专利名称：一种混杂纤维增强摩擦材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种混杂纤维增强摩擦材料及其制备方法，特别是含纤维状坡缕石的混杂纤维增强摩擦材料及其制备方法，属于摩擦制动材料技术领域。
背景技术：
随着汽车、火车、飞机等运输工具向大功率、高速、重载方向发展，对其舒适度和安全性要求不断提高，相应对摩擦制动材料的性能也提出了更加苛刻的要求。在传统的摩擦材料制造技术中，石棉是摩擦材料的主要增强成分，但石棉已被公认是致癌物质，对人体的危害极大，并且石棉粉尘还对环境造成严重污染。因此，研制开发无石棉摩擦材料成为当前摩擦材料的重要发展趋势。从无石棉摩擦材料的组成成分角度来进行划分，摩擦材料可分为有机型和无机型两大类。目前研究和使用较多的是有机型摩擦材料，无石棉有机型摩擦材料按所含纤维的种类和数量可划分为天然及合成无石棉纤维材料、混杂纤维增强摩擦材料、无纤维摩擦材料。混杂纤维是综合考虑各种纤维的物理化学特性，利用纤维之间的混杂机理，使其性能达到石棉在摩擦材料中的增强效果。研究表明，现有任何单一纤维的综合性能都无法和石棉相比，因此混杂纤维增强摩擦材料是当今无石棉有机型摩擦材料研究的重要方向。
美国Engelhard公司于1983年2月8日获得授权的US4,373,037号美国专利公开了一种含有绿坡缕石(坡缕石)粘土并和钢纤维或其他非石棉纤维组成的无石棉摩擦材料，其组分中也包括常规的填充物、润滑剂和磨损改良剂等。该专利公开的无石棉摩擦材料存在的问题是在该摩擦材料中钢纤维的重量比范围为10％～50％，含量过高，因为钢纤维代替石棉纤维作为摩擦材料的增强纤维存在着比重大、硬度高，容易损伤对偶件的缺点，而且该专利虽然是第一次提出将绿坡缕石用于无石棉摩擦材料，但采用绿坡缕石作为无石棉摩擦材料的成分必须对其进行严格的高温热处理，使绿坡缕石的吸附水的重量比低于5％，在此基础上碳酸盐中CO2的重量比不超过5％，导致生产工艺烦琐。中国专利CN02119506.6公开了一种采用海泡石纤维、植物纤维代替石棉的无石棉摩擦材料，但该无石棉摩擦材料中使用的植物纤维高温摩擦时容易发生炭化，影响摩擦材料性能。中国专利CN97112643.7公开了一种采用毛发纤维和钢纤维作为增强纤维的无石棉摩擦材料，从公开文件中提供的数据上看存在冲击强度不够理想，而且存在摩擦系数不够稳定的缺点。
本申请人已向国家知识产权局申请的专利(申请号200610200405.5)，提供了纤维状坡缕石在制备制动器衬片材料中的应用及其产品和制法。经过进一步的试验研究，申请人获得了一种更好的含纤维状坡缕石的无石棉摩擦材料配方和成型工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混杂纤维增强摩擦材料及其制备方法，本发明针对现有技术的不足，采用金属纤维(钢纤维)、有机纤维(芳纶纤维)、矿物纤维(纤维状坡缕石、针状硅灰石)作为混杂纤维组分，改善了钢纤维易生锈、热传导过快、易产生制动啸叫和颤振、容易损伤对偶件、制品比重大、硬度高，芳纶纤维价格高、表面处理工艺复杂以及矿物纤维强度偏弱、矿物纤维含量高时结晶水对材料性能的不良影响等缺点，所得产品的摩擦系数稳定、磨损率小、冲击强度高、硬度适中、价格低。
本发明是这样构成的按照重量百分比计算，它是以钢纤维12％～25％、芳纶纤维1％～6％、针状硅灰石7％～16％和纤维状坡缕石5％～12％组成的混杂纤维作为增强纤维，再加以粘结剂17％和填料45％制成的。
准确地说，混杂纤维中各组分在摩擦材料中所占重量百分比为钢纤维15.41％、芳纶纤维2.73％、针状硅灰石12.53％、纤维状坡缕石7.33％。
所述的纤维状坡缕石为24目和40目两种粒度的纤维状坡缕石的混合物，其混合重量比为3∶7。
所述的纤维状坡缕石这样制备将原矿坡缕石进行水洗除去杂质和残渣，然后在100℃温度下干燥，再用振动磨矿机粉碎1～3min，最后用标准检验筛分级，即得不同目数的坡缕石。
所用的粘结剂为13％的丁腈改性酚醛树脂和4％的橡胶粉。
所用的填料为重晶石粉15％、云母5％、蛭石5％、钾长石3％、蓝晶石2％、Al2O33％、铬铁矿4％和鳞片石墨8％。
本发明混杂纤维增强摩擦材料的制备方法为采用干法预成型工艺，按以下四个步骤进行(1)原材料的预处理将各种纤维和填料放置在烘箱内于120℃烘1小时；将丁腈改性酚醛树脂放置在烘箱内于60～70℃烘0.5小时。
(2)混料称取芳纶纤维和鳞片石墨放入容器中人工搅拌2～3min，然后将其放进搅拌机中在1250r/min下搅拌3～4min，最后加入其它原材料在800r/min下搅拌5min。在混料过程中，芳纶纤维、纤维状坡缕石、树脂以及各种填料的加料次序、加料时间以及混料机的转速控制，是混料均匀，特别是有利于芳纶纤维分散的重要因素。
(3)热压将混合完全的原料放入模具中，在压制温度160±5℃、压制压力25±3Mpa、保温保压时间60s/mm的条件下进行热压；热压开始时每隔10s打开模腔排气3～5次。
(4)热处理在20～100℃温度段，等速升温1h，保温1h；在100～120℃温度段，等速升温1h，保温1h；在120～140℃温度段，等速升温40min，保温140min；在140～170℃温度段，等速升温30min，保温4h。
与现有技术相比，本发明采用金属纤维、有机纤维和矿物纤维作为混杂纤维组分，改善了钢纤维易生锈、热传导过快、易产生制动啸叫和颤振、容易损伤对偶件、制品比重大、硬度高，芳纶纤维价格高、表面处理工艺复杂以及矿物纤维强度偏弱、矿物纤维含量高时结晶水对材料性能的不良影响等缺点，所制得的摩擦材料的耐磨性、热衰退性、冲击强度等指标均符合并优于国家标准，并且摩擦系数稳定、磨损率小、硬度适中、价格较低，使完全替代石棉摩擦材料成为可能。
具体实施例方式实施例1芳纶纤维2.73％，钢纤维15.41％，针状硅灰石12.53％，纤维状坡缕石7.33％，丁腈改性酚醛树脂13％，橡胶粉4％，重晶石粉15％，云母5％，蛭石5％，钾长石3％，Al2O33％，蓝晶石2％，铬铁矿4％，鳞片石墨8％。
按上述重量比例称取各种原料，采用干法预成型工艺，按以下四个步骤制备(1)原材料的预处理将各种纤维和填料放置在烘箱内于120℃烘1小时；将丁腈改性酚醛树脂放置在烘箱内于60～70℃烘0.5小时。
(2)混料称取芳纶纤维和鳞片石墨放入容器中人工搅拌2～3min，然后将其放进搅拌机中在1250r/min下搅拌3～4min，最后加入其它原材料在800r/min下搅拌5min。
在混料过程中，芳纶纤维、纤维状坡缕石、树脂以及各种填料的加料次序、加料时间以及混料机的转速控制，是混料均匀，特别是有利于芳纶纤维分散的重要因素。上述操作即可保证芳纶纤维分散良好、混料均匀。
(3)热压将混合完全的原料放入模具中，在压制温度160±5℃、压制压力25±3Mpa、保温保压时间60s/mm的条件下进行热压；热压开始时每隔10s打开模腔排气3～5次。
(4)热处理在20～100℃温度段，等速升温1h，保温1h；在100～120℃温度段，等速升温1h，保温1h；在120～140℃温度段，等速升温40min，保温140min；在140～170℃温度段，等速升温30min，保温4h。
实施例2芳纶纤维3％，钢纤维14％，针状硅灰石纤维9％，纤维状坡缕石12％，丁腈改性酚醛树脂13％，橡胶粉4％，重晶石粉15％，云母5％，蛭石5％，钾长石3％，Al2O33％，蓝晶石2％，铬铁矿4％，鳞片石墨8％。
按上述重量比例称取各种原料，同实施例1所述工艺步骤制备。
实施例3芳纶纤维1％，钢纤维25％，针状硅灰石7％，纤维状坡缕石5％，丁腈改性酚醛树脂13％，橡胶粉4％，重晶石粉15％，云母5％，蛭石5％，钾长石3％，Al2O33％，蓝晶石2％，铬铁矿4％，鳞片石墨8％。
按上述重量比例称取各种原料，同实施例1所述工艺步骤制备。
实施例4芳纶纤维1％，钢纤维12％，针状硅灰石16％，纤维状坡缕石9％，丁腈改性酚醛树脂13％，橡胶粉4％，重晶石粉15％，云母5％，蛭石5％，钾长石3％，Al2O33％，蓝晶石2％，铬铁矿4％，鳞片石墨8％。
按上述重量比例称取各种原料，同实施例1所述工艺步骤制备。
实施例5芳纶纤维6％，钢纤维16％，针状硅灰石10％，纤维状坡缕石6％，丁腈改性酚醛树脂13％，橡胶粉4％，重晶石粉15％，云母5％，蛭石5％，钾长石3％，Al2O33％，蓝晶石2％，铬铁矿4％，鳞片石墨8％。
按上述重量比例称取各种原料，同实施例1所述工艺步骤制备。
本发明所述的摩擦材料参照GB5763-1998，GBn257-1986规定，采用GB5763-1998《汽车用制动器衬片》中规定的测试方法对按照实施例1至实施例5所提供的配方制造的摩擦材料的摩擦磨损性能进行测试；参照GB5765-1986方法，对实施例1至实施例5所提供的配方制造的摩擦材料的冲击强度进行测试。
表1GB5763-1998摩擦性能的要求
GBn257-1986中对摩擦材料的冲击强度的规定为冲击强度应≥2.94KJ/m2。
采用咸阳新益摩擦密封材料设备研究所生产的XD-MSM型定速式摩擦试验机和承德市试验机厂生产的XJJ-50型冲击试验机，对按照实施例1至实施例5所提供的配方制造的摩擦材料的摩擦磨损性能和冲击强度进行测试，结果如表2、表3所示。
表2摩擦磨损性能
表3冲击强度
从表2、表3中的检测结果可见，本发明所制得的含纤维状坡缕石的混杂纤维增强摩擦材料的耐摩性、热衰退性、冲击强度等性能指标均符合并优于国家标准。
权利要求
1.一种混杂纤维增强摩擦材料，其特征在于按照重量百分比计算，它是以钢纤维12％～25％、芳纶纤维1％～6％、针状硅灰石7％～16％和纤维状坡缕石5％～12％组成的混杂纤维作为增强纤维，再加以粘结剂17％和填料45％制成的。
2.按照权利要求1所述的混杂纤维增强摩擦材料，其特征在于混杂纤维中各组分在摩擦材料中所占重量百分比为钢纤维15.41％、芳纶纤维2.73％、针状硅灰石12.53％、纤维状坡缕石7.33％。
3.按照权利要求1或2所述的混杂纤维增强摩擦材料，其特征在于所述的纤维状坡缕石为24目和40目两种粒度的纤维状坡缕石的混合物，其混合重量比为3∶7。
4.按照权利要求3所述的混杂纤维增强摩擦材料，其特征在于所述的纤维状坡缕石这样制备将原矿坡缕石进行水洗除去杂质和残渣，然后在100℃温度下干燥，再用振动磨矿机粉碎1～3min，最后用标准检验筛分级，即得不同目数的坡缕石。
5.按照权利要求1所述的混杂纤维增强摩擦材料，其特征在于所用的粘结剂为13％的丁腈改性酚醛树脂和4％的橡胶粉。
6.按照权利要求1所述的混杂纤维增强摩擦材料，其特征在于所用的填料为重晶石粉15％、云母5％、蛭石5％、钾长石3％、蓝晶石2％、Al2O33％、铬铁矿4％和鳞片石墨8％。
7.如权利要求1、5或6所述的混杂纤维增强摩擦材料的制备方法，其特征在于采用于法预成型工艺，按以下四个步骤进行(1)原材料的预处理将各种纤维和填料放置在烘箱内于120℃烘1小时；将丁腈改性酚醛树脂放置在烘箱内于60～70℃烘0.5小时；(2)混料称取芳纶纤维和鳞片石墨放入容器中人工搅拌2～3min，然后将其放进搅拌机中在1250r/min下搅拌3～4min，最后加入其它原材料在800r/min下搅拌5min；(3)热压将混合完全的原料放入模具中，在压制温度160±5℃、压制压力25±3Mpa、保温保压时间60s/mm的条件下进行热压；热压开始时每隔10s打开模腔排气3～5次；(4)热处理在20～100℃温度段，等速升温1h，保温1h；在100～120℃温度段，等速升温1h，保温1h；在120～140℃温度段，等速升温40min，保温140min；在140～170℃温度段，等速升温30min，保温4h。
全文摘要
本发明提供了一种混杂纤维增强摩擦材料及其制备方法，按照重量百分比计算，它是以钢纤维12％～25％、芳纶纤维1％～6％、针状硅灰石7％～16％和纤维状坡缕石5％～12％组成的混杂纤维作为增强纤维，再加以粘结剂17％和填料45％制成的。与现有技术相比，本发明改善了钢纤维、芳纶纤维以及矿物纤维各自存在的诸多缺点，所制得的摩擦材料的耐磨性、热衰退性、冲击强度等指标均符合并优于国家标准，并且摩擦系数稳定、磨损率小、硬度适中、价格较低，使完全替代石棉摩擦材料成为可能。
文档编号C09K3/14GK1888004SQ20061020069
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月17日 优先权日2006年7月17日
发明者何林, 闫建伟 申请人:贵州大学