一种可生物降解的摩擦粒子母粒、摩擦材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于摩擦材料，具体涉及一种可生物降解的摩擦粒子母粒、摩擦材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、摩擦材料是一种高分子三元复合材料，是物理与化学复合体。一般摩擦材料是由高分子粘结剂(树脂与橡胶)、增强纤维和摩擦性能调节剂三大类组成，经一系列生产加工而制成的制品。

2、目前，市面上的摩擦材料较多，包括半金属摩擦材料、nao摩擦材料、粉末冶金摩擦材料、碳纤维摩擦材料。由于摩擦材料中含有酚醛树脂、橡胶、金属以及各类无机矿物材料，其在摩擦过程中分解产生的有毒气体和摩擦粉尘会带来空气污染，而且废弃的摩擦材料不能自然降解，会带来长久的环境污染。因此，提供一种使用过程中不产生毒害气体和污染粉尘，并可在一定年限内降解的环保型摩擦材料非常有必要。

3、常见的生物可降解塑料包括聚乳酸(pla)、聚丁二酸丁二醇酯(pbs)、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物(pbat)和聚己内酯(pcl)，其中pla具有较好的耐热性，但韧性差；pbs和pbat具有较好的力学性能，韧性好，热稳定性高，但是强度低；pcl具有较大的延展性，但耐热性一般。将其作为摩擦材料的原料，无法满足摩擦材料对摩擦性能和耐磨性能的要求。

4、因此，亟需提供一种在使用过程中不产生毒害气体和污染粉尘，能够生物降解，且摩擦性能优异的环保型摩擦材料。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种可生物降解的摩擦粒子母粒、摩擦材料及其制备方法和应用。本发明提供的摩擦材料，其综合性能优异，具有良好的摩擦性能和耐磨性能，并且可生物降解，在使用过程中和最终降解产物对环境污染小。

2、本发明第一方面提供了一种可生物降解的摩擦粒子母粒。

3、具体地，一种可生物降解的摩擦粒子母粒，包含聚己内酯(pcl)、聚乳酸(pla)、片状碳酸钙、硫酸钙晶须和埃洛石纳米管。

4、优选地，按重量份计，所述摩擦粒子母粒，包括0.5-5份聚己内酯(pcl)、3-15份聚乳酸(pla)、3-15份片状碳酸钙、20-30份硫酸钙晶须和10-20份埃洛石纳米管；进一步优选地，按重量份计，所述摩擦粒子母粒，包括1-3份聚己内酯(pcl)、5-10份聚乳酸(pla)、5-10份片状碳酸钙、20-30份硫酸钙晶须和10-20份埃洛石纳米管。

5、优选地，所述摩擦粒子母粒还包括聚丁二酸丁二醇酯(pbs)和/或己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物(pbat)。

6、优选地，所述摩擦粒子母粒还包括磷酸三钙、蒙脱土、硅藻土中的至少一种。硅藻土具备的中空结构可以使材料中的晶须和有机物插入，进一步提升材料的强度；磷酸三钙和蒙脱土作为填充物能够提高各组分的相容性，从而进一步提升摩擦粒子母粒的耐热性、韧性和强度。

7、优选地，按重量份计，所述摩擦粒子母粒，包括0.5-5份聚己内酯(pcl)、3-15份聚乳酸(pla)、3-15份片状碳酸钙、20-30份硫酸钙晶须、10-20份埃洛石纳米管、1-8份聚丁二酸丁二醇酯(pbs)、1-8份己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物(pbat)、3-15份磷酸三钙、3-8份蒙脱土和5-15份硅藻土。

8、进一步优选地，按重量份计，所述摩擦粒子母粒，包括1-3份聚己内酯(pcl)、5-10份聚乳酸(pla)、5-10份片状碳酸钙、20-30份硫酸钙晶须、10-20份埃洛石纳米管、2-5份聚丁二酸丁二醇酯(pbs)、2-5份己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物(pbat)、5-10份磷酸三钙、4-6份蒙脱土和5-15份硅藻土。

9、本发明第二方面提供了一种可生物降解的摩擦粒子母粒的制备方法。

10、具体地，一种可生物降解的摩擦粒子母粒的制备方法，包括以下步骤：

11、(1)将聚己内酯(pcl)与片状碳酸钙、硫酸钙晶须混合，捏合，制得a材料；

12、(2)将聚乳酸(pla)与埃洛石纳米管混合，捏合，制得b材料；

13、(3)将步骤(1)得到的a材料、步骤(2)得到的b材料，以及剩余组分混合，捏合，制得摩擦粒子母粒。

14、本发明采用片状碳酸钙、硫酸钙晶须对聚己内酯(pcl)进行改性，采用埃洛石纳米管对聚乳酸(pla)进行改性，然后捏合制得摩擦粒子母粒。pcl和片状碳酸钙、硫酸钙晶须在捏合中，pcl充分包覆在硫酸钙晶须的表面，并被片状碳酸钙层状覆盖，充分利用pcl的延展性，并用片状碳酸钙对其进行热氧化的隔离防护，提升其耐热性；pla和埃洛石纳米管在捏合后，埃洛石纳米管填充pla，使pla具备了充分的韧性，同时其耐热性也得到进一步提升。改性后的聚己内酯(pcl)和聚乳酸(pla)共同作用能够有效提高摩擦粒子母粒的耐热性、耐摩擦性等。

15、本发明第三方面提供了一种可生物降解的摩擦材料。

16、具体地，一种可生物降解的摩擦材料，包括上述摩擦粒子母粒和摩擦性能调节剂。

17、优选地，所述摩擦性能调节剂包括石墨和/或焦炭。石墨和焦炭能够调节摩擦磨损特性，提高摩擦材料的耐摩擦性能。

18、优选地，所述摩擦材料还包括明胶，明胶用于辅助粘接。

19、优选地，按重量份计，所述摩擦材料，包含48-140份摩擦粒子母粒、5-20份石墨、5-20份焦炭和1-8份明胶。

20、进一步优选地，按重量份计，所述摩擦材料，包含58-105份摩擦粒子母粒、5-15份石墨、5-15份焦炭和2-5份明胶。

21、本发明第四方面提供了一种可生物降解的摩擦材料的制备方法。

22、具体地，一种可生物降解的摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：

23、将所述摩擦粒子母粒和石墨、焦炭和明胶混合，然后投入模具内，加压，得坯体；再将所述坯体固化，制得所述摩擦材料。

24、优选地，所述加压的过程为加压至400-600kg/cm2，保持3-5min。

25、本发明第五方面提供了一种刹车片。

26、具体地，一种刹车片，包含上述可生物降解的摩擦材料。

27、本发明提供的仿生摩擦材料，pla、pbs、pbat、pcl作为主要的粘接成分，先针对不同高分子聚合物材料的特征选择相应的生物陶瓷基材料磷酸三钙、片状碳酸钙、硫酸钙晶须、蒙脱土、埃洛石纳米管等的改性剂，分别在双辊捏合机中在80-110c充分捏合30-50min，形成共混改性的具备热、力学综合性能较好的复合高分子材料，使高分子材料与生物陶瓷材料充分填充，分别得到耐磨、阻尼、强度均较好的基础复合材料结构。

28、相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

29、(1)本发明提供的摩擦材料，以pla、pbs、pbat、pcl作为粘接成分，并分别采用片状碳酸钙、硫酸钙晶须对聚己内酯(pcl)进行改性，采用埃洛石纳米管对聚乳酸(pla)进行改性，能显著提高摩擦材料的摩擦性能和耐磨性能。

30、(2)本发明以可生物降解的pla、pbs、pbat、pcl作为粘接成分，采用片状碳酸钙、硫酸钙晶须、埃洛石纳米管等生物陶瓷作为改性材料，配合磷酸三钙、蒙脱土、硅藻土等生物陶瓷可降解材料，以及天然石墨、石油焦炭等摩擦调节材料的使用，制备出的摩擦材料，不仅综合性能优异，而且可生物降解，在使用过程中以及最终降解的产物均对环境污染小。