专利名称：无机-有机复合摩擦材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种无机-有机复合摩擦材料及其制备方法，属于复合材料领域。
技术背景
随着高新技术的不断发展，工程机械、设备及构件的工作条件变得日益苛刻，一 般的材料没有足够的机械强度与耐磨性，在受到长时间振动冲击与机械摩擦作用后，会很 快磨损，乃至失效。
而随着科学技术的发展，对于摩擦材料的需求也呈现出多元化，目前使用的摩擦 材料主要有三类树脂基、金属基、陶瓷基。有机树脂基摩擦材料被广泛使用在防腐和耐磨 涂层，有机树脂基摩擦材料中基体是有机高分子，材料弹性模量较小，耐高低温性能较差， 所以在较高的环境温度或者摩擦生热后，摩擦材料会软化、变形，低温下材料变脆，易发生 大面积损伤，材料性能也会发生较大的变化。同时，老化问题也制约着其使用寿命。
耐磨陶瓷涂层则由于兼有良好的抗腐蚀作用与优异的机械耐磨性能，已成功地 应用于复杂的动态工作环境中，但是耐磨陶瓷涂层对摩擦对偶面的磨损伤害相对较大，而 且耐磨陶瓷涂层的制备工艺相对复杂、成本高，如可制备耐磨陶瓷涂层的方法有热喷涂、物 理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)等。
金属基摩擦材料虽然具有较高的力学性能和耐高温性能，但是其耐磨性则不能满 足要求，摩擦噪音也较大。发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种具有优良的耐磨性、耐高低温 性能和力学性能的无机-有机复合摩擦材料及其制备方法。
—种无机-有机复合摩擦材料，其特征在于由以下成分按以下质量百分比组成 基料胶体氧化铝或硅酸盐溶液或磷酸盐溶液，固体含量为40wt% 95wt% ；固化剂根据 基料和固化剂的化学反应摩尔比确定其含量，范围为0wt% 40wt%;主要功能填料有机 高分子，含量为5wt% 40wt% ；其他填料:0wt% lwt%偶联剂、0wt% 10wt%增强纤维、 0wt% 1(^1%减摩剂。
根据权利要求1所述的无机-有机复合摩擦材料，其特征在于 上述无机-有机复合摩擦材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤步骤一、将下列原料按质量比例混合，搅拌均勻基料胶体氧化铝或硅酸盐溶液或磷 酸盐溶液，固体含量为40wt% 95wt% ；固化剂0wt% 30wt%;主要功能填料有机高分 子，含量为5wt% 40wt% ；其他填料:0wt% lwt%偶联剂、0wt% 10wt%增强纤维、0wt% 10wt%减摩剂；步骤二、将配好的材料浇铸在模具内，或者涂覆在表面；步骤三、室温下陈 化，加热脱水，然后保温固化、热处理。
第一种一种氧化铝类复合摩擦材料一般以胶体氧化铝为基料，无需固化剂，直 接加入填料配制而成。其质量百分比为胶体氧化铝60wt% 95wt%，主要功能填料有机高分子，含量为5wt% 40wt% ；其他填料:0wt% lwt%偶联剂、0wt% 10wt%增强纤维、 0wt% 1(^1%减摩剂。
上述氧化铝类复合摩擦材料的制备方法包括以下过程(1)、将组成成分的原料 按质量比例混合，搅拌均勻；(2)、将配好的材料浇铸在模具内，或者涂覆在表面；(3)、根 据基料和固化剂的类型以及材料厚度不同，室温下陈化8 20小时，在80 100°C加热脱 水1 2小时，然后在120 200°C保温固化2 4小时，再根据所填充高分子材料的种类 不同，高于其熔点10 30°C热处理10 100分钟。
第二种一种硅酸盐类复合摩擦材料以碱金属硅酸盐为基料，加入固化剂和填料 等配制而成。其质量百分比为碱金属硅酸盐40wt% 75wt%;固化剂是金属氧化物或金属 氢氧化物或硅化物或硅氧化物或磷酸盐或硼酸盐，含量20wt% 40wt%，主要功能填料有 机高分子，含量为5wt% 40wt% ；其他填料:0wt% lwt%偶联剂、0wt% 10wt%增强纤维、 0wt% 1(^1%减摩剂。
上述硅酸盐类复合摩擦材料的制备方法包括以下过程(1)、将组成成分的原料 按质量比例混合，搅拌均勻；(2)、将配好的材料浇铸在模具内，或者涂覆在表面；(3)、根 据基料和固化剂的类型以及材料厚度不同，室温下陈化4 40小时，在100 140°C加热脱 水4 12小时，然后在120 200°C保温固化1 4小时，再根据所填充高分子材料的种类 不同，高于其熔点10 30°C热处理10 100分钟。
第三种一种磷酸盐类复合摩擦材料是由酸式磷酸盐或偏磷酸盐或焦磷酸盐为基 料，加入固化剂和填料等配制而成。固化剂为金属氧化物或金属氢氧化物或硅酸盐或硼酸 盐。其质量百分比为磷酸盐40wt% 70wt% ；固化剂含量20wt% 40wt%，主要功能填料 有机高分子，含量为5wt% 40wt% ；其他填料:0wt% lwt%偶联剂、0wt% 10wt%增强纤 维、0wt% 10wt%减摩剂。
上述磷酸盐类复合摩擦材料的制备方法包括以下过程(1)、将组成成分的原料按 质量比例混合，搅拌均勻；(2)、将配好的材料浇铸在模具内，或者涂覆在表面；(3)、根据 基料和固化剂的类型以及材料厚度不同，室温下陈化4 40小时，在100 140°C保温4 12小时，再根据所填充高分子材料的种类不同，高于其熔点10 30°C热处理10 100分钟。
本发明的摩擦材料的基料是液体无机盐或者氧化物，它是无机盐、无机酸、无机碱 金属和金属氧化物、氢氧化物等组成的一类范围相当广泛的能够在较低温度下固化的无机 物，主要包括硅酸盐溶液或磷酸盐溶液或胶体氧化铝，耐高温，强度高，耐久性优良，价格 低廉，而且无污染，施工方便。然而纯该类无机物性脆、耐磨性能不够。
添加有机树脂改性，在一定程度上提高材料的韧性。根据实际需求，还可以添加聚 四氟乙烯、二硫化钼、石墨、碳纤维、玻璃纤维等提高耐磨性能和韧性。
以固化脱水后的无机物作为材料的骨架结构，使得摩擦材料获得较高的力学性能 和耐高低温性能，而有机高分子材料的加入提高了摩擦材料的耐磨性和韧性，偶联剂则提 高不同组分之间的界面粘合力，其他功能填料用来提高耐磨性、抗冲击强度等性能，得到一 种具有综合性能良好的摩擦材料，而且与传统的以有机高分子为基体，添加无机填料的摩 擦材料性比较，具有更好的力学性能和耐高低温性能。如65wt%胶体氧化铝、20%的环氧酚 醛树脂和15%其他填料能够形成互穿网络结构，大大有利于获得较高的弹性模量、抗冲击强度，其他功能填料则辅助提高耐磨性能。
总的来说，本发明的摩擦材料具有较高的力学性能、、良好的化学稳定性、热稳定 性和耐磨损等特点。其中，关键在于无机物作为骨架结构可以获得较好的力学性能和热稳 定性，添加高分子树脂后，改善了材料的韧性，提高了材料的耐磨性，是一种综合性能优良 的摩擦材料，而且制备工艺简单。
具体实施方式
具体实施方式
1 一种无机-有机复合摩擦材料，其组成和质量百分比胶体氧 化铝75wt% (固含量)、有机高分子聚苯酯粉末20wt%、硅烷偶联剂0. 2wt%和减摩剂石墨 4. 8wt%。
利用上述配比制备摩擦材料，包括以下步骤(1)、将组成成分的原料按质量比例混合，搅拌均勻；(2)、将混合好的料涂覆在作业表面或者装入模具内，室温下陈化16小时以上；(3)、在90°C下保温一个小时后升温至150°C，保温一个小时，再升温至400°C左右保温 10-30分钟，冷却，打磨、加工成所需的表面或形状。
具体实施方式
2 —种无机-有机复合摩擦材料，其组成和质量百分比胶体氧化 铝60wt% (固含量)、聚苯酯粉末30wt%、硅烷偶联剂0. 2wt%和石墨9. 8wt%。
利用上述配比制备摩擦材料，包括以下步骤(1)、将组成成分的原料按质量比例混合，搅拌均勻；(2)、将混合好的料涂覆在作业表面或者装入模具内，室温下陈化16小时以上；(3)、在90°C下保温一个小时后升温至150°C，保温一个小时，再升温至400°C左右保温 10-30分钟，打磨、加工成所需的表面或形状。
具体实施方式
3 —种无机-有机复合摩擦材料，其组成和质量百分比胶体氧化 铝95wt% (固含量)、聚苯酯粉末4. 8wt%和硅烷偶联剂0. 2wt%。
利用上述配比制备摩擦材料，包括以下步骤(1)、将组成成分的原料按质量比例混合，搅拌均勻；(2)、将混合好的料涂覆在作业表面或者装入模具内，室温下陈化16小时以上；(3)、在90°C下保温一个小时后升温至150°C，保温一个小时，再升温至400°C左右保温 10-30分钟，打磨、加工成所需的表面或形状。
具体实施方式
4 一种无机-有机复合摩擦材料，其组成和质量百分比磷酸二氢 铝60wt% (固含量)、碳纤维15wt%、聚苯酯15wt%、纳米氧化铝5wt%、硅烷偶联剂0. 2wt%和 石墨 4. 8wt%。
利用上述配比制备摩擦材料，包括以下步骤(1)、将组成成分的原料按质量比例混合，搅拌均勻；(2)、将混合好的料涂覆在作业表面或者装入模具内，室温下陈化4小时以上；(3)、在120°C下保温8个小时，然后升温至150°C，保温一个小时，再升温至400°C左右 保温10-30分钟，打磨、加工成所需的表面或形状。
具体实施方式
5:—种无机-有机复合摩擦材料，其组成和质量百分比磷酸二氢铝溶液95wt% (固含量)、聚己二酰己二胺4. 8wt%和硅烷偶联剂0. 2wt%。
利用上述配比制备摩擦材料，包括以下步骤(1)、将组成成分的原料按质量比例混合，搅拌均勻；(2)、将混合好的料涂覆在作业表面或者装入模具内，室温下陈化4小时以上；(3)、在120°C下保温8个小时，然后升温至150°C，保温一个小时，再升温至220°C左右 保温20-30分钟，打磨、加工成所需的表面或形状。
具体实施方式
6 —种无机-有机复合摩擦材料，其组成和质量百分比硅酸钠溶液 60wt% (固含量)、氧化铝胶体15wt% (固化剂)、聚己二酰己二胺10wt%、碳纤维10wt%、硅烷 偶联剂0. 2wt%和石墨4. 8wt%。
利用上述配比制备摩擦材料，包括以下步骤(1)、将组成成分的原料末按质量比例混合，搅拌均勻；(2)、将混合好的料涂覆在作业表面或者装入模具内，室温下陈化8小时以上；(3)、在120°C下保温8个小时，再升温至220°C左右保温20-30分钟，打磨、加工成所需 的表面或形状打磨、加工成所需的表面或形状。
具体实施方式
7 —种无机-有机复合摩擦材料，其组成和质量百分比硅酸钠溶液 78wt% (固含量)、氧化铝胶体17wt% (固化剂)和聚苯酯5wt%。
利用上述配比制备摩擦材料，包括以下步骤(1)、将组成成分的原料按质量比例混合，搅拌均勻；(2)、将混合好的料涂覆在作业表面或者装入模具内，室温下陈化8小时以上；(3)、在120°C下保温8个小时后升温至400°C左右，保温30分钟，打磨、加工成所需的 表面或形状。
具体实施方式
8 一种无机-有机复合摩擦材料，其组成和质量百分比胶体氧化 铝50wt% (固含量)、聚苯酯粉末25wt%、碳纤维20wt%、硅烷偶联剂0. 2wt%和石墨4. 8wt%。
利用上述配比制备摩擦材料，包括以下步骤(1)、将组成成分的原料按质量比例混合，搅拌均勻；(2)、将混合好的料涂覆在作业表面或者装入模具内，室温下陈化16小时以上；(3)、在90°C下保温一个小时后升温至150°C，保温一个小时，再升温至400°C左右保温 10-30分钟，冷却，打磨、加工成所需的表面或形状。
利用WDW-5000N微机控制电子万能试验机测试摩擦材料弹性模量，在WMM-Wl-立 式万能摩擦实验机上测试摩擦系数和磨损量，对磨材料为GCrl5，摩擦材料的适用温度是根 据无机材料基体的材料参数和所填充的有机高分子的玻璃化转变和熔点计算而得。
具体实施方式
摩擦材料性能表
权利要求
1.一种无机-有机复合摩擦材料，其特征在于由以下成分按以下质量百分比组成 基料胶体氧化铝或硅酸盐溶液或磷酸盐溶液，固体含量为40wt% 95wt% ；根据基料和固化剂的化学反应摩尔比确定其含量，固化剂含量范围为0wt% 30wt%; 主要功能填料有机高分子，含量为5wt% 40wt% ；其他填料0wt% lwt%偶联剂、0wt% 10wt%增强纤维、0wt% 10wt%减摩剂。
2.根据权利要求1所述的无机-有机复合摩擦材料，其特征在于 上述基料为胶体氧化铝，其固体含量为60wt% 95wt% ；上述固化剂，其含量为0。
3.根据权利要求1所述的无机-有机复合摩擦材料，其特征在于 上述基料为碱金属硅酸盐，其固体含量为40wt% 75wt% ；上述固化剂为金属氧化物或金属氢氧化物或硅化物或硅氧化物或磷酸盐或硼酸盐，含 量为 20wt% 40wt%。
4.根据权利要求1所述的无机-有机复合摩擦材料，其特征在于上述基料为酸式磷酸盐或偏磷酸盐或焦磷酸盐，其固体含量为40wt% 70wt% ； 上述固化剂为20wt% 40wt%。
5.一种无机-有机复合摩擦材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤 步骤一、将下列原料按质量比例混合，搅拌均勻基料胶体氧化铝或硅酸盐溶液或磷酸盐溶液，固体含量为40wt% 95wt% ； 固化剂0wt% 30wt%;主要功能填料有机高分子，含量为5wt% 40wt% ；其他填料0wt% lwt%偶联剂、0wt% 10wt%增强纤维、0wt% 10wt%减摩剂； 步骤二、将配好的材料浇铸在模具内，或者涂覆在表面； 步骤三、室温下陈化，加热脱水，然后保温固化、热处理。
6.根据权利要求5所述的无机-有机复合摩擦材料的制备方法，其特征在于 上述基料为胶体氧化铝，其固体含量为60wt% 95wt% ；上述固化剂，其含量为0;上述步骤三具体过程如下室温下陈化8 20小时，根据材料厚度不同，在80 100°C 加热脱水1 2小时，然后在120 200°C保温固化2 4小时，再根据所填充高分子材料 的种类不同，高于其熔点10 30°C热处理10 100分钟。
7.根据权利要求5所述的无机-有机复合摩擦材料的制备方法，其特征在于 上述基料为碱金属硅酸盐，其固体含量为40wt% 75wt% ；上述固化剂为金属氧化物或金属氢氧化物或硅化物或硅氧化物或磷酸盐或硼酸盐，含 量为 20wt% 40wt% ；上述步骤三具体过程如下室温下陈化4 40小时，根据材料厚度不同，在100 140°C加热脱水4 12小时，然后在120 200°C保温固化1 4小时，再根据所填充高分 子材料的种类不同，高于其熔点10 30°C热处理10 100分钟。
8.根据权利要求5所述的无机-有机复合摩擦材料的制备方法，其特征在于 上述基料为酸式磷酸盐或偏磷酸盐或焦磷酸盐，其固体含量为40wt% 70wt% ； 上述固化剂为20wt% 40wt% ；上述步骤三具体过程如下室温下陈化4 40小时，根据材料厚度不同，在100 140°C保温4 12小时，再根据所填充高分子材料的种类不同，高于其熔点10 30°C热处 理10 100分钟。
全文摘要
本发明涉及一种无机-有机复合摩擦材料及其制备方法，属复合材料领域。该摩擦材料由液体无机盐或者氧化物、固化剂、有机高分子和其他填料组成。制备方法为将原料按比例混合均匀，浇铸成型或者涂覆在表面上，并在一定控温程序下烘干、固化、热处理。本发明的摩擦材料以无机物为骨架结构，具有较高的力学性能、化学稳定性和较宽的适用温度范围，填充有机高分子材料改善其脆性，并且在摩擦界面生成转移膜，降低自身和对偶面的磨损，具有优良的耐磨性，是一种综合性能优良的摩擦材料，而且制备工艺简单。
文档编号C09K3/14GK102031088SQ20101058041
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月9日 优先权日2010年12月9日
发明者丁庆军, 凡玉, 赵淳生 申请人:南京航空航天大学