一种碳纤维摩擦材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维摩擦材料的制备方法，属于摩擦材料制备技术领域。该碳纤维摩擦材料是通过将聚丙烯腈(PAN)基预氧丝进行纺纱织布、高温碳化后，再浸渍环氧树脂后得到的。充分利用了导电碳纤维布良好的导热、导电及凹凸不平的表面结构，实现导电碳纤维材料与环氧树脂的结合，形成高强度、耐摩擦及耐热性好的摩擦材料。解决了现有技术中的摩擦材料生产高成本、环境污染严重的技术问题。同时，本发明专利技术提供的制备方法工艺简单，在低成本条件下能够保证摩擦材料质量稳定，有利于工业化推广。

Preparation of a kind of carbon fiber friction material

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维摩擦材料的制备方法
本专利技术涉及摩擦材料制备
，更具体的说是涉及一种碳纤维摩擦材料的制备方法。
技术介绍
石棉具有很高的抗拉强度、优良的机械性能和耐高温性能，并且价格低廉，因此，在现有技术中，石棉被广泛应用于建材、消防及摩擦材料等领域。摩擦材料一般是以石棉纤维作为增强材料，再混以一定量的酚醛树脂，以及一定量的重晶石、长石粉和橡胶组分或其他填料配置而成的。但在制造过程中，石棉纤维会产生大量粉尘，污染生产环境，同时对操作人员的健康造成一定的危害。此外，石棉基摩擦材料在使用过程中，也会随着摩擦次数的增多而造成石棉粉尘污染。出于以上原因，石棉在摩擦材料产品中逐渐被禁止使用。在上述背景下，半金属摩擦材料开始在西方国家得以普及应用，以金属纤维代替石墨纤维。但由于此类配方中含有大量的金属成分，因此其产品具有硬度高、易对偶以及易锈蚀等缺陷，现已不能够适应现代汽车制动系统对摩擦材料提出的新的技术性能要求。随着技术进步，行业内对于对于高性能摩擦阻尼材料的要求也越来越高，急需要有一种既环保，高性能可靠好的材料来代替石棉及金属基的摩擦材料。现有技术中，公开号为CN1670113A的专利文件中提供了一种无石棉无金属车用摩擦材料，是以纤维材料、陶瓷类材料、粘合剂、润滑剂以及填料制造而成；公开号为CN103001657A的现有技术中提供了一种无铜无金属的环保型陶瓷基摩擦材料，是以陶瓷纤维、矿物纤维、有机纤维、石墨、酚醛树脂、钛酸钾片晶、金属硫化物复合物、增磨剂以及填料等原料制造而成的。以上现有技术虽然不含石棉以及金属成分，但其均以陶瓷纤维为主要成分，属于陶瓷基摩擦材料，与半金属摩擦材料相比成本更高，且脆性较大，易被损坏。因此，提供一种环保的高性能、低成本的摩擦材料是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种以环保材料为原料、耐热、耐摩擦及导电导热性能高的碳纤维摩擦材料，同时提供了一种制备该种碳纤维摩擦材料的方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种碳纤维摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)织布：将聚丙烯腈(PAN)基预氧丝进行纺纱织布，得到预氧丝布；(2)高温碳化：将所述预氧丝布在隔氧环境下进行高温碳化，温度控制在900-1000℃，得到导电碳布；(3)浸渍：将所述导电碳布置于树脂溶液中浸渍1-5min后，在150-200℃下烘干，得到预产品；(4)后处理：将所述预产品进行热平压压缩，得到碳纤维摩擦材料。优选的，所述聚丙烯腈(PAN)预氧丝为24K或48K原丝，所述原丝单丝直径为10-13um，密度为1.2-1.7g/cm3，极限氧指数为32-38。优选的，步骤(1)中所述预氧丝布的克重为170-230g/m2，厚度为0.4-0.8mm。本专利技术限定预氧丝的种类、直径、密度及极限氧指数，能够影响碳化后碳纤维的强度。PAN基预氧丝目前是强度最高的原丝种类，直径越粗、密度越大，纤维强度越高。同时，极限氧指数超过42％以后强度逐渐会降低，且预氧丝布的克重及厚度影响孔隙率指标。对此，本专利技术通过对预氧丝的各项指数进行限制，能够保证最终得到高强度的碳纤维。优选的，步骤(2)中所述预氧丝布使用高温碳化，是将导电电阻降低至1.3-1.7Ω/10cm。本专利技术选择基础的导电型碳纤维布，纤维微观结构多沟槽，宏观结构多孔隙，加上其具有优良的导电、导热、莫氏硬度高的物理特性，使其能够成为最优良的摩擦阻尼材料载体，将其与不同树脂或者其他材料混合，就可以成为适应不同工况的材料。优选的，步骤(3)中所述环氧树脂为环氧树脂胶黏剂、稀释剂与固化剂的混合物，所述混合物配置比例为环氧树脂胶黏剂：稀释剂：固化剂＝6:3:1。优选的，所述环氧树脂为德国汉高公司生产的THX-023型环氧树脂；所述稀释剂为丙酮；所述固化剂为德国汉高公司生产的P2430环氧树脂。依照制造碳纤维复合摩擦材料的特性，我们需要选用合适的环氧树脂来对碳纤维材料表面进行包裹复合，以提高碳纤材料的强度及耐磨性能，还有在树脂中增加稀释剂与固化剂，能够增加环氧树脂的流动性、提高固化时间。优选的，步骤(3)中所述环氧树脂烘干后占浸渍完毕的导电碳布重量的50-55％。环氧树脂比重越高，摩擦系数越低，树脂比重越低摩擦系数越高，但是强度会不足，本专利技术所限定的环氧树脂重量占比为最佳比例，使产品在具有较高摩擦系数的同时还具有良好的强度。优选的，步骤(4)中所述热平压压缩后压缩比为75-80％。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术中使用的原料在使用过程中不会造成环境污染，同时不会对人体健康造成严重伤害，具有良好的环保性。且本专利技术充分利用了导电碳纤维布良好的导热、导电及凹凸不平的表面结构，实现导电碳纤维材料与环氧树脂的结合，形成高强度、耐摩擦及耐热性好的摩擦材料。本专利技术中的碳纤维摩擦材料可以利用在不同摩擦工况下的特性，既可以通过与其他金属填料混合，制造成汽车刹车片，也可以使用纯碳纤维材料，制造成浸泡在油里面的湿式离合器，不同的处理导电碳纤维的方法能够产生不同性能的导电碳纤维摩擦材料。另外，本专利技术的制备方法简单，原料易得，可以实现在导电碳纤维布成型的情况下，在通用设备中进行大规模的高效率制造，同时能够在低生产成本的前提下，保证摩擦材料的质量稳定，便于工业化推广使用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1附图为本专利技术实施例1中浸渍树脂步骤的流程示意图；图2附图为碳纤维摩擦材料剪裁成型后的形状及尺寸示意图；图3附图为碳纤维摩擦材料在多片式阻尼器中的应用。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1本专利技术公开了一种碳纤维摩擦材料的制备方法，步骤如下：1.原料选材：选择佐尔泰克或者台丽大丝束PAN基预氧丝，使用24K或48K原丝，单丝直径为10-13um，密度1.4g/cm3，极限氧指数35。2.纺纱织布将PAN基预氧丝进行纺纱织布，a)将纺纱的规格定为小纱织，20只纱线进行合两股，成20/2支纱，捻度300捻；b)将20/2支纱依照经纬密度为10×10根/cm的规格织布，编织成布的克重为200g/m2的布，通用测厚规测量厚度为0.6mm厚；c)织布宽幅为标准织机宽度1.6米，长度150米。3.高温碳化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)织布：将聚丙烯腈基预氧丝进行纺纱织布，得到预氧丝布；/n(2)高温碳化：将所述预氧丝布在隔氧环境下进行高温碳化，温度控制在900-1000℃，得到导电碳布；/n(3)浸渍：将所述导电碳布置于树脂溶液中浸渍1-5min后，在150-200℃下烘干，得到预产品；/n(4)后处理：将所述预产品进行热平压压缩，得到碳纤维摩擦材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)织布：将聚丙烯腈基预氧丝进行纺纱织布，得到预氧丝布；
(2)高温碳化：将所述预氧丝布在隔氧环境下进行高温碳化，温度控制在900-1000℃，得到导电碳布；
(3)浸渍：将所述导电碳布置于树脂溶液中浸渍1-5min后，在150-200℃下烘干，得到预产品；
(4)后处理：将所述预产品进行热平压压缩，得到碳纤维摩擦材料。


2.根据权利要求1所述的一种碳纤维摩擦材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述聚丙烯腈基预氧丝为24K或48K原丝，所述原丝单丝直径为10-13um，密度为1.2-1.7g/cm3，极限氧指数为32-38。


3.根据权利要求2所述的一种碳纤维摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述预氧丝布的克重...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文军，
申请(专利权)人：山东万邦新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37