[发明专利]环境友好型制动摩擦材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含天然植物纤维(包括亚麻、苎麻、黄麻、大麻、剑麻)、天然矿物纤维(包括玄武岩、针状硅灰石)、天然矿物填料(包括锆英石、重晶石、蛭石、石墨)、腰果酚型苯并噁嗪改性酚醛树脂的制动摩擦材料及其制备方法。

背景技术

酚醛树脂基制动摩擦材料广泛用于汽车制动器衬片，是多组分、多相复合材料(一般含7-20种原材料)，由酚醛树脂基体、纤维增强体和填料组成。制动摩擦材料在生产过程中会产生大量粉尘，对人体健康不利。制动摩擦材料在使用过程中，为了保护摩擦对偶(一般为铸铁摩擦盘)少受损伤，牺牲自己而被磨损，不可避免地产生磨屑(固体排放物)、发生摩擦化学反应(气体排放物和产生新物质，有些新物质可能有害人体健康)和摩擦噪音，造成环境污染。因此，含以下原材料的制动摩擦材料存在环境问题(对水、土壤、空气、声的污染和对人体健康、植物生长的不利影响)：

(1)石棉(镁硅酸盐)，已被国际癌症研究机构确定是人类致癌物。

(2)重金属元素：①铅、铬、汞、镍，是国际癌症研究机构确定的人类致癌物，也对水资源构成极大危害，粉煤灰(一种工业固体废弃物)中含微量重金属；②铜纤维和铜粉，是造成空气中固体物铜排放的主要来源，严重造成水资源污染；③三硫化二锑，是造成空气中固体物锑排放的主要来源；④废轮胎胶粉(一种工业固体废弃物)，其粉尘中含的锌对水中的生物有害；⑤坡缕石纤维(含水镁铝硅酸盐)，镁的释放会造成土壤污染并对植物生长不利。

(3)石英(结晶二氧化硅)，已被国际癌症研究机构确定是人类致癌物。

(4)三氧化二锑(摩擦材料常用的润滑剂)，其在摩擦过程中发生氧化反应的产物，可能有致癌作用。

(5)金属硫化物如三硫化二锑、二硫化钼、硫化铜和含硫物质如煤矸石(一种工业固体废弃物，含硫和多环芳烃致癌物)，在摩擦过程中发生氧化反应后生成二氧化硫气体，污染大气环境。

(6)钛酸钾晶须、碳化硅晶须和氮化硅晶须被质疑对人体有害，应慎重使用。

(7)钢纤维，与铸铁摩擦盘相互作用时产生噪音(声污染)。

(8)炭纤维，与人体皮肤接触时会损伤皮肤，使用时需要防护。

现有环保型酚醛树脂基制动摩擦材料均为无石棉的摩擦材料，如美国专利5004497，6355601，6451872，6656240等，采用钢纤维、陶瓷纤维、芳纶或炭纤维取代石棉。但对除石棉外的其他原材料造成的环境问题没有得到充分认识。本发明方法解决了制动摩擦材料存在的环境问题。

本发明研制出一种采用资源丰富、环境友好和无毒性的天然植物纤维、天然矿物纤维、天然矿物粉体和腰果酚型苯并噁嗪改性酚醛树脂制备的制动摩擦材料。

发明内容

发明目的

本发明需要解决的技术问题是公开一种含天然植物纤维、天然矿物纤维、天然矿物填料的腰果酚型苯并噁嗪改性酚醛树脂基环境友好型制动摩擦材料及制备方法。用该方法制备的制动摩擦材料，其摩擦性能符合汽车用制动器衬片第四类盘式制动器用国家标准(GB5763-1998)，而且减小了其在生产和使用过程中对环境和人体健康的不利影响。

发明概述

本发明的设计思想是采用生物可降解的天然植物纤维和无毒性的天然矿物纤维作为纤维增强体，无毒性的天然矿物粉体作为填料，腰果酚型苯并噁嗪改性的酚醛树脂作为基体，制备环境友好型制动摩擦材料。天然植物纤维为经水洗、干燥、短切至2-4mm，再经室温碱液、盐酸蒸气、80℃碱液和高压水蒸气处理的直径为8-12μm的纤维。经过上述处理的天然植物纤维的热稳定性明显提高。

本发明提供了一种腰果酚型苯并噁嗪，化学结构由下式(1)所示：

一种上述腰果酚型苯并噁嗪的制备方法，其特征是将甲醛、适量无水三氯化铝和甲苯放入烧瓶中，滴加苯胺，在回流状态下反应3-5小时，然后加入腰果酚，在回流状态下反应3-5小时。腰果酚型苯并噁嗪为粘稠状液体，在高温(142-234℃)具有可开环聚合特性(固化)，固化的聚苯并噁嗪的化学结构由下式(2)所示：

腰果酚型苯并噁嗪和酚醛树脂在热成型和热处理过程中发生共交联(固化)反应，其化学反应为下式(3)所示：

本发明提供了一种颗粒料的制备方法，其特征是将腰果酚型苯并噁嗪与天然矿物粉体在搅拌机中搅拌3-5分钟，形成直径为3-5mm颗粒料。