一种2.5维碳纤维/芳纶纤维机织预制体增强改性腰果壳油酚醛树脂基摩擦材料的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料加工技术领域，尤其是涉及一种采用2.5维碳纤维/芳纶纤维增强改性腰果壳油酚醛树脂摩擦材料的制备方法
【背景技术】
[0002]随着科学技术和工业生产的发展，碳纤维增强酚醛树脂基摩擦材料己广泛应用在汽车、航空航天等领域。目前的碳纤维增强摩擦材料，多采用短切纤维热压成型工艺，存在易分层、结构随机、可设计性低的严重缺陷，己成为制约碳纤维摩擦材料发展的重要问题。此外，近年来大量有关二维碳布预制体结构的碳纤维酚醛树脂基摩擦材料的研究表明碳布增强摩擦材料性能明显优于短切纤维热压成型摩擦材料。但是二维碳布增强摩擦材料又存在厚度低，难以承受大的扭转力矩，在高转速、大压力等苛刻工况条件下易失效的缺陷，仅应用于中低能载工况。随着车辆向高速重载方向发展，对传动系统的安全性和稳定性提出了更高的要求，如何克服摩擦材料结构整体性差、易分层破坏、强度低的缺陷成为解决问题的关键。
[0003]腰果壳油是一种从天然成熟的腰果壳中提炼出的粘稠性液体，其主要结构特征是苯酚的间位上带有长链脂肪烃，因此，腰果壳油既含有刚性基团又含有柔性基团，并具有酚类化合物的特征，用其改性酚醛树脂的韧性可得到明显的提高。这种改性的酚醛树脂摩擦性能优良，在摩擦过程中形成的碳化膜柔性好而又不易脱落。在欧美国家和日本普遍应用，国内也有批量生产。且以它作基体压制成的摩擦材料制品，摩擦、耐热和力学性能均非常优升。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种2.5维碳纤维/芳纶纤维机织预制体增强改性腰果壳油酚醛树脂基摩擦材料。本发明进行了碳纤维和芳纶纤维的混编，极大提高了摩擦材料的散热性能并且能在大压力工作下弥补刹车片的热衰退性;本发明摩擦材料中接结经纱贯通材个厚度方向形成三维立体结构，克服了脱层问题，增加了层间剪切强度，具有优异的结构可设计性、整体抗冲击性能和耐疲劳性能，同时本发明制备方法工艺简单、生产成本低廉、便于推广。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]—种2.5维碳纤维/芳纶纤维机织预制体增强改性腰果壳油酚醛树脂基摩擦材料，所述摩擦材料采用碳纤维与芳纶纤维的混编制成的2.5维碳纤维/芳纶纤维机织预制体作为增强结构，与改性腰果壳油酚醛树脂胶液复合固化制成所述摩擦材料。
[0007]所述2.5维碳纤维/芳纶纤维机织预制体的制备方法为:先将碳纤维与芳纶纤维进行并捻，制成合股纱线，作为玮纱，碳纤维作为经纱;然后进行织造，接结纱沿厚度方向呈0°?90°贯穿各层，织成深交联结构的碳纤维机织预制体；其中碳纤维体积含量为15%?85 %，芳纶纤维体积含量为15 %?85 玮纱层数为2?50层;碳纤维/芳纶纤维预制体密度为1.2?2.6g/Cm30
[0008]所述碳纤维使用前经过了预处理，预处理的方法为:使用硝酸溶液对碳纤维进行液相氧化表面处理。
[0009]所述碳纤维与芳纶纤维均为SOOtex。所述碳纤维经过捻状加捻、解捻或无捻处理。
[0010]所述碳纤维为聚丙烯晴基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维或者酚醛基碳纤维的预氧丝或氧化长丝。
[0011 ]所述改性腰果壳油酚醛树脂胶液所含原料及各原料的重量份数为:改性腰果壳油酚醛树脂10?50份，增磨剂5?30份，减磨剂5?30份，填料10?40份，添加剂5?20份;将各原料混合搅拌均匀制得粘度为100?500Pa.s的胶液。
[0012]所述所述增磨剂为氧化铝、氧化铁粉、二硫化钼中的一种或多种;所述减磨剂为石墨或焦炭;所述填料为石粉、硫酸钡、黏土中的一种或多种;所述添加剂为紫铜粉、黄铜粉、铝粉中的一种或多种。
[0013]所述摩擦材料的制备方法为:
[0014](I)清洁自制模具，均匀涂覆脱模蜡，依次平铺离型纸、石墨纸，然后将改性腰果壳油酚醛树脂胶液缓慢倒入模具中，然后放入修剪后的2.5维碳纤维/芳纶纤维机织预制体并铺平;再倒入改性腰果壳油酚醛树脂胶液使预制体完全浸没，用毛刷单向轻刷被浸没的预制体表层，以利于胶液渗透;将模具放入40°C真空烘箱中维持0.06?0.09MPa的真空度抽真空15?30min，然后转移至热风烘箱中50?70°C条件下保温4?8h，使稀释剂充分挥发，得到预浸料；
[0015](2)将步骤(I)中装有预浸料的模具加入盖板置于20?60V烘箱中，以20°C/h速率升温至1000C，期间于700C时保温Ih;在1000C时采用热压机预压，压力0.5MPa，保压并以20°C/h的速率升温至110?130°C保温I小时，继续升温至150?160°C，此阶段酚醛树脂凝胶化，预压完成初步定型；在150?160°C时增压至20?40MPa，保压升温至180°C，压制15?60min固化成型，关机并自然冷却;脱模取料，对制得的毛坯样进行打磨、切削得到所述摩擦材料。
[0016]所述自制模具采用普通钢板制成，由底板、边框、盖板组成，其中底板与边框可实现无缝连接作为浸渍槽，亦可便捷拆卸利于脱模。
[0017]本发明有益的技术效果在于:
[0018](I)本发明基于碳纤维预制体优异的摩擦磨损性能、自润滑性能以及低密度等特点，将其应用于湿式摩擦材料中，以适应高转速、大压力或润滑不充分等极端工况条件。在碳纤维束与束之间可以形成整体结构，使材料显示出较强的整体性，具有承载能力高耐冲击，不易破裂与剥离等特点，克服了短切纤维增强聚合物易分层破坏的缺点，作为摩擦衬层材料在苛刻工况条件具有广阔的应用前景。
[0019](2)本发明所含芳纶纤维是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻、韧性好等优良性能.由于其韧性好，可便于纺织，用作制备纺织复合材料，提高复合材料的耐冲击性能.在560度的温度下，不分解，不融化，使用范围宽，耐热性能优良；它具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。但是芳纶纤维是由许多贯穿整个纤维的微原纤维组成，原纤维间多以结合力较弱的氢键和范德华力相连，因而在受到轴向压缩时，原纤维会弯曲形成扭结带而导致纤维破坏，所以纤维的压缩强度较低，如Kevlar的压缩强度仅为0.32?0.48GPa.这将会导致芳纶纤维增强复合材料的压缩性能差，但是可以通过与其他纤维混杂增强的方式改善复合材料的弯曲性能，例如碳纤维。
[0020](3)本发明改性腰果壳油酚醛树脂价格低廉，而韧性较普通的酚醛树脂则提高了很多，耐热性也有很大的提升，可以适用于重载高速的大型车上。
[0021](4)本发明产品可以完全使用于大载重，高速度等极端工作条件上，较强的机械性能不但能承载较高的冲击力还能在较高的速度下耐磨损，及时将内部热量传导出去，并能很好的保护制动盘，而且耐磨损延长刹车片的使用寿命。
【附图说明】
[0022]图1为本发明实施例1?3所得材料的摩擦系数测试曲线。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。
[0024]实施例1
[0025]—种2.5维碳纤维/芳纶纤维机织预制体增强改性腰果壳油酚醛树脂基摩擦材料，该摩擦材料的制备方法包括如下步骤:
[0026](1)2.5维碳纤维/芳纶纤维机织预制体的制备:
[0027]先将碳纤维与芳纶纤维进行并捻，制成合股纱线，作为玮纱(80根/10cm)，碳纤维作为经纱(80根/1cm);然后进行织造，接结纱沿厚度方向呈20°贯穿各层，织成深交联结构的碳纤维机织预制体(厚度为2mm);其中碳纤维体积含量为20%，芳纶纤维体积含量为35% ;玮纱层数为2层;碳纤维/芳纶纤维预制体密度为1.4/cm3。
[0028]所述碳纤维与芳纶纤维均为SOOtex;所述碳纤维为聚丙烯晴基碳纤维的预氧丝。
[0029](2)改性腰果壳油酚醛树脂胶液的制备:
[0030]将改性腰果壳油酚醛树脂15份，增磨剂氧化铝10份，减磨剂石墨10份，填料石粉10份，添加剂紫铜粉5份混合搅拌均匀制得粘度为10Pa.s的胶液，再加入稀释剂无水乙醇40份，采用机械搅拌、超声振荡和真空消泡技术相结合的方式分散均匀，制得粘度为10Pa.s的胶液。
[0031](3)摩擦材料的制备:
[0032]①清洁自制模具，均匀涂覆脱模蜡，依次平铺离型纸、石墨纸，然后将改性腰果壳油酚醛树脂胶液缓慢倒入模具中，然后放入修剪后的2.5维碳纤维/芳纶纤维机织预制体并铺平;再倒入改性腰果壳油酚醛树脂胶液使预制体完全浸没，用毛刷单向轻刷被浸没的预制体表层，以利于胶液渗透；将模具放入40°C真空烘箱中维持0.06MPa的真空度抽真空15min，然后转移至热风烘箱中50°C条件下保温8h，使稀释剂充分挥发，得到预浸料;所述自制模具采用普通钢板制成，由底板、边框、盖板组成，其中底板与边框可实现无缝连接作为浸渍槽，亦可便捷拆卸利于脱模。
[0033]②将步骤①中装有预浸料的模具加入盖板置于20°C烘箱中，以20°C/h速率升温至100C,期间于70 0C时保温Ih;在100 °C时采用热压机预压，压力0.5MPa，保压并以20 °C /h的速率升温至120°C保温I小时，继续升温至150°C，此阶段酚醛树脂凝胶化，预压完成初步定型;在150°C时增压至20MPa，保压升温至180°C，压制15min固化成型，关