一种植物纤维发酵改性增强摩擦材料制备装置及制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种植物纤维发酵改性增强摩擦材料制备装置，由增强纤维取向性制备装置、混料加热填充装置、固定底板三部分组成，增强纤维取向性制备装置、混料加热填充装置均固定在固定底板上。使改性后的纤维与装置具有较好的适应性，最终使摩擦材料成品中形成具有取向一致的改性植物纤维。本发明专利技术同时公开了一种植物纤维发酵改性增强摩擦材料制备方法，并公开了一种植物纤维发酵改性处理方法，精确改善纤维的组分与结构，提高其分散性以及与基体之间的界面粘合性。

A preparation device and method of plant fiber modified friction material

【技术实现步骤摘要】
一种植物纤维发酵改性增强摩擦材料制备装置及制备方法
本专利技术涉及制动摩擦材料
，尤其涉及一种植物纤维发酵改性增强摩擦材料制备装置及制备方法。
技术介绍
摩擦材料是在机械系统中依靠摩擦作用执行制动、传动或能量传导功能的部件材料，对于机械系统运行效率和安全起到重要的作用。纤维增强材料是构成摩擦材料的基材，它赋予摩擦制品足够的机械强度，由于传统石棉纤维材料的禁用，开发其替代纤维成为制动摩擦材料领域急需解决的难题。因植物纤维成本低、可降解，对环境无污染，是优异的增强纤维选择，但植物纤维机械强度较低，通常需要通过改性处理(碱处理、偶联剂处理、放电处理等)提高纤维与基体的界面结合强度，改善高温高压稳定性，如改性小麦秸秆纤维(申请号201610727120.0)、改性剑麻纤维(申请号201010143504.0)、改性竹纤维(申请号201810941675.4)等均可以应用于摩擦材料中。由于植物纤维的主要成分为纤维素、半纤维素、木质素等，多数纤维改性方案无法针对特定组分精确改性，因此改性效果有限，使摩擦材料成品性能受到局限。同时，植物纤维增强摩擦材料的作业性能，不仅与纤维种类的选择有关，植物纤维在摩擦材料中的结构也会直接影响摩擦性能，研究表明材料力学性能和纤维取向之间显著相关，如果能控制纤维在摩擦材料中的排列方式，可以进一步提高摩擦材料性能，现阶段可通过取向喷头(申请号201710833450.2)、纤维挤出单元(申请号201810342589.1)、3D打印(申请号201910237087.7)等方式来控制纤维取向，但摩擦材料制备过程中通常需要混料、加热、模压等工艺，在保证纤维取向性一致的情况下，多次加工导致取向性遭到破坏，进而影响摩擦材料的成品性能。综上，现有的摩擦材料植物增强纤维改性方式与取向定位装置耦合度低，且在摩擦材料领域内尚无同时满足高效改性与精准取向性定位的方法，如何在摩擦材料内保持改性方法与取向方法高度配合，是本领域技术人员急需解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提出一种植物纤维发酵改性增强摩擦材料制备方法及装置。本专利技术的第一个目的在于提出一种高效的植物纤维改性方式，精确改善纤维的组分与结构，提高其分散性以及与基体之间的界面粘合性；另一个目的是针对已改性的植物纤维，设计相应的增强纤维取向性制备装置，使改性后的纤维与装置具有较好的适应性，最终使摩擦材料成品中形成具有取向一致的改性植物纤维。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供一种植物纤维发酵改性增强摩擦材料制备装置，由增强纤维取向性制备装置、混料加热填充装置、固定底板三部分组成，增强纤维取向性制备装置、混料加热填充装置均固定在固定底板上；所述增强纤维取向性制备装置包括有机玻璃罩、真空阀门组合、有机玻璃盖板、异形漏斗筛、填料底座、真空气泵、偏心振动电机、固定架；筛板组合通过螺栓副固定于有机玻璃罩内，异形漏斗筛通过螺栓副固定于有机玻璃罩内且位于筛板组合下方；固定架通过螺栓副固定在有机玻璃罩下端外侧，偏心振动电机通过螺栓副固定在固定架上，固定架下端通过弹簧固接于底座上；填料底座通过磁性吸附与固定架上；有机玻璃盖板密封连接在有机玻璃罩顶部，真空阀门组合固定在有机玻璃盖板顶部且与有机玻璃罩联通；真空气泵位于有机玻璃罩外，真空气泵通过导气管与真空阀门组合连接；所述混料加热填充装置由填料接口、支撑座、温度控制器、电磁线圈、温度控制电路组成，其中填料接口放置在支撑座上端；支撑座内设有用于放置填料底座的矩形凹槽以及用于放置电磁线圈的圆形凹槽；温度控制器与温度控制电路固接在固定底板上，二者共同对电磁线圈的温度进行控制。进一步地，所述制备装置还包括上硅胶垫、下硅胶垫，上硅胶垫与下硅胶垫分别密封连接在有机玻璃罩的上下两端，上硅胶垫由有机玻璃盖板压实，下硅胶垫由填料底座磁性吸附于固定架上。进一步地，所述筛板组合包括上筛板、下筛板，下筛板滑动连接在上筛板下方；上筛板由固定栅板和滑轨构成，二者固接在一起，为下筛板提供移动轨道，固定栅板的四周布置有均匀分布的通孔，每个通孔均延伸至上筛板的底部；下筛板由移动筛板和直线运动轴承构成，直线运动轴承滑动连接在滑轨上。进一步地，所述异形漏斗筛结构，筛体上方布置有均匀分布的圆锥体结构，筛体上的筛孔也为锥体结构，用于引导纤维竖直掉落至筛孔中；根据不同直径的纤维更换筛体筛孔的大小，使最终的摩擦材料成品中，既可以是纤维束取向增强结构，也可以是单个纤维取向增强结构；本专利技术同时提供一种植物纤维发酵改性增强摩擦材料制备方法，其采用本专利技术所述的植物纤维发酵改性增强摩擦材料制备装置，制备方法依次分四个阶段，第一阶段为“植物纤维发酵改性”，第二阶段为“增强纤维取向性制备”、第三阶段为“混料加热填充”，第四阶段为“摩擦材料制备”；所述植物纤维发酵改性阶段，是通过纤维素化学试剂处理、酶处理、发酵处理，使植物纤维表面结构与内在组分发生变化，提高纤维与基体材料的兼容性，使纤维重心位置发生变化，便于纤维自由落体过程中能够以竖直方向掉落；所述增强纤维取向性制备阶段，通过增强纤维取向性制备装置进行，在纤维自由落体、负压真空、机械振动多重作用下使纤维垂直落入填料底座中，并被填料底座中的热熔粘合剂进行取向性固定；所述混料加热填充阶段，是在进行混料的同时将填料进行加热，使热熔粘合剂受热挥发，将混料填充至填料底座中进行预压，初步成型；所述摩擦材料制备阶段，是将多个预压成型的填料依次堆叠，最后置于模具中压制成型。本专利技术还提供了一种植物纤维发酵改性处理方法，包括以下步骤：步骤1，将植物纤维放入温度40～50℃的蒸馏水中2～2.5h，待纤维充分吸收水分后，使用超声波清洗机清洗0.5～1h，去除植物纤维表面大量污渍及内部少量污渍；步骤2，将清洗过后的植物纤维加入乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂，偶联剂的用量为植物纤维质量的5～10％，加入水搅拌均匀后反应40～60min，水用量为植物纤维质量的150～300％；步骤3，将处理后的纤维加入水中，水用量为植物纤维质量的100～150％，加入木质素酶，木质素酶含量为植物纤维质量的1～2％，放入发酵罐中40℃发酵24～30h；步骤4，将植物纤维用水洗净，然后放入质量分数为0.2～2％的氢氧化钠碱液中，所述碱液的用量为纤维质量的100～500％；步骤5，将植物纤维用蒸馏水洗净，在恒温干燥箱中干燥60～120min，干燥温度为70～80℃，得到干燥的纤维样品；步骤6，使用纤维切断机将纤维切断至5～10mm，使用网筛将细小纤维过滤掉，获得最终纤维样品。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)取向性控制精度高现有技术仅通过对单根纤维进行操作实现取向性选择，如取向喷头，3D打印技术等，均无法实现批量纤维控制，同时在纤维取向性已经确定后，针对后续再加工的兼容性差，而本专利技术针对摩擦材料中混料、加热、模压等后续工艺仍有较高的兼容性，在继续加工时，仍能够对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种植物纤维发酵改性增强摩擦材料制备装置，其特征在于，由增强纤维取向性制备装置、混料加热填充装置、固定底板三部分组成，增强纤维取向性制备装置、混料加热填充装置均固定在固定底板上；/n所述增强纤维取向性制备装置包括有机玻璃罩、真空阀门组合、有机玻璃盖板、异形漏斗筛、填料底座、真空气泵、偏心振动电机、固定架；筛板组合通过螺栓副固定于有机玻璃罩内，异形漏斗筛通过螺栓副固定于有机玻璃罩内且位于筛板组合下方；固定架通过螺栓副固定在有机玻璃罩下端外侧，偏心振动电机通过螺栓副固定在固定架上，固定架下端通过弹簧固接于底座上；填料底座通过磁性吸附与固定架上；有机玻璃盖板密封连接在有机玻璃罩顶部，真空阀门组合固定在有机玻璃盖板顶部且与有机玻璃罩联通；真空气泵位于有机玻璃罩外，真空气泵通过导气管与真空阀门组合连接；/n所述混料加热填充装置由填料接口、支撑座、温度控制器、电磁线圈、温度控制电路组成，其中填料接口放置在支撑座上端；支撑座内设有用于放置填料底座的矩形凹槽以及用于放置电磁线圈的圆形凹槽；温度控制器与温度控制电路固接在固定底板上，二者共同对电磁线圈的温度进行控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种植物纤维发酵改性增强摩擦材料制备装置，其特征在于，由增强纤维取向性制备装置、混料加热填充装置、固定底板三部分组成，增强纤维取向性制备装置、混料加热填充装置均固定在固定底板上；
所述增强纤维取向性制备装置包括有机玻璃罩、真空阀门组合、有机玻璃盖板、异形漏斗筛、填料底座、真空气泵、偏心振动电机、固定架；筛板组合通过螺栓副固定于有机玻璃罩内，异形漏斗筛通过螺栓副固定于有机玻璃罩内且位于筛板组合下方；固定架通过螺栓副固定在有机玻璃罩下端外侧，偏心振动电机通过螺栓副固定在固定架上，固定架下端通过弹簧固接于底座上；填料底座通过磁性吸附与固定架上；有机玻璃盖板密封连接在有机玻璃罩顶部，真空阀门组合固定在有机玻璃盖板顶部且与有机玻璃罩联通；真空气泵位于有机玻璃罩外，真空气泵通过导气管与真空阀门组合连接；
所述混料加热填充装置由填料接口、支撑座、温度控制器、电磁线圈、温度控制电路组成，其中填料接口放置在支撑座上端；支撑座内设有用于放置填料底座的矩形凹槽以及用于放置电磁线圈的圆形凹槽；温度控制器与温度控制电路固接在固定底板上，二者共同对电磁线圈的温度进行控制。


2.如权利要求1所述的一种植物纤维发酵改性增强摩擦材料制备装置，其特征在于，还包括上硅胶垫、下硅胶垫，上硅胶垫与下硅胶垫分别密封连接在有机玻璃罩的上下两端，上硅胶垫由有机玻璃盖板压实，下硅胶垫由填料底座磁性吸附于固定架上。


3.如权利要求1所述的一种植物纤维发酵改性增强摩擦材料制备装置，其特征在于，所述筛板组合包括上筛板、下筛板，下筛板滑动连接在上筛板下方；上筛板由固定栅板和滑轨构成，二者固接在一起，为下筛板提供移动轨道，固定栅板的四周布置有均匀分布的通孔，每个通孔均延伸至上筛板的底部；下筛板由移动筛板和直线运动轴承构成，直线运动轴承滑动连接在滑轨上。


4.如权利要求1所述的一种植物纤维发酵改性增强摩擦材料制备装置，其特征在于，所述异形漏斗筛结构，筛体上方布置有均匀分布的圆锥体结构，筛体上的筛孔也为锥体结构，用于引导纤维竖直掉落至筛孔中；根据不同直径的纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：马云海，吴思阳，吴千，高贵雄，齐红岩，禹江涛，庄健，佟金，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22