一种利用粉煤灰空心微珠制备的高性能无铜树脂基制动材料制造技术

本发明专利技术公开了一种利用粉煤灰空心微珠制备的高性能无铜树脂基制动材料，由以下重量份数的原料制成：粉煤灰空心微珠10～20份、腰果壳油改性酚醛树脂10～20份、椰壳纤维5～10份、氧化铝10~20份、石墨3份、橡胶粉5份、硫酸钡粉末22～47份。本发明专利技术利用粉煤灰空心微珠替代制动材料中对环境有害而且成本较高的铜，提高制动材料摩擦性能的同时有效降低制动材料的成本。该制动材料不含铜、铅、锌、锑等重金属组分，具有出色的摩擦磨损性能，解决了无铜制动材料高温摩擦学性能不佳的问题。高温摩擦学性能不佳的问题。高温摩擦学性能不佳的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种利用粉煤灰空心微珠制备的高性能无铜树脂基制动材料


[0001]本专利技术涉及制动材料领域，特别将粉煤灰空心微珠应用到制动材料中，制备了一种高性能、无铜的环境友好型制动材料。

技术介绍

[0002]人们在粉煤灰利用的研究中，发现在火电站的粉煤灰中含有50~80%的空心玻璃微珠，其主要成分是二氧化硅和三氧化二铝，经高温烧制而成，直径在5~1000微米之间，是一种松散、流动性好的无机非金属粉体材料。空心微珠具有隔音性、隔热性，密度小，耐高温，耐磨并且抗压强度高。可作为保温涂料、胶粘剂、工程塑料、改性橡胶、电器绝缘件中、玻璃钢等产品的优质填料。
[0003]随着全球工业的快速发展以及人们环保意识的增强，对制动材料（刹车片）的要求也日益提高，不仅要求其安全和舒适，而且要求其环保，对高性能摩擦材料的需求也更为迫切。然而，近年来人们发现制动材料在使用过程中形成的颗粒中含有一定的重金属元素，如铜、铅、锌、锑等，粒径小于10μm的颗粒物可以被人体吸入，从而引发疾病，威胁人类和动植物的健康。相关研究表明，制动产生的含铜磨屑是公路雨主要水径流中铜的来源之一，铜因其神经行为毒性可导致水生生物快速死亡。制动产生的有害颗粒物已经成为了一个日益严重的环境问题。2014年美国华盛顿州首先通过法案限制铜粉及其它有害物质在制动材料中的使用，要求2021年制动材料中的铜含量低于5wt%，2023年低于0.5wt%，世界各国也逐步开始限制铜在制动材料中的使用。因此，寻求铜在制动材料中的替代材料已成为目前摩擦材料行业迫在眉睫的研究课题。
[0004]树脂基摩擦材料具有成本低、生产工艺简单、适用面广、性能调节容易等优点，是目前应用最为广泛的汽车制动材料。而铜具有优良的导热性能，对树脂基制动材料的高温摩擦学性能起着至关重要的作用。如铜具有优良的导热性能，可有效传导摩擦表面的高温，使制动材料的抗热衰退性能得以提高；铜可起到高温固体润滑的作用，降低制动噪音等。如专利CN112745802A、CN107461436A中，分别用单层热改性合成石墨和铝纤维配合其它成分来替代铜粉，试图将制动过程中的摩擦热迅速传导出去，减小热衰退现象的产生；专利CN109929511B通过添加人造石墨、铝合金纤维等来降低摩擦材料磨损率；专利CN109931350A利用制动过程中石墨烯与芳纶、锌粉产生摩擦协同作用，在表面形成石墨烯增强的摩擦转移膜从而达到替代铜的作用，提高了材料的耐磨性。上述研究所获得的无铜制动材料的高温摩擦性能均不及含铜材料。
[0005]如上所述，火电厂废料——粉煤灰空心微珠的主要成分是二氧化硅和三氧化二铝，经高温烧制而成，具有隔音性、隔热性，密度小，耐高温，耐磨等特点。将其用于制备树脂基制动材料，不仅可实现粉煤灰空心微珠的高附加值再利用，还能实现制动材料的无铜化，这对我国制动材料产业的绿色可持续发展具有重要的意义。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利运用了粉煤灰空心微珠作为制动材料的功能填料，替代铜粉在制动材料所起的作用，通过研究粉煤灰空心微珠含量及其与树脂、增强纤维间的交互作用，制备一种高性能、无铜的环境友好型制动材料，具有出色的摩擦磨损性能，摩擦系数为0.55~0.65，350℃高温的摩擦系数比低温摩擦系数（100℃）更高，解决了无铜制动材料高温摩擦学性能不佳的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的第一方面，提供一种由粉煤灰空心微珠制备的高性能无铜制动材料，包括以下组分：粉煤灰空心微珠、腰果壳油改性酚醛树脂、椰壳纤维、氧化铝、石墨、橡胶粉、硫酸钡。
[0008]进一步，其中，以重量份数计，各原料的比例为：粉煤灰空心微珠10～20份、腰果壳油改性酚醛树脂10～20份、椰壳纤维5～10份、氧化铝10~20份、石墨3份、橡胶粉5份、硫酸钡粉末22～47份。
[0009]进一步的，所述粉煤灰空心微珠为火电厂废料粉煤灰中的空心微珠，目数为60～200目。
[0010]进一步的，所述椰壳纤维为短切椰壳纤维，长度小于10mm。
[0011]进一步的，所述腰果壳油改性酚醛树脂为江苏省南通住友电木有限公司或山东莱芜润达新材料有限公司生产的腰果壳油改性酚醛树脂，或为桓台县永汇化工有限公司生产的腰果壳油改性酚醛树脂 PF
‑
221。
[0012]本专利技术的第二方面，所提供的高性能无铜树脂基制动材料中不含铜、铅、锌、锑等重金属组分。
[0013]本专利技术的第三方面，所提供的高性能无铜树脂基制动材料具有如下性能：1）摩擦系数为0.55~0.65；2）350℃时摩擦系数不低于100℃时摩擦系数；3）磨损率为0~1.0
×
10
‑7cm3/(N
•
m)。
[0014]本专利技术的第四方面，提供上述利用粉煤灰空心微珠制备高性能无铜制动材料的方法，包括以下步骤：1）纤维短切：采用纤维切断机剪切椰壳纤维以制得长度小于10mm的椰壳纤维。
[0015]2）原料的干燥：腰果壳油改性酚醛树脂在50～60℃下干燥0.5小时，椰壳纤维在100～120℃下干燥1.5小时，橡胶粉在80～100℃下干燥0.5个小时，其它组分（粉煤灰空心微珠、氧化铝、石墨、硫酸钡粉末）在100～120℃下干燥1小时。
[0016]3）混料：将干燥后的原料（椰壳纤维除外）按照实验设计配方配好后放入带有多组高速转刀的混料机中混合3～5min，再将椰壳纤维投入混料机混合1～2min得到均匀的粉状混合物料。
[0017]4）热压成型：称取混制均匀的混合料，在液压机中进行热压，成型温度165～170℃，压力25～35MPa，保压时间6～8min，期间排气5～6次。
[0018]5）热处理：将热压成型得到的试样放入电热恒温鼓风干燥箱内进行160℃保温12小时的热处理，并随炉冷却，即得到所述高性能无铜树脂基制动材料。
[0019]本专利技术的有益效果在于：
（1）该制动材料不含铜、铅、锌、锑等重金属组分，具有出色的摩擦磨损性能，特别是抗热衰退性能尤为突出，具体表现为：350℃高温的摩擦系数比低温摩擦系数（100℃）更高，解决了无铜制动材料高温摩擦学性能不佳的问题。
[0020]（2）该制动材料利用粉煤灰空心微珠替代制动材料中对环境有害而且成本较高的铜，提高制动材料摩擦性能的同时有效降低制动材料的成本。
[0021]（3）本专利技术高效利用了火电厂废料，可为粉煤灰的高附加值再利用提供新途径，符合绿色与可持续发展理念，具有良好的应用前景和工程应用价值。
[0022]（4）粉煤灰空心微珠加入摩擦材料中可显著改善摩擦材料的热稳定性，提高摩擦材料的高温摩擦系数；腰果壳油改性的酚醛树脂可以提高树脂的抗剪切强度及热分解温度，能有效提高试样的耐磨性能和机械性能；椰壳纤维具有质量轻、成本低、可再生、可生物降解的优势，作为摩擦材料的增强纤维能改善材料摩擦磨损性能；氧化铝作为一种增摩功能填料，添加到制动材料中能增加摩擦材料的中低温摩擦系数；橡胶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用粉煤灰空心微珠制备的高性能无铜树脂基制动材料，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：粉煤灰空心微珠10～20份、腰果壳油改性酚醛树脂10～20份、椰壳纤维5～10份、氧化铝10~20份、石墨3份、橡胶粉5份、硫酸钡粉末22～47份；所述粉煤灰空心微珠为火电厂废料粉煤灰中的空心微珠，目数为60～200目；所述椰壳纤维为短切椰壳纤维，长度小于10mm。2.根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰空心微珠制备的高性能无铜树脂基制动材料，其特征在于，所述制动材料的制备方法包括以下步骤：1）原料的干燥：腰果壳油改性酚醛树脂在50～60℃下干燥0.5小时，椰壳纤维在100～120℃下干燥1.5小时，橡胶粉在80～100℃下干燥0.5个小时，其它组分在100～120℃下干燥1小时；2）混料：将干燥后的除椰壳纤维外的原料按照配比放入带有多组高速转刀的混料机中混合3～...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑开魁，游善敏，林有希，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：