复合改性酚醛树脂基摩擦制动材料的制备与表征

刘渊，杜婕，罗军，曾雪玫，冯晓琴

（贵阳学院材料磨损与腐蚀防护贵州省高校工程研究中心，贵州贵阳，550005；2.贵州理工学院化学工程学院，贵州贵阳，550003）

复合改性酚醛树脂基摩擦制动材料的制备与表征

刘渊1，杜婕1，罗军1，曾雪玫1，冯晓琴2

（贵阳学院材料磨损与腐蚀防护贵州省高校工程研究中心，贵州贵阳，550005；2.贵州理工学院化学工程学院，贵州贵阳，550003）

酚醛树脂主要用于制造各种塑料、涂料、胶黏剂及合成纤维等。本论文中使用腰果壳酚和环氧树脂对酚醛树脂进行复合改性，并以该复合改性树脂为基体制备了连续纤维增强摩擦材料。并利用TG对复合改性树脂的热性能进行了表征，利用chase摩擦试验机，对摩擦制动材料的摩擦性能进行了表征。TG测试表明，复合改性树脂在400°C才开始失重，但失重速率较大；chase摩擦磨损测试表明，以复合改性树脂为基体制备的摩擦材料其摩擦系数可以稳定在0.45以上。

酚醛树脂；胶粘剂；改性；摩擦材料

1.前言

酚醛树脂主要用于制造各种塑料、涂料、胶黏剂及合成纤维等。以酚醛树脂（主要是热固性酚醛树脂）溶液浸渍各种纤维及其织物，经干燥、压制成型的各种增强塑料是重要的工业材料。其中，以玻璃纤维、石英纤维及其织物增强的酚醛塑料主要用于制造各种制动器摩擦片，因此酚醛树脂的性能对摩擦材料的性能有很大影响[1-5]。

为了克服传统酚醛树脂的脆性较大、低交联度时耐热性不佳、有游离甲基和游离酚的释放等缺陷[6-10]，本文尝试使用环氧树脂与腰果壳酚对酚醛树脂进行复合改性以期获得适用于制备摩擦制动材料的酚醛胶粘剂。

2 实验部分

2.1 实验原料

苯酚，分析纯，重庆川东化工（集团）有限公司；甲醛(37%)，分析纯，重庆川东化工（集团）有限公司；腰果壳酚，工业级，上海渤瑞生物科技有限公司；环氧E44，工业级，岳阳中展科技有限公司；白炭黑，工业级，贵阳天龙冒出有限公司提供；碳化硅，工业级，贵阳天龙摩擦材料有限公司提供；无水乙醇，分析纯，重庆川东化工（集团）有限公司。

2.2 实验仪器

数显增力搅拌，G120-S，江苏江阴保利科研器械有限公司；旋转蒸发仪，RE52CS-1，上海亚荣生化仪器厂；真空干燥箱，DZF-6050，上海科升仪器有限公司；TG，STA-200，南京大展机电技术研究所；chase摩擦试验机，XYC-A，西安明克斯检测设备有限公司；万分之一天平，BSA-124S，赛多利斯科学仪器(北京)有限公司。

2.3 复合改性树脂的制备

将融化后的苯酚称量后加入带有强力搅拌的四口瓶中，然后按甲醛与苯酚物质的量之比为1.2:0.6加入甲醛。打开搅拌器，保持四口瓶内温度为50℃，搅拌0.5h使苯酚与甲醛混合均匀后开始滴加15g的氨水，滴加完毕后升温至60℃。待体系变浑浊后加入0.4m ol的腰果壳酚，并继续滴加另外15g氨水，滴完完毕升温至℃，并加入一定量的环氧E-44，保温2h，停止加热。将产物减压蒸馏，直至无冷凝水流到收集瓶中。待温度冷却至℃以下，加入计量的乙醇，调节至适当的固含量，待用。

2.4 复合改性树脂的固化

取一定量的酚醛预聚体，置于聚四氟乙烯坩埚内，并将后者置于真空干燥箱内，开启循环水泵，待真空干燥箱的真空度达到0.02M Pa时，采用阶梯式升温的方式固化酚醛预聚体。具体固化工艺如下：从80℃开始，温度每升高10℃，保温1h，当温度升至160℃保温1h后，结束固化。

2.5 改性树脂基摩擦材料的制备

将占改性树脂总量2%的白炭黑及碳化硅加入改性树脂中并搅拌均匀，并利用其将纤维增强材料浸泡30m in。随后，将浸泡后的材料在平板硫化机内热压成型。

2.6 热失重分析(T G)

取一定质量固化后的酚醛树脂，在南京大展机电技术研究所的TG仪上进行测试，仪器型号为STA-200，实验条件为，氮气流(25m L/m in)保护，从室温升温至600度，升温速率为10°C /m in，恒温10m in。

2.7 摩擦磨损测试

将改性树脂基复合材料在chase摩擦试验机上，按照SAE-J661标准进行摩擦磨损测试。

3.结果与讨论

3.1 复合改性树脂热失重分析

图3.1 复合改性酚醛树脂的热失重曲线

从图3.1中可以看出复合改性树脂的热分解峰值温度为450℃，其在300℃以下几乎不发生分解，适合用于摩擦制动材料的粘接剂。

3.2 改性树脂基摩擦材料的摩擦磨损性能

图3.2是以复合改性树脂为基体所制备的摩擦制动材料的摩擦磨损曲线。

从图3.2中可以看出，摩擦材料的初始摩擦系数高达0.64，而经过10个完整的测试循环后降至0.54，但此后在整个试样过程中摩擦系数均稳定在0.55左右，摩擦系数的稳定性较好。

图3.1 复合改性酚醛树脂热失重曲线Fig.3.1 TG graph of modified phenolic resin

4.结论

(1) 复合改性树脂耐热性良好，在400°C才开始失重，但其失重速率较大。

(2) 以复合改性树脂为基体制备的摩擦材料其摩擦系数可以稳定在0.45以上。

[1]车剑飞, 肖迎红, 陆怡平, 等.纳米粒子改性硼酚醛树脂的研究[J].塑料工业, 2001, 29(6): 17- 18.

[2]林荣会, 都英欣, 邵艳霞, 等.纳米铜改性酚醛树脂及其应用性能[J].复合材料学报, 2004, 21(6):114-118.

[3]伍林, 欧阳兆辉, 曹淑超, 等.煤焦油改性酚醛树脂研究[J].化工科技, 2005, 13(4): 17-19.

图3.2 改性树脂基摩擦材料摩擦系数曲线Fig.3.2 Graph of friction coefficient of brake friction material

[4]周太炎, 王哲, 等.环氧改性酚醛树脂的合成与研究[J].石油化工, 2012, 41(5): 583-587.

[5]张双庆, 强敏, 林慧珊.热固性钼酚醛树脂的合成工艺研究[J].武汉科技大学学报, 2001, 26(4): 370-373.

[6]陈敏, 汪建敏, 袁新华.摩擦材料用亚麻油改性酚醛树脂的试验[J].机械工程学报, 2008, 44(8): 190-194.

[7]周元康, 张大斌, 曾立宏, 等.坡缕石纳米/酚醛树脂的制备及其摩擦材料的性能[J].润滑与密封, 2008, 4(4): 47-50.

[8]庄光山, 王成国, 王海庆, 等.橡胶改性酚醛树脂摩擦材料的研究[J].2013, 50(7): 407-410.

[9]欧阳兆辉, 伍林, 易德莲, 等.钼改性酚醛树脂粘合剂的研究[J], 化工进展, 2005, 24(8): 901-904.

[10]王继刚, 郭全贵, 刘朗, 等.陶瓷改性酚醛树脂粘接剂的高温性能[J], 机械工程材料, 2005, 29(2): 24-26.

Preparation and Characterization of Brake Friction MCompound Modified Phenolic Resin

Liu Yuan1,Du Jie1,Luo Juna,ZENG Xue-mei1,FENG Xiao-qin2
（1.Engineering Research Center for Materials Protection of Wear and Corrosion of Guizhou Province, University of Guizhou Province, Guiyang University, 550005； 2.School of Chmical Engineering, Guizhou Institute of Technology, Guiyang City,Guizhou Province,550003）

phenolic resin has been employed to prepare a variety of coatings, plastics, adhesives and fibres.In the paper a phenolic resin was modified by cardanol and epoxy resin compound.Moreover, based on the modified phenolic resin, a brake friction material reinforced by continuous fibers was prepared.The thermal property of modified resin was characterized by TG, and the friction property by chase friction test machine.It was discovered from TG test that modified phenolic resin started to lose weight at more than 400°C； the chase friction test showed that the friction coefficient kept at 0.45 steadily.

Phenolic resin； Adhesive； Modification； Friction materials