专利名称：一种二元粘结体系高性能合成摩擦材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于新材料领域，特别是涉及一种适用于动力机械制动器和离合器用摩擦片 的二元粘结体系高性能合成摩擦材料及其制备方法。
背景技术：
现有技术的合成摩擦材料，自20世纪20年代以来几乎都以酚醛类树脂和/或合成橡 胶的有机粘结剂，增强纤维，摩擦性能调节剂组成。该合成摩擦材料制成的摩擦片，一 方面通常处于200 400'C的高温工况条件下，且这种材料的微观非均质特性，使得其在 工作条件下许多质点的温度达70(TC甚至更高；另一方面其配方中的有机粘结剂在220 25(TC时已开始发生热分解，300 35(TC时热失重达2W左右，600 650'C时热失重大于 95%。正因为上述原因，现有技术的合成摩擦材料制成的摩擦片在250'C以前摩擦系数比 较平稳，在温度高于25(TC后摩擦系数明显下降，形成"热衰退"现象；同时，在磨损方 面，300'C左右起磨损率明显变大出现"热磨损"，随温度升高磨损率还持续快速变大； 并且这种有机粘结剂的合成摩擦材料的生产效率低，工业卫生条件差。发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种高温工况条件下摩擦系数稳定、磨损率波动小， 并且可大幅度提高生产效率、改善工业卫生条件的二元粘结体系高性能合成摩擦材料及 其制备方法。为解决上述技术问题，本发明的技术方案为-一种二元粘结体系高性能合成摩擦材料，由粘结剂、增强纤维、摩擦性能调节剂原 料组成，其特征在于所述粘结剂由有机粘结剂与非晶态硅微粉和水组成的无机粘结剂 组成；以原料总重量计，其中有机粘结剂含量为5 25%，非晶态硅微粉含量为3 15%, 水含量为5 30%,增强纤维含量为25 50%，摩擦性能调节剂含量为30 55%。上述的二元粘结体系高性能合成摩擦材料，其特征在于所述非晶态硅微粉为冶炼 铁合金或工业硅时，通过烟罩收集的含硅烟气，氧化凝聚后经干式收尘装置收集的二氧 化硅微粉；其平均粒径150纳米左右，比表面积15 30mVg,具有极高的反应活性，属 非晶态Si02。上述的二元粘结体系高性能合成摩擦材料，其特征在于所述水为纯水和/或原料中含有的水分。上述的二元粘结体系高性能合成摩擦材料，其特征在于所述有机粘结剂为酚醛类 树脂和/或合成橡胶，增强纤维为天然和/或人造的有机和/或无机纤维的混合纤维，摩擦 性能调节剂为无机填料和/或有机填料和/或金属粉、屑。上述的二元粘结体系高性能合成摩擦材料的制备方法，其特征包括如下步骤-(1)模压料制备工序(a)可先将粘结剂中的有机粘结剂的全部或部分固体料与非晶态硅微粉一起研磨搅拌均匀后，与粘结剂、增强纤维、摩擦性能调节剂中其余固体料
均匀混合成固体混合料；也可先将粘结剂、增强纤维、摩擦性能调节剂中的全部固体料 均匀混合成固体混合料；还可先分别将粘结剂、增强纤维、摩擦性能调节剂中除非晶态硅微粉外的固体料均匀混合成固体混合料和将非晶态硅微粉与全部或部分水混合成湿 料；(b)再在(a)的固体混合料中加入其余的全部原料均匀混合成造粒料；(c)然后将(b)的造粒料中的多余水分除去制成模压料，模压料含水率为5 15%;(2) 压制工序将模压料加入摸具中加压5 30秒钟，之后从摸具中取出制件，摸 具成型压力为40 100MPa，摸具温度为室温 80。C;(3) 热处理工序将制件放入加热设备中进行干燥、固化；干燥与固化可以分步进 行，也可以连续完成；千燥时间5 25分钟/毫米，千燥温度85土1(TC;固化时间60 100分钟/毫米，固化温度160 280°C。本发明材料配方中采用的非晶态硅微粉与配方中的水接触后被水化，非晶态硅微粉 水化后表面形成类似硅胶结构的Si"OH键，在4(TC左右Si~OH键开始脱水聚合成Si— 0~Si键组成的牢固结合的微粉长链i—OH+HO~S i~^T5j—~ |^~Si~0~Si~f^+H20 这种长链网状结构可一直保持到1200'C以上(晶态Si02微粉则无这种网络结构)。非晶 态硅微粉脱水结束后常温状态即具有大于10MPa的强度，且此强度保持到50(TC基本不 变，500 60(TC间强度可达20MPa以上，6001C后强度更急剧快速增高。非晶态硅微粉的 这种无机长链网状结构与有机粘结剂的三向网状结构的双重作用，构成本发明高性能合 成摩擦材料的二元粘结体系，其从微观结构上保证了合成摩擦材料具有在高温工况下摩 擦系数稳定、磨损率波动小的优良性能，克服了现有技术的合成摩擦材料，因随温度升 高有机粘结剂连续热分解影响而"热衰退"和"热磨损"严重。本发明材料配方的粘结剂中的非晶态硅微粉和水组成的无机粘结剂，在小于有机粘 结剂软化点温度时已形成了具有较高强度的长链网状结构，且这种长链网状结构在干燥 过程中是持续增强和完成的，故制件因此保持着较为完好的外形结构尺寸，完好的外形 结构尺寸不再会因有机粘结剂的软化熔融而改变。这就使采用本发明材料制得的模压料 可以直接快速常温压制成型，且成型后的制件也不需要再在加压器械中进行热固化处理 而直接在常压状态下完成固化，因此本发明——二元粘结体系高性能合成摩擦材料及其 制备方法——可大幅度提高合成摩擦材料的生产效率。本发明材料的配方中由于采用了非晶态硅微粉和水组成的无机粘结剂，使得模压料 的制备工序成为半湿法过程，并模压料被制成了含水率为5 15%的造粒料，较现有技术 广泛采用的干法工艺，使模压料制备和压制工序的工业卫生条件得到大幅改善。
具体实施方式
实施例l:将11千克粉状酚醛类树脂和合成橡胶组成的有机粘结剂、5.5千克非晶 态硅微粉、38千克增强混合纤维、37千克摩擦性能调节剂均匀混合成固体混合料，之后 将8.5千克水喷入搅拌中的固体混合料，使之均匀混合成含水率8. 5%的造粒料，然后将 造粒料摊晾至含水率为6%的模压料。将模压料加入温度控制在55X:的模具中，并放上处 理好的钢背，以55MPa的压力加压25秒钟后取出制件。将制件放入温度控制在95C的干 燥器中，以15分钟/毫米时间进行干燥，干燥后的制件再放入温度控制在260'C的固化炉 中，以70分钟/毫米时间进行热固化。得到汽车用制动器盘式摩擦片。实施例2:先将有机粘结剂中的8千克固体酚醛类树脂与6千克非晶态硅微粉一起研
磨搅拌均匀后，再与有机粘结剂中的5千克合成橡胶粉、32千克增强混合纤维、38千克 摩擦性能调节剂均匀混合成固体混合料，之后将ll千克水喷入搅拌中的固体混合料，使 之均匀混合成含水率11%的造粒料，然后将造粒料摊晾至含水率为8%的模压料。将模压 料加入温度控制在7CTC的模具中，以70MPa的压力加压10秒钟后取出制件。将制件放入千燥固化炉内，先将炉温设定在8(TC并以20分钟/毫米时间进行干燥，之后再升高炉温, 将温度设定在23(TC并以80分钟/毫米时间进行热固化。得到汽车用制动器鼓式摩擦片。实施例3:先将15千克粉状酚醛类树脂和合成橡胶组成的有机粘结剂、40千克增强 混合纤维、31千克摩擦性能调节剂均匀混合成固体混合料，再将6. 5千克非晶态硅微粉 与3. 5千克水混合成湿料。之后将湿料加入固体混合料进行搅拌，同时喷入4千克水使 之均匀混合成含水率7.5%的造粒模压料。将模压料加入温度控制在65'C的模具中，以 85MPa的压力加压15秒钟后取出制件。将制件放入干燥固化炉内，先将炉温设定在90'C 并以25分钟/毫米时间进行千燥，之后再升高炉温，将温度设定在20(TC并以95分钟/ 毫米时间进行热固化。得到工程机械用离合器摩擦片。实施例4:先将8千克非晶态硅微粉、38千克增强混合纤维、31千克摩擦性能调节 剂均匀混合成固体混合料。之后将含水率为35%的14千克水乳液有机粘结剂加入固体混 合料进行搅拌，同时喷入9千克水使之均匀混合成含水率13. 9%的造粒料，然后采用热风 将造粒料烘至含水率为8%的模压料。将模压料加入温度控制在75X:的模具中，并放上处 理好的钢背，以85MPa的压力加压25秒钟后取出制件。将制件放入温度控制在85。C的干 燥器中，以25分钟/亳米时间进行干燥，干燥后的制件再放入温度控制在24(TC的固化炉 中，以90分钟/毫米时间进行热固化。得到火车用制动器摩擦片。
权利要求
1、一种二元粘结体系高性能合成摩擦材料，由粘结剂、增强纤维、摩擦性能调节剂原料组成，其特征在于所述粘结剂由有机粘结剂与非晶态硅微粉和水组成的无机粘结剂组成；以原料总重量计，其中有机粘结剂含量为5～25％，非晶态硅微粉含量为3～15％，水含量为5～30％，增强纤维含量为25～50％，摩擦性能调节剂含量为30～55％。
2、 根据权利要求1所述的二元粘结体系高性能合成摩擦材料，其特征在于所述非晶态硅微粉为冶炼铁合金或工业硅时，通过烟罩收集的含硅烟气，氧化凝聚后经干式收 尘装置收集的二氧化硅微粉。
3、 根据权利要求1所述的二元粘结体系高性能合成摩擦材料，其特征在于所述水 为纯水和/或原料中含有的水分。
4、 根据权利要求1所述的二元粘结体系高性能合成摩擦材料的制备方法，其特征包括如下步骤(1) 模压料制备工序a可先将粘结剂中的有机粘结剂的全部或部分固体料与非晶态硅微粉一起研磨搅拌均匀后，与粘结剂、增强纤维、摩擦性能调节剂中其余固体料均匀混合成固体混合料；也可先将粘结剂、增强纤维、摩擦性能调节剂中的全部固体料均 匀混合成固体混合料；还可先分别将粘结剂、增强纤维、摩擦性能调节剂中除非晶态硅 微粉外的固体料均匀混合成固体混合料和将非晶态硅微粉与全部或部分水混合成湿料；b 再在a的固体混合料中加入其余的全部原料均匀混合成造粒料;C然后将b的造粒料中的 多余水分除去制成模压料，模压料含水率为5 15%;(2) 压制工序将模压料加入摸具中加压5 30秒钟，之后从摸具中取出制件，摸 具成型压力为40 100MPa，摸具温度为室温 8(TC;(3) 热处理工序将制件放入加热设备中进行干燥、固化；干燥与固化可以分步进行，也可以连续完成；干燥时间5 25分钟/毫米，干燥温度85土1(TC;固化时间60 100分钟/毫米，固化温度160 28(TC。
全文摘要
本发明属于新材料领域，特别是涉及一种适用于动力机械制动器和离合器用摩擦片的二元粘结体系高性能合成摩擦材料及其制备方法。本发明的二元粘结体系高性能合成摩擦材料由粘结剂、增强纤维、摩擦性能调节剂原料组成，特征是粘结剂由有机粘结剂与非晶态硅微粉和水组成的无机粘结剂组成；以原料总重量计，其中有机粘结剂含量为5～25％，非晶态硅微粉含量为3～15％，水含量为5～30％，增强纤维含量为25～50％，摩擦性能调节剂含量为30～55％。制备方法包含模压料制备工序、压制工序和热处理工序。该二元粘结体系高性能合成摩擦材料在高温工况条件下摩擦系数稳定、磨损率波动小，其制备方法可大幅度提高生产效率、改善工业卫生条件。
文档编号C09K5/00GK101161759SQ200610140478
公开日2008年4月16日 申请日期2006年10月9日 优先权日2006年10月9日
发明者陶建新 申请人:陶建新