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CN106751446A - 一种风机用高强度摩阻材料 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种风机用高强度摩阻材料，包括摩阻材料基体和高强度体系，高强度体系的加入量为摩阻材料基体重量的17‑19%；摩阻材料基体的重量份组分包括：聚醚醚酮21‑23份、碳纤维9.2‑9.4份、无水乙醇132‑134份、氧化镁6.1‑6.3份、氯化镁7.2‑7.4份、卵磷脂1.7‑1.9份、碳酸氢钠6.5‑6.7份、甲醛次硫酸钠6.4‑6.6份、丁基橡胶1.7‑1.9份、乙烯‑醋酸乙烯共聚物6.5‑6.7份。本发明可以提高摩阻材料的冲击强度、力学性能、摩擦系数、耐高温性能以及抗静电性能。

Description

一种风机用高强度摩阻材料
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种风机用高强度摩阻材料。
背景技术
摩阻材料是主要用于运动机械和装备中，起制动、传动、转向、减速、驻车等作用，任何做相对运动的机械设备及各种车辆都必须安装制动或传动装置。作为制动或传动装置上的关键性部件，摩阻材料主要是利用自身良好的摩擦学性能，以摩擦的方式将制动时的动能转变为以热能为主的能量，从而达到制动的效果，它最主要的功能是通过摩擦来吸收和传递动力。如刹车片吸收动能和离合器片传递动力等，能保证运动部件安全可靠地工作。
目前，材料成分设计仍然是摩阻材料的主要研究方向，在实验研究中采用的方法是多种多样的，其目的也是以增强新型摩阻材料的各项性能为目的。随着科学技术的快速发展，新材料的研制，必然促进摩阻材料在工艺及配方研究上有多种选择，从而研制出能适应和满足不同工况的摩阻材料。在摩阻材料组成成分方面，单一纤维作为增强材料有些缺点，比如：碳纤维各项性能好，但成本较高，限制了推广；玻璃纤维由于表面光滑，不能很好的与基体粘结剂浸润，从而两者的结合效果不理想；钢纤维易生锈失效等问题。目前，混杂纤维增强已成为研究者的首选了，譬如半金属摩阻材料中使用玻璃纤维与钢纤维、碳纤维与铜纤维以及钢纤维与碳纤维等混杂，利用不同纤维的优点，能同时满足各项性能，研制出性价比高的摩阻材料。因此，混杂纤维增强摩阻材料仍是今研究方向之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：
⑴如何通过加入高强度体系来提高风机用摩阻材料的冲击强度；
⑵如何改善由于加入高强度体系后导致摩擦系数降低的技术问题。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种风机用高强度摩阻材料，包括摩阻材料基体和高强度体系，高强度体系的加入量为摩阻材料基体重量的17-19%；摩阻材料基体的重量份组分包括：聚醚醚酮21-23份、碳纤维9.2-9.4份、无水乙醇132-134份、氧化镁6.1-6.3份、氯化镁7.2-7.4份、卵磷脂1.7-1.9份、碳酸氢钠6.5-6.7份、甲醛次硫酸钠6.4-6.6份、丁基橡胶1.7-1.9份、乙烯-醋酸乙烯共聚物6.5-6.7份；高强度体系的重量份组分包括：纳米二氧化硅5.7-5.9份，乙氧基化烷基胺19-21份，甲基含氢硅油81-83份，羟基聚二甲基硅氧烷6.7-6.9份，乙烯基三甲氧基硅烷11-13份，聚磷酸铵2.5-2.7份，短切玻璃纤维7.7-7.9份，纳米蒙脱土3.2-3.5份，气相法白炭黑8.5-8.7份，γ-氨丙基三乙氧基硅烷16-18份，烷基酚聚氧乙烯醚5.1-5.3份，增韧剂1.7-1.9份，活性稀释剂1.5-1.7份，相容剂1.5-1.7份，偶联剂1.6-1.8份，流平剂1.9-2.1份，混合氯化稀土0.3-0.5份；所述的纳米二氧化硅的粒径为20-30nm，所述的纳米蒙脱土的粒径为20-30nm。
本发明的风机用高强度摩阻材料的制备包括以下步骤：
㈠按设定的重量份，将聚醚醚酮和碳纤维混合物分散于无水乙醇中，再按设定的重量份加入氧化镁、氯化镁、卵磷脂、碳酸氢钠、甲醛次硫酸钠、丁基橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物，加热搅拌混合均匀得到摩阻材料基体；加热温度为75-77℃，搅拌速度为300-500rpm；
㈡按设定的重量份将高强度体系各组分进行加热搅拌混合均匀得到高强度体系；加热温度为85-87℃，搅拌速度为250-300rpm；
㈢将摩阻材料基体与高强度体系按设定的配比进行混合，并进行球磨、干燥，得到风机用高强度摩阻材料。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的风机用高强度摩阻材料，其中，增韧剂为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、氯化聚乙烯或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一种或一种以上混合物；活性稀释剂为烷基缩水甘油醚、辛葵酸缩水甘油酯、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、甲苯缩水甘油醚、蓖麻油多缩水甘油醚中的一种或一种以上混合物；相容剂为马来酸酐接枝改性聚丙烯；偶联剂为乙烯基三丁酮肟基硅烷偶联剂、甲基乙烯基二氯硅烷偶联剂、甲基三丁酮肟基硅烷偶联剂中的一种或一种以上混合物；流平剂为异佛尔酮、二丙酮醇、氟改性丙烯酸、磷酸酯改性丙烯酸、丙烯酸、聚二甲基硅氧烷、聚甲基烷基硅氧烷、有机改性聚硅氧烷中的一种或一种以上混合物。
本发明的有益效果是：本发明摩阻材料通过引入高强度体系进行增强改性，具有优异的冲击强度和摩擦系数。实验结果显示，本发明的高强度体系能有效增强风机用摩阻材料的冲击强度，当由高强度体系加入摩阻材料基体后，能使本发明摩阻材料冲击强度较现有材料提高至少2倍以上，冲击强度可达到6.7kJ／m3；但“纳米二氧化硅、乙氧基化烷基胺、甲基含氢硅油、羟基聚二甲基硅氧烷、乙烯基三甲氧基硅烷、聚磷酸铵、短切玻璃纤维、纳米蒙脱土、气相法白炭黑、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、烷基酚聚氧乙烯醚和增韧剂”组成的高强度体系的添加会使摩阻材料的力学性能相比现有材料有所下降，但添加了活性稀释剂、相容剂、偶联剂、流平剂和混合氯化稀土后能使它们的力学性能有所改善；通过扫描电镜发现，“纳米二氧化硅、乙氧基化烷基胺、甲基含氢硅油、羟基聚二甲基硅氧烷、乙烯基三甲氧基硅烷、聚磷酸铵、短切玻璃纤维、纳米蒙脱土、气相法白炭黑、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、烷基酚聚氧乙烯醚和增韧剂”组成的高强度体系加入后摩阻材料的结构存在破损和塌陷，摩擦系数有所下降；而加入活性稀释剂、相容剂、偶联剂、流平剂和混合氯化稀土后可以提高其与摩阻材料基体的相容性，使摩阻材料的结构更规整，摩擦系数有所提高，摩擦系数达到0.55～0.60，在300℃左右其摩擦系数达到0.31。综合结果显示，当本发明高强度体系的加入量为摩阻材料基体重量的17-19%时，摩阻材料的冲击强度、力学性能、摩擦系数能达到一个平衡点，冲击强度、力学性能、摩擦系数均较优。冲击强度5.2-6.7kJ／m3，摩擦系数达到0.55～0.60。另外，实验结果显示，本发明高强度体系的加入还能有效改善摩阻材料的耐高温性能，600℃左右仍能满足使用性能；另外，还能有效提高摩阻材料的防静电性能，获得了意想不到的技术效果。综上所述，本发明通过加入高强度体系，可以提高摩阻材料的冲击强度、力学性能、摩擦系数、耐高温性能以及抗静电性能。
具体实施方式
实施例1
本实施例是一种风机用高强度摩阻材料，包括摩阻材料基体和高强度体系，高强度体系的加入量为摩阻材料基体重量的17%。
摩阻材料基体的重量份组分包括：聚醚醚酮21份、碳纤维9.2份、无水乙醇132份、氧化镁6.1份、氯化镁7.2份、卵磷脂1.7份、碳酸氢钠6.5份、甲醛次硫酸钠6.4份、丁基橡胶1.7份、乙烯-醋酸乙烯共聚物6.5份；
高强度体系的重量份组分包括：纳米二氧化硅5.7份，乙氧基化烷基胺19份，甲基含氢硅油81份，羟基聚二甲基硅氧烷6.7份，乙烯基三甲氧基硅烷11份，聚磷酸铵2.5份，短切玻璃纤维7.7份，纳米蒙脱土3.2份，气相法白炭黑8.5份，γ-氨丙基三乙氧基硅烷16份，烷基酚聚氧乙烯醚5.1份，增韧剂1.7份，活性稀释剂1.5份，相容剂1.5份，偶联剂1.6份，流平剂1.9份，混合氯化稀土0.3份；所述的纳米二氧化硅的粒径为20nm，所述的纳米蒙脱土的粒径为20nm。
其中，增韧剂为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体；活性稀释剂为烷基缩水甘油醚；相容剂为马来酸酐接枝改性聚丙烯；偶联剂为乙烯基三丁酮肟基硅烷偶联剂；流平剂为异佛尔酮。
本实施例的风机用高强度摩阻材料的制备包括以下步骤：
㈠按设定的重量份，将聚醚醚酮和碳纤维混合物分散于无水乙醇中，再按设定的重量份加入氧化镁、氯化镁、卵磷脂、碳酸氢钠、甲醛次硫酸钠、丁基橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物，加热搅拌混合均匀得到摩阻材料基体；加热温度为75℃，搅拌速度为300rpm；
㈡按设定的重量份将高强度体系各组分进行加热搅拌混合均匀得到高强度体系；加热温度为85℃，搅拌速度为250rpm；
㈢将摩阻材料基体与高强度体系按设定的配比进行混合，并进行球磨、干燥，得到风机用高强度摩阻材料。
实施例2
本实施例是一种风机用高强度摩阻材料，包括摩阻材料基体和高强度体系，高强度体系的加入量为摩阻材料基体重量的18%。
摩阻材料基体的重量份组分包括：聚醚醚酮22份、碳纤维9.3份、无水乙醇133份、氧化镁6.2份、氯化镁7.3份、卵磷脂1.8份、碳酸氢钠6.6份、甲醛次硫酸钠6.5份、丁基橡胶1.8份、乙烯-醋酸乙烯共聚物6.6份；
高强度体系的重量份组分包括：纳米二氧化硅5.8份，乙氧基化烷基胺20份，甲基含氢硅油82份，羟基聚二甲基硅氧烷6.8份，乙烯基三甲氧基硅烷12份，聚磷酸铵2.6份，短切玻璃纤维7.8份，纳米蒙脱土3.3份，气相法白炭黑8.6份，γ-氨丙基三乙氧基硅烷17份，烷基酚聚氧乙烯醚5.2份，增韧剂1.8份，活性稀释剂1.6份，相容剂1.6份，偶联剂1.7份，流平剂2.0份，混合氯化稀土0.4份；所述的纳米二氧化硅的粒径为25nm，所述的纳米蒙脱土的粒径为25nm。
其中，增韧剂为氯化聚乙烯；活性稀释剂为辛葵酸缩水甘油酯；相容剂为马来酸酐接枝改性聚丙烯；偶联剂为甲基乙烯基二氯硅烷偶联剂；流平剂为二丙酮醇。
本实施例的风机用高强度摩阻材料的制备包括以下步骤：
㈠按设定的重量份，将聚醚醚酮和碳纤维混合物分散于无水乙醇中，再按设定的重量份加入氧化镁、氯化镁、卵磷脂、碳酸氢钠、甲醛次硫酸钠、丁基橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物，加热搅拌混合均匀得到摩阻材料基体；加热温度为76℃，搅拌速度为400rpm；
㈡按设定的重量份将高强度体系各组分进行加热搅拌混合均匀得到高强度体系；加热温度为86℃，搅拌速度为280rpm；
㈢将摩阻材料基体与高强度体系按设定的配比进行混合，并进行球磨、干燥，得到风机用高强度摩阻材料。
实施例3
本实施例是一种风机用高强度摩阻材料，包括摩阻材料基体和高强度体系，高强度体系的加入量为摩阻材料基体重量的19%。
摩阻材料基体的重量份组分包括：聚醚醚酮23份、碳纤维9.4份、无水乙醇134份、氧化镁6.3份、氯化镁7.4份、卵磷脂1.9份、碳酸氢钠6.7份、甲醛次硫酸钠6.6份、丁基橡胶1.9份、乙烯-醋酸乙烯共聚物6.7份；
高强度体系的重量份组分包括：纳米二氧化硅5.9份，乙氧基化烷基胺21份，甲基含氢硅油83份，羟基聚二甲基硅氧烷6.9份，乙烯基三甲氧基硅烷13份，聚磷酸铵2.7份，短切玻璃纤维7.9份，纳米蒙脱土3.5份，气相法白炭黑8.7份，γ-氨丙基三乙氧基硅烷18份，烷基酚聚氧乙烯醚5.3份，增韧剂1.9份，活性稀释剂1.7份，相容剂1.7份，偶联剂1.8份，流平剂2.1份，混合氯化稀土0.5份；所述的纳米二氧化硅的粒径为30nm，所述的纳米蒙脱土的粒径为30nm。
其中，增韧剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；活性稀释剂为三羟甲基丙烷三缩水甘油醚；相容剂为马来酸酐接枝改性聚丙烯；偶联剂为甲基三丁酮肟基硅烷偶联剂；流平剂为磷酸酯改性丙烯酸。
本实施例的风机用高强度摩阻材料的制备包括以下步骤：
㈠按设定的重量份，将聚醚醚酮和碳纤维混合物分散于无水乙醇中，再按设定的重量份加入氧化镁、氯化镁、卵磷脂、碳酸氢钠、甲醛次硫酸钠、丁基橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物，加热搅拌混合均匀得到摩阻材料基体；加热温度为77℃，搅拌速度为500rpm；
㈡按设定的重量份将高强度体系各组分进行加热搅拌混合均匀得到高强度体系；加热温度为87℃，搅拌速度为300rpm；
㈢将摩阻材料基体与高强度体系按设定的配比进行混合，并进行球磨、干燥，得到风机用高强度摩阻材料。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种风机用高强度摩阻材料，其特征在于：包括摩阻材料基体和高强度体系，所述高强度体系的加入量为所述摩阻材料基体重量的17-19%；
所述摩阻材料基体的重量份组分包括：聚醚醚酮21-23份、碳纤维9.2-9.4份、无水乙醇132-134份、氧化镁6.1-6.3份、氯化镁7.2-7.4份、卵磷脂1.7-1.9份、碳酸氢钠6.5-6.7份、甲醛次硫酸钠6.4-6.6份、丁基橡胶1.7-1.9份、乙烯-醋酸乙烯共聚物6.5-6.7份；
所述高强度体系的重量份组分包括：纳米二氧化硅5.7-5.9份，乙氧基化烷基胺19-21份，甲基含氢硅油81-83份，羟基聚二甲基硅氧烷6.7-6.9份，乙烯基三甲氧基硅烷11-13份，聚磷酸铵2.5-2.7份，短切玻璃纤维7.7-7.9份，纳米蒙脱土3.2-3.5份，气相法白炭黑8.5-8.7份，γ-氨丙基三乙氧基硅烷16-18份，烷基酚聚氧乙烯醚5.1-5.3份，增韧剂1.7-1.9份，活性稀释剂1.5-1.7份，相容剂1.5-1.7份，偶联剂1.6-1.8份，流平剂1.9-2.1份，混合氯化稀土0.3-0.5份；所述的纳米二氧化硅的粒径为20-30nm，所述的纳米蒙脱土的粒径为20-30nm。
2.如权利要求1所述的风机用高强度摩阻材料，其特征在于：所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、氯化聚乙烯或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一种或一种以上混合物；所述活性稀释剂为烷基缩水甘油醚、辛葵酸缩水甘油酯、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、甲苯缩水甘油醚、蓖麻油多缩水甘油醚中的一种或一种以上混合物；所述相容剂为马来酸酐接枝改性聚丙烯；所述偶联剂为乙烯基三丁酮肟基硅烷偶联剂、甲基乙烯基二氯硅烷偶联剂、甲基三丁酮肟基硅烷偶联剂中的一种或一种以上混合物；所述流平剂为异佛尔酮、二丙酮醇、氟改性丙烯酸、磷酸酯改性丙烯酸、丙烯酸、聚二甲基硅氧烷、聚甲基烷基硅氧烷、有机改性聚硅氧烷中的一种或一种以上混合物。
3.如权利要求1或2所述的风机用高强度摩阻材料，其特征在于：包括摩阻材料基体和高强度体系，所述高强度体系的加入量为所述摩阻材料基体重量的17%；
所述摩阻材料基体的重量份组分包括：聚醚醚酮21份、碳纤维9.2份、无水乙醇132份、氧化镁6.1份、氯化镁7.2份、卵磷脂1.7份、碳酸氢钠6.5份、甲醛次硫酸钠6.4份、丁基橡胶1.7份、乙烯-醋酸乙烯共聚物6.5份；
所述高强度体系的重量份组分包括：纳米二氧化硅5.7份，乙氧基化烷基胺19份，甲基含氢硅油81份，羟基聚二甲基硅氧烷6.7份，乙烯基三甲氧基硅烷11份，聚磷酸铵2.5份，短切玻璃纤维7.7份，纳米蒙脱土3.2份，气相法白炭黑8.5份，γ-氨丙基三乙氧基硅烷16份，烷基酚聚氧乙烯醚5.1份，增韧剂1.7份，活性稀释剂1.5份，相容剂1.5份，偶联剂1.6份，流平剂1.9份，混合氯化稀土0.3份；所述的纳米二氧化硅的粒径为20nm，所述的纳米蒙脱土的粒径为20nm。
4.如权利要求1或2所述的风机用高强度摩阻材料，其特征在于：包括摩阻材料基体和高强度体系，所述高强度体系的加入量为所述摩阻材料基体重量的18%；
所述摩阻材料基体的重量份组分包括：聚醚醚酮22份、碳纤维9.3份、无水乙醇133份、氧化镁6.2份、氯化镁7.3份、卵磷脂1.8份、碳酸氢钠6.6份、甲醛次硫酸钠6.5份、丁基橡胶1.8份、乙烯-醋酸乙烯共聚物6.6份；
所述高强度体系的重量份组分包括：纳米二氧化硅5.8份，乙氧基化烷基胺20份，甲基含氢硅油82份，羟基聚二甲基硅氧烷6.8份，乙烯基三甲氧基硅烷12份，聚磷酸铵2.6份，短切玻璃纤维7.8份，纳米蒙脱土3.3份，气相法白炭黑8.6份，γ-氨丙基三乙氧基硅烷17份，烷基酚聚氧乙烯醚5.2份，增韧剂1.8份，活性稀释剂1.6份，相容剂1.6份，偶联剂1.7份，流平剂2.0份，混合氯化稀土0.4份；所述的纳米二氧化硅的粒径为25nm，所述的纳米蒙脱土的粒径为25nm。
5.如权利要求1或2所述的风机用高强度摩阻材料，其特征在于：包括摩阻材料基体和高强度体系，所述高强度体系的加入量为所述摩阻材料基体重量的19%；
所述摩阻材料基体的重量份组分包括：聚醚醚酮23份、碳纤维9.4份、无水乙醇134份、氧化镁6.3份、氯化镁7.4份、卵磷脂1.9份、碳酸氢钠6.7份、甲醛次硫酸钠6.6份、丁基橡胶1.9份、乙烯-醋酸乙烯共聚物6.7份；
所述高强度体系的重量份组分包括：纳米二氧化硅5.9份，乙氧基化烷基胺21份，甲基含氢硅油83份，羟基聚二甲基硅氧烷6.9份，乙烯基三甲氧基硅烷13份，聚磷酸铵2.7份，短切玻璃纤维7.9份，纳米蒙脱土3.5份，气相法白炭黑8.7份，γ-氨丙基三乙氧基硅烷18份，烷基酚聚氧乙烯醚5.3份，增韧剂1.9份，活性稀释剂1.7份，相容剂1.7份，偶联剂1.8份，流平剂2.1份，混合氯化稀土0.5份；所述的纳米二氧化硅的粒径为30nm，所述的纳米蒙脱土的粒径为30nm。
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