本发明涉及矿井提升机制动闸瓦技术领域，具体涉及一种高性能矿井提升机树脂基闸瓦材料及其制备方法。
背景技术：
目前，矿井提升机是深地资源勘查开采过程中必不可少的工程机械。它是矿山井下生产系统和地面工业广场相联结的枢纽，是矿山运输的咽喉，在矿山生产的全过程中占有极其重要的地位。制动装置作为提升机最后一道也是最关键的安全保障设备，是提升机不可缺少的重要组成部分。制动装置能否安全有效地工作，直接关系到提升机的安全运行，从而对全矿的生产乃至人员的生命安全都有重要影响。
国内外矿井提升速度高达16m/s、提升载荷重达60t、提升高度深至1000m，使得制动工况非常恶劣。随着矿井生产的大型化、高速化、高产化发展，矿井提升机的提升速度、提升载荷和提升高度还将进一步增大(提升速度20m/s、提升载荷100t、提升高度2000m)，提升机制动系统需要提供更大的制动力矩以保证制动过程的安全。然而，高速、重载提升工况导致紧急制动过程中制动器闸盘-闸瓦之间的高速、大比压和高温制动工况，导致闸盘和闸瓦材料的摩擦学性能劣化、噪音和振动等现象，甚至引发过卷或蹲罐等恶性安全事故，进而影响矿井提升安全。因此，研制一种高摩擦性能的矿井提升机树脂基制动闸瓦材料配方及其制备方法，对提高深部矿井提升机制动安全性和可靠性至关重要。
然而现有提升机闸瓦材料存在摩擦系数低、摩擦性能不稳定以及在高制动能量密度下会发生明显的摩擦学性能衰退等现象，限制了深井提升的制动安全性和可靠性。
技术实现要素：
为克服制动闸瓦材料在高速、大比压制动工况下的性能劣化现象，本发明提供了一种高性能矿井提升机树脂基闸瓦材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种高性能矿井提升机树脂基闸瓦材料，其组分包括粘结剂、增强纤维以及填料，其中，
所述粘结剂包括酚醛树脂和丁腈橡胶，所述增强纤维包括氧化铝陶瓷纤维、硅藻土、玻璃纤维、海泡石、硅灰石、碳纤维，所述填料包括硬脂酸、导电炭黑、硫酸钡、石墨、蛭石粉、石墨烯、锆英石、人造云母、高岭土、三氧化二锑、氧化铅；
所述闸瓦材料中各组分的百分比含量如下：酚醛树脂7.9％～10％、丁腈橡胶3％～3.9％、蛭石粉3.9％～5％、导电炭黑2.1％～2.7％、氧化铝陶瓷纤维8.5％～10.8％、石墨1.21％～1.54％、海泡石7％～8.9％、硅灰石15.5％～19.7％、硫酸钡8.5％～10.8％、硅藻土6.4％～8.1％、石墨烯0％～6.5％、碳纤维0％～6.5％、玻璃纤维6.5％～9.7％、硬脂酸1.54％、锆英石4.46％、人造云母3.72％、高岭土2.87％、三氧化二锑2.68％、氧化铅1.94％。
一种高性能矿井提升机树脂基闸瓦材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：根据各组分的百分比含量，使用电子天平称取所需重量并放入容器中；
(2)混料：将组分倒入全方位行星球磨机中，以350r/min的转速沿顺时针方向搅拌5min；再以350r/min的转速沿逆时针方向搅拌5min；反复4次后得到混料；
(3)压制成型：将平板硫化机加热板温度和气压分别调至160℃和32mpa，等待加热板升温至160℃；将装有混料的热压模具放于平板硫化机下压板上，启动加压开关，对混料进行两次预压并排气，保压时间10s；预压结束后，持续加热并保压25min后停止，关闭加热开关，待模具降温至80℃时脱模，去除毛刺和飞边得到闸瓦材料毛坯；
(4)制样：利用制样机将闸瓦材料毛坯加工成标准形状以制得闸瓦材料。
为本技术方案优选的是，所述制样机为xdz-b型摩擦材料制样机。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：
1、本发明以酚醛树脂和丁腈橡胶为粘结剂，加入氧化铝陶瓷纤维、玻璃纤维和碳纤维作为增强纤维强化了闸瓦材料，提高了硬度以及耐磨损率。
2、本发明加入石墨烯作为填料，增大了闸瓦材料的摩擦系数，并且降低了闸瓦材料的磨损率以及摩擦面温升率。
3、本发明制备的闸瓦材料，平均摩擦系数高于普通闸瓦，摩擦系数稳定且磨损率较低，并且没有明显的热衰退现象。
4、本发明的闸瓦材料制备过程中采用相反方向的搅拌方式，使闸瓦材料的混料组成均匀以获得性能更加稳定的闸瓦材料。
附图说明
图1为本发明制备闸瓦材料的工艺流程图；
图2为实施例1中分组(a)的制动工况下摩擦学性能测试图；
图3为实施例1中分组(b)的制动工况下摩擦学性能测试图；
图4为实施例1中分组(c)的制动工况下摩擦学性能测试图；
图5为实施例1中分组(d)的制动工况下摩擦学性能测试图；
图6为实施例1中分组(e)的制动工况下摩擦学性能测试图；
图7为实施例1中分组(f)的制动工况下摩擦学性能测试图；
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例来进一步说明本发明的具体内容。
一种高性能矿井提升机树脂基闸瓦材料，其组分包括粘结剂、增强纤维以及填料，其中，
所述粘结剂包括酚醛树脂和丁腈橡胶，所述增强纤维包括氧化铝陶瓷纤维、硅藻土、玻璃纤维、海泡石、硅灰石、碳纤维，所述填料包括硬脂酸、导电炭黑、硫酸钡、石墨、蛭石粉、石墨烯、锆英石、人造云母、高岭土、三氧化二锑、氧化铅；
所述闸瓦材料中各组分的百分比含量如下：酚醛树脂7.9％～10％、丁腈橡胶3％～3.9％、蛭石粉3.9％～5％、导电炭黑2.1％～2.7％、氧化铝陶瓷纤维8.5％～10.8％、石墨1.21％～1.54％、海泡石7％～8.9％、硅灰石15.5％～19.7％、硫酸钡8.5％～10.8％、硅藻土6.4％～8.1％、石墨烯0％～6.5％、碳纤维0％～6.5％、玻璃纤维6.5％～9.7％、硬脂酸1.54％、锆英石4.46％、人造云母3.72％、高岭土2.87％、三氧化二锑2.68％、氧化铅1.94％。
本发明还提供了了一种高性能矿井提升机树脂基闸瓦材料的制备方法，如图1所述，包括以下步骤：
(1)配料：根据各组分的百分比含量，使用电子天平称取所需重量并放入容器中；
(2)混料：将组分倒入全方位行星球磨机中，以350r/min的转速沿顺时针方向搅拌5min；再以350r/min的转速沿逆时针方向搅拌5min；反复4次后得到混料；
(3)压制成型：将平板硫化机加热板温度和气压分别调至160℃和32mpa，等待加热板升温至160℃；将装有混料的热压模具放于平板硫化机下压板上，启动加压开关，对混料进行两次预压并排气，保压时间10s；预压结束后，持续加热并保压25min后停止，关闭加热开关，待模具降温至80℃时脱模，去除毛刺和飞边得到闸瓦材料毛坯；
(4)制样：利用制样机将闸瓦材料毛坯加工成标准形状以制得闸瓦材料。
进一步的，所述制样机为xdz-b型摩擦材料制样机。
实施例1：
将原材料按如下的质量百分比取各组分：酚醛树脂9.41％、丁腈橡胶3.24％、蛭石粉4.21％、导电炭黑2.27％、氧化铝陶瓷纤维9.06％、石墨1.29％、海泡石7.44％、硅灰石16.50％、硫酸钡9.06％、硅藻土6.80％、石墨烯6.47％、碳纤维3.24％、玻璃纤维6.47％、硬脂酸1.54％、锆英石4.46％、人造云母3.72％、高岭土2.87％、三氧化二锑2.68％、氧化铅1.94％。
将组分倒入全方位行星球磨机中，以350r/min的转速沿顺时针方向搅拌5min；再以350r/min的转速沿逆时针方向搅拌5min；反复4次后得到混料。将平板硫化机加热板温度和气压分别调至160℃和32mpa，等待加热板升温至160℃；将装有混料的热压模具放于平板硫化机下压板上，启动加压开关，对混料进行两次预压并排气，保压时间10s；预压结束后，持续加热并保压25min后停止，关闭加热开关，待模具降温至80℃时脱模，去除毛刺和飞边得到闸瓦材料毛坯。利用xdz-b型摩擦材料制样机将闸瓦材料毛坯加工成标准形状以制得闸瓦材料。所得闸瓦材料的密度为2.17g/cm3,硬度为74.19hrm，弹性模量为839.36mpa，泊松比为0.218。
将闸瓦用自制缩比矿井提升机制动器试验机进行如表1所示不同制动工况下的摩擦学性能测试，摩擦系数与摩擦盘温升如图2所示，可以看出本闸瓦材料在不同的制动工况下摩擦系数稳定，且摩擦盘没有出现明显的热衰退现象，因此能够满足深井提升安全制动的要求。
表1闸瓦在不同工况下摩擦学性能测试分组
实施例2：
将原材料按如下的质量百分比取各组分：酚醛树脂8.1％、丁腈橡胶3.22％、蛭石粉4.08％、导电炭黑2.56％、氧化铝陶瓷纤维8.61％、石墨1.49％、海泡石7.22％、硅灰石16.41％、硫酸钡10.25％、硅藻土6.55％、石墨烯3.25％、碳纤维4.51％、玻璃纤维6.53％、硬脂酸1.54％、锆英石4.46％、人造云母3.72％、高岭土2.87％、三氧化二锑2.68％、氧化铅1.94％。制备方法与实施例1相同，所制备出的闸瓦材料摩擦系数为0.41，比磨损率为1.27×10-7cm3/(n·m)，此处不再详细列图。
实施例3：
将原材料按如下的质量百分比取各组分：酚醛树脂9.67％、丁腈橡胶3.72％、蛭石粉4.83％、导电炭黑2.60％、氧化铝陶瓷纤维10.41％、石墨1.49％、海泡石8.55％、硅灰石18.96％、硫酸钡10.41％、硅藻土7.81％、石墨烯3.72％、硬脂酸1.54％、锆英石4.46％、人造云母3.72％、高岭土2.87％、三氧化二锑2.68％、氧化铅1.94％。制备方法与实施例1相同，所制备出的闸瓦材料摩擦系数为0.49，比磨损率为1.42×10-7cm3/(n·m)，此处不再详细列图。
实施例4：
将原材料按如下的质量百分比取各组分：酚醛树脂9.32％、丁腈橡胶3.58％、蛭石粉4.66％、导电炭黑2.51％、氧化铝陶瓷纤维10.04％、石墨1.43％、海泡石8.24％、硅灰石18.28％、硫酸钡10.04％、硅藻土7.53％、玻璃纤维7.17％、硬脂酸1.54％、锆英石4.46％、人造云母3.72％、高岭土2.87％、三氧化二锑2.68％、氧化铅1.94％。制备方法与实施例1相同，所制备出的闸瓦材料摩擦系数为0.44，比磨损率为1.15×10-7cm3/(n·m)，此处不再详细列图。
实施例5：
将原材料按如下的质量百分比取各组分：酚醛树脂10％、丁腈橡胶3.88％、蛭石粉4.01％、导电炭黑2.61％、氧化铝陶瓷纤维10.20％、石墨1.52％、海泡石6％、硅灰石19.7％、硫酸钡10.32％、硅藻土8.05％、碳纤维6.5％、硬脂酸1.54％、锆英石4.46％、人造云母3.72％、高岭土2.87％、三氧化二锑2.68％、氧化铅1.94％。制备方法与实施例1相同，所制备出的闸瓦材料摩擦系数为0.45，比磨损率为1.52×10-7cm3/(n·m)，此处不再详细列图。
以上所述的仅为本发明的优选实施方式，不应作为本发明的限制所在。
1.一种高性能矿井提升机树脂基闸瓦材料，其特征在于：其组分包括粘结剂、增强纤维以及填料，其中，
所述粘结剂包括酚醛树脂和丁腈橡胶，所述增强纤维包括氧化铝陶瓷纤维、硅藻土、玻璃纤维、海泡石、硅灰石、碳纤维，所述填料包括硬脂酸、导电炭黑、硫酸钡、石墨、蛭石粉、石墨烯、锆英石、人造云母、高岭土、三氧化二锑、氧化铅；
所述闸瓦材料中各组分的百分比含量如下：酚醛树脂7.9%~10%、丁腈橡胶3%~3.9%、蛭石粉3.9%~5%、导电炭黑2.1%~2.7%、氧化铝陶瓷纤维8.5%~10.8%、石墨1.21%~1.54%、海泡石7%~8.9%、硅灰石15.5%~19.7%、硫酸钡8.5%~10.8%、硅藻土6.4%~8.1%、石墨烯0%~6.5%、碳纤维0%~6.5%、玻璃纤维6.5%~9.7%、硬脂酸1.54%、锆英石4.46%、人造云母3.72%、高岭土2.87%、三氧化二锑2.68%、氧化铅1.94%。
2.一种根据权利要求1所述的高性能矿井提升机树脂基闸瓦材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）配料：根据各组分的百分比含量，使用电子天平称取所需重量并放入容器中；
（2）混料：将组分倒入全方位行星球磨机中，以350r/min的转速沿顺时针方向搅拌5min；再以350r/min的转速沿逆时针方向搅拌5min；反复4次后得到混料；
（3）压制成型：将平板硫化机加热板温度和气压分别调至160℃和32mpa，等待加热板升温至160℃；将装有混料的热压模具放于平板硫化机下压板上，启动加压开关，对混料进行两次预压并排气，保压时间10s；预压结束后，持续加热并保压25min后停止，关闭加热开关，待模具降温至80℃时脱模，去除毛刺和飞边得到闸瓦材料毛坯；
（4）制样：利用制样机将闸瓦材料毛坯加工成标准形状以制得闸瓦材料。
3.根据权利要求2所述的高性能矿井提升机树脂基闸瓦材料的制备方法，其特征在于：所述制样机为xdz-b型摩擦材料制样机。
技术总结