新型粉末基摩擦材料及其使用方法.pdf

本发明公开了新型粉末基摩擦材料及其使用方法，所述的材料10～15重量份的改性酚醛树脂、5～10重量份的粉末丁腈橡胶、5～10重量份的芳纶纤维、20～25重量份的复合增强纤维、5～10重量份的摩擦调整剂、5～10重量份的石墨、8～12重量份的重晶石粉、1～5重量份的氧化锌、8～12重量份的云母或蛭石粉、1～3重量份的长石粉、1-5重量份的铁黄、5～8的黄铜粉。本发明新型粉末基摩擦材料有着以下优点：在不同压力、不同速度下，有足够而稳定的摩擦力矩，同时大幅度提高了树脂摩擦材料的热分解温度。

1.  新型粉末基摩擦材料，其特征在于：含有以下物质及重量份：
改性酚醛树脂      10～15
粉末丁腈橡胶      5～10
芳纶纤维          5～10
复合增强纤维      20～25
摩擦调整剂        5～10
石墨              5～10
重晶石粉          8～12
氧化锌            1～5
云母或蛭石粉      8～12
长石粉            1～3
铁黄              1～5
黄铜粉            5～8。

2.  根据权利要求1所述的新型粉末基摩擦材料，其特征在于：所述的芳纶纤维的长度为1～2mm。

3.  根据权利要求1所述的新型粉末基摩擦材料，其特征在于：所述的复合增强纤维的长度为2.0～9.0mm。

4.  权利要求1所述的新型粉末基摩擦材料的使用方法，依次包括以下工序：
a)分散工序：将芳纶纤维在1000-1500r/min高速搅拌2次，每次2～3分钟使其分散均匀；
b)配料工序：将上述分散后的芳纶纤维与复合增强纤维、改性的酚醛树脂、粉末丁腈橡胶、填料称重配料；
c)混合工序：将上述配料以1000-1500r/min高速搅拌2次以上，每次20～30分钟使其混合均匀；
d)热压工序：将混合好的粉末填入热压模具型腔，放上钢背粘合件，热压成摩擦片，热压温度为140～160℃、压力25～28MPa、保温20-30分钟，其间放气1～2次；
e)热固工序：将热压好的摩擦片，升温至172±5℃后，恒温固化5～6小时，断电保温2小时后出炉空冷；
f)固化后半成品进行打磨平面、车外圆、磨外弧机加工；
g)打标入库。

新型粉末基摩擦材料及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种摩擦材料及其使用方法，特别涉及一种用于高速重载工况的新型粉末摩擦材料及其使用方法。
背景技术：
离合器是汽车、摩托车等机动设备至关重要的安全性装置，而摩擦材料是离合器和摩擦传动装置中产生摩擦力用于吸收动能传递扭矩的关键材料，它的性能好坏直接关系着系统运行的可靠性和稳定性。随着各发达国家汽车工业的发展和现代社会环保意识的提高，摩擦材料的运行条件越来越苛刻，对它的性能要求也越来越高，例如要有足够而稳定的摩擦系数，动、静摩擦系数之差小；要有良好的导热性、较大的热容量和一定的高温机械强度；要有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。高性能摩擦材料尤其是适应车辆高速化和重载化的高性能摩擦材料亟待开发。
从国内外研究及应用情况分析，目前的摩擦材料存在一些亟待解决的问题：
一是摩擦材料的摩擦磨损性能。材料的磨损性能是在一定使用条件下，材料本身与对偶材料的机械、物理和化学特性的综合表现。复合摩擦材料的磨损受材料中各组分的配比大小、分布情况、表面几何形状、纹理结构及形态、彼此间的结合强度(界面结合力)、工艺过程和使用工况等的影响。一般认为在低温和低负荷下，主要磨损机理既有认为是磨料磨损的，也有认为是粘着磨损或疲劳磨损的；而在高温区，材料中的有机物受热分解而主要表现为热疲劳磨损和热氧化磨损并导致摩擦系数下降。
二是高温综合性能发生变化。在高速和高压作用下，摩擦材料与对偶表面可达到很高的温度，因此，对摩擦材料的高温综合性能要求很高。而对于聚合物基摩擦材料，由于基体有机材料的耐热性能和导热性能较低，因此目前主要是通过基体树脂改性和在复合材料中添加高导热材料来提高其高温性能。
因此，在世界各国标准体系中主要对摩擦片的摩擦磨损特性进行了要求，再对强度，冲击韧性，硬度提出一定要求。
发明内容：
本发明所要解决的第1个技术问题是提供一种能在高压高速重载的工作环境下不产生热衰退和热磨损的新型粉末基摩擦材料。
本发明所要解决的第2个技术问题是上述摩擦材料的使用方法。
本发明解决技术问题的技术方案为：新型粉末基摩擦材料，含有以下物质及重量份：
改性酚醛树脂      10～15
粉末丁腈橡胶      5～10
芳纶纤维          5～10
复合增强纤维      20～25
摩擦调整剂        5～10
石墨              5～10
重晶石粉          8～12
氧化锌            1～5
云母或蛭石粉      8～12
长石粉            1～3
铁黄              1～5
黄铜粉            5～8。
所述的芳纶纤维的长度为1～2mm。
所述的复合增强纤维的长度为2.0～9.0mm。
所述的摩擦调整剂的型号为YM2013，由杭州宏远塑化公司提供。
一种粉末基摩擦材料的使用方法，依次包括以下工序：
a)分散工序：将芳纶纤维在1000-1500r/min高速搅拌2次，每次2～3分钟使其分散均匀；
b)配料工序：将上述分散后的芳纶纤维与复合增强纤维、改性的酚醛树脂、粉末丁腈橡胶、填料称重配料；
c)混合工序：将上述配料以1000-1500r/min高速搅拌2次以上，每次20～30分钟使其混合均匀；
d)热压工序：将混合好的粉末填入热压模具型腔，放上钢背粘合件，热压成摩擦片，热压温度为140～160℃、压力25～28MPa、保温20-30分钟，其间放气1～2次；
e)热固工序：将热压好的摩擦片，升温至172±5℃后，恒温固化5～6小时，断电保温2小时后出炉空冷；
f)固化后半成品进行打磨平面、车外圆、磨外弧机加工；
g)打标入库。
由于摩擦材料磨损时显露出的纤维支撑了接触面之间的大部分载荷，因此纤维可提高复合材料的综合性能。本发明的配方中，寻求混杂纤维的合理搭配，使用高强、耐高温性能优异的芳纶纤维、复合增强纤维相混杂，合理搭配达到最佳效果。
芳纶纤维具有良好的吸附性，可很好的与树脂及填料湿润结合，芳纶纤维的突出有点在于其热稳定性，它在180摄氏度下可长期使用，200摄氏度50小时的强度下降仅10％。300摄氏度时下降50％，初始热分解温度高达800摄氏度，所以，含有这种芳纶纤维在摩擦材料制品中，呈现出摩擦系数稳定，磨损率低，产品密度低，硬度低，制动噪音低，不损伤制动对偶等特点。
复合增强纤维为南京纳科丰公司生产，是以精选玄武岩、辉绿岩、石灰岩、白云石、冶金焦炭为主要原料，加一定比例的复合物，主要生产工艺是通过超过1000℃的高温熔炉进行纺丝并进行表面处理。经高温熔融制成的纤维，其主要优点是耐磨性、耐热、增强。但纤维在复合材料中占体积分数过大将降低聚合物和纤维之间的粘合力及纤维的均匀分散性，从而影响其摩擦学特性。此外纤维增强复合材料在磨损过程中还受多种因素影响。分析认为：当纤维含量过低时，纤维因拉伸或剪切而断裂，增强效果并不明显：而纤维含量过高，引起材料内部出现不均匀和缺陷，从而导致磨损增加。
为了获得较好的耐磨性，通常其增强纤维含量存在一个适用范围，故本发明含有5-10重量份的芳纶短纤维、10-20重量份的复合增强纤维。
试验证明本发明粉末基摩擦材料在不同压力、不同速度下，有足够而稳定的摩擦力矩，同时大幅度提高了树脂摩擦材料的热分解温度，很好地解决了树脂橡胶摩擦材料在高压高速重载的工作环境下易产生热衰退和热磨损的难题。因此该新型粉末基摩擦材料具有高速重载工况下足够稳定的摩擦力矩，抗热衰退性、不损伤对偶等优异的摩擦磨损综合性能。
摩擦调整剂的主要成份为摩擦粉，具有稳定摩擦系数、降低噪音、降低磨耗；
重晶石：在高温下，它能形成稳定的摩擦界层，能防止对偶材料表面擦伤，使对偶表面磨得更光洁；
长石粉：属硬质填料，增摩效果显著；
云母粉或蛭石粉：具有较好的耐高温、抗摩擦的性能；
重晶石粉：在高温下，它能形成稳定的摩擦界层，能防止对偶材料表面擦伤，使对偶表面磨得更光洁；
石墨：属减摩固体润滑剂，是一种特殊的材料，导热系数为0.1，既能降低摩擦系数又能减少对偶材料的磨损，从而提高摩擦材料的使用寿命：
氧化锌：高温摩擦性能调节剂，在较高的摩擦工作温度区域250℃以上直至400℃，即树脂发生热分解的温度区域，具有良好的摩擦系数。
一定配比的填料和一定含量的纤维，能得到足够大的传动扭矩，而且在高温状况下磨损率低，特别适用于高速重载的摩擦片。
传统的树脂橡胶摩擦材料的生产过程一般如下：原料称重→混合→胶炼成张→热压→固化→磨加工→检验入库。在本发明的制备工艺中，采用将打散后的芳纶纤维与复合增强纤维、粘接剂、填料等原料混匀成粉末基摩擦材料与钢背件一次热压完成成型和粘接的新工艺，无需将树脂橡胶基原料混炼成张，简化了工艺流程，大幅度提高了生产效率。本发明新型粉末基摩擦材料配方中由于是采用了芳纶纤维、复合增强纤维等多种纤维混合成粉末基摩擦材料，纤维与树脂粘结剂、填料之间混杂的效果很大程度上决定了材料自身的性能与混合均匀的程度。由于芳纶纤维具有极强的负电性，均匀混合难度较大。为了防止芳纶纤维与复合增强纤维互相缠绕，分别结成小团，无法均匀，因此首先采用高速旋转(1000-1500rpm)的的搅拌机首先将芳纶纤维进行2次分散，然后再与其他原料以1000r/min高速20～30分钟2次进行搅拌使其混合均匀成粉末基摩擦材料。搅拌的主要作用使原料之间混合均匀，利于各纤维组分之间具有良好混杂效应以及它们与树脂充分接触，提高树脂的浸润程度。如果搅拌不充分，则混杂效果难以达到。本发明新型粉末基摩擦材料混合后的混料外观呈绒状，均匀，各种纤维相互交错，填料和树脂粉末分布其中，树脂材料有着良好的浸润性和柔韧性，保证了树脂和纤维材料、填充料等各组分能够良好地粘接，因此仅需一次热压，无需将摩擦材料胶炼成张，就能完成摩擦材料成型和粘接。
而热压温度主要取决于粉末基摩擦料中的树脂系统，热压的时间与温度及树脂的状态有一定的关系，本工艺采用的热压工艺温度为140～160℃，压力25～25Mpa，保压时间为20分钟。
本发明新型粉末基摩擦材料有着以下优点：在不同压力、不同速度下，有足够而稳定的摩擦力矩，同时大幅度提高了树脂摩擦材料的热分解温度，很好地解决了一般树脂橡胶摩擦材料在高压高速重载的工作环境下易产生热衰退和热磨损的难题。该新型粉末基摩擦材料不仅具有高速重载工况下足够稳定的摩擦力矩，抗热衰退性、磨损率小、不损伤对偶等优异的高温摩擦磨损综合性能，而且无需胶炼成张，一次热压成型和粘接，生产工艺简单、节能环保。本发明新型粉末基摩擦材料与当前国内外优秀产品对比具有一定的优势，其中，应用于摩托车发动机中，与日本雅马哈产品相比，本发明的产品拖曳时间为40～45秒，比其大了10～15s。本发明的原料成本较低，工艺简单，在性价比上有很大的优势。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细的说明。
本发明的芳纶纤维由杭州宏远塑化公司提供。
复合增强纤维由南京纳科丰公司生产。
粉末丁腈橡胶由黄山华兰化工有限公司生产。
改性酚醛树脂由青岛佳恒公司生产。
摩擦调整剂由杭州宏远塑化公司提供。
实施例1：
将6重量份长度为1～2mm芳纶纤维在1000r/min高速搅拌2次，每次2～3分钟，搅拌使其分散均匀后，与20重量份复合增强纤维、6重量份粉末丁腈橡胶、11重量份改性酚醛树脂、10重量份摩擦调整剂、6重量份石墨、8重量份重晶石粉、5重量份氧化锌、12重量份云母或蛭石粉、3重量份长石粉、5重量份铁黄、8重量份黄铜粉以1000r/min的高速搅拌2次，每次20～30分钟，使其混合成粉末基摩擦材料，填入热压模具型腔，放上钢背粘合件，经过20分钟的热压为成品。其中热压温度为140～160℃、压力25～28MPa、保温20分钟，其间放气1～2次；然后将成品放置固化炉升温至172±5℃后，恒温固化5～6小时，断电保温2小时后出炉空冷，空冷后成品经过打磨平面、车外圆、磨外弧机加工后即为成品。
将本发明摩擦材料按实施例1所制产品经QM1000-II型湿式摩擦材料性能试验机按湿式(非金属类)摩擦材料、中华人民共和国国家标准(GB/T13826-2008)进行检测，其在不同的压力、速度下所测结果如表1：
表1

实施例2：
将8重量份芳纶纤维在1000r/min高速搅拌2次，每次2～3分钟使其分散均匀后，与23重量份复合增强纤维、7重量份粉末丁腈橡胶、13重量份改性酚醛树脂、8重量份摩擦调整剂、8重量份石墨、7重量份重晶石粉、4重量份氧化锌、10重量份云母或蛭石粉、1重量份长石粉、4重量份铁黄、7重量份黄铜粉以1000r/min高速搅拌2次，每次20～30分钟，使其混合成粉末基摩擦材料，填入热压模具型腔，放上钢背粘合件，经过20分钟的热压为成品。其中热压温度为140～160℃、压力25～28MPa、保温20分钟，其间放气1～2次；然后将成品放置固化炉升温至172±5℃后，恒温固化5～6小时，断电保温2小时后出炉空冷，空冷后成品经过打磨平面、车外圆、磨外弧机加工后即为成品。
将本发明摩擦材料按实施例2所制产品与实施例1相同方法进行检测，其在不同的压力、速度下所测结果如表2：
表2

实施例3：
将10重量份芳纶纤维在1000r/min高速搅拌2次，每次2～3分钟使其分散均匀后，与25重量份复合增强纤维、10重量份粉末丁腈橡胶、15重量份改性酚醛树脂、5重量份摩擦调整剂、7重量份石墨、8重量份重晶石粉、2重量份氧化锌、8重量份云母或蛭石粉、2重量份长石粉、2重量份铁黄、6重量份黄铜粉以1000r/min高速搅拌2次，每次20～30分钟使其混合成粉末基摩擦材料，填入热压模具型腔，放上钢背粘合件，经过20分钟的热压为成品。其中热压温度为140～160℃、压力25～28MPa、保温20分钟，其间放气1～2次；然后将成品放置固化炉升温至172±5℃后，恒温固化5～6小时，断电保温2小时后出炉空冷，空冷后成品经过打磨平面、车外圆、磨外弧机加工后即为成品。
将本发明摩擦材料按实施例3所制产品与实施例1相同方法进行检测，其在不同的压力、速度下所测结果如表3：
表3

以上结果显示：随着速度和压力的增加，表面温升也不断增加，但是本发明摩擦材料层吸收功率也逐渐增加，因此表面温升小，摩擦系数热衰退小。
实验结果证明：本发明新型粉末基摩擦材料有着以下优点：在不同压力、不同速度下，有足够而稳定的摩擦力矩，同时大幅度提高了树脂摩擦材料的热分解温度，不仅具有高速重载工况下足够稳定的摩擦力矩，热衰退小、磨损率小、不损伤对偶等优异的高温摩擦磨损综合性能，而且生产工艺简单、节能环保。本发明新型粉末基摩擦材料与当前国内外优秀产品对比也具有一定的优势，其中，应用于摩托车发动机中，经矢速转速耐久性实验台架在半离合状态下进行拖曳耐久试验，本发明的产品拖曳时间为40～45秒，比日本雅马哈产品的拖曳时间大了10～15s。