本发明属于摩擦材料领域，涉及一种高阻尼树脂基摩擦材料及制备方法。
背景技术：
摩擦材料是制动装置或运载机械传动的关键部件，主要功能是通过摩擦来吸收汽车动能转化成其他形式的能，达到制动和减速的作用。树脂基摩擦材料主要由树脂粘结剂、增强纤维、摩擦性能调节剂、填料等组分及其它配合剂组成，具有良好的摩擦系数、耐磨性、一定的耐热性与机械强度，被广泛应用于摩托车、卡车、汽车、石油钻机、矿山机械、农用车辆等各类工程机械及设备当中。
随着汽车工业的不断进步，人们对制动衬片的安全性、平稳性和舒适性提出了更高的要求。制动过程中产生的振动和噪音是影响零部件的寿命和制动舒适性的一个重要因素，解决制动振动和噪音一直是研究人员关注的重点之一。
文献1“专利公开号是cn104109342a的中国专利”公开了一种低噪音、抗热衰退树脂基摩擦材料。该发明选取焦炭、膨胀蛙石和硅藻土作为混杂填料，利用其特殊的多孔及层状结构作为降噪改性剂。结果表明随着上述三种填料的增多，噪音水平有所降低，但层片状材料的引入使摩擦系数出现不同程度的下降，制动效率降低，而多孔结构容易导致复合材料的强度降低。
文献2“专利公开号是cn109707773b的中国专利”制备了一种三层组份的低噪音鼓式摩擦片，包括面料层、减振层及底料层；所述减振层按重量份包括酚醛树脂3～5份、降噪粒子70～80份、麻纤维5～10份及丁腈橡胶5～10份。该发明通过中间减振层的作用，有效的吸收振动能量，降低系统的激励源，具备了良好的消音降噪效果。该发明制备步骤为将混合好的底料层，减振层和面料层预混料按照重量比依次投入到热压模具，进行热压成型，但存在制备步骤相对复杂，材料均匀性难以控制等问题。
目前的摩擦材料减振降噪思路主要有两个方面：一是添加吸声填料，但吸声材料多为多孔状结构，对复合材料力学性能有所影响；二是添加外部构件或改变自身结构，制备工艺相对复杂，制造成本增高。因此，亟需从新的角度入手降低摩擦材料制动过程中的振动和噪音。阻尼技术是工程领域中常用的减振降噪的有效手段，利用材料的阻尼特性可以将机械振动和声振的能量转变成热能或其他可以耗损的能量，从而达到减振降噪的目的。因此，同时提升摩擦材料阻尼及摩擦磨损性能是高性能摩擦材料的发展方向之一。
技术实现要素：
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种高阻尼树脂基摩擦材料及制备方法。
技术方案
一种高阻尼树脂基摩擦材料，其特征在于原料组分的重量份为：13％～18％的酚醛树脂、15％～20％的聚丙烯腈碳纤维、40％～60％的摩擦性能调节剂和3％～17％的阻尼硅橡胶；所述阻尼硅橡胶为高温硫化硅橡胶，橡胶烃含量大于40％。各组份的重量百分比之和为100％。
所述聚丙烯腈基碳纤维的长度为100μm。
所述酚醛树脂包括但不限于：腰果油改性酚醛树脂、硼改性酚醛树脂或钡酚醛树脂。
所述摩擦性能调节剂包括但不限于：硫酸钙晶须、氧化铝、硫酸钡、铬铁矿、硅藻土、萤石粉中的一种或者几种。
所述摩擦性能调节剂为粒度在100～300目颗粒材料。
所述摩擦性能调节剂为100～300目颗粒材料与500～1500目的颗粒材料以及不同粒度的摩擦性能调节剂的混合体。
一种制备所述高阻尼树脂基摩擦材料的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将13％～18％的酚醛树脂、15％～20％的聚丙烯腈碳纤维、40％～60％的摩擦性能调节剂和3％～17％的阻尼硅橡胶搅拌混合后放入模具内；
所述阻尼硅橡胶为高温硫化硅橡胶，橡胶烃含量大于40％；
所述纤维为聚丙烯腈基碳纤维经高速混料机切削后长度为100μm；
步骤2：将压模预热到150～160℃，准备压制；
步骤3：进行压制，工艺条件为：压制温度160～180℃，压制压力5～6mpa，保温保压时间600～900s，每50秒放气一次；
步骤4：将压制好的制品试样放到烘箱中，温度升至120～130℃，保温60～80min；升温至140～150℃，保温90～100min；升温至160～170℃，保温120～130min；升温至180～200℃，保温50～60min；冷却至室温得到高阻尼树脂基摩擦材料。
有益效果
本发明提出的一种高阻尼树脂基摩擦材料及制备方法，将高阻尼硫化硅橡胶同其他材料高速搅拌均匀后，经过模具填充、热压、打磨，最终得到树脂基摩擦材料。发明的高阻尼硅橡胶改性树脂基摩擦材料，阻尼损耗因子提高，可以缓和冲击，减弱振动，降低制动过程中的噪音水平，提高乘车舒适性，减少环境噪音污染。同时本发明的摩擦材料具有磨损率低，摩擦系数高且平稳等优点。
加入粘结酚醛树脂树脂可以增加摩擦材料表面的贴合性，有利于减少制动过程中的振动。摩擦性能调节剂具有稳定性好、硬度适中的特点，可以保持摩擦材料与对偶匹配性，降低制动过程中摩擦材料损伤，避免制动咬死、打滑等产生的各种噪音。
尤其是阻尼硅橡胶为高温硫化硅橡胶，是硅胶胶中加入硫化剂等配合剂后，经加热使橡胶分子产生交联反应，具有良好的阻尼特性，优异的耐高低温性能，能在-90℃～ 350℃状态下长期工作。
本发明通过简易高效的共混方法，在树脂基摩擦材料中引入阻尼硅橡胶，一方面利用硅橡胶高阻尼特性，提升摩擦材料的阻尼损耗因子，增强能量耗散能力，减轻制动过程中的振动和噪音水平，振动平稳性最高提升39％，噪音降低2～3db；另一方面，硅橡胶改性后增强了材料韧性，复合材料剪切断裂模式由脆性逐渐转变为韧性，减少了制动过程中微裂纹的产生与扩展，减轻了摩擦材料的疲劳磨损，提升了制动稳定性，摩擦磨损性能增强：摩擦系数为0.36～0.39，稳定系数达到80％以上，体积磨损率最优降低28.6％。
附图说明
图1为不同实例剪切性能曲线图；
图2为不同实例磨后材料表面微观形貌图(其中a为对比例，b,c,d分别为实例1,2,3)。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实例1：
一种高阻尼树脂基摩擦材料，按照质量百分比包括如下组分：酚醛树脂：13％～18％、聚丙烯腈碳纤维：15％～20％、摩擦性能调节剂：40％～60％、阻尼硅橡胶含量：3％～6％。
步骤1:将酚醛树脂、纤维、摩擦性能调节剂以及阻尼硅橡胶按照质量百分比称重，投入高速混料机中进行搅拌，达到均匀混合后放入模具内；
步骤2:将压模预热到150～160℃，准备压制；
步骤3:压制工艺条件为：压制温度160℃，压制压力5mpa，保温保压时间600s，每50秒放气一次；
步骤4:将压制好的制品试样放到烘箱中，温度升至120℃，保温60min；升温至140℃，保温90min；升温至160℃，保温120min；升温至180℃，保温60min；冷却至室温。
实例2：
一种高阻尼树脂基摩擦材料，按照质量百分比包括如下组分：酚醛树脂：13％～18％、聚丙烯腈碳纤维：15％～20％、摩擦性能调节剂：40％～55％、阻尼硅橡胶含量：9％～12％；所述材料的制备方法如实例1所述。
实例3：
一种高阻尼树脂基摩擦材料，按照质量百分比包括如下组分：酚醛树脂：13％～18％、聚丙烯腈碳纤维：15％～20％、摩擦性能调节剂：40％～50％、阻尼硅橡胶含量：13％～16％；所述材料的制备方法如实例1所述。
对比例：
对比例未添加阻尼硅橡胶，按照质量百分比包括如下组分：酚醛树脂：13％～20％、聚丙烯腈碳纤维：15％～20％、摩擦性能调节剂：40％～65％；为了具有对比性，对比例制备方法同以上实例。
为了验证本发明的效果，将实施例制备的摩擦材料与对比例式样进行剪切性能测试、摩擦磨损实验，动态热机械分析和微观形貌观察，并使用加速度感应装置记录制动过程中法向加速度的变化来反应振动水平，利用声级计记录声压级反应噪音水平。
本发明的高阻尼树脂基摩擦材料的摩擦磨损性能对比实验结果见下表1：
表1摩擦性能对比实验结果
摩擦磨损性能对比实验结果表明，本发明的摩擦材料摩擦系数稳定性提升明显，实例1和2表现出较高的摩擦系数和较低的磨损率，具有优异的摩擦学性能。
本发明的高阻尼树脂基摩擦材料的阻尼损耗因子对比实验结果见下表2：
表2阻尼特性对比试验结果
从阻尼损耗因子测试实验结果来看，阻尼硅橡胶含量增加可以提升损耗因子，有利于对制动过程中能量的耗散。
本发明的本发明的高阻尼树脂基摩擦材料的振动水平利用制动过程中法向加速度变化的方差来定量表征，噪音水平利用声压级平均值定量表征，实验结果见下表3：
表3振动与噪音水平对比实验结果
从振动与噪音测试实验结果来看，加入阻尼硅橡胶后，制动过程中的振动和噪音水平有了一定程度改善。
1.一种高阻尼树脂基摩擦材料，其特征在于原料组分的重量份为：13％～18％的酚醛树脂、15％～20％的聚丙烯腈碳纤维、40％～60％的摩擦性能调节剂和3％～17％的阻尼硅橡胶；所述阻尼硅橡胶为高温硫化硅橡胶，橡胶烃含量大于40％。
2.根据权利要求1所述高阻尼树脂基摩擦材料，其特征在于：所述聚丙烯腈基碳纤维的长度为100μm。
3.根据权利要求1所述高阻尼树脂基摩擦材料，其特征在于：所述酚醛树脂包括但不限于：腰果油改性酚醛树脂、硼改性酚醛树脂或钡酚醛树脂。
4.根据权利要求1所述高阻尼树脂基摩擦材料，其特征在于：所述摩擦性能调节剂包括但不限于：硫酸钙晶须、氧化铝、硫酸钡、铬铁矿、硅藻土、萤石粉中的一种或者几种。
5.根据权利要求1或4所述高阻尼树脂基摩擦材料，其特征在于：所述摩擦性能调节剂为粒度在100～300目颗粒材料。
6.根据权利要求1或4所述高阻尼树脂基摩擦材料，其特征在于：所述摩擦性能调节剂为100～300目颗粒材料与500～1500目的颗粒材料以及不同粒度的摩擦性能调节剂的混合体。
7.一种制备权利要求1～6任一项所述高阻尼树脂基摩擦材料的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将13％～18％的酚醛树脂、15％～20％的聚丙烯腈碳纤维、40％～60％的摩擦性能调节剂和3％～17％的阻尼硅橡胶搅拌混合后放入模具内；
所述阻尼硅橡胶为高温硫化硅橡胶，橡胶烃含量大于40％；
所述纤维为聚丙烯腈基碳纤维经高速混料机切削后长度为100μm；
步骤2：将压模预热到150～160℃，准备压制；
步骤3：进行压制，工艺条件为：压制温度160～180℃，压制压力5～6mpa，保温保压时间600～900s，每50秒放气一次；
步骤4：将压制好的制品试样放到烘箱中，温度升至120～130℃，保温60～80min；升温至140～150℃，保温90～100min；升温至160～170℃，保温120～130min；升温至180～200℃，保温50～60min；冷却至室温得到高阻尼树脂基摩擦材料。
技术总结