中固化，固化温度190℃，时间为1．2小时，得成品。
制得的材料经MM-1000型摩擦材料试验机检测，静摩擦系数为0．143，动摩擦系数为0．12，静动摩擦系数比为1．19。
实施例4一种纸基摩擦材料，其组分及含量为(所有组分的含量均为重量百分比)竹纤维45％，硅藻土8％，二氧化硅6％，重晶石粉0．2％，铸石粉0．2％，石墨粉20％，丁晴橡胶粉0．2％，改性酚醛树脂粉20．4％。
制造方法同实施例1。
实施例5一种纸基摩擦材料，其组分及含量为(所有组分的含量均为重量百分比)竹纤维40％，硅藻土3％，二氧化硅5％，重晶石粉0．2％，石墨粉30％，铜粉0．3％，改性酚醛树脂粉21．5％。
制造方法同实施例1。
实施例6一种纸基摩擦材料，其组分及含量为(所有组分的含量均为重量百分比)竹纤维50．5％，硅藻土12％，二氧化硅2％，铸石粉0．4％，石墨粉15％，丁晴橡胶粉0．1％，改性酚醛树脂粉30％。
制造方法同实施例1。
实施例7一种纸基摩擦材料，其组分及含量为(所有组分的含量均为重量百分比)竹纤维38％，硅藻土2％，二氧化硅12％，石墨粉25％，丁晴橡胶粉0．2％，改性酚醛树脂粉22．8％。
制造方法同实施例1。
实施例8一种纸基摩擦材料，其组分及含量为(所有组分的含量均为重量百分比)竹纤维53．8％，硅藻土5％，二氧化硅5％，石墨粉20％，铜粉0．2％，改性酚醛树脂粉16％。
制造方法同实施例1。
实施例9一种纸基摩擦材料，其组分及含量为(所有组分的含量均为重量百分比)竹纤维35％，二氧化硅14％，石墨粉30％，改性酚醛树脂粉21％。
制造方法同实施例1。
实施例10一种纸基摩擦材料，其组分及含量为(所有组分的含量均为重量百分比)竹纤维44．8％，硅藻土13％，石墨粉20％，丁晴橡胶粉0．1％，铜粉0．1％，改性酚醛树脂粉20％。
制造方法同实施例1。
实施例11一种纸基摩擦材料，其组分及含量为(所有组分的含量均为重量百分比)竹纤维39．6％，硅藻土12％，重晶石粉0．1％，北京铸石粉0．2％，石墨粉20％，丁晴橡胶粉0．1％，铜粉0．1％，改性酚醛树脂粉28％。
制造方法同实施例1。
实施例12一种纸基摩擦材料，其组分及含量为(所有组分的含量均为重量百分比)竹纤维37．4％，硅藻土14％，重晶石粉0．3％，石墨粉30％，丁晴橡胶粉0．2％，铜粉0．1％，改性酚醛树脂粉18％。
制造方法同实施例1。
实施例13一种纸基摩擦材料，其组分及含量为(所有组分的含量均为重量百分比)竹纤维45．6％，硅藻土12％，北京铸石粉0．1％，石墨粉18％，丁晴橡胶粉0．1％，铜粉0．2％，改性酚醛树脂粉24％。
制造方法同实施例1。
实施例14一种纸基摩擦材料，其组分及含量为(所有组分的含量均为重量百分比)竹纤维44．3％，二氧化硅13％，重晶石粉0．15％，北京铸石粉0．15％，石墨粉20％，丁晴橡胶粉0．2％，铜粉0．2％，改性酚醛树脂粉22％。
制造方法同实施例1。
实施例15一种纸基摩擦材料，其组分及含量为(所有组分的含量均为重量百分比)竹纤维43．4％，二氧化硅14％，重晶石粉0．3％，石墨粉16％，丁晴橡胶粉0．2％，铜粉0．1％，改性酚醛树脂粉26％。
制造方法同实施例1。
实施例16一种纸基摩擦材料，其组分及含量为(所有组分的含量均为重量百分比)竹纤维44％，二氧化硅10％，北京铸石粉0．2％，石墨粉18％，丁晴橡胶粉0．15％，铜粉0．15％，改性酚醛树脂粉27．5％。
制造方法同实施例1。
实施例17一种纸基摩擦材料，其组分及含量为(所有组分的含量均为重量百分比)木纤维45％，硅藻土8％，二氧化硅6％，重晶石粉0．2％，北京铸石粉0．2％，石墨粉20％，丁晴橡胶粉0．1％，铜粉0．1％，改性酚醛树脂粉20．4％。
制造方法同实施例1。
实施例18一种纸基摩擦材料，其组分及含量为(所有组分的含量均为重量百分比)竹纤维30％，木纤维25％，硅藻土9％，二氧化硅25，重晶石粉0．1％，北京铸石粉0．1％，石墨粉8％，40丁晴橡胶粉0．1％，改性酚醛树脂粉25．7％。
制造方法同实施例1。
权利要求
1.一种纸基摩擦材料，其组分及含量为(所有的百分数为重量百分数)基体竹纤维或／和木纤维 35-56％；摩擦剂硅藻土或／和二氧化硅 7-14％摩擦调整剂石墨粉 6-30％；成形剂热固性树脂 15-30％。
2．如权利要求1所述的纸基摩擦材料，其特征在于所述的热固性树脂最好采用改性酚醛树脂，如FM2123P酚醛树脂。
3．如权利要求1所述的纸基摩擦材料，其特征在于基体采用竹纤维和木纤维时，在基体总量不变的情况下，竹纤维与木纤维为任意配比；摩擦剂采用硅藻土和二氧化硅时，在摩擦剂总量不变的情况下，硅藻土与二氧化硅可任意配比。
4．如权利要求1所述的纸基摩擦材料，其特征在于它还可以含有铜粉或／和丁晴橡胶粉，其含量为6-30％的石墨粉的量的1-2％。
5．如权利要求1或4所述的纸基摩擦材料，其特征在于它还可以含有重晶石粉或／和铸石粉，其含量为7-14％硅藻土或／和二氧化硅的量的1-3％。
6．如权利要求1或4所述的纸基摩擦材料，其特征在于所述竹纤维或／和木纤维的纤维长度介于1．0-2．5mm之间为佳；所述硅藻土颗粒大小以-300目为佳；所述二氧化硅颗粒大小以-300目为佳；所述石墨粉选鳞片状，颗粒大小以+300目为佳；所述铜粉选片状，颗粒大小以-300目为佳；所述丁晴橡胶粉的颗粒大小以30-40目为佳。
7．如权利要求5所述的纸基摩擦材料，其特征在于所述重晶粉的颗粒大小以-150目为佳；所述铸石粉的颗粒大小以-150目为佳。
8．一种纸基摩擦材料的制造方法，其特征在于按比例将基体、摩擦剂、摩擦调整剂进行湿式球磨--抄造--冲裁--用成形剂热固性树脂粉溶液中浸渍--热定形--与芯板贴合--热固化得成品。
9．如权利要求8所述的纸基摩擦材料的制造方法，其特征在于所述湿式球磨的工艺条件为球磨原料浓度控制在10-12％为佳，采用陶瓷球，湿磨时间为8-12分钟；球磨后的浆料浓度应控制在1．4-1．8％之间，再在造纸机上抄造干燥；溶解热固性树脂的溶剂或选用酒精或选用丙酮或选用乙酸乙酯；所述热定形的温度为60-80℃；所述热固化的温度为180-200℃，固化时间为1-1．5小时。
全文摘要
本发明涉及一种用于制作机械、车辆、船舶等动力传输、制动总成中的摩擦片的纸基摩擦材料及其制造方法。一种纸基摩擦材料,其组分及含量为(所有的百分数为重量百分数):竹纤维或/和木纤维35—56%,硅藻土或/和二氧化硅7—14%,石墨粉6—30%,热固性树脂15—30%。其制造方法为按比例将竹纤维与摩擦剂、摩擦调整剂进行湿式球磨——抄造——冲裁——用成形剂热固性树脂粉溶液中浸渍——热定形——与芯板贴合——热固化得成品。这是一种产品性能稳定的纸基摩擦材料,其原料来源广泛,制作方法简便易行,成本低,且是一种可预知产品密度的制造方法。
文档编号F16D69/02GK1292465SQ99114959
公开日2001年4月25日 申请日期1999年6月25日 优先权日1999年6月25日
发明者徐子才, 屈子梅, 温学成, 周树明 申请人:重庆市江北区利峰工业制造有限公司