本發(fā)明涉及一種汽車及機(jī)械傳動(dòng)制動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)使用的摩擦材料，具體涉及一種有機(jī)纖維增強(qiáng)型摩擦材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：摩擦材料屬于一種復(fù)合材料，有骨架纖維、粘接劑、性能調(diào)節(jié)劑、填料組成，增強(qiáng)纖維是摩擦材料類復(fù)合材料必需的骨架原料，按所用纖維分三大類摩擦材料：石棉基摩擦材料、半金屬基摩擦材料、無石棉非金屬基摩擦材料。但石棉纖維可能致癌、半金屬基摩擦材料有易生銹、易傷摩擦對(duì)偶的缺點(diǎn)。以玻纖、人造巖棉、硅酸鹽礦物纖維為主要增強(qiáng)纖維的無石棉非金屬摩擦材料，是目前制動(dòng)用摩擦材料行業(yè)內(nèi)全球通用技術(shù)。而以玻纖、人造巖棉、硅酸鹽礦物纖維為增強(qiáng)纖維的無石棉非金屬摩擦材料雖然材料強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好，但存在著易引起皮膚過敏、產(chǎn)生騷癢的現(xiàn)象，部分敏感人群甚至出現(xiàn)紅腫、發(fā)炎的嚴(yán)重問題。NAO類摩擦材料雖用部分有機(jī)纖維，但為滿足材料增強(qiáng)效果和熱穩(wěn)定需求，也在其中采用部分陶瓷類纖維，故同樣存在著引起皮膚過敏的問題。隨著人們對(duì)環(huán)保要求越來越高，這一問題正變得突出，因此，如何以合適的、不會(huì)刺激皮膚過敏的原料復(fù)合來制造摩擦材料，同時(shí)保持合適的強(qiáng)度、摩擦性能和熱穩(wěn)定性是研發(fā)環(huán)境友好型摩擦材料的關(guān)鍵。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種有機(jī)纖維增強(qiáng)型摩擦材料，該摩擦材料不會(huì)刺激皮膚過敏，同時(shí)能保證足夠的強(qiáng)度、耐磨性能和熱穩(wěn)定性能，且環(huán)境友好、不易生銹，適合推廣應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種有機(jī)纖維增強(qiáng)型摩擦材料，各組分所占質(zhì)量百分比包括：芳綸2-4％，預(yù)氧絲3-6％，膠粉4-8％，樹脂8-14％，氧化鋁3-6％，石墨5-10％，調(diào)節(jié)劑5-10％，填料50-60％。上述方案中，所述預(yù)氧絲經(jīng)常規(guī)的硅烷偶聯(lián)劑浸潤(rùn)處理和剪切備用，其長(zhǎng)度為1-2mm，直徑為10-20μm。上述方案中，所述預(yù)氧絲為聚丙烯腈預(yù)氧絲；聚丙烯腈預(yù)氧絲由聚丙烯腈在空氣介質(zhì)下經(jīng)預(yù)氧化而制成；屬于用有機(jī)纖維加工生產(chǎn)碳纖維的初級(jí)產(chǎn)品，相對(duì)聚丙烯腈有更高的耐熱性。上述方案中，采用的纖維全部為有機(jī)柔性纖維，不含玻纖、人造巖棉、陶瓷纖維、類無機(jī)剛性纖維和金屬纖維。本發(fā)明通過研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有摩擦材料在制造、使用過程中導(dǎo)致人員皮膚過敏的原因在于玻纖類纖維(如玻璃纖維、人造巖棉、硅酸鹽礦物纖維等)，其纖維直徑一般在12um左右，呈剛性(見圖1)，生產(chǎn)和使用過程產(chǎn)生的含纖維揚(yáng)塵粘附到皮膚上，極易透過毛孔刺入皮膚，從而引起皮膚保護(hù)性應(yīng)激反應(yīng)。同時(shí)，本發(fā)明通過研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)纖維具有很好的柔性，不會(huì)刺入皮膚，但其熱穩(wěn)定性差，400℃溫度下的燒蝕量約為85％，其高溫摩擦性能下降過快。目前也有采用有機(jī)纖維高溫石墨化加工而成的碳纖維的技術(shù)方案，雖能解決材料的耐熱性能，但失去了有機(jī)纖維的柔性(見圖2)，同樣存在剛性過高刺入皮膚導(dǎo)致過敏的問題。本發(fā)明采用的預(yù)氧絲(聚丙烯腈纖維高溫碳化而成的預(yù)氧絲)，只對(duì)有機(jī)纖維表面進(jìn)行碳化，大幅提高了纖維的耐熱性(400度燒蝕量約20％)；同時(shí)其內(nèi)核仍為有機(jī)纖維，保持了有機(jī)纖維的柔性，不會(huì)刺入皮膚引起過敏，可有效平衡皮膚刺激性和熱穩(wěn)定性。上述方案中，所述調(diào)節(jié)劑為金屬硫化物，但不僅僅局限為金屬硫化物；用于穩(wěn)定摩擦材料的熱穩(wěn)定性能。上述方案中，所述調(diào)節(jié)劑可選用硫化鉬、硫化銅、硫化錫、硫化鐵、硫化亞鐵銅、硫化銻等中的一種或幾種。優(yōu)選的，所述金屬硫化物采用硫化銅、硫化銻和硫化鉬進(jìn)行組合而成：硫化銅的熔點(diǎn)為220℃，硫化銻的熔點(diǎn)為550℃，在摩擦高溫條件下起到無機(jī)粘接劑的效用，可有效平衡有機(jī)纖維的熱分解而導(dǎo)致的摩擦磨損性能下降的問題，同時(shí)硫化鉬作為高溫潤(rùn)滑劑，可有效改善摩擦材料的高溫磨損性能。上述方案中，所述填料為硫酸鋇、碳酸鈣中的一種或兩種。上述方案中，采用的氧化鋁用于調(diào)節(jié)摩擦材料的磨損性能；石墨用于調(diào)節(jié)摩擦材料的磨損性能。上述方案中，樹脂作為粘接劑，優(yōu)選采用硼酸改性的硼改性酚醛樹脂(硼酸改性酚醛樹脂)，其耐氧化性能好，TGA(熱重分析)測(cè)試其600℃殘?zhí)悸蕿?0-65％，比普通酚醛樹脂高約50％，適合于本發(fā)明采用的全有機(jī)纖維體系。上述方案中膠粉作為增韌劑，優(yōu)選采用耐熱性高的丁腈膠粉。上述一種有機(jī)纖維增強(qiáng)型摩擦材料的制備方法，包括以下步驟：1)按配方要求稱取各原料，各組分所占質(zhì)量百分比包括：芳綸2-4％，預(yù)氧絲3-6％，膠粉4-8％，樹脂8-14％，氧化鋁3-6％，石墨5-10％，調(diào)節(jié)劑5-10％，填料42-60％。2)將稱取的原料投入犁耙式混料機(jī)中混合均勻，得混合原料；3)將混合原料置于模具中進(jìn)行熱壓成型；4)將步驟3)所得成型產(chǎn)品置于烘箱中進(jìn)行年深度交聯(lián)固化處理，冷卻得所述有機(jī)纖維增強(qiáng)型摩擦材料。上述方案中，所述熱壓成型工藝條件為：壓力為190-210kg/cm2，溫度為150-160℃，保壓時(shí)間為4-6min。上述方案中，所述深度交聯(lián)固化處理工藝為：由室溫加熱至145-150℃保溫50-60min，繼續(xù)升溫至155-160℃保溫50-60min，再升溫至175-180℃保溫5-6h；最后自然冷卻至室溫。本發(fā)明采用預(yù)氧絲作為增強(qiáng)骨架材料，由于纖維表面光滑無分枝，與一起復(fù)合的粘接劑、調(diào)節(jié)劑等功能性組分的吸附性不好，不易使復(fù)合材料混拌均勻，工藝穩(wěn)定性差，因此研究引入少量芳綸纖維進(jìn)行輔助，芳綸纖維有很好的分枝和比表面積，可以輔助增強(qiáng)復(fù)合摩擦材料的混拌均勻性及原料分布的穩(wěn)定性。本發(fā)明提供了一種全新的摩擦材料配方體系，采用的增強(qiáng)纖維全部為有機(jī)纖維，利用芳綸纖維和預(yù)氧絲的特性，同時(shí)配合其他功能性組分制備所述摩擦材料；優(yōu)選引入硫化銅作為調(diào)節(jié)劑，利用硫化銅的220℃低熔點(diǎn)特性，在200-300℃下所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)起到無機(jī)粘接劑效用，可有效補(bǔ)償有機(jī)纖維熱分解所導(dǎo)致的摩擦材料性能下降的短板，同時(shí)優(yōu)選硼酸改性的硼改性酚醛樹脂，其耐氧化性能好，600℃殘?zhí)剂勘绕胀ǚ尤渲呒s50％；本發(fā)明得到的有機(jī)纖維增強(qiáng)型摩擦材料，完全不同于現(xiàn)有的無石棉摩擦材料、半金屬摩擦材料或NAO類摩擦材料，不存在纖維引起的皮膚過敏問題，同時(shí)具有優(yōu)良的熱摩擦性能，解決了困撓摩擦材料行業(yè)多年的難題；可達(dá)到摩擦材料所需的各項(xiàng)性能要求，具有摩擦磨損性能優(yōu)良、環(huán)境友好、不生銹的多重特點(diǎn)。本發(fā)明的有益效果為：1)本發(fā)明所述摩擦材料在生產(chǎn)和使用過程中，克服了無石棉摩擦材料等摩擦材料易引起皮膚過敏的問題，符合健康、環(huán)保的發(fā)展理念。2)本發(fā)明摩擦材料經(jīng)實(shí)車驗(yàn)證，具有工藝和產(chǎn)品性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，可適用于各種工況包括山區(qū)高溫工作環(huán)境。3)本發(fā)明摩擦材料不存在半金屬材質(zhì)摩擦材料易生銹的問題。附圖說明圖1為市售玻璃纖維的顯微形態(tài)照片。圖2為高溫石墨化加工而成的碳纖維的顯微形態(tài)照片。圖3為本發(fā)明實(shí)施例1～3采用的預(yù)氧絲的500倍顯微照片。圖4為本發(fā)明實(shí)施例1～3采用的芳綸的500倍顯微照片。具體實(shí)施方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實(shí)施例。以下實(shí)施例中，采用的預(yù)氧絲的長(zhǎng)度為1-2mm，直徑為10-20μm，其顯微照片見圖3；它由聚丙烯腈在空氣介質(zhì)下經(jīng)預(yù)氧化而制成聚丙烯腈預(yù)氧絲，再浸潤(rùn)于硅烷偶聯(lián)劑后經(jīng)剪切而成；由南京緯達(dá)復(fù)合材料有限公司提供。采用的芳綸由杜邦公司提供，其顯微照片見圖4。采用的硼改性酚醛樹脂經(jīng)TGA(熱重分析)測(cè)試其600℃殘?zhí)悸蕿?0-65％，比普通酚醛樹脂高約50％；由濟(jì)南圣泉海沃斯化工有限公司提供。實(shí)施例1～3一種有機(jī)纖維增強(qiáng)型摩擦材料，其制備方法包括以下步驟：1)按表1所述配比要求稱取各原料；2)將稱取的原料投入犁耙式混料機(jī)中混合均勻，得混合原料；3)將混合原料置于模具中進(jìn)行熱壓成型；壓力為200kg/cm2，溫度為150℃，保壓時(shí)間為5分鐘。4)將步驟3)所得成型產(chǎn)品置于烘箱中，由室溫加熱至150℃保溫1h，繼續(xù)升溫至160℃保溫1h，再升溫至180℃保溫6h；最后自然冷卻至室溫取出，得所述有機(jī)纖維增強(qiáng)型摩擦材料。對(duì)比例中采用聚丙烯腈纖維和紡綸制備摩擦材料，采用的原料配比見表1，制備方法同實(shí)施例1～3。表1實(shí)施例1～3所述有機(jī)纖維增強(qiáng)型摩擦材料和對(duì)比例的原料配比組成(質(zhì)量百分比)實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3對(duì)比例硼改性酚醛樹脂8101413丁腈膠粉8544芳綸4222預(yù)氧絲3640聚丙烯腈纖維0004硫化鉬1300硫化銅7266硫化銻2022氧化鋁3466石墨51077硫酸鋇24382324碳酸鈣35203232總計(jì)100100100100將實(shí)施例1～3制備的有機(jī)纖維增強(qiáng)型摩擦材料和對(duì)比例所得摩擦材料分別應(yīng)用于制動(dòng)系統(tǒng)，采用汽車制動(dòng)襯片GB5763-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表2所示。其中現(xiàn)通用技術(shù)是指典型的汽車廠原裝無石棉摩制動(dòng)摩擦材料性能。表2實(shí)施例1～3所得有機(jī)纖維增強(qiáng)型摩擦材料和對(duì)比例的性能測(cè)試結(jié)果測(cè)試結(jié)果表明本實(shí)施例制備的摩擦材料具有較好的摩擦磨損性能、熱衰退性能和強(qiáng)度，性能同典型的汽車廠原裝摩擦片相當(dāng)，高溫摩擦磨損性能明顯優(yōu)于對(duì)比例中的聚丙烯腈纖維所制的材料，非常適合用于制動(dòng)用摩擦材料。皮膚刺激性試驗(yàn)采用實(shí)施例1～3所述摩擦材料的原料進(jìn)行皮膚刺激性測(cè)試，具體步驟如下：從生產(chǎn)車間隨機(jī)確定操作工10人，5男5女，職能部門員工10人，5男5女，共計(jì)20人參與試驗(yàn)。20人分別裸手(手上皮膚無任何護(hù)具)插入已按配比混好材料的料桶，攪動(dòng)3周(圓周)，5小時(shí)后查詢參試人員手上皮膚感覺。調(diào)查結(jié)果如下表3：表3實(shí)施例1～3所得有機(jī)纖維增強(qiáng)型摩擦材料的皮膚刺激性測(cè)試結(jié)果由表3可以看出，本發(fā)明采用的原料體系無人出現(xiàn)皮膚刺激過敏現(xiàn)象，而現(xiàn)有通用技術(shù)和配方則高達(dá)91％人員出現(xiàn)受刺激反饋，其中34％的人員出現(xiàn)較明顯的過敏反饋。證明本發(fā)明可有效解決對(duì)皮膚刺激的問題。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，做出若干改進(jìn)和變換，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3