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纸基摩擦材料的真空浸胶
杭州 沈焕榮
浸胶是纸基摩擦材料生产过程中的重要工序，浸胶工艺直接影响到纸基摩擦材料的性能。因为纸基摩擦材料是通过浸胶的工艺将各组分材料链接在一起的，以有机溶剂为载体将粘结材料浸入纸张内部，通过晾干、固化、热压制成纸基摩擦层胚料。
在纸基摩擦材料的组分分类中，把这类摩擦层各组分粘结用的摩擦材料专用粘结剂称为粘结组分(俗称胶),粘结剂要求具有良好的基体亲和力和热固化效果,有较高的耐温性能和热稳定性能,同时具有足够的机械强度和抗老化性能。
一．浸胶原理
浸胶方法基本上可以分为两类，一类是常压浸胶，一类是真空浸胶。常压浸胶设备比较简单，把纸基摩擦材料纸张直接浸入容器内，胶液面完全淹没纸张即可，浸胶时间在1-2小时。由于纸张内部有大量空隙，当胶浸入内部空隙时，空隙中的空气向外排出，因胶有一定的黏度，空气的排出受到较大的阻力，另一方面胶进入空隙时，由于胶的黏度较高具有较高的表面张力和摩擦材料的各组分材料的湿润性能较差，胶浸入空隙也受到阻力，所以常压浸胶尽管时间较长，但是很难使纸张内部浸透。纸张越厚；胶的黏度越高浸胶的效果越差。
在浸胶浸胶过程中。当纸张提出胶液时有一滤胶过程，需要将纸张表面和纸张内部多余的胶液滤干，滤干过程实际就是胶液的流动过程，在常压浸胶过程中，纸张提出胶液时完全暴露在空气中，由于胶液溶剂迅速挥发，使表面胶液迅速凝固，阻止了胶液的流动，使表面和内部的多余胶液不能有效的滤干，结果纸张内部空隙胶过多，使内部孔隙率下降，纸张表面胶过多。如果在密封状态下滤胶，由于容器内的饱和蒸汽压的作用，纸张表面的胶液基本上不挥发，胶液有充分的流动时间，纸张多余的胶液得到充分的滤干。
由于常压浸胶的居多缺点，在生产实践中不断改进，设计出全密封真空浸胶设备。真空浸胶具有较好的气密性，可以使真空度达-0.08Mpa以下（真空表读数）。由于较高的真空度使浸入胶液中的纸张内部空气迅速抽出（此时胶液面产生大量气泡），使胶液因负压而进入纸张空隙，达到纸张的胶液彻底浸透的目的。真空浸胶是密封容器，待浸胶结束（胶液表面没有气泡产生，说明胶已经浸透，浸胶时间大概5-10分钟），胶液从容器底部抽出，此时开始滤胶，由于滤胶过程是在密封容器的饱和蒸汽压中进行，溶剂几乎不挥发，所以纸张表面胶液不会凝固，胶液有较好的流动性而把多余的胶基本滤干。
二．粘结剂
酚醛树脂是一种最典型人工合成树脂,价格低廉,生产工艺和生产设备简单而且具有优异的力学性能,电绝缘性能和良好的成型加工性能,被广泛应用于固结模具、涂附模具、耐温隔热材料、磨料、磨具粘结剂和无石棉摩擦材料等领域。但由于酚醛树脂的结构是酚羟基和亚甲基容易氧化,耐热性能受到影响,用酚醛树脂作为粘结剂制造的纸基摩擦材料往往会产生机械强度低、热分解温度低、噪音大、性能稳定性差等问题。
由于酚醛树脂是较理想的粘结材料,但又存在不足,人们研制了腰鼓壳油改性酚醛树脂改变了这一状况。以腰鼓壳油为改性剂与酚醛树脂化学反应形成交联,由于腰鼓壳油的主要成分是腰鼓酚和是腰鼓酚的衍生物,可以与醛类反应。从而得到腰鼓壳油改性酚醛树脂。在纸基摩擦材料中使用了腰鼓壳油改性酚醛树脂明显改善了摩擦材料的耐热性能,热分解温度可达400℃以上,有效改善了摩擦材料的热衰退现象。韧性增强,抗机械冲击而断裂能力提高,磨耗降低。在摩擦过程中所产生的碳油膜均匀而有韧性,不易破坏。降低噪音,提高摩擦系数的稳定性。实践证明腰鼓壳油改性酚醛树脂在纸基摩擦材料中的综合性能优于酚醛树脂。近年来又研制了三聚氰胺腰鼓壳油改性酚醛树脂,也得到了一些企业的使用。
腰果壳油改性酚醛树脂又称腰果油改性酚醛补强树脂，是红棕色液态或固态半透明物质。固态物的软化点100-108℃。溶于乙醇、醋酸乙酯、甲苯等，不溶于水。固态腰果壳油改性酚醛树脂使用前必须在搅拌桶内加入溶剂进行搅拌,使固体彻底溶解制成液态腰果壳油改性酚醛树脂。液态腰果壳油改性酚醛树脂也不能直接使用，因为固体含量在65%-75%，所以有较高的黏度，流动性和渗透性较差，在浸胶前必须加入适当溶剂进行稀释，稀释程度可以用普通的液体玻璃比重计测量，一般比重计显示刻度为0.88-0.95即可，在实际操作中根据纸基摩擦材料的含胶量来决定黏度，黏度越大纸基摩擦材料的含胶量越大，反之摩擦材料的含胶量越小。
三．含胶量的测定
含胶量是指浸胶后纸张浸入的实际干胶含量,以纸张浸胶前后的增量百分比计算。测定方法如下：
取不小于600cm²的干燥纸张数张（数量越多数据越准确），称重，按常规浸胶工艺经过浸胶、滤胶、晾干、热烘固化、冷却、称重后计算出干胶含量百分比。计算公式：
浸胶后重量-浸胶前重量
干胶含量% = --------------------×100
浸胶后重量
四．浸胶设备
真空浸胶设备由浸胶槽、浸胶槽盖滑道、安全回液罐、真空泵组成，整套设备可以自制，也可以向专业制造商购买。
有两只浸胶槽，浸胶槽底部有管道和转槽阀连接，槽体由8-10毫米钢板焊接制成，法兰焊接后整体加工，由于槽盖较重，需要安装槽盖滑动装置。槽盖还装有两个回弹机构，当法兰螺栓松开后槽盖自动弹起，滑动到两槽中间。槽底的搁架是为了支撑浸胶框与槽底保持距离,便于滤胶,而且不使沉淀物上浮。槽盖一侧装6分三通，一端接放空球阀,另一端接真空阀，用加筋塑料管连接。（下图所示）
真空表

安全回液罐 连接真空泵

真空阀1 真空阀2
放空阀1 放空阀2 观察窗
胶槽1 胶槽2

转胶阀 槽底搁架

纸基浸胶设备示意图
安全回液罐的作用是保护真空泵，因为抽真空时会产生大量气泡，由于气泡不会立刻消失，有时会流入真空泵，引起真空泵故障，因此在真空泵前面安装一个高位罐，罐内有多层网隔离，使胶气泡在此得到缓冲消泡，当关闭真空泵时胶液自动回流至浸胶槽。为了有较好的回流效果, 安全回液罐底部与地面高度不小于1200mm。安全回液罐法兰盖安装真空表，便于操作时观察真空度。
真空泵配用2X-8A，电机功率1.1kw。真空泵出气口用管道接至室外放空。
浸胶槽建议内尺寸长1100×宽450×高800mm。每槽可以浸胶数量为：
1000mm×600mm的纸张120片。每槽每次浸胶ø200mm的纸片1800片，ø120mm的纸片4800片。工作效率高，胶的消耗量为常压浸胶的60%，明显降低浸胶成本。
五.设备安装
如果是购买的设备安装比较容易,关键做好以下几点:
1.保证容器和管道有较好的密封性能,方法是抽真空试验,当真空度达到-0.08Mpa以下，关闭真空泵，真空度保持基本不变，说明密封比较好，否则有漏气现象，需要找出漏气部位修复。
2.调整好浸胶槽盖的滑动机构，使浸胶槽盖滑动灵活，推拉自如。
3.安装好0.5吨电动葫芦，准备好浸胶框的吊钩。
六．操作流程
1.配胶：关闭转胶阀，在浸胶槽1配胶，胶液高度大约是浸胶槽高度的70%,用玻璃比重计测量胶液比重，用稀释剂或原胶调整比重，使胶液比重达到使用要求。
2.浸胶槽1浸胶：将浸胶框吊入浸胶槽1，观察液面是否完全浸没
纸张，如果液面不够需要添加胶液，必须保证纸张完全浸没。拉回槽盖拧紧法兰螺栓，打开真空阀1，其他阀门全部关闭。抽真空,真空度的不断升高时在观察窗中可以观察到胶液表面产生大量气泡,大约5-10分钟气泡逐渐消退,直至基本无气泡产生,说明纸张的胶已浸透。
3. 滤胶：关闭真空泵，打开真空阀2、放空阀1（注意放空阀要慢慢打开）。关闭真空阀1、放空阀2。然后打开转胶阀。启动真空泵。在浸胶槽2的观察窗中观察到胶液有翻滚现象说明胶液已经抽到浸胶槽2。先关闭转胶阀和放空阀1，后关闭真空泵。浸胶后的纸张在密封状态下滤胶，滤胶过程大约20-30分钟。
4.浸胶槽2浸胶：在滤胶的同时，打开放空阀2，松开浸胶槽2法兰螺栓，移开浸胶槽盖。吊入已经装好纸张的另一个浸胶框。添加胶液至纸张全部浸没，移回法兰盖，拧紧法兰螺栓，关闭放空阀2，启动真空泵，浸胶槽2开始浸胶。重复以上过程两浸胶槽交替进行。
5.纸张晾干：打开浸胶槽盖，吊出浸胶框，纸张与铁丝网一起放到晾干车上。（晾干车是20层左右，可以推动）
七．浸胶框装纸的方法
浸胶框是一个无盖的焊接框架，一侧面可以打开，打开的侧面朝上，装框的方法是一层铁丝网一层纸，装满框后，把打开的侧面合上固定，吊装时开口面朝上，相当于转动了90°。实际上就是平着装框，垂直浸胶。垂直浸胶有利于胶液的进入和滤干。
铁丝网建议使用市购的铁丝网，宽度1000mm，铁丝直径1.2mm，孔
径10×10mm以上。裁剪宽度600mm。裁剪边缘用切割烧平，感觉不扎
手为合格。数量根据生产量而定。
以上方法是经过多年实践，证明该设备具有操作方便，生产效率高，原材料消耗低等优点，推荐给从事纸基摩擦材料生产和研究的朋友参考共享。欢迎共同探讨。
2014-10-10
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