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1、(10)申请公布号 CN 101973725 A(43)申请公布日 2011.02.16CN101973725A*CN101973725A*(21)申请号 201010524773.1(22)申请日 2010.10.29C04B 26/10(2006.01)C04B 14/48(2006.01)(71)申请人石家庄铁道大学地址 050000 河北省石家庄市北二环东路17号(72)发明人付华 刘爱萍 付丽 孙宝臣廖波 张光磊(74)专利代理机构石家庄国为知识产权事务所 13120代理人李荣文(54) 发明名称不锈钢/碳纤维增强聚醚醚酮复合摩擦材料及其制备方法(57) 摘要本发明公开了一种不锈钢/。
2、碳纤维增强聚醚醚酮复合摩擦材料，由下述重量份数的原料制成：聚醚醚酮1525份；不锈钢纤维315份，碳纤维515份，腰果壳粉515份，重晶石粉715份，铬铁矿粉210份，石墨和硫化锑515份，铝粉410份，高岭土和萤石515份，轻钙15份。本发明还公开了上述材料的制备方法：1）将原料在80100温度下干燥12小时，先将碳纤维、不锈钢纤维和填料放入搅拌机内搅拌，再加入聚醚醚酮基体搅拌；2）在300380热压，压力2030MPa，脱模冷却至室温；3）阶梯升温固化处理。本发明复合摩擦材料摩擦系数稳定、承载能力强，用于制作刹车和离合装置。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)。
3、发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 5 页CN 101973729 A 1/1页21.一种不锈钢/碳纤维增强聚醚醚酮复合摩擦材料，其特征在于：所述复合摩擦材料由下述重量份数的原料制成：基体粘接剂：聚醚醚酮 1525份；增强纤维：不锈钢纤维315份，碳纤维515份；填料：腰果壳粉515份，重晶石粉715份，铬铁矿粉210份，石墨和硫化锑为515份，铝粉410份，高岭土和萤石515份，轻钙15份。2.一种权利要求1所述的不锈钢/碳纤维增强聚醚醚酮复合摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法的步骤为：1）将各原料在80100温度下干燥12小时，先将碳纤维、不锈钢纤维和各种填料放入搅拌机内高速。
4、搅拌混合110min，再加入聚醚醚酮基体在低速搅拌混料0.52小时；2）在300380热压，压力2030 MPa，保压时间按试样厚度确定36.5 min/mm，待随模具降温至100以下时，脱模冷却至室温；3）固化处理：采用阶梯升温固化工艺，80 保温30 min，150 保温30 min，220250 保温0.51h，280340 保温1020 h。权 利 要 求 书CN 101973725 ACN 101973729 A 1/5页3不锈钢 / 碳纤维增强聚醚醚酮复合摩擦材料及其制备方法 技术领域0001 本发明涉及一种复合摩擦材料，尤其是一种不锈钢/碳纤维增强聚醚醚酮复合摩擦材料及其制备方法。
5、，应用于制造各种高速重载的摩擦部件，如汽车离合器与制动器等。 背景技术0002 摩擦材料是交通运输工具和动力机械摩擦制动器和离合器的关键材料，如刹车片和离合器片等，因此，摩擦材料必须具有足够高的机械强度和优异的摩擦磨损性能，以保证摩擦副工作的可靠性和耐久性。摩擦材料的发展过程经历了三个阶段：天然材料阶段、合成材料阶段和多种材料复合使用阶段。按使用条件可分为干式和湿式两种。干式摩擦材料主要采用无石棉有机摩擦材料和烧结摩擦材料；湿式摩擦材料主要采用纸基摩擦材料、石墨基摩擦材料和烧结摩擦材料。从材料的结构、组成及历史发展的角度来划分，目前使用的摩擦材料可分为：石棉有机摩擦材料、碳纤维摩擦材料、半金属。
6、摩擦材料、粉末冶金金属摩擦材料等。 0003 由于石棉的原材料来源、结构、性能与价格均能比较全面的满足摩擦材料的要求，使之在摩擦材料中得到了广泛应用，自从1890年以来一直被用作摩擦材料的增强材料，从二十世纪70年代开始，以石棉和酚醛树脂为主要原料制成的石棉摩擦材料，是性能较好、生产量最大、应用最广的摩擦材料。此时的汽车制动系统还多为鼓式制动方式，多采用石棉摩擦材料。 0004 随着现代材料和制造技术的飞速发展和社会环保意识的提高，交通运输工具和动力机械的速度、负荷越来越高，摩擦材料的运行条件越来越苛刻，使制动器表面温度达300500。曾获广泛应用的石棉摩擦材料导热性和耐热性差，在400左右将。
7、失去结晶水，550时结晶水完全丧失，失去增强效果。石棉脱水后会造成摩擦性不稳定、工作层变质、磨损加剧，出现明显的热衰退现象,不能满足高速重载的工作需要。为保证制动系统及摩擦传动系统的可靠性，对摩擦材料的综合性能提出了越来越高的要求：足够而稳定的摩擦系数，动、静摩擦系数之差小；良好的导热性、较大的热容量和一定的高温机械强度；良好的耐磨性和抗粘着性，不易擦伤对偶件，无噪声；低成本，对环境无污染等。因此，急需开发具有高耐热性、适当而稳定的摩擦系数、高的耐磨性、无污染的摩擦材料。 发明内容0005 本发明要解决的技术问题是提供一种摩擦系数稳定、磨损率低、承载能力强的不锈钢/碳纤维增强聚醚醚酮复合摩擦材。
8、料； 为此本发明还提供一种上述复合摩擦材料的制备方法。0006 为解决上述技术问题，本发明产品所采取的技术方案是：一种不锈钢/碳纤维增强聚醚醚酮复合摩擦材料，所述复合摩擦材料由下述重量份数的原料制成： 基体粘接剂：聚醚醚酮(PEEK) 1525份；增强纤维：不锈钢纤维315份，碳纤维515份；说 明 书CN 101973725 ACN 101973729 A 2/5页4填料：腰果壳粉515份，重晶石粉715份，铬铁矿粉210份，石墨和硫化锑为515份，铝粉410份，高岭土和萤石515份，轻钙15份。 0007 其中上述材料当中，增磨填料为重晶石粉，铬铁矿粉，高岭土，萤石；减磨填料为石墨，硫化锑。
9、；摩擦性能调节剂为腰果壳粉（有机填料），轻钙，铝粉。 0008 上述原料中，控制石墨和硫化锑总量为515份即可，控制高岭土和萤石总量为515份即可，因石墨和硫化锑所起的作用相同，高岭土和萤石所起的作用也相同。 0009 本发明制备方法所采取的步骤为： 1）将各原料在80100温度下干燥12小时，先将碳纤维、不锈钢纤维和各种填料放入搅拌机内高速搅拌混合110min，再加入聚醚醚酮基体在低速搅拌混料0.52小时；2）在300380热压，压力2030 MPa，保压时间按试样厚度确定36.5 min/mm，待随模具降温至100以下时，脱模冷却至室温；3）固化处理：采用阶梯升温固化工艺，80 保温30 。
10、min，150 保温30 min，220250 保温0.51h，280340 保温1020 h。0010 本发明原理：本复合摩擦材料的配方决定着最终性能，因此本发明从材料配方入手，采用均匀设计方法，通过调整成型工艺，结合摩擦磨损和机械性能测试与机理分析，研制具有摩擦系数稳定、磨损率低、承载能力强的新型高强度复合摩擦材料。 0011 树脂基体在摩擦材料中起粘结剂的作用，树脂基体的耐磨性决定着整个体系的耐磨状况。本发明选用高耐热性树脂，以耐热性高聚物聚醚醚酮(即PEEK)为基体粘结剂。如果其含量过低，不能形成一个完整的基体，无法保证组份间的有机结合；含量太多，在压制和固化过程中会放出气体，导致发泡。
11、、膨胀、开裂等问题。 0012 本发明中增强纤维起增强骨架作用，决定着材料的强度指标。本发明选用不锈钢纤维和碳纤维为增强纤维。不锈钢纤维强度和导热性高，提高摩擦材料整体的导热性，使摩擦界面上不形成过高的温度梯度，克服一般碳钢纤维易生锈的缺点；碳纤维有高的强度和模量，具有优良的耐热性，能形成稳定的界面膜，可稳定摩擦系数。这2种纤维无污染，能自然降解。增强纤维混杂后在摩擦材料中结织成网状，若纤维含量过少，起不到增强作用；金属纤维含量过多时，摩擦材料密度、硬度及导热率等增大，冲击韧性降低，对对偶盘的损伤增大。 0013 填料的最主要作用是调节材料的摩擦磨损性能，获得所要求的摩擦系数与磨损率。重晶石粉。
12、能使摩擦系数稳定，磨耗小，特别在高温下，它能形成稳定的摩擦界面层，能防止对偶材料表面擦伤，使对偶表面磨的更光洁；高岭土可改善摩擦材料的工艺性能，降低制品的收缩率；萤石具有良好的低温和高温增摩效果；铬铁矿粉具有较好的低温和高温增摩效果。石墨起减摩和润滑作用，减少摩擦材料的热衰退，提高摩擦稳定性，防止摩擦材料对偶的表面金属转移。硫化锑属熔点较低的软金属硫化物，可减少有机粘接剂用量，减少摩擦系数的热衰退，降低制品的高温磨损。此外，石墨和硫化锑在高速混料中带正电性，可中和其他纤维和填料的负电性，有利于分散均匀。 0014 铝粉在低温和高温均有一定的减摩作用，提高热传导性，降低摩擦表面的温度。腰果壳粉在。
13、成型固化过程中与树脂发生交联反应，可改善材料的柔韧性，在高温时，表面上可形成柔软的韧性碳化膜，稳定摩擦性能。此外，轻钙的表面活性高，与有机基体相容性较好，说 明 书CN 101973725 ACN 101973729 A 3/5页5可改善材料的综合性能。 0015 磨损机理分析表明：在增摩填料重晶石(BaSO4)、减摩填料硫化锑(Sb2S3)以及铬铁矿粉(FeCr2O4)、钢纤维和灰铸铁对偶盘等的共同作用下，经过复杂的机械热化学作用，在摩擦表面形成了钡和铁的硫化物。在表面形成的均匀、致密、连续而稳定的表面膜有利于稳定摩擦系数，减小磨损。 0016 因此，本发明复合摩擦材料选用耐热性高的树脂基体。
14、，配合增强纤维和各种填料的共同作用，获得高而稳定的摩擦系数、良好的耐磨性及机械性能。同时，应尽可能减少铁粉、钢纤维等金属组份的用量，克服较多的金属组份造成的材料密度大、对对偶攻击性大、易生锈等缺点。 0017 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明复合摩擦材料通过不同材料的优化选择及配比，从而达到了摩擦系数稳定、磨损率低、承载能力强的特点，其可应用于制作多种高速重载的摩擦部件，普遍具有摩擦系数稳定、热衰退小、热恢复性好、磨损率低等优点，并且其具有优异的摩擦磨损性能及良好的抗弯强度和冲击韧性；本发明的成型工艺对各种工艺参数进行了优化设计，达到了良好的效果。 具体实施方式0018 下面结合具。
15、体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 0019 实施例1： 1）按表1选取各组份的重量份。0020 表1 摩擦材料配方 2）将各原料在80100温度下干燥1小时，先将碳纤维、不锈钢纤维和各种填料放入搅拌机内高速搅拌混合1min，再加入聚醚醚酮基体在低速搅拌混料0.5小时。0021 3）热压温度320，压力22 MPa，试样厚度为57，保压时间按试样厚度确定为30 min，随模具降温至100以下时，脱模冷却至室温。 0022 4）固化处理采用阶梯升温固化工艺，80 保温30 min，150 保温30 min，240保温0.5h，310保温12h。 0023 5）制备试样的摩擦磨损性能试验参照G。
16、B5763-98标准，在D-MS定速式摩擦试验机上进行。试样从同一制品中取两个，尺寸为25mm25mm57mm（厚度），对偶盘为灰铸铁HT250。正压力为0.98MPa。摩擦盘转速恒定在400500 r/min。分别在150、200、250、300和350时，测定圆盘旋转5000转期间的摩擦力及试片的厚度。试验结果参见表2。材料在100350时摩擦系数稳定在0.390.48，具有很好的热恢复性。材料的磨损率在350 时为0.31010-7 cm3(Nm)-1。密度2.02.2g/cm3，硬度90110HRR，抗压强度75Mpa，冲击韧性0.3J/cm2。 说 明 书CN 101973725 A。
17、CN 101973729 A 4/5页60024 表2试样在不同温度下的摩擦系数和磨损率 实施例2：1）按表3选取各组份的重量份。0025 表3摩擦材料配方 2）将各原料在80温度下干燥1小时，先将碳纤维、不锈钢纤维和各种填料放入搅拌机内高速搅拌混合2min，再加入聚醚醚酮基体在低速搅拌混料1.5小时；3）热压温度330，压力25 MPa，试样厚度为57，保压时间按试样厚度确定为29 min，随模具降温至100以下时，脱模冷却至室温；4）固化处理采用阶梯升温固化工艺，80 保温30 min，150 保温30 min，240保温0.5h，320保温12h。0026 5）制备试样的摩擦磨损性能试验。
18、参照GB5763-98标准，在D-MS定速式摩擦试验机上进行。试样从同一制品中取两个，尺寸为25mm25mm57mm（厚度），对偶盘为灰铸铁HT250。正压力为0.98MPa。摩擦盘转速恒定在400500 r/min。分别在150、200、250、300和350时，测定圆盘旋转5000转期间的摩擦力及试片的厚度。试验结果参见表4。密度2.23g/cm3，硬度90110HRR，抗压强度70Mpa，冲击韧性0.3J/cm2。 0027 表4试样在不同温度下的摩擦系数和磨损率 实施例3：1）按表5选取各组份的重量份。0028 表5摩擦材料配方 说 明 书CN 101973725 ACN 101973。
19、729 A 5/5页72）将各原料在80100温度下干燥1小时，先将碳纤维、不锈钢纤维和各种填料放入搅拌机内高速搅拌混合2 min，再加入聚醚醚酮基体在低速搅拌混料2小时；3）热压温度340，压力30 MPa，试样厚度为57，保压时间按试样厚度确定为32 min。随模具降温至100以下时，脱模冷却至室温。0029 4）固化处理采用阶梯升温固化工艺，80 保温30 min，150 保温30 min，240保温0.5h，330保温15h。 0030 5）制备试样的摩擦磨损性能试验参照GB5763-98标准，在D-MS定速式摩擦试验机上进行。试样从同一制品中取两个，尺寸为25mm25mm57mm（厚度），对偶盘为灰铸铁HT250。正压力为0.98MPa。摩擦盘转速恒定在400500 r/min。分别在150、200、250、300和350时，测定圆盘旋转5000转期间的摩擦力及试片的厚度。试验结果参见表6。密度2.42g/cm3，硬度90110HRR，抗压强度77Mpa，冲击韧性0.3J/cm2。 0031 表6试样在不同温度下的摩擦系数和磨损率 本发明复合摩擦材料作为摩阻材料应用于各类刹车和离合装置。说 明 书CN 101973725 A。