CN1027989C - 一种摩擦材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种不含石棉的摩擦材料，它以改性维纶纤维和玻璃纤维作骨架材料，以改性酚醛树脂作粘合剂并添加了摩擦调节剂。这种摩擦材料不会锈蚀、热传导率低，制动时不产生噪音，在制造过程和制动过程中不会污染环境，并具有耐温性能好，摩擦系数高，磨损率低和耐冲击强度高等优点。这种摩擦材料适用于制成工业机械的制动器衬片和干式离合器面片，也适用于制成农业机械的离合器面片。尤其适合作钻探机械制动衬片和气胎式离合器面片。
Description
本发明属于一种制动控制系统的零件材料，特别是一种采用改性维纶纤维（化学名称改性聚乙烯醇纤维）和玻璃纤维混合物为骨架材料，以改性酚醛树脂作粘合剂并添加摩擦调节剂的工业机械用不含石棉的摩擦材料。
以往采用石棉作原料的摩擦材料，由于在制造工艺和制动的摩擦中产生石棉粉末的飞散，造成环境的污染。石棉材料已被确认会损害人体的健康，一些发达国家已开始禁止石棉制品生产和使用，我国也对环境确定了严格的石棉含量控制标准。因此，寻求不含石棉的摩擦材料已成为生产者和使用者的迫切要求，在此背景下开发的以铁基原矿粉为基体材料的无石棉摩擦材料就是一种取代石棉的新型摩擦材料（中国专利申请公开88105119.5）。但是这种材料存在如下的缺陷：由于含铁摩擦材料容易生锈致使材料锈蚀后强度下降磨损加剧，同时由于金属热传导率高，使摩擦产生的热量迅速传向制动器，导致密封圈软化和制动液发生气阻，从而造成制动失灵;另外由于这种材料的比重大，影响材料的转动惯量产生低频噪音。因而对这种材料的使用，特别是在要求较高的场合下使用将受到很大的局限。
本发明的目的就在于提供一种克服上述材料缺陷，采用改性维纶纤维和玻璃纤维混合物为骨架材料，以改性酚醛树脂作粘合剂并添加摩擦调节剂的不含石棉的摩擦材料，这种材料不会锈蚀，热传导率低，不产生噪音，并具有耐温性能好，磨损率低，制造过程和制动过程中不污染环境等特点。
本发明的摩擦材料由骨架材料，粘合剂和摩擦调节剂构成，骨架材料为改性维纶纤维和玻璃纤维混合物，改性维纶纤维为市售的1-2.5D×5-7mm改性维纶超短纤维，系聚乙烯醇纤维经过物理-化学方法改性处理而制得，这种纤维的表面改变了原来的结构，变得粗糙、坑洼较多，与粘合剂增加了粘合强度，其耐干热温度为230℃，吸湿率为5%，玻璃纤维长度为7-12mm、含碱量12%左右，并经过硅烷偶联剂进行表面处理。粘合剂为市售的改性酚醛树脂，这种树脂由线型酚醛树脂经腰果壳油，三聚氰胺改性而制得，固体含量98±2%，软化点为100-120℃。摩擦调节剂可以选择钾长石粉、石墨、氧化铁粉、硫酸钡、轮胎粉和黄铜丝等材料。摩擦材料的具体组分构成如下表。
表见文后
在上述的材料组成范围内，摩擦调节剂在43-65%之间调节，有些调节剂也可以不加。当改性维纶纤维为7-12%，玻璃纤维为15-20%，改性酚醛树脂为18-25%，摩擦调节剂为52-60%时构成摩擦材料的最佳组成。
本发明的不含石棉的摩擦材料以改性维纶纤维和玻璃纤维作骨架材料，骨架材料经短切、膨化后与经粉碎的改性酚醛树脂和经干燥的摩擦调节剂混合，通过搅拌和称重，然后在165±5℃温度下，
以15MPa压力，控制时间按70-90秒/毫米厚制品，压制成成品，出模后在180℃温度下热处理1-2小时形成制品。
本发明的不含石棉的摩擦材料，适用于制成工业机械的制动器衬片和干式离合器面片，也适用于制成农业机械的离合器面片。尤其适合作钻探机械制动衬片和气胎式离合器面片。本发明的摩擦材料由于原料采用非金属材料，所以具有不会锈蚀、热传导率低，制动时不产生噪音的优点;由于采用改性维纶纤维和玻璃纤维混合物替代石棉作骨架材料，因此在制造过程和制动过程中不污染环境，并且还具有耐温性能好，磨擦系数高，磨损率低和耐冲击强度高等优点。
以下是本发明的实施例。
实施例一、制动器磨擦衬片或离合器面片（模具的尺寸不同）
（一）组分配比
（表见文后）
（二）制造
以改性维纶纤维和玻璃纤维作骨架材料，骨架材料经短切，膨化后与经粉碎的改性酚醛树脂和经干燥的摩擦调节剂混合，通过搅拌和称重，然后在165±5℃温度下，以15MPa压力，按80秒/毫米厚制品左右控制时间，压制成成品，出模后在180℃温度下热处理1-2小时形成制品。
（三）性能指标
（表见文后）
对比例1，采用石棉的摩擦材料性能指标
（表见文后）
与对比例1比较，本发明的骨架材料由于材料的自身特性，不会产生环境污染。在试验测定的温度范围内本发明摩擦材料的摩擦系数均比石棉摩擦材料高。本发明摩擦材料的磨损率，在150℃后，随温度上升而逐步下降，在300℃时仅为0.23（10-7cm3/Nm），而石棉摩擦材料随温度上升磨损率增大，在300℃时为0.62-7cm3/Nm）。本发明摩擦材料的硬度较低，耐冲击强度近似为石棉材料的3倍。
对比例2，采用铁基原矿粉为基体材料的无石棉摩擦材料性能指标。
（表见文后）
与对比例2比较，本发明的骨架材料由于材料本身的特性，不会锈蚀、热传导率低，并且在制动时不会产生噪音。在试验测定的温度范围内，随着温度升高铁基原矿粉摩擦材料的摩擦系数逐步下降，在250℃和300℃时分别为0.485（μ）和0.368（μ），而本发明摩擦材料的摩擦系数分别为0.512（μ）和0.400（μ），随着温度的升高铁基原矿粉摩擦材料的磨损率大大增加，在300℃时磨损率达到0.826（10-7cm3/Nm），而本发明摩擦材料磨损率仅为0.23（10-7cm3/Nm）。
实施例二、制动器摩擦衬片或离合器面片（模具的尺寸不同）。
（一）组分配比
各组分的材料规格与实施例一相同，同时增加了摩擦调节剂轮胎粉，其规格要求细度为20-80目。具体配比如下：改性维纶纤维8%、玻璃纤维14%，改性酚醛树脂28%，钾长石粉12%、石墨8%、氧化铁粉11%、硫酸钡10%、轮胎粉5%、短切黄铜丝4%。
（二）制造方法同实施例一。
（三）性能指标
与对比例1比较，对比结果与实施例一的对比结果基本相同。与对比例2比较，本实施例摩擦材料除具有材料本身的特性外，其摩擦系数略比对比例2的摩擦材料低，而磨损率大大低于对比例2的摩擦材料。
名称 规格 重量百分比（%）
1、改性维纶纤维 1-2.5D×5-7mm，耐于热温度
230℃，吸湿率5% 5-15
2、玻璃纤维 长度7-12mm，含碱量12%左右
经硅烷偶联剂进行表面处理 12-35
3、改性酚醛树脂 固体含量98±2%，软化点100
-120℃ 15-28
4、钾长石粉 细度100目全通过，比重2.54
-2.57，硬度6 10-15
5、石墨 比重2.25，硬度1 5-10
6、氧化铁粉 细度100目全通过，比重5.12
-5.14，硬度5.5，熔点1560℃ 10-15
7、硫酸钡 细度100目全通过，比重4.2
硬度2.5-3.5，熔点1580℃ 10-12
8、轮胎粉 细度20-80目 5-8
9、短切黄铜丝 3-5
名称 规格 重量百分比（%）
1、改性维纶纤维 ″02型″，1-2.5D×5-7mm，
耐干热温度230℃，吸湿率5% 10
长度7-12mm，含碱量12%左右
2、玻璃纤维 经KH550硅烷偶联剂表面处理， 18
室温晾干后在120-160℃下烘干0.5小时。
3、改性酚醛热塑 型号YSM-S，固体含量98±2%
性树脂 游离酚＜5%，软化点100-120℃ 25
4、钾长石粉 细度100目全通过，比重2.54
-2.57，硬度6 14
5、石墨 比重2.25，硬度1 8
氧化铁含量90%以上，细度100
6、氧化铁粉 目全通过，比重5.12-5.24， 10
熔点1560℃，硬度5.5。
7、硫酸钡 细度100目全通过，比重4.2
硬度2.5-3.5，熔点1580℃ 10
8、短切黄铜丝 5
1、D-MS定速摩擦试验
性能 摩擦系数（μ） 磨损率（10-7cm3/Nm）
100℃ 150℃ 200℃ 250℃ 300℃ 100℃ 150℃ 200℃ 250℃ 300℃
指标 0.378 0.450 0.504 0.512 0.400 0.20 0.81 0.34 0.30 0.23
2、物理机械性能：
性能 硬度（HB） 冲击强度（Kgf·cm/cm2）
指标 12.41 10.08（0.99J/cm2）
对比例1，采用石棉的摩擦材料性能指标
1、D-MS定速摩擦试验
性能 摩擦系数（μ） 磨损率（10-7cm3/Nm）
100℃ 150℃ 200℃ 250℃ 300℃ 100℃ 150℃ 200℃ 250℃ 300℃
指标 0.325 0.365 0.429 0.377 0.308 0.17 0.10 0.11 0.34 0.62
2、物理机械性能：
性能 硬度（HB） 冲击强度（Kgf·cm/cm2）
指标 27.8 3.31（0.32J/cm2）
性能 摩擦系数（μ） 磨损率（10-7cm3/Nm）
100℃ 150℃ 200℃ 250℃ 300℃ 100℃ 150℃ 200℃ 250℃ 300℃
指标 0.494 0.603 0.569 0.485 0.368 0.163 0.182 0.295 0.529 0.826
1、D-MS定速摩擦试验
性能 摩擦系数（μ） 磨损率（10-7cm3/Nm）
100℃ 150℃ 200℃ 250℃ 300℃ 100℃ 150℃ 200℃ 250℃ 300℃
指标 0.330 0.464 0.498 0.424 - 0.10 0.12 0.06 0.09 -
2、物理机械性能：
性能 硬度（HB） 冲击强度（Kgf·cm/cm2）
指标 27.75 10.89（1.08J/cm2）
Claims (5)
1、一种摩擦材料，其特征在于它以改性维纶纤维和玻璃纤维构成骨架材料，以改性酚醛树脂为粘合剂并添加了摩擦调节剂，摩擦材料的组分重量百分配比为：改性维纶纤维5-15%、玻璃纤维12-25%、改性酚醛树脂15-28%、摩擦调节剂43-65%。
2、根据权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于改性维纶纤维的纤度为1-2.5D，长度为5-7mm，玻璃纤维的长度为7-12mm，含碱量为12%左右，并经硅烷偶联剂进行表面处理。
3、根据权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于摩擦调节剂可以选择钾长石粉、石墨、氧化铁粉、硫酸钡、轮胎粉和短切黄铜丝，它们的组成重量百分比为：钾长石粉10-15%，石墨5-10%，氧化铁粉10-15%，硫酸钡10-12%，轮胎粉5-8%，短切黄铜丝3-5%。
4、根据权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于它的组分最佳重量百分配比是：改性维纶纤维7-12%、玻璃纤维15-20%，改性酚醛树脂18-25%，摩擦调节剂52-60%。
5、一种如权利要求1所述的摩擦材料的制造方法，其特征在于它采用改性维纶纤维和玻璃纤维作骨架材料，将骨架材料经短切和膨化后与经粉碎的改性酚醛树脂和经干燥的摩擦调节剂混合，通过搅拌和称重，然后在165±5℃温度下，以15MPa压力，控制时间按70-90秒/毫米厚制品，压制成成品，出模后在180℃温度下热处理1-2小时形成制品。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |