CN1624028A - 一种无石棉摩擦片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种无石棉摩擦片，特别是在石油钻机、矿井提升机、重型工程机械等的盘式或鼓式制动器中，用于与低硬度低碳钢制动盘对偶件配对使用的摩擦片。它以14～28％玻璃纤维、4～8％有机纤维为增强材料，并加入8～14％低熔点金属粉以避免玻璃纤维磨损大、刮伤对偶件的不足；20～32％树脂－橡胶混合料使摩擦片硬度低、韧性好、热传导率低、比重小。该摩擦片的摩擦系数高且稳定、机械强度大、磨损小、无火花。本发明还公开了这种摩擦片的制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种无石棉摩擦片，特别是在石油钻机、矿井提升机、重型工程机械等的盘式或鼓式制动器中，适于与低硬度低碳钢制动盘对偶件配对使用的摩擦片。本发明还公开了用于制造这种摩擦片的工艺方法。
背景技术
二十世纪二十年代后，世界上开发了以石棉和酚醛村脂为主要原材料的摩擦材料，沿用到七、八十年代。但是，石棉材料在生产和制动磨损过程中会产生石棉粉尘，污染环境，有致癌作用，严重威胁着人们的身体健康。为此，作为石棉摩擦材料的替代产品，国内外七、八十年代研究开发了许多无石棉摩擦材料，并见诸于专利报导。如1982年的英国第21100275号专利公开的摩擦材料是以钢纤维、碳纤维等代替石棉。国内CN88105160号专利公开的摩擦材料是以钢纤维代替石棉，CN93115918号专利公开是以钢纤维和水镁石纤维替代石棉。虽然半金属摩擦材料的摩擦性能较好，但具有比重大、硬度高、使用时容易损伤与之配对使用的对偶件、易产生火花等问题。另外如CN90109408号专利公开的是以10～25％的短玻璃纤维和10～25％的聚丙烯晴纤维替代石棉；CN93102131号专利公开的是以16％的玻璃纤维和4％的开夫拉代替石棉，以提高材料的耐磨性，但开夫拉价格十分昂贵，产品成本较高，不易推广应用。以上专利所公布的材料，其性能对于在二十世纪九十年代未、二十一世纪初新型石油钻机和矿井提升机中采用的低硬度(HB146～180)低碳钢制动盘对偶件来说，制成的摩擦片具有硬度大、易产生火花、损伤对偶件、高温断裂等缺陷，达不到使用要求，容易产生不良后果。所以，在石油钻机和矿井提升机的制动器中，为了能和低硬度低碳钢制动盘对偶件配对使用，摩擦片应具有如下性能：(1)有足够高且稳定的摩擦系数；(2)磨损率低；(3)不刮伤对偶件；(4)不易产生火花；(5)机械强度大，不易碎裂；(6)价格低廉，这样才能满足实际使用要求。
发明内容
本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种在石油钻机、矿井提升机、重型工程机械的盘式或鼓式制动器中，与低硬度低碳钢制动盘对偶件配对使用的摩擦片。它具有高且稳定的摩擦系数，磨损率低，机械强度高，使用不碎裂，耐高温，不刮伤对偶件，不易产生火花，价格低，生产工艺简单。本发明的另一目的是提供一种用于制造这种摩擦片的工艺方法。
本发明所述的用于低硬度低碳钢制动盘对偶件的无石棉摩擦片，是以酚醛树脂或改性酚醛树脂、丁晴橡胶或丙烯晴橡胶、助剂制成的树脂-橡胶混合料为粘接剂，以玻璃纤维、聚丙烯晴预氧纤维、聚丙烯晴纤维、尼龙纤维混合料为增强材料，加上硅灰石、海泡石短纤维、硫酸钡、蛭石、石墨、石油焦碳、氧化铁、氧化锌、氧化镁、腰果壳油摩擦粉、低硬度低熔点金属粉/丝、紫铜粉、铝粉、锌粉、锡粉/丝、硫化铅、硫化锑、硬脂酸锌等组合构成。
本发明是通过以下的原材料配比(重量百分比)实现的：
树脂-橡胶混合料20～32％，长度20～120mm的E型玻璃纤维14～28％，丙烯晴纤维或尼龙纤维4～8％，聚丙烯晴预氧纤维2～2.5％，硅灰石4～7％，海泡石短纤维4.5～7％，蛭石粉2～2.5％，石墨6～9％，石油焦碳粉4～7％，氧化铁4～10％，氧化锌2～2.5％，氧化镁1.5～2％，氧化铁5～10％，腰果壳油摩擦粉3～6％，紫铜粉1.5～2％，铝粉1.5～4％，锡粉2～4％，锌粉/丝2.5～4％，硫化铅2～4％，硫化锑2～4％，高铝土1.2～2.5％，硬脂酸锌0.8～1.2％，硫酸钡8～10％，乙醇12～15％。
其中，上述树脂-橡胶混合料组成为：酚醛树脂或改性酚醛树脂60～70％，丁晴40或丙烯晴橡胶25～30％，促进剂DM 0.3～0.5％，H促进剂6～7％，硫磺4.5～6％，硬脂酸锌0.5％，防老剂0.3～0.5％。
已知在摩擦材料中，选用适当比例的玻璃纤维的增强效果好，有较高的机械强度，材料成本低。本发明选用了长度20～120mm的E型玻璃纤维14～28％。它是用铝-硼-硅元素制成的普通玻璃纤维，优点是绝热、绝缘性能好，不受潮湿水汽的影响，在一般化学环境(水、弱酸、碱)中的性能稳定，而且价格便宜，应用范围广。但玻璃纤维的缺点是：在摩擦磨损时，磨耗大，易产生球珠，对摩擦对偶件易产生刮伤。为了克服上述缺点，本发明又加入了有机纤维4～8％，提高摩擦材料的韧性及强度，并增加了有机摩擦粉和树脂-橡胶混合料的用量，使产品的硬度降低，保证摩擦材料在初制动时和对偶件的贴合性，不损伤对偶件。
在长期高温摩擦时，树脂-橡胶可能会部分分解，使摩擦片硬度提高，强度降低，容易擦伤对偶。为此，本发明在摩擦材料中加入了8％～14％的低硬度、低熔点的有色金属粉/丝、紫铜粉、铝粉、锌粉、锡粉/丝、硫化铅、硫化锑。这些材料对玻璃纤维在摩擦磨损过程中产生的球珠上形成包附物，避免了硬度切削作用，使磨损率有很大的降低。同时，在摩擦磨损过程中，低熔点金属物熔化，和其它材料粘结在一起，在摩擦材料的表面及内部形成不分解的粘结层，使产品机械强度增高，有效地避免了树脂-橡胶部分分解后强度降低的不足，防止摩擦片碎裂。同时，软金属物的加入，会使制动盘对偶件的表面形成金属转移膜，起到保护对偶件，提高摩擦材料使用寿命的功效。
本发明还提供一种用于制造上述摩擦片的工艺方法，步骤如下：
(a)炼胶：按前述的原材料配比称量，素炼胶，素炼后的橡胶加入助剂冷却、分割称量，再加入树脂后混炼橡胶和树脂，树脂全熔后，加入H促进剂、硫磺，混炼均匀后，下辊冷却破碎为40～70目大小，形成树脂-橡胶混合料；
(b)捏合：将树脂-橡胶混合料称量后，除玻璃纤维、有机纤维外，加入Z型捏和机中，加入乙醇捏和20分钟，成粘稠糊状物后，再加入玻璃纤维、有机纤维捏和30分钟均匀成块状料，出料；
(c)挤压、辊压：在挤出机或炼胶机上，将块状料挤成条状料或辊压成片状料。
(d)烘干、破碎：对湿料在70～85℃下烘干2～3小时，直至挥发物达2.5～3％时为止，破碎。
(e)预热：将上述材料按压制所需料称量后，放入烘箱在110～130℃温度下预热10～15分钟供压制用。
(f)模压成型：将上述预热后的料，放入模具中压制，模具温度160±5℃，压力15～20MPa下加压成型，时间1～1.5分钟/mm厚度。
(g)后热处理：将上述模压产品生产出来后，批量放入烘箱中进行热处理，温度150±5℃，时间2.5～3小时。
(h)磨制加工：在磨床上进行两平面磨削加工成所需尺寸后，制得成品。
采用这种生产工艺方法，使得原材料分散均匀，纤维不易破坏，粉尘小，生产环境好。另外，树脂-橡胶的适当比例使得原料能溶解完善、分散均匀，最终使摩擦片产品硬度低，韧性好，不会刮伤对偶件、产生火花等。
通过采用上述原料配比和工艺方法制造用于与低硬度低碳钢制动盘对偶件配对使用的摩擦片，就能够获得性能优异的无石棉摩擦片产品。其优点是：摩擦系数高且稳定，机械强度大，磨损小，热传导率低，热衰退性小，比重小，噪音低，不伤对偶，无火花，成本较低，制造简单。适用于石油钻机、矿井提升机、重型工程机械等中的盘式或鼓式制动器。
具体实施方式
树脂-橡胶混合料20～32％，长度20～120mm的E型玻璃纤维14～28％，丙烯晴纤维或尼龙纤维4～8％，聚丙烯晴预氧纤维2～2.5％，硅灰石4～7％，海泡石短纤维4.5～7％，蛭石粉2～2.5％，石墨6～9％，石油焦碳粉4～7％，氧化铁4～10％，氧化锌2～2.5％，氧化镁1.5～2％，腰果壳油摩擦粉3～6％，紫铜粉1.5～2％，铝粉1.5～4％，锌粉/丝2.5～4％，硫化铅2～4％，硫化锑2～4％，高铝土1.2～2.5％，硬脂酸锌0.8～1.2％，乙醇12～15％。
[实施例1]
材料配比(重量百分比)：树脂-橡胶29％，玻璃纤维16％，有机纤维5％，有色金属粉8.2％，石墨7％，硅灰石4％，海泡石5％，腰果壳油摩擦粉3％，石油焦碳粉4.5％，氧化锌2％，氧化镁1.5％，硫酸钡5％，氧化铁5％，蛭石粉2.5％，高铝土1.5％，硬脂酸锌0.8％，乙醇15％。生产工艺方法：将上述材料按配比称量(树脂-橡胶混合料经素炼、混炼成片、粉碎)，用Z型捏和机混合均匀成软质湿料，加入纤维料混合成大块料，挤压或辊压成条状片状料。烘干温度70～85℃，时间2.5～3小时，挥发物2.5～3％，压制时料预热110～130℃，时间10～15分钟，压制模具温度160±5℃，压力15～20MPa，成型时间1～1.5分钟/mm厚度，产品后处理温度150±5℃，时间2.5～3小时，磨削加工后为成品。
[实施例2]
材料配比(重量百分比)：树脂-橡胶混合料27％，玻璃纤维14％，有机纤维6％，有色金属粉10.5％，石墨6％，硅灰石4％，海泡石纤维5.5％，腰果壳油摩擦粉2.5％，石油焦碳粉5.5％，氧化锌2％，氧化镁1.5％，氧化铁5％，蛭石粉2.5％，硫酸钡5％，高铝土1.5％，硬脂酸锌0.8％，乙醇15％。生产方法同上。
下文表明了本发明的无石棉摩擦片性能的测试结果。按机械工业部JB/T3721-1999标准-矿井提升机闸瓦部颁标准检测，本发明摩擦片的各项技术性能均达到标准。参见下表：
1.摩擦磨损性能测试结果(采用定速试验机，对偶件材料：35#钢)
| 检测项目 | 标准要求 | 检验结果 | 符合判定 | |||
| 1# | 2# | 3# | ||||
| 摩擦系数μ | 100℃ | ≥0.5 | 0.53 | 0.54 | 0.58 | 符合标准 |
| 150℃ | ≥0.48 | 0.58 | 0.61 | 0.59 | ||
| 200℃ | ≥0.46 | 0.58 | 0.61 | 0.56 | ||
| 250℃ | ≥0.45 | 0.53 | 0.57 | 0.53 | ||
| 300℃ | 0.51 | 0.52 | 0.54 | |||
| 350℃ | 0.54 | 0.58 | 0.57 | |||
| 400℃ | 0.56 | 0.54 | 0.565 | |||
| 450℃ | 0.52 | 0.525 | 0.523 | |||
| 磨损率10-7cm3/(N.m) | 100℃ | ≤0.24 | 0.123 | 0.154 | 0.23 | 符合标准 |
| 150℃ | ≤0.49 | 0.157 | 0.198 | 0.21 | ||
| 200℃ | ≤0.678 | 0.127 | 0.364 | 0.38 | ||
| 250℃ | ≤0.883 | 0.2 | 0.224 | 0.42 | ||
| 300℃ | 0.38 | 0.42 | 0.54 | |||
| 冲击强度N.cm/cm2 | ≥3.5 | 7.5 | 11.2 | 12.8 | 符合标准 |
2、摩擦磨损性能测试结果(采用定速试验机，对偶件材料：16Mn钢)
| 检测项目 | 标准要求 | 检验结果 | 符合判定 | |
| 摩擦系数μ | 100℃ | ≥0.5 | 0.51 | 符合标准 |
| 150℃ | ≥0.48 | 0.51 | ||
| 200℃ | ≥0.46 | 0.56 | ||
| 250℃ | ≥0.45 | 0.57 | ||
| 300℃ | ≥0.5 | 0.52 | ||
| 磨损率10-7cm3/(N.m) | 100℃ | ≤0.24 | 0.087 | 符合标准 |
| 150℃ | ≤0.49 | 0.115 | ||
| 200℃ | ≤0.678 | 0.258 | ||
| 250℃ | ≤0.883 | 0.185 | ||
| 冲击强度N.cm/cm2 | ≥3.5 | 7.5 | 符合标准 | |
从上述结果可以看出，本发明的无石棉摩擦片，摩擦系数高且稳定，磨损率低，热稳定性好，用作与低硬度、低碳、低合金钢制动盘对偶件配对使用的摩擦片，制动性能好，强度高，磨损小，不刮伤对偶，是较理想的无石棉摩擦材料。
尽管上文对本发明的实施例进行了描述，但这些实施例仅仅是示意性的而非对本发明的限制。本领域的技术人员应该认识到，在本发明在所附权利要求的范围内，本发明可以做出多种改进和变型。
Claims (3)
1、一种在石油钻机、矿井提升机、重型工程机械的盘式或鼓式制动器中，用于与低硬度低碳钢制动盘对偶件配对使用的摩擦片，其特征在于，摩擦片以下述原材料重量配比制成：
树脂-橡胶混合料20～32％，长度20～120mm的E型玻璃纤维14～28％，丙烯晴纤维或尼龙纤维4～8％，聚丙烯晴预氧纤维2～2.5％，硅灰石4～7％，海泡石短纤维4.5～7％，蛭石粉2～2.5％，石墨6～9％，石油焦碳粉4～7％，氧化铁4～10％，氧化锌2～2.5％，氧化镁1.5～2％，氧化铁5～10％，腰果壳油摩擦粉3～6％，紫铜粉1.5～2％，铝粉1.5～4％，锡粉2～4％，锌粉/丝2.5～4％，硫化铅2～4％，硫化锑2～4％，高铝土1.2～2.5％，硬脂酸锌0.8～1.2％，硫酸钡8～10％，乙醇12～15％。
其中，上述树脂-橡胶混合料组成为：酚醛树脂或改性酚醛树脂60～70％，丁晴40或丙烯晴橡胶25～30％，促进剂DM 0.3～0.5％，H促进剂6～7％，硫磺4.5～6％，硬脂酸锌0.5％，防老剂0.3～0.5％。
2、根据权利1所述的摩擦片，其特征在于，所述树脂-橡胶混合料中采用了酚醛树脂、腰果壳油改性树脂、三聚氰胺改性酚醛树脂、糠酮改性酚醛树脂中的任一种或多种。
3、一种在石油钻机、矿井提升机、重型工程机械的盘式或鼓式制动器中，用于与低硬度低碳钢制动盘对偶件配对使用的摩擦片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)炼胶：按权利要求1所述的原材料比例称量，素炼胶，素炼后的橡胶加入助剂冷却、分割称量，再加入树脂后混炼橡胶和树脂，树脂全熔后，加入H促进剂、硫磺，混炼均匀后，下辊冷却破碎为40～70目大小，形成树脂-橡胶混合料；
(b)捏合：将树脂-橡胶混合料称量后，除玻璃纤维、有机纤维外，加入Z型捏和机中，加入乙醇捏和20分钟，成粘稠糊状物后，再加入玻璃纤维、有机纤维捏和30分钟均匀成块状料，出料；
(c)挤压、辊压：在挤出机或炼胶机上，将块状料挤成条状料或辊压成片状料。
(d)烘干、破碎：对湿料在70～85℃下烘干2～3小时，直至挥发物达2.5～3％时为止，破碎。
(e)预热：将上述材料按压制所需料称量后，放入烘箱在110～130℃温度下预热10～15分钟供压制用。
(f)模压成型：将上述预热后的料，放入模具中压制，模具温度160±5℃，压力15～20MPa下加压制成型，时间1～1.5分钟/mm厚度。
(g)后热处理：将上述模压产品生产出来后，批量放入烘箱中进行热处理，温度150±5℃，时间2.5～3小时。
(h)磨制加工：在磨床上进行两平面磨削加工成所需尺寸后，制得成品。
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