[发明专利]无机纳米粒子改性酚醛树脂及其改性方法和应用

说明书

技术领域：本发明涉及一种无机纳米粒子改性酚醛树脂及其改性方法和应用，属于摩擦制动材料技术领域。

背景技术：摩擦材料属于高分子多元复合材料，由粘接剂、增强纤维、填料和摩擦性能调节剂四部分构成。其中粘结剂是摩擦材料中的一个重要组元，但同时也是摩擦材料中化学性能、热稳定性能最差的组元，它的性能直接影响摩擦材料的热衰退性能、热恢复性能、摩擦性能和机械性能。其作用是把摩擦材料的其它组分牢固粘接在一起，使载荷能均匀地分布和传递，这就要求其具有卓越的粘接性、良好的热稳定性、突出的柔韧性以及适中的硬度。由于酚醛树脂具有良好的耐热性能和机械性能以及原料易得，价格便宜，工艺及生产设备简单等优点，因而一直是生产摩擦材料的最基本的树脂成份。随着汽车向高速、重载和安全方向的发展，对酚醛树脂的性能提出了更高的要求。纯酚醛树脂(2123树脂)存在一些不足之处，如质地脆硬、韧性差等，已不能满足汽车行业发展的要求，丁腈改性的酚醛树脂是目前国内最为常见的粘结剂。虽然丁腈改性的酚醛树脂相对于酚醛树脂的耐高温性能有所改善，但是随着工业的发展，车速和承载能力的提高，对摩擦材料的高温性能提出了更高的要求。

由于纳米材料尺寸小，比表面积大，表面能高，从而产生一些新的效应，物质的很多性能也将发生质变，呈现出既不同于宏观物体，也不同于单个原子的奇异特征，因此纳米技术可以使许多传统产品发生根本性的改变。把纳米颗粒或者纳米材料添加到传统材料中，可改进或获得一系列特殊功能和意想不到的结果，这种改进花费的成本并不高，但却使产品附加值更高更具市场竞争力。

发明内容：

本发明的目的在于：提供一种无机纳米粒子改性酚醛树脂及其改性方法和应用。本发明针对目前所用粘结剂性能的欠缺，采用资源丰富的无机纳米粒子粉末原料对酚醛树脂进行改性，明显改善了其在高温条件下的增摩减磨性能。

本发明是这样构成的：一种无机纳米粒子改性酚醛树脂，按重量百分比计算，它由95％～99％的丁腈(NBR)改性酚醛树脂和1％～5％的改性或非改性无机纳米粒子组成。

所述的无机纳米粒子为采用偶联剂改性或未经改性的TiO₂纳米粒子或Al₂O₃纳米粒子。

所用的偶联剂为铝锆偶联剂或KH-550硅烷偶联剂。

本发明所述无机纳米粒子改性酚醛树脂的改性方法为：将丁腈(NBR)改性酚醛树脂放置在60～70℃烘箱内烘0.5小时，然后按比例称取丁腈(NBR)改性酚醛树脂和改性或非改性无机纳米粒子，放进搅拌机中在800r/min下搅拌8～10min，即得。

用偶联剂改性无机纳米粒子的方法为：用乙醇作为稀释剂，将无机纳米粒子重量1％的偶联剂加入无机纳米粒子即可。

如上所述无机纳米粒子改性酚醛树脂在制备增强摩擦材料中的应用。

具体的说，用无机纳米粒子改性酚醛树脂作为粘结剂组分，和增强纤维、填料、摩擦性能调节剂组分共同制成增强摩擦材料。

更具体的说，采用干法冷压成形工艺，按以下四个步骤制备增强摩擦材料：

(1)原材料的预处理：将增强纤维和填料放置在120℃烘箱内烘1小时，粘结剂放置在60～70℃烘箱内烘0.5小时；

(2)混料：将增强纤维放进搅拌机中在1250r/min下搅拌3～4min，然后加入粘结剂和填料、摩擦性能调节剂在800r/min下搅拌5min，使其分散、混匀；

(3)冷压：混合后的原料放入模具中，在室温、压力25±3MPa、保温保压时间60s/mm的条件下进行冷压成型；

(4)热处理：在室温～45℃温度段，等速升温30min，保温4h；在45～60℃温度段，等速升温30min，保温2h；在60～80℃温度段，等速升温30min，保温2h；在80～100℃温度段，等速升温30min，保温1h；在100～120℃温度段，等速升温30min，保温1h；在120～150℃温度段，等速升温30min，保温2h。

以上所述的增强纤维选自坡缕石、钢纤维、铜纤维、芳纶纤维、硅灰石等常用纤维中的一种或多种；所述的填料选自蛭石、钾长石、重晶石、云母、蓝晶石、氧化铝、铬铁矿等常用填料中的一种或多种；所述的摩擦性能调节剂为鳞片石墨、非鳞片石墨或硫化钼(MoS₂)。

与现有技术相比，本发明采用资源丰富的无机纳米粒子粉末原料对酚醛树脂进行改性，合理调整了粘结剂中材料组分的含量，从而提高了摩擦材料的摩擦系数，降低了磨损率，明显改善了其在高温条件下的增摩减磨性能。

具体实施方式：