CN101235153B - 摩擦材料用无石棉复合增强纤维及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型低成本的摩擦材料用无石棉复合增强纤维及其生产工艺，该纤维环保、可降解无污染，可增加摩擦材料的抗冲击强度，在高温使用时摩擦系数稳定，摩耗较小。该工艺方法简单，生产成本低廉，适于摩擦材料的生产。该摩擦材料用无石棉复合增强纤维由以下重量份的原料组成：矿岩棉或粒状棉50～80份，麻纤维占2～10份，木质纤维3～8份，云母粉或陶粉2～20份，偶联剂或相容剂1～5份。其制备的工艺过程为：首先取上述重量份原料，先将矿岩棉或粒状棉进行切割，再通过离心机水洗除渣得主纤维，并控制渣球含量小于0.5-1％，加入麻纤维、木质纤维及云母粉或陶粉进行高速混合，混合后进行烘干，烘干的过程中喷入偶联剂或相容剂，烘干温度105-150℃，烘干时间1-2小时，即得复合增强纤维。

Description

摩擦材料用无石棉复合增强纤维及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种无石棉复合纤维，具体为一种低成本的无石棉摩擦材料用复合增强纤维及其生产工艺，属于制动摩擦材料增强纤维，主要用于填加于汽车摩擦片内，以增强产品的耐摩擦性能。

背景技术

增强纤维是摩擦材料的重要组分，是主要承载单元，起骨架作用，使材料具有一定的强度和韧性，可经受冲击、剪切、拉伸等机械作用而不出现裂纹、断裂、崩缺等机械损伤，对材料的摩擦磨损等性能有着重要影响，增强纤维应满足如下性能要求：足够的强度和模量以及较好的韧性；在一定的温度范围内稳定的摩擦系数及适当的摩擦损耗；较高的热分解温度，在一定温度范围内不发生热分解、脱水、相变等以及较高的高温分解残碳率；分散性好，与基体较好的相容性；适当的硬度，不产生严重的噪音；量广、价廉、无毒性、不污染环境。石棉作为摩擦材料的增强纤维有一定的历史，如今石棉代用纤维虽有不少，但仍有一些问题需解决：易结团、分散性差、混合性不好、价格偏高等。例如美国Dupont公司出品的Kevlar纤维性能虽较好，但价格十分昂贵，目前仅用于高档轿车。为保持社会的可持续发展，研制新型低成本可适用于摩擦材料的大生产，可降解无石棉摩擦材料的增强复合纤维迫在眉睫。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种新型低成本的摩擦材料用无石棉复合增强纤维，该纤维环保、可降解无污染，填加后能增加摩擦材料的抗冲击强度，在高温使用时摩擦系数稳定，摩耗较小。

本发明的另一目的是提供上述复合增强纤维的生产工艺，该工艺方法简单，生产成本低廉，适于摩擦材料的生产。

本发明的技术方案如下：

摩擦材料用无石棉复合增强纤维，其特征在于它由以下重量份的原料组成：

矿岩棉或粒状棉50～80份，麻纤维占2～10份，木质纤维3～8份，云母粉或陶粉2～20份，偶联剂或相容剂1～5份。

偶联剂选用硅炳偶联剂或硅烷偶联剂，相容剂选用羟丙基纤维素，所用云母粉或陶粉选用细度为0.003-0.005μm的纳米级材料。

矿岩棉或粒状棉主要由以下重量份原料经高温熔炉抽丝生成，其中玄武岩18-20份，辉绿岩58-62份，石灰岩8-12份，白云岩6-12份，冶金焦碳1-3份。

复合增强纤维的生产工艺包括以下步骤：首先取上述重量份原料，先将矿岩棉或粒状棉进行切割，再通过离心机水洗除渣得主纤维，并控制渣球含量小于0.5-1％。

主纤维中加入植物纤维(麻纤维与木质纤维)和功能纤维(云母粉或陶粉)在2000～2500转高速混合机中进行混合，然后在滚筒式烘干机或干燥机中进行混合烘干，并同时喷入偶联剂或相容剂，烘干温度105-150℃，烘干时间1-2小时，即得到复合增强纤维。所用云母粉或陶粉选用细度为0.003-0.005μm的纳米级材料。由于植物纤维的麻纤维与木质纤维长度会较长，在混合前先要进行切割。

本发明的特色是“100％无石棉”、“高温摩擦系数稳定”、“可降解”、“高分散性”、“高吸附性”与“低成本”，研发的无石棉可降解高性能汽车刹车片增强纤维，实现“传统材料的高性能化”与“传统材料的环保化”，首次从辉绿岩、石灰岩、炭煤砖、石油焦炭等原料中研制出的一种新型纤维。在理论上有所突破，在工程应用上有所创新，并能够在短时间内迅速实现产业化并应用于生产。

本发明相比现有技术具有如下优点：

(1)100％无石棉复合增强纤维为一种新产品。

从灰绿岩、玄武岩、矿渣等材料通过高温溶融、水洗除渣抽丝、有机偶联、高速切割并添加一定量的植物纤维、功能性纤维经特殊工艺精制而成复合型摩擦材料专用增强纤维，100％无石棉，该产品主材料为无机材料、环保可降解、无污染。

(2)本产品使用方法简单，便于摩擦片材料的大生产。

(3)本产品增强性好，曲折率高，可以增加摩擦材料的抗冲击强度，在高温使用时摩擦系数稳定，摩耗较小，适应摩擦材料片生产的需要。

(4)由于纤维表面通过特殊的有机偶联剂处理，亲和性好，与摩擦材料配方中树脂及其它组份材料联接性优良，不会伤害摩擦材料的配偶。

(5)本产品的纤维添加一定量纳米材料，即纳米级云母粉或陶粉的加入，并通过混合烘干，从而进行膨化处理，使得到的纤维比表面积大，且呈绒毛状，具有优良的吸附性能，在摩擦材料使用过程中具有极好的恢复性，可以明显提高刹车片的使用寿命。

(6)本材料纤维的临界形态比为(L/d)，可以通过控制纤维的直径(d)和纤维的长度(L)来调节，满足客户对纤维形貌的要求。

(7)本材料纤维生产工艺简单，便于操作生产，生产成本低廉，作为摩擦片的主纤维，可以降低无石棉摩擦片的生产成本，较其它无石棉摩擦材料相比，具有相当有利的市场竞争力。

附图说明

图1为本发明的纤维生产工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

原料矿岩棉或粒状棉可以从市场上购买或制备，制备过程：

精选玄武岩200kg、辉绿岩600kg、石灰岩110kg、白云岩80kg、冶金焦碳20kg为主要材料，通过超过1000℃的高温熔炉进行纺丝并进行表面处理。经高温熔融制成纤维，切割至长度为10～20mm的纤维，再经过离心机水洗、除渣，控制纤维渣球含量不超过0.5-1％，制成主纤维。

如图1示，取制得的主纤维600kg、精选植物纤维的麻纤维80kg、木质纤维60kg，并将麻纤维与木质纤维预先切割至8～15mm，及粒径为0.005μm的云母粉100kg为原料，将原料在2000～2500转高速混合机混合均匀，形成混合状纤维，进入滚筒式烘干机内进行混合烘干，混合烘干的过程中喷入硅炳偶联剂30kg，烘干温度120℃，烘干时间1.5小时，即得本发明的复合增强纤维，对制得的纤维再切割至所需规格，所得纤维应需防水包装。

实施例2

所用主纤维制备方法同实施例1，取主纤维700kg与麻纤维100kg、木质纤维30kg，麻纤维与木质纤维预先切割至8～15mm，粒径为0.005μm的陶粉200kg为原料，将其在2000～2500转高速混合机均匀，形成混合状纤维，进入滚筒式烘干机内进行混合烘干，混合烘干的过程中喷入硅烷偶联剂10kg，烘干温度110℃，烘干时间2小时，即得本发明的复合增强纤维，对制得的纤维再切割至所需规格，所得纤维应需防水包装。

实施例3

市购的矿岩棉或粒状棉，按规格进行切割，再通过离心机水洗、除渣，控制纤维渣球含量不超过0.5-1％，制得主纤维。

取制得的主纤维800kg，麻纤维30kg，木质纤维80kg，麻纤维与木质纤维预先切割至8～15mm，粒径为0.004μm的云母粉50kg为原料，将其在2000～2500转高速混合机均匀，形成混合状纤维，进入滚筒式干燥机内进行混合烘干，混合烘干的过程中喷入羟丙基纤维素50kg，烘干温度140℃，烘干时间1.2小时，即得本发明的复合增强纤维，对制得的纤维再切割至所需规格，所得纤维应需防水包装。

使用上述复合纤维增强的制动摩擦材料在室温至500℃干滑动条件下，摩擦系数为0.37～0.45，磨损寿命与填充石棉摩擦材料基本相当。由于这种可降解增强复合纤维的综合摩擦性能优越，因此可用于制造制动摩擦材料，以及用于密封材料等等，应用前景广阔。

应用实例1：

分别填充本发明无石棉复合增强纤维与原有的石棉纤维制成半金属摩擦制动材料：无石棉复合增强纤维或石棉纤维10％，不锈钢纤维25％，酚醛树脂20％，其它填料45％。将各组分高速搅拌至混合均匀后，在(165±5)℃温度下热压成型，压力35MPa.然后在(200±5)℃下保温15小时进行热处理，得到实验用试件。

实验条件：对磨件为45钢，硬度41HRC，表面粗糙度Ra 0.1μm，试件往复频率1Hz，正应力6MPa，相对湿度50～70％。在往复滑动摩擦实验机上完成，在室温至500℃干滑动条件下，实验结果见下下表：

表1填充本发明无石棉复合增强纤维与填充石棉纤维的摩擦制动材料的摩擦性能比较

应用实例2：

7#配方采用了本发明制备的无石棉复合增强纤维15％、陶瓷纤维8％，将其各组分量，均匀拌合，在(150±5)℃下，热压成型，工作压力在30Mpa，然后在250℃下，烘干处理12-15小时，得出实验产品，在按照国家标准GB5763-98标准测试的检测条件下，其结果如下：

国标指定(鼓式)摩擦系数为0.40u

硬度：HRL95.75

9#配方采用本发明制备的无石棉复合增强纤维12％，其它纤维5％，将其各组分量，均匀拌合，在(150±5)℃下，热压成型，工作压力在30Mpa，然后在250℃下，烘干处理12-15小时，得出实验产品，在按照国家标准GB5763-98标准测试的检测条件下，检测结果如下，其摩擦系数性能如下：

国标指定(盘式)摩擦系数为0.47u

硬度：HRL105.8

注：250℃及300℃未出现噪音。

由以上应用实例可见，本发明的无石棉复合增强纤维填加入摩擦件中，产品增强性好，曲折率高，在高温使用时摩擦系数稳定，摩耗较小，可增强摩擦材料的性能，环保可降解。

Claims (5)

1.摩擦材料用无石棉复合增强纤维，其特征在于它由以下重量份的原料组成：

矿岩棉或粒状棉50～80份，麻纤维占2～10份，木质纤维3～8份，云母粉或陶粉2～20份，偶联剂或相容剂1～5份；其中云母粉或陶粉采用细度为0.003-0.005μm的纳米级材料。

2.根据权利要求1所述的增强复合纤维，其特征在于所述偶联剂选用硅炳偶联剂或硅烷偶联剂；相容剂选用羟丙基纤维素。

3.根据权利要求1所述的增强复合纤维，其特征在于所述矿岩棉或粒状棉主要由以下重量份原料经高温熔炉抽丝生成，其中玄武岩18-20份，辉绿岩58-62份，石灰岩8-12份，白云岩6-12份，冶金焦碳1-3份。

4.权利要求1、2或3所述摩擦材料用无石棉复合增强纤维的生产工艺，其特征在于它包括以下步骤：首先取上述重量份原料，先将矿岩棉或粒状棉进行切割，再通过离心机水洗除渣得主纤维，并控制渣球含量小于0.5-1％，加入麻纤维、木质纤维及云母粉或陶粉进行高速混合，混合后进行烘干，烘干的过程中喷入偶联剂或相容剂，烘干温度105-150℃，烘干时间1-2小时，即得复合增强纤维；其中云母粉或陶粉采用细度为0.003-0.005μm的纳米级材料。

5.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于所用麻纤维与木质纤维在混合前需进行切割。

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