热塑性树脂摩擦材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及热塑性树脂摩擦材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来由于碳纤维产量增加价格降低和加工技术的发展，碳纤维增强热塑性树脂 复合材料的应用越来越广，如美国专利US6, 231，788揭示了一种由PC-ABS树脂复合物和碳 纤维组成的具有电磁屏蔽性的碳纤维复合材料，可用于防尘设备和笔记本电脑外壳；中国 专利CN101139462揭示了一种由聚酰胺树脂、碳纤维、红磷阻燃剂、增韧剂等组成的阻燃碳 纤维复合材料；中国专利CN1165523揭示了一种由研磨碳纤维、聚烯烃树脂（PP)(或聚酰胺 树脂或聚醚醚酮树脂）和聚四氟乙烯（PTFE)粉末组成的耐磨性优异的碳纤维复合材料，可 用作在半导体的某些加工操作过程中的支持夹具。
[0003] 耐磨碳纤维复合材料是一类重要的碳纤维复合材料，有广泛的用途。取代金属材 料做齿轮、轴承、滑轮、机械泵转子等机器零部件的耐磨碳纤维复合材料一般要求具有较低 的摩擦系数，这样可降低动力消耗，延长使用寿命。用做刹车片等制动部件的耐磨碳纤维复 合材料（又称摩擦材料）要求具有中等大小的摩擦系数(一般为〇. 3(Γ〇. 70)，因为摩擦系数 太高的材料对对偶件的磨损会比较大，会降低对偶件的使用寿命，而摩擦系数太小制动效 果较差。以往的刹车片材料一般采用热固性树脂加碳纤维、钢纤维、玻璃纤维等增强纤维和 润滑剂、研磨剂等组成。如中国专利CN103059504揭示了一种以有机硅改性酚醛树脂为基 体树脂，钢纤维、碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维两种或两种以上作增强纤维，加入填料、增韧 齐U、固化剂等经固化制备的耐磨汽车制动复合材料。这种热固性树脂基复合材料存在加工 周期长，抗冲击强度低的缺点。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题之一是现有技术采用热固性树脂为基体树脂加碳纤 维、钢纤维、填料、固化剂等的方案存在的加工周期长，无缺口抗冲击强度低的缺点，提供一 种热塑性树脂摩擦材料，该热塑性树脂摩擦材料具有无缺口抗冲击强度高等优点。
[0005] 本发明所要解决的技术问题之二是与上述技术问题之一相应的热塑性树脂摩擦 材料的制备方法。
[0006] 为了解决上述技术问题之一，本发明的技术方案如下：热塑性树脂摩擦材料，以重 量份数计包括以下组分： Α. 45?70份尼龙66树脂； Β. 1?20份金属铜粉； C. 5?15份聚四氟乙烯（PTFE)树脂； D. ΚΓ40份碳纤维； Ε. 0.01?5份助剂。
[0007] 上述技术方案中，所述尼龙66树脂的相对粘度优选为2. Γ3. 2。
[0008] 上述技术方案中，所述金属铜粉的粒径以目数表示优选大于100目；或者所述金 属铜粉优选可通过>〇且< 150微米的筛孔。
[0009] 上述技术方案中，所述聚四氟乙烯树脂的粒径优选为2~20微米。
[0010] 上述技术方案中，所述碳纤维优选采用连续长纤维。
[0011] 上述技术方案中，所述碳纤维以重量份数计用量优选为15~40份。
[0012] 上述技术方案中，所述助剂为抗氧剂或相容剂中的至少一种。
[0013] 上述技术方案中，所述助剂以重量份数计用量为0. 1~2份。
[0014] 上述技术方案中，所述66树脂以重量份数计用量优选为5(Γ65份。
[0015] 上述技术方案中，所述金属铜粉以重量份数计用量优选为2~15份。
[0016] 上述技术方案中，所述聚四氟乙烯树脂以重量份数计用量优选为5~15份。
[0017] 作为本发明最优选的技术方案热塑性树脂摩擦材料，以重量份数计包括以下组 分： 尼龙66树脂56?65份， 金属铜粉5~15份， 聚四氟乙烯（PTFE)树脂5?10份， 碳纤维25?30份， 助剂0. Γ2份。
[0018] 上述技术方案中，为了在提高Izod无缺口冲击强度的情况下突出所述热塑性材 料的弯曲强度、弯曲模量，进一步优选的最佳方案之一是：所述热塑性树脂摩擦材料，以重 量份数计包括以下组分： 尼龙66树脂56. 5?58. 5份， 金属铜粉6. 5~8. 5份， 聚四氟乙烯（PTFE)树脂6. 5?8. 5份， 碳纤维26. 5?28. 5份， 助剂0. Γ2份。
[0019] 上述技术方案中，为了在提高Izod无缺口冲击强度的情况下突出所述热塑性材 料的洛氏硬度，进一步优选的最佳方案之二是：所述热塑性树脂摩擦材料，以重量份数计包 括以下组分： 尼龙66树脂48. 5?50. 5份， 金属铜粉13. 5?15. 5份， 聚四氟乙烯（PTFE)树脂6. 5?8. 5份， 碳纤维27. 5~29. 5份， 助剂0. Γ2份。
[0020] 上述技术方案中，为了在提高Izod无缺口冲击强度的情况下突出所述热塑性材 料的Izod缺口冲击强度，进一步优选的最佳方案之三是：所述热塑性树脂摩擦材料，以重 量份数计包括以下组分： 尼龙66树脂59. 5?61. 5份， 金属铜粉6. 5~8. 5份， 聚四氟乙烯（PTFE)树脂6. 5?8. 5份， 碳纤维23. 5?25. 5份， 助剂0. Γ2份。
[0021] 上述技术方案中，为了在提高Izod无缺口冲击强度的情况下突出所述热塑性材 料的拉伸强度，进一步优选的最佳方案之四是：所述热塑性树脂摩擦材料，以重量份数计包 括以下组分： 尼龙66树脂52. 5?54. 5份， 金属铜粉6. 5~8. 5份， 聚四氟乙烯（PTFE)树脂6. 5?8. 5份， 碳纤维30. 5?32. 5份， 助剂0. Γ2份。
[0022] 为了解决上述技术问题之二，本发明的技术方案如下：上述技术问题之一所述技 术方案中所述热塑性树脂摩擦材料的制备方法，包括以下过程： i )尼龙66树脂在8(Tl00°C真空干燥8?12小时； ii) 尼龙66树脂、金属铜粉、聚四氟乙烯树脂和所述助剂按重量比例加入双螺杆挤出机 中混合，双螺杆挤出机料筒温度为25(T300°C ; iii) 连续长度碳纤维从双螺杆挤出机中部开口引入树脂体系中，碳纤维在双螺杆挤出 机中被剪切破碎，和树脂一起挤出，然后切粒得到所述所述热塑性树脂摩擦材料。
[0023] 为了充分说明本发明所述热塑性树脂摩擦材料的特点，下面以举例的方式更具体 地介绍各优选组分的优选制法、优选技术要求和优选组成范围。
[0024] 组分A :组分A为尼龙66树脂，是己二酸和己二胺的缩聚物(聚（己二酰己二胺)， PA66)，在聚合过程中己二酸和己二胺的摩尔比一般为1 :1，聚合物的分子量可通过加入少 量乙酸或己二酸来调节，也可通过切粒后的固相聚合来调节，具体生产过程可参考化学工 业出版社（2001年）《工程塑料》P43-65。本发明使用的尼龙66树脂是可作为工程塑料塑 料使用的聚（己二酰己二胺)，以中等分子量或高分子量为好，用硫酸测试的相对粘度以大 于2. 4小于3. 2为好，为了调节组合物的加工流动性也可采取高分子量PA66加入少量低分 子量PA66的方式。尼龙66树脂在本发明组合物中的含量以重量份数计为45?70份，优选 50?65份。
[0025] 组分B :组分B为金属铜粉，工业上金属铜粉可通过电解法或其他方法生产。本发 明使用的铜粉粒度要大于100目，大于200目更好，纯度要大于99%，大于99. 5%更好。金属 铜粉可适度提高本发明组合物的摩擦系数和硬度，从而提高耐磨性；金属铜粉作为一种热 的良导体也可带走摩擦材料由于摩擦作用而产生的大量热能，从而提高摩擦材料的使用寿 命。在本发明组合物中金属铜粉的用量以重量份数计为1~20份，优选2~15份。
[0026] 组分C :组分C是一种聚四氟乙烯（PTFE)粉末树脂，在本发明组合物中主要为了 适度降低材料的摩擦系数，起润滑作用，可延长摩擦材料的使用寿命。本发明组合物选用 PTFE作减摩助剂的另一原因是PTFE是一种聚合物对复合材料的冲击强度等影响较小。这 种PTFE树脂可用悬浮聚合法生产，具有较低的分子量，粉末粒径在1-20微米，以2-10微米 更好。PTFE树脂在本发明组合物中的含量以重量份数计为5~15份，优选5~10份。
[0027] 组分D :组分D是一种连续碳纤维，通过本发明特定的工艺破碎后分散到复合材料 中。这种碳纤维可以通过聚丙烯腈（PAN)纺丝、牵伸、氧化、碳化等工艺路线生产（PAN基碳 纤维)，也可用特殊的浙青树脂经纺丝、氧化、碳化等工艺路线生产(浙青基碳纤维)。碳纤维 一般根据拉伸强度和拉伸模量分为不同的品级，有标准模量型碳纤维（如T300、AS4、T700 等）、中模型碳纤维(如頂6、頂7等)、高模型碳纤维(如M55J、M60J、M65J等)，本发明主要是 通过特定的工艺减少碳纤维的破碎从而提高复合材料的性能，因此对碳纤维品级没有特别 的限制。碳纤维的碳含量很高，一般大于90%，所以其表面能较低，与其它材料的结合较差， 为了改进这种不足，商业的碳纤维表面一般经过特殊的处理(如阳极氧化、强酸腐蚀等）并 涂覆了少量(一般在〇. 59Γ3%范围内）改进粘接性的树脂（如环氧树脂等），这对提高复合 材料性能往往是有利的。碳纤维在本发明组合物中的含量以重量份数计为ΚΓ40份，优选 25?30份。
[0028] 组分E :组分E是为了改进尼龙66树脂等在高温加工过程中可能发生的性能降 低的影响而添加的一些助剂，如防止尼龙66树脂氧化降解的抗氧剂，也可能是改进尼龙 66树脂与碳纤维结合性的相容剂。抗氧剂可以是各类位阻酚类抗氧剂(如Irganoxl076、 IrganoxlOlO等)、亚磷酸酯类抗氧剂（如Irgafos 168、626、852等）或它们的混合物（如 Irganox B215、B225等)。相容剂有苯乙烯-马来酸酐共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、环 氧树脂等。组分E在本发明组合物中的含量以重量份数计为0. 01飞份，优选0. 1~2份。
[0029] 本发明碳纤维增强尼龙66摩擦