六钛酸钾/六钛酸钠晶须复合陶瓷摩擦材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种六钛酸钾/六钛酸钠晶须复合陶瓷摩擦材料及其制备方法，属于材料技术领域。该复合陶瓷摩擦材料按质量份组分如下：有机树脂5～20份，橡胶粉1～10份，六钛酸钾晶须和六钛酸钠晶须10～40份，芳纶纤维0～5份，石墨10～20份，填料20～40份。本发明的复合陶瓷摩擦材料本发明的复合陶瓷摩擦材料不含有石棉，对人体的危害和环境没有污染；并在消除制动噪声及热衰退、提高产品使用寿命、克服摩擦对偶间的粘连咬合等方面具有优越性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用六钛酸钾晶须和六钛酸钠晶须替代石棉的复合陶瓷摩擦材料及其制备方法，属于材料技术领域。

背景技术

石棉对人体有严重的致癌作用，且在自然环境中长期存留，不会自然分解消失，用后的石棉制品无法回收处理或循环使用，这对生态环境、人类健康和可持续发展带来长期的、不可估量的危害。因此，寻求一种环境友好的材料替代传统摩擦材料中的石棉成分是摩擦材料行业面临的迫切任务。

钛酸钾(主要是六钛酸钾)晶须被国内外普遍认为是一种很好的石棉替代材料。相对于石棉和半金属刹车片，钛酸钾晶须刹车片具有：磨耗小、使用寿命长、刹车噪音低、制动灵敏、制动柔和舒适、耐候性优良、环境友好等优点。

关于钛酸钾晶须摩擦材料已有文献报导。S.J.Kim(Wear 251(2001)1484-1491)报道了芳香尼龙浆和钛酸钾晶须在汽车摩擦材料中的协同效应。研究认为，芳香尼龙浆和钛酸钾晶须都通过在摩擦表面保持一种耐用的摩擦膜而对摩擦性能发挥至关紧要的作用。冯新等研究了钛酸钾晶须增强聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能，参见《高分子材料科学与工程》，2004，Vol 20，5，129-132。胡晓兰等研究了偶联剂对钛酸钾晶须/双马来酰亚胺树脂摩擦磨损性能的影响，参见《高分子学报》，2004，6，844-848，结果发现，钛酸钾晶须能明显提高复合材料的耐磨性，晶须的加入使材料的磨损率得到显著降低。王燕等对PPESK/钛酸钾晶须/石墨复合材料的摩擦磨损性能进行了研究，结果说明，石墨和钛酸钾晶须均能显著改善聚合物材料的摩擦磨损性能，并具有明显的协同作用；钛酸钾晶须对复合材料的磨损性能起到了明显的改善作用，参见《工程塑料应用》，2006，Vol 34，4，4-6。

尽管钛酸钾晶须摩擦材料具有优良的摩擦磨损性能，但是，由于钛酸钾晶须的硬度相对较低，在一些应用场合与摩擦副的配合并不理想。

六钛酸钠晶须是一种新型的钛酸盐晶须，相对于六钛酸钾晶须，它具有更低的热导率、更好的化学稳定性、更高的红外线反射率和吸音性能，另外，还具有相对高的硬度和低的生产原料成本的特点。

目前，国内外未见有钛酸钠晶须摩擦材料和钛酸钾/钛酸钠晶须复合摩擦材料的文献报道。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种性能优良的六钛酸钾/六钛酸钠晶须复合陶瓷摩擦材料。

本发明的特征在于利用六钛酸钾晶须和六钛酸钠晶须各自的优点，替代传统摩擦材料中的石棉成分，制得含有两种晶须的复合陶瓷摩擦材料。

本发明的六钛酸钾/六钛酸钠晶须复合陶瓷摩擦材料，按质量份组分如下：

有机树脂5～20份，橡胶粉1～10份，六钛酸钾晶须和六钛酸钠晶须10～40份，芳纶纤维0～5份，石墨10～20份，填料20～40份。

优选的，在六钛酸钾晶须和六钛酸钠晶须中，六钛酸钾晶须与六钛酸钠晶须质量比为(1～4)∶1。

优选的，所述填料是氧化铁、氧化镁、碳酸钙、白云母、硫酸钡中的一种或组合。

所述有机树脂优选2123酚醛树脂；所述橡胶粉优选丁腈橡胶粉。

本发明的六钛酸钾/六钛酸钠晶须复合陶瓷摩擦材料的制备方法包括称量组分、混合、热压及后处理等工序。

本发明的六钛酸钾/六钛酸钠晶须复合陶瓷摩擦材料的制备方法，步骤如下：

1、按质量份称取芳纶纤维、六钛酸钾晶须和六钛酸钠晶须，混合均匀，得芳纶纤维与晶须混合物；

2、按质量份称取有机树脂，橡胶粉，石墨，填料，与步骤1制得的芳纶纤维与晶须混合物搅拌混合3～5分钟后，加入到热压模具中；

3、热压：在140～180℃的温度和20～40MPa的压力下，保温保压5～10分钟；

4、后处理：将热压后试样放于夹具中在200～230℃下保温3～5小时，降温后即得到摩擦材料产品。

本发明的六钛酸钾/六钛酸钠晶须复合陶瓷摩擦材料在消除制动噪声及热衰退、提高产品使用寿命、克服摩擦对偶间的粘连咬合等方面具有极大的优越性，能满足现代汽车制动工况的使用要求，具有工艺简单、适于工业化生产和无公害等优点。可广泛应用于各型轿车制动器衬片，特别适用于制作高档轿车制动器衬片。

与现有技术相比，本发明的优良效果还在于：

1.本发明的复合陶瓷摩擦材料不含有石棉，解决了传统摩擦材料在生产和使用过程中石棉对人体的危害和环境污染的问题；

2.利用六钛酸钠晶须和六钛酸钾晶须的硬度差异特点，两种晶须混合使用，可有效地调节摩擦材料的摩擦系数，以适应不同的需求；

3.利用六钛酸钾/六钛酸钠晶须材料的低热导率特性，降低摩擦过程的热量传递，减少摩擦材料在深度方向上的碳化速度，从而提高摩擦磨损性能和使用寿命；

4.借助于在摩擦过程中六钛酸钾/六钛酸钠晶须与其他成分形成的位移膜，有效保护刹车片及对偶材料表面不受损伤，减少制动系统的震动和制动噪音；

5、使用本发明材料制备的制动器衬片无需增加专用的隔热层，简化了生产工序，降低了制动片的故障率。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。实施例中所用的有机树脂2123酚醛树脂；所用的橡胶粉是丁腈橡胶粉。

实施例1：

六钛酸钾/六钛酸钠晶须复合陶瓷摩擦材料，按质量份组分如下：

有机树脂10份，橡胶粉3份，六钛酸钾晶须和六钛酸钠晶须20份，芳纶纤维1份，石墨12份，填料30份。

在六钛酸钾晶须和六钛酸钠晶须中，六钛酸钾晶须与六钛酸钠晶须质量比为4∶1。

所述填料是氧化铁、云母粉、氧化镁、碳酸钙、硫酸钡按重量比1∶1∶2∶2∶8的混合物。

制备方法，步骤如下：

1、按质量份称取芳纶纤维、六钛酸钾晶须和六钛酸钠晶须，混合均匀，得芳纶纤维与晶须混合物；

2、按质量份称取有机树脂，橡胶粉，石墨，填料，与步骤1制得的芳纶纤维与晶须混合物搅拌混合5分钟后，均匀加入到热压模具中；

3、热压：在160℃的温度和30MPa的压力下，保温保压6分钟；

4、后处理：将热压后试样放于夹具中在230℃下保温3小时，降温后即得到摩擦材料产品。

所得摩擦材料产品的摩擦性能测试结果为：从室温到350℃摩擦系数稳定在0.38-0.44之间，磨损率为0.12左右，试验过程中无震颤或噪音。

实施例2：

六钛酸钾/六钛酸钠晶须复合陶瓷摩擦材料，按质量份组分如下：

有机树脂12份，橡胶粉5份，六钛酸钾晶须和六钛酸钠晶须30份，芳纶纤维3份，石墨15份，填料30份。在六钛酸钾晶须和六钛酸钠晶须中，六钛酸钾晶须与六钛酸钠晶须质量比为2∶1。所述填料是云母粉、氧化镁、氧化铁、碳酸钙、硫酸钡按重量比1∶1∶2∶4∶10。

制备方法，步骤如下：

1、按质量份称取芳纶纤维、六钛酸钾晶须和六钛酸钠晶须，混合均匀，得芳纶纤维与晶须混合物；

2、按质量份称取有机树脂，橡胶粉，石墨，填料，与步骤1制得的芳纶纤维与晶须混合物搅拌混合5分钟后，均匀加入到热压模具中；

3、热压：升温到170℃，加压到35MPa，保温保压10分钟；

4、后处理：将热压后试样放于夹具中在220℃下保温4小时，降温后即得到摩擦材料产品。

所得摩擦材料产品的摩擦性能测试结果为：从室温到350℃摩擦系数稳定在0.41-0.46之间，磨损率为0.16左右，试验过程中无震颤或噪音。

实施例3：

六钛酸钾/六钛酸钠晶须复合陶瓷摩擦材料，按质量份组分如下：

有机树脂15份，橡胶粉8份，六钛酸钾晶须和六钛酸钠晶须40份，芳纶纤维4份，石墨18份，填料40份。在六钛酸钾晶须和六钛酸钠晶须中，六钛酸钾晶须与六钛酸钠晶须质量比为1∶1。所述填料是氧化镁、碳酸钙、硫酸钡按重量比1∶1∶2。

制备方法与实施例2相同。

所得摩擦材料产品的摩擦性能测试结果为：从室温到350℃摩擦系数稳定在0.42-0.48之间，磨损率为0.20左右，试验过程中无震颤或噪音。