一种汽车制动用的矿渣微粉填充树脂基复合材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料制备领域，具体涉及一种汽车制动用的矿渣微粉填充树脂基复合 材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 汽车摩擦材料在过去的几十年的发展过程中，原料和制备工艺都发生了较大的变化， 以无石棉有机型、半金属型、粉末冶金型摩擦材料占据了汽车摩擦材料领域的主导地位。随 着汽车制动工况越来越恶劣，研制高性能、低成本、高环保的新型摩擦材料已成为当前的一 种趋势。近年来，以现有较为成熟的纤维配比工艺，寻找可替代多填料组分的一种或几种新 型填料是汽车摩擦材料发展的新方向。新型填料可以同时含有其它多种填料的组分元素， 不仅减少摩擦材料的原料种类，还有利于摩擦磨损机理的研究；另外，汽车领域内制动摩擦 材料每年需求量高达百万吨，其数量庞大；此外还可将其进行产业链资源化利用，为充分利 用资源提供新思路。可见，寻找足够的原料来满足汽车和社会的发展需求也是摩擦材料行 业的重要任务之一。
[0003] 汽车刹车片材料通常由几种成分组成，主要包括粘结剂、增强纤维和填料三大类。 其中填料作为摩擦材料中不可或缺的组成部分，起到改善材料的物理化学性能，调节表面 摩擦条件，降低生产成本。常用的填料分为有机、无机和金属三类。有机填料主要起到降 低模量，改善硬度及稳定摩擦系数的作用，常有沥青、橡胶等。无机填料又分为增摩填料和 减摩填料，增摩填料主要起到提高和改善材料物理力学性能，高温增大摩擦系数的效果，如 Si02、Al203、SiC等；减摩填料主要用于降低摩擦因数、提高耐磨性和减少制动噪声，如石墨、 滑石、云母和MoS2Xu2S等。金属填料可以提高摩阻材料的耐磨性和稳定摩擦系数，如铜粉、 铸铁粉、多孔铁粒、还原铁粉、铝粉及锌粉等。目前实际生产中应用较多的是Al2O3，其次是 Si02、SiC、BaSO4、石墨等。在摩擦材料中，因不同工作温度的需要，往往摩擦材料中包含了 好几种甚至几十种不同的填料，以达到不同制动温度下填料的性能互补，使材料保持较好 的摩擦性能。正因为摩擦材料的组分种类多，使得摩擦机理复杂；且工艺复杂，生产成本较 尚。
[0004] 高炉水淬矿渣是炼铁厂的副产品。在高炉炼铁过程中，金属或化合物的氧化产物 以及被熔融金属或熔渣侵蚀和冲刷下来的炉衬材料等成分组成的液态炉渣，定时从渣口、 铁口排出。有研究表明：炉渣通常是一种非常复杂的多组分体系，除含有Ca0、Fe0、Mn0、 MgO、A1203、Si0 2、P205、Fe2O3等氧化物外，还可能含有少量的氟化物(如CaF2)、氯化物（如 NaCl)、硫化物(如CaS、MnS)等其它类型的化合物，甚至还夹带少量的金属。目前高炉渣主 要应用于硅肥、玻璃、建筑材料、海床铺设等方面。高炉水渣经过超细磨，可作为生产矿渣微 粉的主要原料。矿渣微粉是一种新型绿色建筑材料，可以代替水泥，具有价格较低的优势， 并且强度、抗腐蚀等性能也更为突出。选用矿渣微粉作为制动复合材料的填料，不仅降低大 部分成本，实现矿渣的资源再利用和高附加值化，而且可以有效解决树脂基复合材料热衰 退严重、摩擦系数不稳定、耐磨性差等缺陷。中国作为世界潜在的矿渣粉生产和应用量最大 的国家，如何更好地开发和利用矿渣粉在环保方面的功效，让矿渣粉更好地体现出它应有 的价值，对于保护我们的生存环境，促进经济和社会发展具有积极的现实意义。目前有关高 炉矿渣微粉在制动片填料方向的研究还未见报道。本发明以改性酚醛树脂为粘结剂，以矿 渣微粉作为填料，配以适当的增强相，采用热压成型的方法制备制动复合摩擦材料。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种汽车制动用的矿渣微粉填充树脂基复合材料；利用价格极 为低廉的矿渣微粉作为填料，选用无机盐晶须和天然竹原纤维等作为增强纤维，再配以适 当的摩擦性能调节剂，并通过改性树脂作为粘结剂，通过一定的热压成形工艺，获得耐热性 好、摩擦系数适中、磨损率小、抗热衰退性高、制动效果好、成本低的新型汽车制动复合材 料。
[0006] 为了达到上述的目的，本发明采用如下技术方案： 一种汽车制动用的矿渣微粉填充树脂基复合材料，其原料由矿渣微粉、改性酚醛树脂、 天然竹原纤维、无机盐晶须、摩擦性能调节剂组成。
[0007]所述的汽车制动用的矿渣微粉填充树脂基复合材料，按照重量份数计，原料组成 为：矿渣微粉10~40份、改性酚醛树脂16~25份、天然竹原纤维8~12份、无机盐晶须 21~32份、摩擦性能调节剂14~21份。
[0008]所述矿渣微粉的目数为60~200目，优选为160目。
[0009]所述无机盐晶须由无水硫酸钙晶须和碱式硫酸镁晶须组成，其中无水硫酸钙晶须 占7~11份、碱式硫酸镁晶须占14~21份。
[0010] 所述摩擦性能调节剂由铜粉和石墨组成，其中铜粉占11~16份、石墨占3~5份。
[0011] 优选的，所述的汽车制动用的矿渣微粉填充树脂基复合材料，按照重量份数计，原 料组成为：矿渣微粉（160目）30份、改性酚醛树脂20份、天然竹原纤维9份、无机盐晶须26 份、摩擦性能调节剂15份；其中无机盐晶须是由9份硫酸钙晶须和17份碱式硫酸镁晶须组 成，摩擦性能调节剂由13份铜粉和2份石墨组成。
[0012] -种制备如上所述的矿渣微粉填充树脂基复合摩擦材料的方法，其特征在于：包 括以下步骤： (a) 将无机盐晶须、天然竹原纤维、矿渣微粉和摩擦性能调节剂分别在100~180°C温 度下干燥3小时；改性酚醛树脂在60°C温度下干燥2小时； (b) 将干燥后的无机盐晶须、矿渣微粉、摩擦性能调节剂和改性酚醛树脂装入高速混料 机中充分搅拌3~5分钟得混合料，再将混合料与干燥后的天然竹原纤维放入高速转刀新 型混料机混合40~60秒，得到絮状混合物； (c) 将步骤（b)的絮状混合物装入160°C~180°C模具中进行热压成型，其首次闭模在 40~120秒内每隔10~30秒排气一次，预压力3~8兆帕，每次排气后增加1~2兆帕 的压力，然后在15兆帕下保压6分钟； (d) 将步骤（c)的材料在180°C温度下保温10小时后冷却至室温，得到成品。
[0013]本发明的有益效果在于： 本发明利用价格极为低廉的矿渣微粉作为填料，选用无机盐晶须和天然竹原纤维等作 为增强纤维，再配以适当的摩擦性能调节剂，并通过改性树脂作为粘结剂，通过一定的热压 成形工艺，获得耐热性好、摩擦系数适中、磨损率小、抗热衰退性高、制动效果好、成本低的 新型汽车制动复合材料。
【具体实施方式】
[0014] 本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施 例。
[0015] 实施例1 矿渣的主要成分为：CaO(34~50%)、FeO(0? 5~1%)、MnO(0? 5~5%)、MgO(1~8%)、Al2O3 (10~13%)、3102 (35~40%)、？205、？6203等氧化物，此外还可能含有少量的氟化物(如〇 &?2)、氯 化物(如NaCl)、硫化物(如CaS、MnS)。
[0016] 原料组成为：腰果壳油改性酚醛树脂20份、天然竹原纤维9份、无水硫酸钙晶须9 份、碱式硫酸镁晶须17份、铜粉13份、石墨2份、矿渣微粉（100目）30份； 制备过程为： (a) 将无机盐晶须、天然竹原纤维、矿渣微粉和摩擦性能调节剂分别在150°C温度下干 燥3小时；腰果壳油改性酚醛树脂在60°C温度下干燥2小时； (