[发明专利]一种碳纤维粉改性纸基摩擦材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于湿式摩擦材料领域，特别涉及碳纤维粉改性纸基摩擦材料及其制备方法。

背景技术

纸基摩擦材料是一种采用造纸工艺制备的复合材料，工作于润滑油、润滑脂等润滑介质中的湿式摩擦材料，用于实现装置系统的传扭制动功能，主要应用于汽车自动变速器、同步器、差速器以及其它湿式离合器中。

作为装置系统中实现传扭制动的主要功能元件，该类摩擦材料需要适应压力速度的大范围变化以及润滑油的高温浸蚀等苛刻工况条件，因此要求摩擦材料在外界条件变化时具有适中稳定的摩擦系数以及较低的磨损率，以提高材料的使用寿命。

文献1专利号是ZL03114475.6的中国专利公开一种碳纤维增强纸基摩擦材料的制备方法。其原材料质量百分比如下：碳纤维5～35%，Kevlar纤维2～15%，重晶石3～20%，高岭土7～15%，二硫化钼1～10%，三氧化二铝2～15%，石墨粉2～25%，酚醛树脂2～15％，腰果壳油改性酚醛树脂25～55%。采用打浆、成型、烘干、浸渍、热压以及机加工等步骤制备而成。以短切碳纤维为增强纤维的纸基摩擦材料，其动摩擦系数在0.13-0.15之间，静摩擦系数在0.15-0.17之间，磨损率小于5×10^-8cm³/J。该专利中所采用碳纤维的长度为3-8mm，碳纤维最高含量为35%，但是当碳纤维含量较高时纤维之间易团聚，分散性不好。进一步的研究表明（文献2论文“增强纤维对纸基摩擦材料性能的影响”）由于该类摩擦材料采用的碳纤维较长，纤维之间桥联搭接，形成的孔隙直径分布在0-500μm之间，范围较大，材料的均匀性较差，导致该类摩擦材料的动摩擦系数随着制动压力增加降低幅度较大，其动摩擦系数的稳定系数在92%左右，磨损略高。

发明内容

为了克服现有碳纤维增强纸基摩擦材料均匀性差、摩擦系数随外界工况变化较大，磨损率略高的缺点。本发明提供一种碳纤维粉改性纸基摩擦材料及其制备方法，通过在配方体系中引入碳纤维粉作为增强体，提高其含量，制备出孔径分布范围窄，均匀性良好的纸基摩擦材料。该纸基摩擦材料的动摩擦系数受工况条件影响小，并且该材料的耐磨性能比现有纸基摩擦材料大为提高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种碳纤维粉改性纸基摩擦材料的制备方法，首先将碳纤维粉、芳纶纤维和填料在水溶液中搅拌混合均匀，然后采用纸样抄取系统成型摩擦材料的预制体；接着，将改性酚醛树脂溶于乙醇溶剂中形成酚醛树脂乙醇溶液后，浸渍于摩擦材料的预制体中，待溶剂挥发烘干后，采用硫化机热压固化获得碳纤维粉改性纸基摩擦材料，其中，所述碳纤维粉、芳纶纤维、改性酚醛树脂和填料按照质量百分比分别为：50~68%，2~5%，20~30%，10~20%，其中，所述碳纤维粉为微米级。

所述硫化机热压固化的温度为160~175℃，压力为5.1~10MPa；

所述碳纤维粉首先采用质量浓度为10%的十二烷基苯磺酸钠将微米级碳纤维进行浸泡预处理12小时，使碳纤维表面带阴离子；

一种碳纤维粉改性纸基摩擦材料，主要由质量百分比为50～68%的碳纤维粉、质量百分比为2-5%的芳纶纤维、质量百分比为20～30%的改性酚醛树脂和质量百分比为10～20%的填料制备而成，其中，所述碳纤维粉为微米级。

所述碳纤维粉的长度为200~600μm，直径为5~15μm；

所述碳纤维粉是PAN基碳纤维粉、沥青基碳纤维粉或者黏胶基碳纤维粉中的任一种；

所述芳纶纤维的长度为1~2mm，直径为10~20μm，所述填料的直径小于100μm；

所述改性酚醛树脂是腰果壳油改性酚醛树脂、丁晴橡胶改性酚醛树脂或者硼改性酚醛树脂；

所述填料是高岭土、硅藻土、碳酸钙或者硫酸钡的一种，或者是其混合物；

所述碳纤维粉改性纸基摩擦材料的动摩擦系数为0.123~0.137，稳定系数为95.6%~97%，磨损率为1.1~1.25×10^-8cm³/J。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：