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第二章 长纤维类摩擦材料模压成型生产工艺(下)

浏览次数: 日期:2017-08-02

三、无胶缠绕新工艺

无橡胶缠绕离合器片,是在目前国际石油价格飞涨,导致以石油为原料的制品价格节节攀升的形式下,同时,也导致与缠绕离合器面片生产相关的原材料价格,例如酚醛树脂、丁苯橡胶、溶剂汽油、酒精等原材料价格也不断增高,造成缠绕离合器面片生产企业,由于生产成本的不断升高,而难以维持生产正常运行甚至于难以生存的严重局面,进行研制与开发的缠绕离合器片生产新工艺。同时由于传统缠绕离合器片生产工艺中要使用大量的溶剂油,不但造成生产成本的过重负担,而且也是生产安全中存在的一个重大的安全隐患,由此发生的重大安全事故,造成很大经济损失的实例时有发生。针对这种状况,开始进行寻求一种新的生产缠绕离合器面片的生产工艺方法,终于成功了这种新型的缠绕离合器片生产工艺方法,即无橡胶缠绕离合器面片的生产新工艺。

无橡胶缠绕离合器片,是用一种特殊的、新型酚醛树脂生产工艺,这种水性酚醛树脂,它是一种可用水溶解的特性树脂,具有水一样特性,有与水以任何比例相混合的特性。故称之为水性酚醛树脂。

这种水性酚醛树脂,在自然条件下,经700多小时贮存也不会脱水,同时在生产过程中还不产生废水,所以还具有良好的环保特性。采用这种缠绕离合器面片生产新工艺与传统缠绕离合器面片生产工艺相比,除制备胶料布的设备和方法有较大的改变外,其它所使用的生产设备几乎没有什么变化。这种水性酚醛树脂与各种功能性填料混合后制成一种粘性较强的酚醛树脂胶料,用它经一次浸渍石棉或非石棉的布(或线),制成胶料布(或线),再经干燥、制型、热压等工序,制成汽车用缠绕离合器面片或其它类似制品。它的主要特点是生产过程中,因不使用橡胶类粘结材料,当然也不用汽油做溶剂,同时也不用常规的醇溶性液体酚醛树脂,所以也不用酒精溶剂,这就节省了大量的工艺性消耗性材料汽油和酒精等。因此这种缠绕离合器片生产新工艺。它不但具有节油、安全、环保等特点,更重要的是,这种工艺生产与传统的生产工艺方法相比,原材料成本就可降低约40~50%,能较大的降低缠绕离合器片的生产成本。而且用这种新工艺生产缠绕离合器片的质量,如摩擦系数、磨损率等比传统的胶基缠绕离合器面片生产工艺方法的制品性能要好,尤其是具有明显好于传统工艺耐磨性的特性,所以使它更具有广阔的发展前途,同时还是一种具有非常重要的社会效益和较好的企业效益的一种新的缠绕离合片生产工艺。这种缠绕离合器面片生产生产工艺,也必将会逐步得到生产企业的认可和采用。

⒈缠绕离合器片生产工艺现状:

汽车用的缠绕离合器面片,目前国内外主要的生产工艺方法:湿式(长纤维)和干式(短纤维)两种方法,但就是湿式或干法工艺中也不完全相同,具有很大差异。

制造工艺方法虽然较多,但就其构成成份来说,应该说基本上差不太多。在实际应用的生产工艺方法,主要有“胶浆法与贴胶法”两种生产工艺方法。两种工艺方法主要区别在于:“胶浆法”将缠绕离合器片成份中的主要粘结材料橡胶,用汽油溶解制成胶浆,再浸渍骨架材料后,经一系列生产工艺处理,制成缠绕离合器片;而“贴胶法”系将粘结材料橡胶制成具有一定粘结性能的胶片,再用专用的三或四辊贴胶机,将胶片贴于预先浸渍好树脂的骨架材料表面上。然后再在经一系列生产工艺处理制成缠绕离合器片。两种生产工艺除骨架粘胶或贴胶方法不同外,其它工艺方法基本相似。其制品性能也几乎相近,这是因为尽管生产方法不同,但就制品构成成份来说,均属以橡胶为粘结材料的胶基制品的缠绕离合器面片。

无胶缠绕离合器片新工艺与这两种传统生产工艺方法的主要区别是:

①它不是用传统的橡胶胶浆法或橡胶贴胶法,而是用一种新的生产工艺方法,它是以树脂等为主要粘结材料的树脂基制品的缠绕离合器片。它们主要区别在于新工艺用一种特殊水溶性酚醛树脂做为主要粘结材料,并辐以一种摩擦材料用的新型有机粘结材料为次要粘结材料,在“主要和次要”双重粘结材料作用下,使之具有与橡胶胶浆的粘结作用相同,可将摩擦材料使用的各种功能性填料与骨架纤维材料牢牢的粘结在一起,再经过缠绕、热压后,制成一种具有致密结构的新式结构成份的离合器片,即无橡胶缠绕型离合器片。

②由于无橡胶的缠绕型离合器片新工艺的特点是不用酒精、橡胶与汽油,所以就具有了消除“易燃易爆”的隐患,具有保证生产安全的特点。

③同时,还具有一个非常突出的生产成本较低的特点,尤其是在目前橡胶与汽油、酚醛树脂与酒精等原材料价格飞涨的环境下,这个成本较低的特点,就显更为突出,尤为重要,生产证明每吨缠绕离合器片材料成本比传统生产工艺降低额达万元。

④经测试,这种新型无橡胶缠绕离合器片,由于成份中不含橡胶,所以还具有非常良好的耐磨性及突出好的热稳定等特点,在定速摩擦试验机(已调好试验控制程序)测试性能,已控制在450℃摩擦系数达0.3以上,而磨损率可在0.610-7cm3/Nm)以下,试样表面磨损正常。

生产工艺简单,无需炼胶、溶胶等繁重工艺操作,浸脂与浸胶一次完成。

⑥由于使用水为溶剂的特点,非常容易使用水溶性染料进行染色,非常方便的生产出,具有特色的无橡胶缠绕离合器片。

染色操作:

先将颜色选好(颜料要求水溶性,如酞菁系列颜料),放于水脂中溶解并调色,达到要求后即可对所用骨架材料进行上色,将色浆放入上色槽中,将布或(线)放入,进行浸渍。速度为3~5米/分,含色脂量控制在20%以上,再经干燥即可。

随着汽车工业的发展,人们在对汽车性能要求越来越高的同时,对汽车用的缠绕离合器片的性能也要求越来越高。如离合器片的性能平稳性、应用的舒适性与耐热性、耐用性、安全性等等,要比过去的要求要高的多。因此比橡胶基的这些性能更为优越的树脂基缠绕离合器面片,更适宜这些新的更高的性能要求。

同时,随着汽油、橡胶、酚醛树脂、酒精等主要生产原材料的价格的飞涨。生产企业更加难已承受生产材料成本的猛涨,也急切需要采用新的、低成本的生产方式进行生产,采用“新技术、降成本”是改变企业目前现状的最好出路之一。

    在这种形势下,这种新的缠绕离合器面片生产工艺方法,即无橡胶缠绕离合器面片的生产工艺方法,并建成了生产线,应该说是一种意义非凡的。该生产线的特点,原材料成本低约50%左右,而且还具有安全、环保,质量好的特点,尤其制品的耐磨性更为突出。说明这条缠绕离合器片生产新工艺,不但是对传统缠绕离合器面片生产工艺的挑战,也必将是生产企业在激烈的市场竟争中,走出困境的较好的途径之一。

  因为对传统的生产工艺方法,前面已作介绍,在这里只将无橡胶新工艺作一简单介绍。

  ⒉无橡胶新工艺的主要特点:

无橡胶缠绕离合器片新工艺,主要就是“双粘结材料”的复合使用。

⑴选择常见的低廉有机粘结剂、而不用任何溶剂的新型粘结材料,替代传统生产工艺中的橡胶粘结剂,试成一种新的缠绕离合器面片生产工艺。不但解决生产中不使用橡胶与汽油、酒精等工艺消耗性材料,达到生产原材料成本比传统生产工艺降低50%以上的大幅度下降的作用,而且还具有使传统的生产用汽油的“易燃易爆”区域,改为用水的“非易燃易爆”区,确保生产环境的安全的突出作用。

试制成具有较强浸渍性能的不用溶剂、不脱水、保存期超过60天以上的性能较稳定的新型酚醛树脂,即水性酚醛树脂。并能提高缠绕离合器面片的耐热性、粘结性、结构强度。同时生产简便、容易控制、不产生废水与安全环保。

这种新型水性酚醛树脂,是本工艺采用的第一种粘结材料。采用了和生产普通酚醛树脂相同的原材料,即苯酚与甲醛,但是克分子比和常用的制造酚醛树脂的酚、醛用量比有所不同,因为制备设备与制造环境条件,采用了过量的甲醛,这是为了保持较多量的“多元羟甲基苯酚”生成,以能使制成的水性酚醛树脂,满足水性酚醛树脂基缠绕离合器片生产新工艺的特殊要求。

水性酚醛树脂可与水以任何比例相混合,并在自然条件下贮存不脱水,一个极其重要的特性。

根据水性酚醛树脂缠绕离合器面片生产新工艺的要求,根据水性酚醛树脂生产工艺方法与使用的设备,确定生产水性酚醛树脂的主要特点是:

    ①稳定性较好,将该树脂在自然条件静置存放。经自然外温存放应长于700小时试验,水基酚醛树脂不发生较大变化或产生脱水现象。

②实用性,将该树脂放于较低温度约10℃后,粘度有明显降低,但经加热后仍可恢复原来粘结强度较好的状态。

③树脂含量控制在45.0±2%

以上树脂的特性,说明了采用此种配方与工艺,制备的水性酚醛树脂,可以达到水性酚醛树脂缠绕离合器片生产新工艺要求,是一种另类特性的新型酚醛树脂。

这种新型水性酚醛树脂,不但具有制造工艺简单,而且还具有不产生污水,对环境不产生污染的特点。

成功的树脂制造,对下一步的水性酚醛树脂缠绕离合器面片生产新工艺试验具有较大直接的作用。

FD复合粉的选用

FD复合粉的选用是新工艺另一个特点。这种新类型粘结材料。在缠绕离合器面片生产中,不但要将各种填料粘结在骨架材料表面,同时还要将骨架纤维束之间粘结起来,所以必须要寻找一种能与水性酚醛树脂相互结合,并可替代传统工艺橡胶胶浆的新型粘结材料。水性酚醛树脂具有良好的浸渍性,同时可以将长纤维束之间浸透包覆,但粘性不足,并不能将骨架材料之外的各种填料粘结起来,经不断研究,最后找到了一种仍属有机类型的粘结材料,做为新型的粘结材料,将其作为一种新型的“代胶”材料。而这种有机类粘结材料,来源广泛、价格低、使用方便、性能稳定,是一种非常理想的粘结材料。对这种材料又与它种材料相互改性制成复合型材料,对其粘结性、耐热性与工艺的可操作性有很大提高。经使证明,其粘结作用比传统工艺使用的橡胶胶浆的作用相当,但其是在350℃时,仍可保持摩擦系数较高而热衰退较小的性能。用这种粘结材料制成的离合器片,经在定速摩擦试验机上,于450℃时,测定结果表明,具有摩擦系数较高而热衰退较小耐磨性强的特性。

选用的这种新型有机类粘结材料,其性能完全能满足缠绕离合器面片的工艺要求,而其价格远比橡胶类粘结材料要低的多。而且其使用方便程度比橡胶要简捷的多,尤其是在“节能省人”方面更为突出。

新工艺生产的缠绕离合器片的耐热性能较好,两个配方的常温摩擦系数与热摩擦系数变化都较小,表明了热衰退性能较好的特点。

这种粘结剂用量为总量的5~30%与水性酚醛树脂的比为在一定范围内较为合适。粘结剂用量过多使粘度增大,会影响浸渍效果,造成胶料比例含量过大,影响制品质量;相反粘结剂用量过小,制成的胶料粘度变小,也会影响浸渍效果,造成胶料比例含量过小,不但给生产造成困难,同样也会影响产品质量,尤其是制品的耐磨性变差。

⒋胶料配方设计

胶料的配方设计,是新工艺的一项重要内容。胶料是由水性酚醛树脂、各种功能性填料按一定比例,经混合制成,再浸粘附在骨架材料上。胶料选用的主要成份是传统缠绕离合器片生产工艺中采用的一些填料与骨架材料。选用的填料,如重晶石、陶土、碳黑、石墨、重钙、铬铁矿粉、硅灰石、长石粉、人造石墨、硬脂酸锌、硬脂酸钡、硫化丁腈胶粉、轮胎粉等等。选用的骨架材料,如玻璃纤维复合纱帘子布(或线)、玻璃纤维包芯纱帘子布(或线)与非玻璃纤维的有机或无机纤维混合制成的帘子布(或线)等等。

制备胶料时,首先按配方规定,先将填料放入混料机中混合均匀。混均后再于水性酚醛树脂混合均匀,制成胶状体混合料,再将胶状体混合料粘结于骨架材料玻璃纤维帘子布(或线)上,制成了胶料布(或线)。

为适应新工艺的需要,将传统工艺的胶浆机也作了改进。因为传统胶浆机,功率高、耗能大、生产效率较低。设计了一种结构简单的高速混料机,这种混料机耗能低、功率小、生产效率高、造价低。混制一锅胶料不像胶浆机要数小时,本工艺仅用3~5分,而操作、放料都非常容易。

制备胶料过程,新工艺要求比较严格控制,一定要控制在适宜的温度范围内,它是新工艺比较重要的工艺参数。这是由于混制胶料的温度高了,则混制好的胶料粘性过强,相反混制胶料的温度低了,则混制好的胶料粘性较差。由于胶料的粘结性变大或变小,就不能保证准确的配方用量,也就是不能保证制品的质量。同时制成的胶料布(或线),由于粘结剂的粘性影响,在下工序操作中,容易出现“掉料”现象,这也就会影响缠绕离合器面片制品质量,所以控制好混料的温度是十分重要的。温度应严格控制在规定的条件±5℃的范围内比较合适。温度适宜混制成的胶料,浸胶料后的布表面光亮,相反则胶料布表面则显昏暗无光亮状。

应用新工艺生产并能生产出品质优良的汽车用无橡胶缠绕离合器面片。是一条具有广阔发展前景的缠绕离合器片的生产新工艺路线。

⒌新工艺流程与特点

新工艺流程为:

水脂制造——配料制胶——浸料(胶)——干燥——缠绕——热压——热处理——磨制——钻孔——水洗——凉干——包装入库

⑴挂胶布(或线)的制备

挂胶布(或线)是新工艺与传统工艺重要的之别。虽说两种工艺浸胶方式与使用设备型式表面上看差别不大,但实际上确有较大差别,主要是:传统工艺是将骨架材料,如非石棉布(或线),经过浸布机将橡胶浆浸于布(或线)的表面,制成胶布(或线)。多数企业采用浸胶前,先浸稀树脂(用溶剂酒精溶解)后再浸胶,实际上经两次浸渍。新工艺是将骨架材料,如非石棉布(或线),通过浸胶机浸挂胶料一次而成。减少很多生产工时。

将混制好的胶浆料分别放入双联式浸布机的前、后胶槽中,再将欲浸胶料的布(或线),通过浸胶机底部的限位辊控制,再进入浸布机胶槽上面的控胶量压辊,以控制布(或线)的上胶量,这是一个重要的操作,只有严格控制上胶料,才可以得到均匀稳定的质量和理想的生产成本。新工艺之所以采用两胶槽的双联式浸布机,这就可完全避免浸胶过程中出现浸渍胶量不均匀,如有白布(或线)现象。骨架材料用布(或线)的上胶量在80±3%范围内比较合适,经济技术指标较好。也就是常用的布(或线)与胶料之比,在1:3.7~4.1左右的范围较好。

双联式浸布机

生产适用的挂胶布,除对上胶量有严格要求外,对它的干湿度控制,也有较为严格要求。否则会给缠绕、热压工序操作带来困难。

浸过胶料的布(或线),因含有较多的水,所以必须要经过干燥,水份含量一般在10%左右,而达到7.5%以下时最好。经干燥后的胶料布(或线),在生产过程中,很有可能出现干燥过头现象,即水份含量在3%以下时,其粘性变差,也就是因粘性较差不能进行缠绕加工操作了,相反如果胶料布干燥的不够,因粘性特强,在缠绕时就容易粘住缠绕机压盘,不好取出缠绕的离合器片的坯型,甚至于缠型也不能正常进行操作。

 生产的无橡胶胶料的布(或线),比较容易出现胶料布(或线)“过干或过湿”现象,对这种现象新工艺确是比较很容易解决的。当胶料布(或线)干燥过了时,可将这种胶料布(或线),再放置一段时间后,因它的吸湿能力较强,也就是极容易吸湿,很快就能适宜进行缠绕操作,或者将其适量喷洒些水;相反胶料布(或线)干燥程度还不够,没达到要求,就再继续进行干燥达到要求或简单的进行凉晒就可以。但对一块干燥过头的胶料布,经过雾天几个小后就可达最佳状态。而过潮的胶料布(或线)在热风条件下,再干燥几十分钟也即可达到缠绕生产工艺要求。相反传统工艺,若一块浸过橡胶的胶布干过了,就基本报废了。

 制成的胶料布,还要制成胶料布条,以便于缠制成型需要。

⑵缠绕坯型的制备

      胶料布手感,以不粘手而又手感较软是最合适进行缠绕操作的。缠制的缠绕坯型与传统工艺缠制的离合器片比较并无多大差别。

用新工艺生产的胶料布(或线)在缠制生产时,使现在采用现用的缠绕机,生产效率不高。主要是存在粘盘,不容易取下坯型。这是新工艺现一大难题。

 ⑶热压

  缠制好后的缠绕坯型,在热压过程中与传统工艺不同的是,由于新工艺中含水量比传统生产工艺的含挥发物量相对的要高,所以采用的热压工艺参数应有所不同,一定要进行调正,制定出符合新工艺热压需要的工艺参数。

由于新工艺生产使用的缠绕坯型中含有较多的水,虽经过干燥处理也相对的说,含水量也较高,达7.5%左右,所以在热压过程中产生大量的汽体,热压放汽次数较多、放汽时间较长。

新工艺压制温度一般控制在160±5℃较好。压力控制在12~20MPa为宜。由于含水量较高,因此需要放汽次数稍多,一般进行四次放汽,每次间隔时间为10~30秒。

⑷热处理操作

无橡胶缠绕离合器片制品的热处理采用了“适温、短时”方式,即热处理最高温度165℃,恒温60分,断电、自行降温至50℃打开,热处理结束。

无橡胶缠绕离合器片新工艺,改变传统生产工艺存在的(高耗、危害)的工艺特征,是不使用橡胶及汽油、、乙醇、甲醇等工艺性消耗材料,走出一条新型的缠绕离合器片生产新路,是一条“以水代油、无胶无害、环保低耗”的新型缠绕离合器面片生产工艺的换代工艺。

生产无橡胶缠绕离合器片新工艺,这品性能已经完全达到现行国家标准与相关的标准的规定。新工艺具有良好的可操作性。通过新工艺批量生产与传统工艺相比的特点是“环保安全、低耗高利”,本工艺生产的产品性能较好,主要表现在高温摩擦性能上,热衰退小、摩擦系数平稳、磨损率较低;采用本工艺生产的产品成本较低、比传统工艺生产成本约降45.8%。而且还节省了大量的汽油、橡胶、酒精等资源,同时制品很少翘曲。

试产表明,无橡胶缠绕离合器片新工艺,对在激烈市场竟争中的受涨价影响的困难企业走出困境,是一个较为理想的途径。                          

⑸热处理操作

离合器片的后处理工艺,包括磨制加工、钻孔、洗片、凉干等处理工艺与传统生产工艺相同。

下图为新工艺产品图。

其主要摩擦性能,按国家行业有关标准QC/T25-2004与QC/T27-2004的规定(经测试结果如下):新工艺产品性能完全达到标准要求。

    新型无橡胶缠绕离合器片待试的样片

QC/T25-2004标准,技术性能完全达到要求。通过试验可见,其摩擦性能稳定,特点是力矩随温度升高降低很小或基本不降低,可从试验中的4000次循环测试扭矩与摩擦系数关系上看出:见下表:

表中可见,在4000次试验过程中所取40个点所连成的线,还是比较平直的。     

经台架试验后的磨损,也是很好的,从下图是经台架试验后的样品磨面状态可以看出。

   新型无橡胶缠绕离合器片台架试验后的样片

样品表面光洁明亮。反映出其具有良好的耐磨性并无起泡、裂纹等现象。

同时,为了试验我们这种新产品可否达到更高温度的使用。又在特改的一台定速试验机上进行了测试,

为进一步检验新产品的性能,我们又委托“国家非金属矿制品质量进行监督检验中心进行检测,经其检验摩擦性能结果如下:

测试条件

摩擦系数

磨损率×10-7Cm3/N.m

100℃

0.44

0.16

150℃

0.45

0.18

200℃

0.46

0.20

250℃

0.45

0.15

300℃

0.43

0.16

350℃

0.40

0.30

经其检测弯曲强度最大应变结果如下:

弯曲强度90.2 N/mm2;最大应变21.9×10-3 mm /mm

 

检测结果说明了产品性能理想。尤其是摩擦性能的稳定性与高温摩擦性能、恢复性能均较理想。说明了“无橡胶缠绕离合器片新工艺产品性能的可靠性。

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