【正文】 ，隨著現(xiàn)代摩擦材料的迅速發(fā)展，高性能的摩擦材料要求樹脂的粘結(jié)效率高，綜合性能好。其中摩擦材料在各種工況中的制動性能，入原始磨合特性，高溫時的抗熱衰退性能，恢復(fù)特性，壓力和速度特性等，均有很高的要求。近幾年來國外比較先進(jìn)的工藝、原材料、 配方理論相繼登陸我國，許多外國摩擦材料公司紛紛在我國搶灘，國外企業(yè)不可避 免要與國外企業(yè)競爭。因此使用新材料、新工藝、新的評估方法，是研究人員永久的課題。用改性樹脂制造的摩擦材料其摩擦性能與國外的C H 3 ( C H 2 ) 3C H 3 ( C H 2 ) 3C H 3 ( C H 2 ) 3C HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC H( C H 2 ) 7( C H 2 ) 7( C H 2 ) 7C O O C H 2C O O C H 2C O O C H 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 材料相接近，磨損接近或低一些。其摩擦穩(wěn)定性比較好。丁青橡膠改性樹脂對提供摩擦材料的耐磨性、制動效能，也有一定的作用。特別需要指出的是配方中樹脂含量都是比較低的。目前國內(nèi)腰果油改性酚醛樹脂，橡膠改性酚醛，純腰果油液體樹脂已經(jīng)有一定的應(yīng)用，環(huán)氧和無機(jī)改性的酚醛樹脂用的比較少。改性樹脂， 如環(huán)氧改性，磷酸鹽改性，對改善這些方面性能都有一定的作用。 桐油改性樹脂的發(fā)展現(xiàn)狀 酚醛樹脂是一種最早發(fā)現(xiàn)并獲得廣泛應(yīng)用的合成樹脂，主要用作各種粘合劑、涂料和復(fù)合材料基體樹脂等。為了制備新一代的基體樹脂，改善摩擦材料的性能，科學(xué)家們開 展了桐油改性酚醛樹脂的系列研究。生成的產(chǎn)物在堿催化下進(jìn)一步與甲醛反應(yīng)，生成了桐油改性酚醛樹脂。 桐油改性熱固性酚醛樹脂的應(yīng)用前景 桐油是一種珍貴的可再生植物資源，已在國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域得到 廣泛應(yīng)用。由于它具有特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，所以可以發(fā)生許多化學(xué)反應(yīng)。 蒲俠 [2]等研究發(fā)現(xiàn) 桐油改性的不飽和聚酯具有良好的空干性，可用于 FRP（玻璃纖維增強(qiáng)塑料）、涂料的基礎(chǔ)樹脂；桐油改性酚醛樹脂可用作為汽車、摩托車等機(jī)動車的剎車片基礎(chǔ)樹脂，具有極好的耐磨性；利用桐油改性酚醛環(huán)氧樹脂，此產(chǎn)品兼有桐油、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂路基板，開拓了桐油在電子工業(yè)的新用途，是一種新型且具有一脂三者的優(yōu)點(diǎn)。目前國內(nèi)幾大互感器 /變壓器廠均使用該產(chǎn)品 ,效果比較理想。與引發(fā)劑 (催化劑 )引發(fā)的共聚合反應(yīng)相比 ,這是一種全新概念的“綠色 ”聚合方法 ,生成的產(chǎn)物可能具有一定的生物降解功能。桐油分子中的三個共軛雙鍵 ,都含有一個離域的大π鍵 ,我們預(yù)言這種開鏈體系將像過去 100 多年來苯的歷史一樣 ,會產(chǎn)生出數(shù)萬種衍生物 ,形成一個桐油族化合物 ,從而將發(fā)現(xiàn)一系列有利于健康的、生理的、生物的衍生物 ,并將在日用化學(xué)、合成樹脂、塑料、橡膠等許多領(lǐng)域 大顯神通。 2 桐油改性酚醛樹脂的 生產(chǎn)方法 生產(chǎn)方法的評述 （ 1） 烷基化反應(yīng) a． 桐油 苯酚反應(yīng)產(chǎn)物的合成往反應(yīng)釜中加入苯酚、酸性催化劑鹽酸并攪拌 均勻 ,在快速攪拌下緩慢加入桐油 ,升溫至 100~110℃ 反應(yīng) 3 h,停止加熱并在攪拌下冷卻至室溫 ,即得桐油 苯酚反應(yīng)產(chǎn)物。當(dāng)反應(yīng)物出現(xiàn)黃色渾濁時 ,到達(dá)縮合終 點(diǎn) ,立即冷卻 ,到 50℃ 時開始真空脫水。 （ 2） 桐油與線型酚醛樹脂的加成 反應(yīng)溫度大于 140℃ ，在高溫下，桐油能與羥甲基樹脂起加成反應(yīng)，生成苯并二氫化呋喃結(jié)構(gòu)，由其制得的摩擦制件具有較理想的硬度和抗熱衰退性能。s 規(guī)則推導(dǎo)產(chǎn)物分子的可能結(jié)構(gòu)式。 另一方面，在酸催化作用下，桐油也可能發(fā)生陽離子聚合 : + + + + + +2 n nT O + H T O 。( T O ) + T O ( T O ) 。 第四步 :在堿催化作用下，當(dāng)甲醛 /苯酚摩爾比大于 1時，則發(fā)生甲醛對酚核的加成反應(yīng) .生成化合物 (V) 第五步 :化合物 (V)進(jìn)一步縮聚形成甲階酚醛樹脂 (VI) 顯然，當(dāng)桐油與苯酚反應(yīng)時，苯酚過量，即苯酚 /桐油摩爾比大于 6 時，則體系中還會發(fā)生通常的苯酚一甲醛縮合反應(yīng)，生成普通的甲階酚醛樹脂與桐油改性酚醛樹脂的互穿聚合物網(wǎng)絡(luò) ( IPN )，從而可望改善酚醛樹脂的韌性和耐熱性。 在反應(yīng)釜中加入桐油 苯酚反應(yīng)產(chǎn)物 ,加熱攪拌 ,在 50℃ 加入 37%甲醛溶液 100 公斤 ,攪拌均勻后再加入堿性催化劑 38%氫氧化鈉 公斤 ,緩慢升溫至 100~110℃ 反應(yīng) 2 h。當(dāng)脫水量達(dá)到一定程 度即樹脂液變成棕色透明時 ,立即停止脫水 ,加入適量的無水乙醇攪拌溶解 ,冷卻到室溫出料 ,即得桐油改性酚醛樹脂。本設(shè)計(jì)采用間歇式反應(yīng)釜，一個生產(chǎn)周期預(yù)計(jì)要 360 分鐘，一天 24個小時，算下來一年 又 300 24247。 1200= 噸改性樹脂。 第一反應(yīng)釜的物料與熱量衡算 物料衡算 原料配比 原料配比 擬為： 每份桐油與六份苯酚反應(yīng)，同時過量苯酚有助于桐油改性熱固性酚醛樹脂提高韌性。 反應(yīng)釜進(jìn) 出 口物料組分 反應(yīng)釜進(jìn)口物料組分 ： 苯酚 100 公斤 1 0 0 1 0 0 0 9 4 1 0 6 3 . 8g m o l m o l? ? ? 桐油 40 公斤 4 0 1 0 0 0 8 7 3 4 5 .8g m o l m o l? ? ? 對苯磺酸水溶液 公斤 反應(yīng)釜出口物料 組分 ： 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 苯酚 桐油 4 5 .8 4 5 .8 0 .9 5 2 .2 9 m o l? ? ? 催化劑 公斤 表 31 物料衡算 項(xiàng)目 苯酚 桐油 催化劑 桐油改性苯酚 按化學(xué)計(jì)算式計(jì)算需要量 （ mol） 過量苯酚 （ mol） 對于桐油轉(zhuǎn)化率 95%時的轉(zhuǎn)化物質(zhì) 產(chǎn)生物質(zhì) （ mol） 未轉(zhuǎn)化物質(zhì) （ mol） 總計(jì) （ mol） 進(jìn)入物料 （ mol） 引出物 料 （ mol） 熱量衡算 熱量衡算是能量守恒定律的應(yīng)用，對過程分析可知，體系的熱效應(yīng)包括反應(yīng)放熱 、 產(chǎn)物反應(yīng)物吸熱 、桐油和苯酚反應(yīng)放熱。 則，反應(yīng)物與生成物吸收的熱量為 4=Q 28448410J= 反應(yīng)為放熱反應(yīng)，以 1mol 物料為基準(zhǔn)，該反應(yīng)放出的熱量為 ： 反應(yīng)斷裂 6mol 碳碳雙 鍵， 6mol 碳?xì)滏I。 碳碳雙鍵的鍵能為 ，碳碳單鍵的鍵能為 反應(yīng) 吸收 的熱量為 239。 ? （ 31） 式中： V0—— 操作時盛裝物料的容積 V —— 罐體全容積 ? —— 填裝系數(shù) 取 ? =，則 V= 反應(yīng)釜筒體的設(shè)計(jì) 筒體材料的選擇 在整個配方中桐油與苯酚反應(yīng)時沒有使用增壓條件，筒體中只有水蒸氣的飽和蒸汽壓力。 本反應(yīng)釜介質(zhì)中 苯酚有弱酸性 ，設(shè)計(jì)溫度為 110℃ ，設(shè)計(jì)壓力為常壓101KPa，則擬選用 Q235－ B型碳素鋼板。 由表 42[11]得 i 取 ， 則 iD =[4V/? (H/Di)]1/3=[4 ? ]1/3= （ 33） 將計(jì)算結(jié)果圓整至公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)系列 ，選取筒體直徑 600mm 。 反應(yīng)釜工作壓力為 101KPa，且設(shè)計(jì)壓力取最大工作壓力的 倍 [7]，所以 Pc= 101= Di—— 圓筒的內(nèi)徑 [? ]t—— 鋼板在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，查表得 Q235－ B在 110℃ 的 [σ] t=113 MPa ? —— 焊接接頭系數(shù)， ? ≤1 ，考慮到 苯酚 對鐵有腐蝕作用，擬采用局部無損檢測，雙 面焊對接接頭，則取 ? = 所以 ? = 600/(2 113 )= ， 因?yàn)榇藭r厚度太小，不能滿足制造、運(yùn)輸和安裝時的要求。 筒體封頭 的選型與計(jì)算 筒體封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，材料也選為 筒體封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，材料也選為 Q235B，公稱直徑 DN=600mm，根據(jù)公式算得封頭厚度為 ： 2 [ ] 0 .5td i dP D P? ? ???（ ） （ 35） 則 ?? ， 因?yàn)榇藭r厚度太小，不能滿足制造、運(yùn)輸和安裝時的要求。 查表 EH12[12\]的公稱直徑為 600mm，厚度為 5mm 時需用外壓為 ，符合設(shè)計(jì)工藝。 當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭公稱直徑 DN=600mm， 0 25h mm? ， 1 150h mm? 時，其容積? 。 則筒體部分高度為 ： 11 mH V V V? 封（ ） =()/= （ 36） 于是 H/Di=。 根據(jù) p=， t=110℃ 左右，查表 315[12]得法蘭材料適合選用 板材Q235B。 查表 312（ B） [12]法蘭質(zhì)量為：凹面質(zhì)量 1 kg? ，凸面質(zhì)量 2 kg? 。 墊片的選 取 擬采用突（凹凸）面密封面，墊片形式為耐油墊，墊片材料為耐油橡膠石棉板。 標(biāo)注為： HG20606 墊片 MFM XB450/304 連接螺栓 ： M1 24 個 ， 螺栓 材料 :35 。材料擬選用與筒體材料一樣的 Q235B。 水壓試驗(yàn)及強(qiáng)度校核 查得 Q235－ B 在鋼板厚度小于等于 5mm 時的屈服強(qiáng)度 ? s=235MPa，則? s=。 筒體水壓試驗(yàn)時壁內(nèi)應(yīng)力： ?? = Tp [Di＋ (? n－ c)]/2(? n－ c)? （ 37） =[600＋ (5－ )]/2(5－ ) = f?? = Tp [K Di＋ (? n－ c)]/2(? n－ c)? （ 38） =[600 ＋ (5－ )]/2(5－ ) = 可見水壓試驗(yàn)筒體內(nèi)應(yīng)力小于 ? s，水壓試驗(yàn)安全。 手孔結(jié)構(gòu)參考圖 349[12],尺寸參考表 349[12]。質(zhì)量查表 349[12]得： kg? 表 32 全平面的常壓手 孔明細(xì) 件號 標(biāo)準(zhǔn)號 名稱 數(shù)量 材料 1 2 3 4 5 6 GB5781－ 86 GB41－ 86 筒節(jié) 法蘭 墊片 蓋 螺栓 M20 70 螺母 M20 70 1 1 1 1 8 8 10（無縫鋼管） Q235－ B 橡膠是石棉板 (XB450) Q235－ B Q235－ A Q235－ A 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 手孔標(biāo)記為 ： 手孔 A I Pg16， Dg150， JB589793 視鏡 采用碳素鋼不帶頸視鏡（ HGJ501861）視鏡壓力 Pg=10kgf/cm2 公稱直徑Dg=50， 考慮到反應(yīng)過程有大量水蒸氣生成在試鏡上加裝沖洗裝置以方便使用。 視鏡標(biāo)記：視鏡 I Pg10 Dg=50， HGJ501861 表 33 視鏡 材料 明細(xì) 件號 標(biāo)準(zhǔn)號 名稱 數(shù)量 材料 1 HGJ501860 視鏡玻璃 1 鋼化硼硅玻璃 2 HG398583 襯墊 2 石棉橡膠板 3 接緣 1 Q235A 4 壓緊環(huán) 1 Q235A 5 螺柱 M12 6 35 6 螺母 M12 6 35 補(bǔ)強(qiáng)圈 手孔 補(bǔ)強(qiáng)圈公稱直徑 150mm,視鏡補(bǔ)強(qiáng)圈公稱直徑為 50mm 補(bǔ)強(qiáng)厚度 均為 6mm 。 參考表 361[12]重量為： 手孔補(bǔ)強(qiáng)圈 1 kg? ，視鏡補(bǔ)強(qiáng)圈 2 kg? 。 攪拌器直徑與槽內(nèi)徑之比 1/3 ， 攪拌器高和直徑之比 111~3hd? ，視槽內(nèi)液體液面高度而定。 則選擇攪拌器直徑為 200mm ， 攪拌器高為 500mm 。 則 , 221 2 0 0 2 0 0 0 .3 2 2 0 00 .0 9 2 {( ) 0 .4 0 .2 ( ) } { 1 e x p [ 1 3 ( ) ] } 0 .0 0 4 4 36 0 0 6 0 0 0 .4 6 0 0mTN? ? ? ? ? ? ? （ 311） 取 mT =25s ， 可得 N= r/s= r/min ， 按減速器標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速系列，取 N=500 r/min ， 由 Rushton 算圖查的功率準(zhǔn)數(shù) pN = ， 攪拌器的攪拌功率為 ： 3 5 3 51 . 8 1 0 2 5 9 . 0 3 0 . 2 4 3 4 . 7pP N N d w??