一种陶瓷纤维纸基摩擦片及其制作方法

摘要

本发明涉及一种陶瓷纤维纸基摩擦片及其制作方法；目的是提供的摩擦片应具有摩擦系数高、耐磨损性能良好的特点；制作方法应具有工序简单、制作方便容易的特点。技术方案是：一种陶瓷纤维纸基摩擦片，包括的成分是：陶瓷纤维、碳纤维、芳纶浆粕纤维；长纤维棉纸、硅藻土、腰果壳油摩擦粉、碳酸钙晶须、碳化硼、钾长石粉、橡胶颗粒、硫化梯、云母、明钒、氧化镁、腰果壳油改性酚醛树脂、粉末氟橡胶、丁腈胶乳、硼－桐油改性酚醛树脂以及适量助剂。制作方法是：一、制作陶瓷纤维纸基摩擦材料原纸，包括制预处理料、制混合料、制浆料、抄造原纸：二、制作陶瓷纤维纸基摩擦片，包括将原纸浸渍黏结剂、热压固化后剪切成长条状、粘贴到摩擦片芯板上。

权利要求

1.一种陶瓷纤维纸基摩擦片，其中包括的成分以及相应的重量份是：

1)、基体材料：陶瓷纤维：40～60份、碳纤维4～7份、芳纶浆粕纤维5～10份；长纤维棉纸10～15份；

2)、摩擦性能调节剂：硅藻土8～20份、腰果壳油摩擦粉4～8份、碳酸钙晶须3～8份、碳化硼0.5～2份、钾长石粉3～7份、橡胶颗粒5～10份、硫化梯3～5份、云母4～

10份；明钒1～4份；氧化镁3～5份、腰果壳油改性酚醛树脂6～9份；

3)、成形黏结剂：粉末氟橡胶1～2份、丁腈胶乳5～10份、硼－桐油改性酚醛树脂5～

8份；

适量聚丙烯酰胺、适量聚环氧乙烯、适量十二烷基苯磺酸钠。

2.根据权利要求1所述的一种陶瓷纤维纸基摩擦片，其特征在于：所述陶瓷纤维直径为16-24um，长度为4～8mm；所述碳纤维直径为35～60um，长度为6～10mm；芳纶浆粕纤维直径为16-24um，长度为9～12mm；碳酸钙晶须直径为1-2um，长度为50～80um。

3.根据权利要求2所述的一种陶瓷纤维纸基摩擦片，其特征在于：所述各种原材料中，硼－桐油改性酚醛树脂、硫化梯、硅藻土、云母、碳化硼、钾长石粉、氧化镁、明钒的粒度≥350目，所述腰果壳油摩擦粉的粒度为20～40目，所述粉末氟橡胶、橡胶颗粒的粒度为

80～100目。

4.权利要求1所述的陶瓷纤维纸基摩擦片的制作方法，按照以下步骤进行：一、制作陶瓷纤维纸基摩擦材料原纸

(1)预处理：在55-65℃的5-20份水中加入十二烷基苯磺酸钠3～12份，再加入陶瓷纤维、芳纶浆粕纤维、碳酸钙晶须以及碳纤维，然后搅拌6-15分钟，用清水清洗干燥后，得到预处理料备用；干燥温度100～110℃，时间60～90分钟；

(2)先将长纤维棉纸放入适量水中打浆，打浆浓度为5～8％，打浆度为35～55oSR；接着加入步骤(1)中获得的预处理料中，加入浓度为0.04～0.15的聚环氧乙烯溶液2-4份，用疏解机疏解均匀，再加入浓度为0.01-0.05的聚丙烯酞胺溶液1-3份，搅拌均匀后得混合料；

(3)在步骤(2)制得的混合料中加入硼－桐油改性酚醛树脂、碳化硼、硫化梯、硅藻土、云母、钾长石粉、氧化镁、明钒、腰果壳油摩擦粉、粉末氟橡胶、橡胶颗粒以及丁腈胶乳，搅拌均匀使丁腈胶乳均匀分布在浆料中并且充分吸附在纤维和摩擦性能调节剂上；然后加入浓度为0.01-0.05的聚丙烯酰胺1-3份并搅拌均匀使丁腈胶乳与纤维、摩擦性能调节剂充分絮聚并结合；最后加入浓度为0.04～0.16的聚环氧乙烷溶液2-4份搅拌后形成物料分散均匀的浆料；

(4)抄造原纸：在常规造纸设备上抄造纸基摩擦材料原纸，纸浆浓度为0.03％～

0.05％，原纸定量为90g·m-2，抄造压力0.2～0.4Mpa，获得原纸；

二、制作陶瓷纤维纸基摩擦片，其步骤是：

(1)将原纸放入腰果壳油改性酚醛树脂6～9份溶液中浸渍，浸渍时间18-25分钟，然后干燥；干燥温度60～70℃，时间40～50分钟；

(2)将干燥后陶瓷纤维纸基摩擦材料原纸进行热压固化，其热压固化的工艺：温度

150±5℃，时间8～15分钟，冷却后剪切成长条状备用；

(3)将长条状的原纸，通过热压成型粘贴设备粘贴到摩擦片金属骨架的芯板上。

5.根据权利要求4所述的陶瓷纤维纸基摩擦片的制作方法，其特征在于：在所述制作陶瓷纤维纸基摩擦材料原纸的步骤(1)中的搅拌，采用精密增力电动搅拌器进行。

6.根据权利要求5所述的陶瓷纤维纸基摩擦片的制作方法，其特征在于：所述步骤(4)中的常规造纸设备是纸样抄取器。

说明书

一种陶瓷纤维纸基摩擦片及其制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种陶瓷纤维纸基摩擦片及陶瓷纤维纸基摩擦片的制作方法；所述摩擦片适用于工程机械、农业机械、矿山机械、重型汽车、轿车和船舶等机械中的离合器和制动系统。

背景技术

[0002] 目前国内普遍使用的湿式摩擦材料，广泛采用干法粉末冶金模压制造丁腈橡胶基湿式摩擦片。其优点是一次成型，物料组成结构中可以充分地利用粉体摩擦原料和块状橡胶材料，生产成本低廉；其缺点是摩擦材料的孔隙结构得不到控制，影响摩擦效果的压缩回弹性能不可调节，摩擦系数低，动/静摩擦之比差异大。而传统意义上的纸基摩擦材料，主要采用石棉作为增强纤维基体，具有石棉纤维的高抗张强度、高挠性、耐化学和热侵蚀性能，因而价格低廉；但是石棉基纸基摩擦材料的耐高温性能比较差，而且石棉纤维能引起石棉肺、胸膜间皮瘤等疾病，国内目前已明令禁止使用。随着现代机械向着高速、重载的方向发展，对耐热性好、寿命长的高级纸基摩擦材料的需求已成主流；因此人们开始了对无石棉纸基摩擦材料的研究和开发。

发明内容

[0003] 本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种陶瓷纤维纸基摩擦片及其制作方法，所制成的摩擦片应具有摩擦系数高、摩擦性能稳定、耐磨损性能良好、动静摩擦系数比可调、能量吸收能力高的特点，以及良好的导油、导热和耐高温性能；所述的制作方法应具有工序简单、制作方便容易的特点。

[0004] 本发明提供的技术方案是：一种陶瓷纤维纸基摩擦片，其中包括的成分以及相应的重量份是：

[0005] 1）、基体材料：陶瓷纤维：40～60份、碳纤维4～7份、芳纶浆粕纤维5～10份；长纤维棉纸10～15份；

[0006] 2）、摩擦性能调节剂：硅藻土8～20份、腰果壳油摩擦粉4～8份、碳酸钙晶须3～8份、碳化硼0.5～2份、钾长石粉3～7份、橡胶颗粒5～10份、硫化梯3～5份、云母4～10份；明钒1～4份；氧化镁3～5份、腰果壳油改性酚醛树脂6～9份；

[0007] 3）、成形黏结剂：粉末氟橡胶1～2份、丁腈胶乳5～10份、硼－桐油改性酚醛树脂5～8份；

[0008] 适量聚丙烯酰胺、适量聚环氧乙烯、适量十二烷基苯磺酸钠。

[0009] 所述陶瓷纤维直径为16-24um，长度为4～8mm；所述碳纤维直径为35～60um，长度为6～10mm；芳纶浆粕纤维直径为16-24um，长度为9～12mm；碳酸钙晶须直径为1-2um，长度为50～80um。

[0010] 所述各种原材料中，硼－桐油改性酚醛树脂、硫化梯、硅藻土、云母、碳化硼、钾长石粉、氧化镁、明钒的粒度≥350目，所述腰果壳油摩擦粉的粒度为20～40目，所述粉末氟橡胶、橡胶颗粒的粒度为80～100目。

[0011] 一种陶瓷纤维纸基摩擦片的制作方法，按照以下步骤进行：

[0012] 一、制作陶瓷纤维纸基摩擦材料原纸

[0013] （1）预处理：在55-65℃的5-20份水中加入十二烷基苯磺酸钠3～12份，再加入陶瓷纤维、芳纶浆粕纤维、碳酸钙晶须以及碳纤维，然后搅拌6-15分钟，用清水清洗干燥后，得到预处理料备用；干燥温度100～110℃，时间60～90分钟；

[0014] （2）先将长纤维棉纸放入适量水中打浆，打浆浓度为5～8%，打浆度为35～55°SR；接着加入步骤（1）中获得的预处理料中，加入浓度为0.04～0.15的聚环氧乙烯溶液2-4份，用疏解机疏解均匀，再加入浓度为0.01-0.05的聚丙烯酞胺溶液1-3份，搅拌均匀后得混合料；

[0015] （3）在步骤（2）制得的混合料中加入硼－桐油改性酚醛树脂、碳化硼、硫化梯、硅藻土、云母、钾长石粉、氧化镁、明钒、腰果壳油摩擦粉、粉末氟橡胶、橡胶颗粒以及丁腈胶乳，搅拌均匀使丁腈胶乳均匀分布在浆料中并且充分吸附在纤维和摩擦性能调节剂上；然后加入浓度为0.01-0.05的聚丙烯酰胺1-3份并搅拌均匀使丁腈胶乳与纤维、摩擦性能调节剂充分絮聚并结合；最后加入浓度为0.04～0.16的聚环氧乙烷溶液2-4份搅拌后形成物料分散均匀的浆料；

[0016] （4）抄造原纸：在常规造纸设备上抄造纸基摩擦材料原纸，纸浆浓度为0.03%～-20.05%，原纸定量为90g·m ，抄造压力0.2～0.4Mpa，获得原纸；

[0017] 二、制作陶瓷纤维纸基摩擦片，其步骤是：

[0018] （1）将原纸放入腰果壳油改性酚醛树脂6～9份溶液中浸渍，浸渍时间18-25分钟，然后干燥；干燥温度60～70℃，时间40～50分钟；

[0019] （2）将干燥后陶瓷纤维纸基摩擦材料原纸进行热压固化，其热压固化的工艺：温度150±5℃，时间8～15分钟，冷却后剪切成长条状备用；

[0020] （3）将长条状的原纸，通过热压成型粘贴设备粘贴到摩擦片金属骨架的芯板上。

[0021] 所述步骤（1）中的搅拌，采用精密增力电动搅拌器进行。

[0022] 所述步骤（4）中的常规造纸设备是纸样抄取器。

[0023] 本发明的有益效果是：由于在一次成型抄造工艺中控制了原纸材料的均匀度、孔隙率和压缩回弹率，从而保证了陶瓷纤维纸基摩擦材料的摩擦性能的稳定性和导油性，有效地改善了摩擦片的物理机械性能；又通过在配方中添加橡胶颗粒和粉末氟橡胶，提高其静摩擦系数，调节动静摩擦系数比，提高了摩擦材料的韧性，降低了摩擦片的磨耗率。根据国家标准采用MM-1000II型摩擦磨损性能试验机（西安顺通机电应用技术研究所生产）对一系列摩擦片进行检测：动摩擦系数：0.19～0.20，静摩擦系数0.21～0.23，动静摩擦比-5 3 -10.83～0.91；磨损率为1.0～1.15×10 mm·J 。

[0024] 对比常规的丁腈橡胶基湿式摩擦片性能（动摩擦系数0.14～0.18，静摩擦系数-5 3 -10.20～0.26，动静摩擦比0.54～0.69；磨损率1.3～1.8×10 mm·J ）后可知：动静摩擦比明显增大，磨损率则显著降低。

附图说明

[0025] 图1是本发明所述陶瓷纤维纸基摩擦片的主视结构示意图。

[0026] 图2是图1的A-A向剖视结构示意图。

具体实施方式

[0027] 陶瓷纤维纸基摩擦材料原纸，是指先利用湿法一次成型抄造工艺生产的均质多物料原纸；该原纸经过模切、浸渍、自动循环单片粘贴工序后，再通过叠合热压成型的方法制成的摩擦制动片，广泛应用于工程机械、农业机械、矿山机械、重型汽车、轿车和船舶等机械的离合和制动系统中，用于传递扭矩、减速和制动。

[0028] 如图所示的陶瓷纤维纸基摩擦片，包括金属骨架的摩擦片芯板1以及粘贴在摩擦片金属骨架的芯板上的摩擦材料层2；该摩擦材料层由多个纸基摩擦块2-1规则排列组成。

[0029] 所述聚丙烯酰胺溶液由聚丙烯酰胺与水组成，浓度是聚丙烯酰胺溶液中聚丙烯酰胺所占的重量百分比；所述聚环氧乙烯溶液由聚环氧乙烯与水组成，浓度是聚环氧乙烯溶液中聚环氧乙烯所占的重量百分比。

[0030] 陶瓷纤维纸基摩擦片的制作工艺流程是：原料处理→配料→打浆→配浆疏解→抄纸→压榨→干燥→成型→浸渍胶粘剂→检验→热固化→剪条→自动贴片→检验→热压固化→包装入库。

[0031] 本发明中所有的原料均外购获得。

[0032] 以下结合具体实施例进一步说明。

[0033] 实施例1

[0034] 一种陶瓷纤维纸基摩擦片，由以下原材料及重量份组成：陶瓷纤维45份，碳纤维4份，芳纶浆粕纤维5份，长纤维棉纸10份，硅藻土10份，腰果壳摩擦粉4份，碳酸钙晶须3份，碳化硼0.5份，钾长石粉3份，橡胶颗粒5份，硫化梯5份，云母4份，明钒1份，氧化镁3份，粉末氟橡胶1份，丁腈胶乳7份，硼－桐油改性酚醛树脂5份，腰果壳油改性酚醛树脂
6份，聚丙烯酰胺适量，聚环氧乙烯适量，十二烷基苯磺酸钠适量。

[0035] 所述陶瓷纤维直径20um，长度6mm，所述碳纤维长度8mm；芳纶浆粕纤维直径20um长度10mm；碳酸钙晶须直径1um，长度60um。

[0036] 所述各种原材料中，硼－桐油改性酚醛树脂、硫化梯、硅藻土、云母、碳化硼、钾长石粉、氧化镁、明钒粒度≥350目，所述腰果壳油摩擦粉的粒度为30目，所述粉末氟橡胶、橡胶颗粒的粒度为90目。

[0037] 采用上述原料，制作陶瓷纤维纸基摩擦片的方法如下：

[0038] （1）首先对陶瓷纤维、芳纶浆粕纤维、碳纤维进行预处理：在60℃的5份水中加入十二烷基苯磺酸钠4份，再加入陶瓷纤维、芳纶浆粕纤维、碳纤维，然后采用精密增力电动搅拌器搅拌10分钟，用清水清洗后干燥，干燥温度100℃，时间90分钟，得预处理料；（2）先将长纤维棉纸放入水中打浆，打浆浓度为5%，打浆度为35SR；再将预处理料放入高频疏解机中，加入浓度为0.08的聚环氧乙烯溶液3份疏解2000r（r代表圈数,指疏解机的运转次数）；再加入浓度为0.03的聚丙烯酞胺2份；（3）将(2)步骤制得的浆料搅拌均匀后加入硼－桐油改性酚醛树脂、碳化硼、硫化梯、硅藻土、云母、碳酸钙晶须、钾长石粉、氧化镁、明钒、腰果壳油摩擦粉、粉末氟橡胶、橡胶颗粒，搅拌500r后加入丁腈胶乳再搅拌400r，使胶乳均匀分布在浆料中并充分吸附在纤维和摩擦性能调节剂上；然后加入浓度为0.03的聚丙烯酰胺2份并搅拌300r使丁腈胶乳与纤维、摩擦性能调节剂充分絮聚并结合；最后加入浓度为0.08聚环氧乙烯溶液2份搅拌后形成物料分散均匀的浆料。（4）抄造原纸：采用-2纸样抄取器制备纸基摩擦材料原纸，纸浆浓度控制为0.05%，其定量设定为90g·m ，压力
0.4Mpa，时间1分钟。（5）干燥工艺：真空度0.04Mpa，温度120℃，时间15分钟。（6）将原纸板放入7份腰果壳油改性酚醛树脂溶液中浸渍25分钟，然后干燥；干燥温度60℃，时间
50分钟；（7）将干燥后陶瓷纤维纸基摩擦材料原纸进行热压固化，其热压固化的工艺：温度
145℃，时间15分钟，冷却后剪切成长条状备用。（8）将剪切成长条状的原纸，通过热压成型粘贴设备（常规设备）粘贴到金属骨架芯板上。

[0039] 对上述摩擦片进行检测，获得的数据为：动摩擦系数：0.195，静摩擦系数0.22，动-5 3 -1静摩擦比0.88；磨损率为1.05×10 mm·J 。

[0040] 实施例2

[0041] 一种陶瓷纤维纸基摩擦片，由以下原材料组成：陶瓷纤维55份，碳纤维7份，芳纶浆粕纤维7份，长纤维棉纸12，硅藻土15份，腰果壳摩擦粉6份，碳酸钙晶须5份，碳化硼1.2份，钾长石粉7份，橡胶颗粒6份，硫化梯4份，云母10份，明钒2份，氧化镁5份，粉末氟橡胶2份，丁腈胶乳8份，硼—桐油改性酚醛树脂7份，腰果壳油改性酚醛树脂9份，聚丙烯酰胺适量，聚环氧乙烯适量，十二烷基苯磺酸钠适量。

[0042] 所述陶瓷纤维直径16um，长度8mm，所述碳纤维长度6mm；芳纶浆粕纤维直径16um长度12mm；碳酸钙晶须直径1um，长度50um。

[0043] 所述各种原材料中，硼－桐油改性酚醛树脂、硫化梯、硅藻土、云母、碳化硼、钾长石粉、氧化镁、明钒粒度≥350目，所述腰果壳油摩擦粉的粒度为20目，所述粉末氟橡胶、橡胶颗粒的粒度为80目。

[0044] 采用上述原料制作陶瓷纤维纸基摩擦片的方法如下：

[0045] （1）首先对陶瓷纤维、芳纶浆粕纤维、碳纤维进行预处理：在55℃的12份水中加入十二烷基苯磺酸钠8份，再加入陶瓷纤维、芳纶浆粕纤维、碳纤维，然后采用精密增力电动搅拌器搅拌10分钟，用清水清洗干燥，得到预处理料备用，干燥温度110℃时间：60分钟；（2）先将长纤维棉纸放入水中打浆，打浆浓度为6%，打浆度为45SR；再将预处理后的得预处理料放入高频疏解机中，加入浓度为0.04聚环氧乙烯溶液4份疏解2000r，加入浓度为
0.01的聚丙烯酰胺3份疏解2000r；（3）将(2)步骤制得的浆料搅拌均匀后加入硼－桐油改性酚醛树脂、碳化硼、硫化梯、硅藻土、云母、碳酸钙晶须、钾长石粉、氧化镁、明钒、腰果壳油摩擦粉、粉末氟橡胶、橡胶颗粒，搅拌500r后加入丁腈胶乳再搅拌400r，使胶乳均匀分布在浆料中并充分吸附在纤维和摩擦性能调节剂上；然后加入浓度为0.5的聚丙烯酰胺1份并搅拌300r使丁腈胶乳与纤维、摩擦性能调节剂充分絮聚并结合；最后加入浓度为0.04聚环氧乙烯溶液4搅拌后形成物料分散均匀的浆料。（4）抄造原纸：采用纸样抄取器制备纸-2
基摩擦材料原纸，纸浆浓度控制为0.03%，其定量设定为90g·m ，压力0.2Mpa，时间3分钟。
（5）干燥工艺：真空度0.06Mpa，温度80℃，时间25分钟。（6）将原纸板放入8份腰果壳油改性酚醛树脂溶液中浸渍，浸渍时间18分钟，然后干燥，干燥温度70℃，时间40分钟；（7）将干燥后陶瓷纤维纸基摩擦材料原纸进行热压固化，其热压固化的工艺：温度155℃，时间
8分钟，冷却后剪切成长条状备用。（8）将剪切成长条状的原纸，通过热压成型粘贴设备粘贴到金属骨架芯板上。

[0046] 对上述摩擦片进行检测，获得的数据为：动摩擦系数：0.19，静摩擦系数0.23，动-5 3 -1静摩擦比0.83；磨损率为1.15×10 mm·J 。

[0047] 实施例3

[0048] 一种陶瓷纤维纸基摩擦片，由以下原材料组成：陶瓷纤维60份，碳纤维6份，芳纶浆粕纤维10份，长纤维棉纸14，硅藻土17份，腰果壳摩擦粉8份，碳酸钙晶须8份，碳化硼2份，钾长石粉5份，橡胶颗粒10份，硫化梯3份，云母8份，明钒4份，氧化镁4份，粉末氟橡胶1.5份，丁腈胶乳10份，硼－桐油改性酚醛树脂8份，腰果壳油改性酚醛树脂8份、聚丙烯酰胺适量、聚环氧乙烯适量、十二烷基苯磺酸钠适量。

[0049] 所述陶瓷纤维直径24um，长度4mm，所述碳纤维长度10mm；芳纶浆粕纤维直径24um长度9mm；碳酸钙晶须直径2um，长度80um。

[0050] 所述各种原材料中，硼－桐油改性酚醛树脂、硫化梯、硅藻土、云母、碳化硼、钾长石粉、氧化镁、明钒粒度≥350目，所述腰果壳油摩擦粉的粒度为40目，所述粉末氟橡胶、橡胶颗粒的粒度为100目。

[0051] 采用上述原料制作陶瓷纤维纸基摩擦片的方法如下：

[0052] （1）首先对陶瓷纤维、芳纶浆粕纤维、碳纤维进行预处理：在65℃的20份水中加入十二烷基苯磺酸钠12份，再加入陶瓷纤维、芳纶浆粕纤维、碳纤维，然后采用精密增力电动搅拌器搅拌10分钟后，用清水清洗干燥后，得到预处理料备用，干燥温度105℃，时间70分钟；（2）先将长纤维棉纸放入水中打浆，打浆浓度为8%，打浆度为55SR；再将预处理料放入高频疏解机中，加入浓度为0.16%聚环氧乙烯溶液2份、浓度为0.5的聚丙烯酰胺1份疏解2000r；（3）将(2)步骤制得的浆料搅拌均匀后加入硼－桐油改性酚醛树脂、碳化硼、硫化梯、硅藻土、云母、碳酸钙晶须、钾长石粉、氧化镁、明钒、腰果壳油摩擦粉、粉末氟橡胶、橡胶颗粒，搅拌500r后加入丁腈胶乳再搅拌400r，使胶乳均匀分布在浆料中并充分吸附在纤维和摩擦性能调节剂上；然后加入浓度为0.01聚丙烯酰胺3份并搅拌300r使丁腈胶乳与纤维、摩擦性能调节剂充分絮聚并结合；最后加入浓度为0.16%聚环氧乙烯溶液2份搅拌后形成物料分散均匀的浆料。

[0053] （4）抄造原纸：采用纸样抄取器制备纸基摩擦材料原纸，纸浆浓度控制为0.04%，-2其定量设定为90g·m ，压力0.3Mpa，时间2分钟。（5）干燥工艺：真空度0.05Mpa，温度
100℃，时间8分钟。（6）将原纸板放入9份腰果壳油改性酚醛树脂溶液中浸渍，浸渍时间21分钟，然后干燥，干燥温度65℃，时间45分钟；（7）将干燥后陶瓷纤维纸基摩擦材料原纸进行热压固化，其热压固化的工艺：温度150℃，时间11分钟，冷却后剪切成长条状备用。（8）将剪切成长条状的原纸，通过热压成型粘贴设备粘贴到金属骨架芯板上。

[0054] 对上述摩擦片进行检测，获得的数据为：动摩擦系数：0.20，静摩擦系数0.21，动-5 3 -1静摩擦比0.91；磨损率为1.0×10 mm·J 。