[发明专利]一种无规则排列长纤维增强的高强度摩擦材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度的汽车及机械传动制动领域内使用的摩擦材料，具体涉及一种无规则排列的连续长纤维增强的高强度复合摩擦材料及其制备方法。

背景技术

摩擦材料在汽车及机械传动制动领域内有广泛的应用。在某些特殊领域中(如矿山工程车辆或其它一些对摩擦材料要求较高的领域)，摩擦材料的断裂脱落将导致车辆瞬间制动失效，产生严重危害。因此需要高的摩擦材料强度才能防止摩擦材料在高负荷的冲击下断裂脱落，保障车辆及乘员人身及财产安全。

目前市场上所用的摩擦材料大致可分为粉末冶金、碳-碳和树脂基复合摩擦材料，其中树脂基复合摩擦材料占有较大比重。树脂基复合摩擦材料一般由粘接剂、增强材料、填料和摩擦调节剂构成。摩擦材料的生产工艺可分为干法和湿发两种。在干法生产中，由于混料工艺的限制，其中增强材料一般采用短纤维(5mm以下)。这种短纤维增强的摩擦材料难以提供较高的制品强度。在湿法生产中，虽然可以采用较长纤维增强，然而生产过程需要消耗大量溶剂，不但效率低下，而且溶剂的回收利用过程同样存在对人身健康和环境的危害，且湿法生产所得到的纤维一般为二维分布，在三维方向上的强度较低。专利CN100520106C提出了一种用纺织型碳纤维材料作主层并由沉积在主层上的摩擦改性颗粒组成的副层构成的编织摩擦材料，但该专利所得到的多层材料实现较为复杂，同样存在层间剥落强度低等问题，所提供的摩擦材料并不能很好的满足人们对摩擦材料高强度的需求。

因此进一步探索高强度、低成本的摩擦材料及其制备方法，具有重要的实际应用意义。

发明内容

本发明的目的是提供了一种无规则排列长纤维增强的高强度摩擦材料及其制备方法，所述摩擦材料中长纤维呈无规则排列的三维结构，使其表现出强度高、抗热冲击和抗震颤性强的特点，安全可靠；且涉及的制备方法简单、环境友好，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种无规则排列长纤维增强的高强度摩擦材料，各组分所占质量百分比(配比)为：玄武岩纤维长丝20～30％，液体酚醛树脂10～15％，丁腈胶乳2～5％，碳酸钙10～30％，硫酸钡10～30％，石墨5～20％，氧化铝2～4％，硅酸锆2～4％，硫酸钙2～4％，硫化锑2～5％；其中玄武岩纤维长丝的长度100～500mm。

上述方案中，所述玄武岩纤维长丝为采用拉丝法制备的连续纤维。

上述一种无规则排列长纤维增强的高强度摩擦材料的制备方法，它包括以下步骤：

1)按上述配比称量各组分，将称取的碳酸钙、硫酸钡、石墨、氧化铝、硅酸锆、硫酸钙和硫化锑搅拌混合均匀，得颗粒料；

2)将液体酚醛树脂和丁腈胶乳搅拌混合均匀，得柔性粘接剂；

3)采用沉降装置，将步骤1)所得颗粒料由沉降室上方的颗粒入口喷入沉降室，步骤2)中所得柔性粘结剂由沉降室上方的喷雾口经雾化后喷入沉降室，玄武岩纤维长丝由沉降室上方的纤维入口喷入沉降室；通过调节各入口(颗粒入口、喷雾口、纤维入口)气压调节控制所述颗粒料、玄武岩纤维长丝和柔性粘结剂的喷入速率，使所得摩擦材料坯体达配比要求；

4)在沉降室中，玄武岩纤维长丝接触雾化的柔性粘接剂液滴后开始沉降，沉降过程中与颗粒料(填料和摩擦调节剂等)在气流作用下碰撞并相互粘附，沉降速度加快；沉降过程中，向沉降室中引入上升空气气流，延缓在沉降室中颗粒料和玄武岩纤维长丝的沉降速度，使颗粒料、玄武岩纤维长丝和柔性粘结剂在沉降过程中进行充分碰撞、粘附，最终在沉降室底部形成均匀的摩擦材料坯体；

5)将步骤4)所得摩擦材料坯体进行切割，然后进行加热加压固化，即得所述的无规则排列长纤维增强的高强度摩擦材料。

上述方案中，步骤4)所述沉降速率控制在沉降室底部沉降量为0.5～1g/cm²·min，即每分钟单位面积的沉降质量为0.5～1克。沉降速率对所得摩擦材料坯体的均匀度会产生影响，过快的沉降速率将导致摩擦材料坯体中不均匀的材料分布，而过低的沉降速率会导致生产效率低下。

上述方案中，步骤5)中所述加热加压固化条件为：根据常规摩擦材料生产工艺，加热温度为140～180℃，外界压力为10～20MPa，固化时间为5～25min。

上述方案中，步骤3)中所述沉降装置呈封闭式，其中喷雾口设置在沉降室顶部，颗粒入口和纤维入口间隔设置在沉降室上方。