一种电机用电磁制动摩擦片及其制备方法与流程

1.本发明涉及摩擦片技术领域，特别是一种电机用电磁制动摩擦片，及该摩擦片的制备方法。


背景技术：

2.制动器是将主动侧扭力传达给被动侧的连接器，可以据需要自由的结合，切离或制动，是使机械中的运动件停止或减速的机械零件，俗称摩擦片。现有的起重或塔吊电机用的电磁制动摩擦片，工作原理是电机在断电时，摩擦片中的花键与轴套连接处于制动状态，则电磁制动摩擦片因摩擦产生制动力矩；当接通电流时，电磁制动摩擦片松开。其中，摩擦片外层裹覆有摩擦材料用于提供摩擦片的摩擦性能。
3.但是，电机及摩擦片的环境温度在工作及非工作状态下发生变化，同时受工作环境、气候变化影响，使电机处于高温潮湿环境中。随着长时间使用，电机极易发生锈蚀，使电机端盖与摩擦片与生锈的铸铁电机端盖粘连，制动摩擦片无法脱开，制动失灵。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种摩擦系数稳定性更强，能够防止锈蚀粘连的电磁制动摩擦片，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电机用电磁制动摩擦片，包括摩擦片钢体和摩擦材料，其中，所述摩擦材料包括以下组分：硼改性酚醛树脂粉5～10wt％，纳米丁腈橡胶粉5～10wt％，矿物纤维10～15wt％，有机纤维7～15wt％，六钛酸钾晶须5～10wt％，硫酸钙晶须8～10wt％，填料及摩擦性能调节剂36～79wt％。
6.优选的，所述有机纤维包括木质纤维素5～8wt％，芳纶纤维1～3wt％，聚丙烯腈纤维1～4wt％。
7.优选的，所述填料及摩擦性能调节剂包括长石粉1～5wt％，氧化镁5～10wt％，人造石墨6～8wt％，鳞片石墨5～10wt％，硅藻土3～8wt％，铬绿3～8wt％，硫化锑1～5wt％，蛭石1～5wt％，硫酸钡10～15wt％，硫磺1～5wt％
8.本发明还提供一种上述电磁制动摩擦片的制备方法，包括以下步骤：
9.s1，混料：将所述摩擦材料的各组分分批进行多次混合及密炼，得到最终混合物；
10.s2，成型：将所述最终混和物和所述摩擦片钢体放入模具中进行热压得到摩擦片胚料，其中，热压工艺的温度为120℃～150℃，压力为10mpa～15mpa，保压时间为10min～20min；
11.s3，固化：将所述摩擦片胚料放入固化炉中，在4mpa～8mpa的压力下进行多段热处理，得到摩擦片。
12.进一步的，所述步骤s1具体包括：
13.s101，将矿物纤维、有机纤维、六钛酸钾晶须、鳞片石墨及硫酸钡混合均匀，得到第一混合物；
14.s102，在所述第一混合物中加入硼改性酚醛树脂粉和纳米丁腈橡胶粉进行第一次密炼，得到第二混合物；
15.s103，在所述第二混合物中加入硫酸钙晶须、长石粉、氧化镁、人造石墨、硅藻土、铬绿、硫化锑、蛭石和硫磺进行第二次密炼，得到最终混合物。
16.进一步的，所述步骤s101中，将所述矿物纤维、有机纤维、六钛酸钾晶须、鳞片石墨及硫酸钡放入高速混料机中混合均匀，所述高速混料机的转速为300r/min～500r/min，混料时间为5min～10min。
17.进一步的，所述步骤s102中，所述第一次密炼的密炼压力为7kpa～8kpa，密炼时间为2min～4min。
18.进一步的，所述步骤s103中，所述第二次密炼的密炼压力为6kpa～8kpa，密炼时间为2min～4min。
19.进一步的，所述步骤s3中，所述固化包括至少四个阶段热处理，每阶段热处理温度均匀递增。
20.进一步的，所述步骤s3具体包括：
21.s301，第一阶段热处理：热处理温度为100℃～120℃，升温时间为20min～35min，保温时间为60min～80min；
22.s302，第二阶段热处理：热处理温度为130℃～150℃，升温时间为15min～20min，保温时间为50min～60min；
23.s303，第三阶段热处理：热处理温度为160℃～180℃，升温时间为20min～35min，保温时间为90min～110min；
24.s304，第四阶段热处理：热处理温度为190℃～210℃，升温时间为20min～35min，保温时间为30min～60min。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
26.本发明提供了一种电磁制动摩擦片的摩擦材料配比，采用硼改性酚醛树脂代替传统的酚醛树脂提高摩擦片的耐热性，同时加入纳米丁腈橡胶粉进一步提高摩擦片的耐热性，且改变树脂材料的脆性，提升产品抗冲击强度并降低弹性模量。除此之外，还采用芳纶、聚丙烯腈纤维、木质纤维素等有机纤维替代传统的金属纤维来起增强作用，能够有效降低产品密度，并避免因潮湿环境生锈黏粘损伤摩擦盘。
27.本发明还提供一种电磁制动摩擦片的制备方法，在混料阶段将所述摩擦材料的各组分分成若干组，逐批依次进行混合/密炼以得到最终混合物，由于本方案中纤维较多，需将纤维及部分组分进行一次混合形成均匀混合物后再加入粘结材料(硼改性酚醛树脂粉和纳米丁腈橡胶粉)进行密炼，使纤维部分混合均匀，避免被粘结材料影响使混合不充分；加入粘结材料密炼后使混合物具有粘性再放入剩余组分使密炼充分进行。
28.本发明的制备方法中，压制成型后的摩擦片胚料需进行多段热处理固化，由于本方案中选用了硼改性酚醛树脂粉以及纳米丁腈橡胶粉作为粘结材料并用于优化摩擦材料耐热性，需保证其材料特性在热处理过程中不被破坏并充分发挥，通过多段热处理能有效保证热处理后的理化性能和摩擦磨损性能的稳定性。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案,下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
30.图1为本发明的电磁制动摩擦片的制备方法流程图；
具体实施方式
31.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
32.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
33.本发明提供一种电磁制动摩擦片，包括摩擦片钢体和摩擦材料，其中，所述摩擦片钢体即为摩擦片本体结构，摩擦材料覆盖于所述摩擦片钢体外侧形成摩擦面，提供所述摩擦片摩擦性能以达到制动效果。具体的，所述摩擦材料包括以下组分：粘结组分：硼改性酚醛树脂粉5～10wt％，纳米丁腈橡胶粉5～10wt％；增强纤维：矿物纤维10～15wt％，有机纤维7～15wt％，六钛酸钾晶须5～10wt％，硫酸钙晶须8～10wt％；填料及摩擦性能调节剂36～79wt％。其中，所述有机纤维包括木质纤维素5～8wt％，芳纶纤维1～3wt％，聚丙烯腈纤维1～4wt％。其中，所述填料及摩擦性能调节剂包括长石粉1～5wt％，氧化镁5～10wt％，人造石墨6～8wt％，鳞片石墨5～10wt％，硅藻土3～8wt％，铬绿3～8wt％，硫化锑1～5wt％，蛭石1～5wt％，硫酸钡10～15wt％，硫磺1～5wt％。
34.本方案采用硼改性酚醛树脂代替传统的酚醛树脂提高摩擦片的耐热性，同时加入纳米丁腈橡胶粉进一步提高摩擦片的耐热性，且改变树脂材料的脆性，有效提升产品抗冲击强度并降低弹性模量。除此之外，还采用芳纶、聚丙烯腈纤维、木质纤维素等有机纤维替代传统的金属纤维来起增强作用，能够有效降低产品密度，并避免因潮湿环境生锈黏粘损伤摩擦盘。
35.请参考图1，本发明还提供一种电磁制动摩擦片的制备方法，采用上述组分制成摩擦材料，并与所述摩擦片钢体加工形成所述电磁制动摩擦片，所述制备方法包括以下步骤：
36.s1，混料：将所述摩擦材料的各组分混合均匀，并加压密炼得到最终混合物；
37.s2，成型：将所述最终混和物和所述摩擦片钢体放入模具中进行热压得到摩擦片胚料，使摩擦材料在所述摩擦片钢体外侧形成摩擦面。其中，热压工艺的温度为120℃～150℃，压力为10mpa～15mpa，保压时间为10min～20min；
38.s3，固化：将所述摩擦片胚料放入固化炉中，在4mpa～8mpa的压力下进行热处理，
得到摩擦片。
39.本方案中，在混料步骤之前，还包括:
40.步骤s0，配料:按配方中各种组分比例换算成一定重量，进行称量取料。其中，各组分比例总和为1。
41.进一步的，在步骤s1中，将各组分分成三组，第一组包括矿物纤维、有机纤维、六钛酸钾晶须、鳞片石墨及硫酸钡；第二组包括硼改性酚醛树脂粉和纳米丁腈橡胶粉(粘结组分)；第三组包括硫酸钙晶须、长石粉、氧化镁、人造石墨、硅藻土、铬绿、硫化锑、蛭石和硫磺；再将三组组分依次进行混合/密炼以得到最终混合物。所述步骤s1具体包括以下步骤：
42.s101，将矿物纤维、有机纤维、六钛酸钾晶须、鳞片石墨及硫酸钡混合均匀，得到第一混合物；
43.其中，将所述矿物纤维、有机纤维、六钛酸钾晶须、鳞片石墨及硫酸钡放入高速混料机中进行一次混合，得到混合均匀的第一混合物，所述高速混料机的转速为300r/min～500r/min，混料时间为5min～10min。
44.s102，在所述第一混合物中加入硼改性酚醛树脂粉和纳米丁腈橡胶粉并放入密炼机中进行第一次密炼，得到第二混合物；
45.其中，密炼机在进行第一次密炼时的的密炼压力为7kpa～8kpa，密炼时间为2min～4min。
46.s103，在所述第二混合物中加入硫酸钙晶须、长石粉、氧化镁、人造石墨、硅藻土、铬绿、硫化锑、蛭石和硫磺并通过密炼机进行第二次密炼，得到最终混合物。
47.其中，密炼机在进行第二次密炼时的密炼压力为6kpa～8kpa，密炼时间为2min～4min。
48.本实施例中组分纤维较多，需将纤维及部分组分进行一次混合形成均匀混合物后再加入粘结材料(硼改性酚醛树脂粉和纳米丁腈橡胶粉)进行密炼，使纤维部分混合均匀，避免被粘结材料影响使混合不充分；加入粘结材料密炼后使混合物具有粘性再放入剩余组分使密炼充分进行。经过上述“高速混合-密炼-密炼”的混料流程，即可使各组分之间混合更加均匀充分，避免被粘结组分影响，使后续流程能够充分进行。
49.进一步的，步骤s2具体包括以下步骤：
50.s201：将所述最终混和物放入模具中，模具内温度为120℃～150℃，压制压力为10mpa～15mpa，保温保压1min后卸压放气；
51.s202：放入所述摩擦片钢体，再将与步骤s201中等量的最终混合物导入模具中，使模具内温度为120℃～150℃，压制压力为10mpa～15mpa，保温保压1min后卸压放气，重复上述“保温保压-放气”3次后，在相同温度及压力下保压10min～20min后放气，得到摩擦片胚料。
52.进一步的，所述步骤s3中，所述固化步骤包括至少四个阶段热处理，每阶段热处理温度均匀递增，基于硼改性酚醛树脂粉和纳米丁腈橡胶粉的反应温度范围及材料性质，通过多段化热处理，使每一阶段的热处理温度变化减小，达到更好的固化效果，同时理化性能和摩擦磨损性能更稳定。若减少热处理段使温差变化过大，容易破环材料本身性质，使其无法达到本方案所需的耐热性及力学性能。
53.本实施例中，所述固化步骤包括四个阶段，具体包括以下步骤：
54.s301，第一阶段热处理：热处理温度为100℃～120℃，升温时间为20min～35min，保温时间为60min～80min；
55.s302，第二阶段热处理：热处理温度为130℃～150℃，升温时间为15min～20min，保温时间为50min～60min；
56.s303，第三阶段热处理：热处理温度为160℃～180℃，升温时间为20min～35min，保温时间为90min～110min；
57.s304，第四阶段热处理：热处理温度为190℃～210℃，升温时间为20min～35min，保温时间为30min～60min。
58.实验数据：
59.实施例1：
60.配料：取用硼改性酚醛树脂粉6％、纳米丁腈橡胶粉6％、矿物纤维15％、木质纤维素5％、芳纶纤维1％、聚丙烯腈纤维4％、六钛酸钾晶须8％、硫酸钙晶须8％、长石粉5％、氧化镁5％、人造石墨8％、鳞片石墨5％、硅藻土5％、铬绿3％、硫化锑1％、蛭石1％、硫酸钡13％、硫磺1％。以上均为质量百分数(wt％)，按质量百分比换算为一定的重量称取上述原材料共20kg。
61.混料：将矿物纤维、木质纤维素、芳纶纤维、聚丙烯腈纤维、六钛酸钾晶须、鳞片石墨及硫酸钡等材料投入高速搅拌机中混合5min，搅拌速度500r/min，得到第一混合物；
62.在所述第一混合物中加入硼改性酚醛树脂粉和纳米丁腈橡胶粉进行第一次加压密炼，密炼压力为8kpa，密炼时间为2min，得到第二混合物；
63.在所述第二混合物中加入剩下的材料进行第二次加压密炼，密炼压力为8kpa，密炼时间为2min，得到最终混合物。
64.成型：称取1000g所述最终混合物放入模具中，模具内温度120℃，压制压力15mpa，保温保压1min后上压头回程卸压放气；放入所述摩擦片钢体，再称取1000g所述最终混合物导入模具，重复上述保温保压-放气操作3次后继续保温保压20min，得到摩擦片胚料，即电磁制动摩擦片压制半成品。
65.固化：将所述摩擦片胚料放入摩擦材料专用固化炉中施加4mpa的压力进行四段热处理：第一阶段热处理温度为120℃，升温时间为35min，保温时间为80min；第二阶段热处理的处理温度为150℃，升温时间为20min，保温时间为60min；第三阶段热处理的处理温度为180℃，升温时间为35min，保温时间为110min；第四阶段热处理的处理温度为210℃，升温时间为35min，保温时间为60min；冷却后得到成品的电磁制动摩擦片。
66.实施例2：
67.配料：取用硼改性酚醛树脂粉10％、纳米丁腈橡胶粉5％、矿物纤维15％、木质纤维素5％、芳纶纤维2％、聚丙烯腈纤维4％、六钛酸钾晶须5％、硫酸钙晶须8％、长石粉3％、氧化镁5％、人造石墨6％、鳞片石墨5％、硅藻土8％、铬绿3％、硫化锑2％、蛭石3％、硫酸钡10％、硫磺1％。以上均为质量百分数(wt％)，按质量百分比换算为一定的重量称取上述原材料共20kg。
68.混料：将矿物纤维、木质纤维素、芳纶纤维、聚丙烯腈纤维、六钛酸钾晶须、鳞片石墨及硫酸钡等材料投入高速搅拌机中混合10min，搅拌速度300r/min，得到第一混合物；
69.在所述第一混合物中加入硼改性酚醛树脂粉和纳米丁腈橡胶粉进行第一次加压
密炼，密炼压力为7kpa，密炼时间为4min，得到第二混合物；
70.在所述第二混合物中加入剩下的材料进行第二次加压密炼，密炼压力为6kpa，密炼时间为4min，得到最终混合物料。
71.成型：称取1000g所述最终混合物放入模具中，模具内温度150℃，压制压力10mpa，保温保压1min后上压头回程卸压放气；放入所述摩擦片钢体，再称取1000g所述最终混合物导入模具，重复上述保温保压-放气操作3次后继续保温保压10min，得到摩擦片胚料，即电磁制动摩擦片压制半成品。
72.固化：将所述摩擦片胚料放入摩擦材料专用固化炉中施加8mpa的压力进行四段热处理：第一阶段热处理温度为100℃，升温时间为20min，保温时间为60min；第二阶段热处理的处理温度为130℃，升温时间为15min，保温时间为50min；第三阶段热处理的处理温度为160℃，升温时间为20min，保温时间为90min；第四阶段热处理的处理温度为190℃，升温时间为20min，保温时间为30min；冷却后得到成品的电磁制动摩擦片。
73.对比例1：
74.配料：取用普通酚醛树脂7％、普通丁腈橡胶粉7％、矿物纤维12％、木质纤维素6％、芳纶纤维1％、聚丙烯腈纤维2％、六钛酸钾晶须7％、硫酸钙晶须9％、长石粉2％、氧化镁7％、人造石墨7％、鳞片石墨7％、硅藻土5％、铬绿3％、硫化锑2％、蛭石2％、硫酸钡12％、硫磺2％。以上均为质量百分数(wt％)，按质量百分比换算为一定的重量称取上述原材料共20kg。
75.混料：将矿物纤维、木质纤维素、芳纶纤维、聚丙烯腈纤维、六钛酸钾晶须、鳞片石墨及硫酸钡等材料投入高速搅拌机中混合8min，搅拌速度400r/min，得到第一混合物；
76.在所述第一混合物中加入硼改性酚醛树脂粉和丁腈橡胶粉进行第一次加压密炼，密炼压力为7kpa，密炼时间为3min，得到第二混合物；
77.在所述第二混合物中加入剩下的材料进行第二次加压密炼，密炼压力为7kpa，密炼时间为3min，得到最终混合物。
78.成型：称取1000g所述最终混合物放入模具中，模具内温度135℃，压制压力12mpa，保温保压1min后上压头回程卸压放气；放入所述摩擦片钢体，再称取1000g所述最终混合物导入模具，重复上述保温保压-放气操作3次后继续保温保压15min，得到摩擦片胚料，即电磁制动摩擦片压制半成品。
79.固化：将所述摩擦片胚料放入摩擦材料专用固化炉中施加6mpa的压力进行四段热处理：第一阶段热处理温度为110℃，升温时间为27min，保温时间为70min；第二阶段热处理的处理温度为140℃，升温时间为17min，保温时间为55min；第三阶段热处理的处理温度为170℃，升温时间为27min，保温时间为100min；第四阶段热处理的处理温度为200℃，升温时间为27min，保温时间为45min；冷却后得到成品的电磁制动摩擦片。
80.表1
[0081][0082]
表2
[0083][0084][0085]
上表1为电磁制动摩擦片样品物理及力学性能对比，上表2为电磁制动摩擦片摩擦磨损性能试验数据对比。根据上述实验参数可知使用硼改性酚醛树脂及纳米丁腈橡胶粉获得的电磁制动摩擦片，其冲击强度高，压缩模量和硬度低；使用普通酚醛树脂及普通丁腈橡胶粉所制得电磁制动摩擦片冲击强度更低，压缩模量和硬度更高。而使用硼改性酚醛树脂粉及纳米丁腈橡胶粉获得的电磁制动摩擦片的平均摩擦系数整体变化趋势稳定，使用普通丁腈橡胶粉获得的电磁制动摩擦片摩擦系数不稳定，磨损量更大，热衰退及水衰退明显，实施例1和实施例2磨耗明显低于对比例1。
[0086]
本方案提供了一种电机用电磁制动摩擦片，通过调整配方及工艺，大大提高摩擦系数稳定性，有效改善热衰退及水衰退现象，减少了制动时间，提高了起重或塔吊设备的作
业安全性，同时克服了电机端盖生锈与摩擦面粘接在一起的问题。
[0087]
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。