玻璃纖維增強酚醛基摩擦材料摩擦磨損性能研究 zund XL-1200-See-Through-Foil台中雷射雕刻－蔡純琪焦點新聞熱搜

西安交通大學學報玻璃纖維增強酚醛基摩擦材料摩擦磨損性能研究李志軍，韋瑋，程光旭，呂偉（西安交通大學， 710049，西安）棉摩擦材料，其各項性能均達到汽車制動器襯片GB5763 86的規定，可作為目前常用石棉摩擦材料的更新換代產品。通過詳細研究玻璃纖維（簡稱玻纖）的質量分數、長度及表面狀態對材料摩擦磨損性能的影響，得出玻纖的佳質量分數為15 ～25 ，佳長度為4～8 mm .研究結果還表明，采用熱處理、等離子體處理和偶聯劑處理后的玻纖，可以大大降低磨損量和改善材料的摩擦磨損性能。
　　長期以來，石棉型摩擦材料以其摩擦因數高、磨損量小、成本低、密度小以及不宜損傷對偶材料等優點，而被廣泛應用。隨著現代汽車向高速化、重載化方向的發展，鼓式制動器已被輕小的盤式制動器所代替，因此對摩擦材料也提出了更高的要求。據報導，在高速行駛條件下制動時，盤式制動器襯片的發2，表面溫度可達400℃以上，石棉型摩擦材料因為高溫脫水而失去效能。
　　料與工程系，副教授。
　　同時，由于石棉及其高溫分解物具有強烈的致癌作用，所以許多已開始禁止使用石棉摩擦材料。我國目前絕大部分汽車采用的還是石棉摩擦材料，只有少數高級轎車生產廠家采用進口的無石棉摩擦材料，但價格昂貴，因而迫切需要研制出新型國產無石棉摩擦材料。
　　目前，國內無石棉摩擦材料的研究非常活躍，所采用的增強纖維有鋼纖維、碳纖維、有機纖維、瀝青碳纖維以及混雜纖維等[ 2～5].也有不用纖維增強的摩擦材料，如粉末冶金材料[ 6 ，7]，但它們都存在著成本過高和工藝復雜等問題。本文采用改性玻璃纖維制備摩擦材料，主要是因為玻璃纖維與石棉性質接近，對人體無害和成本較低。玻璃纖維作為增強材料的大問題在于磨損量大[ 8]，因此本文著重對玻璃纖維的質量分數、長度及表面狀態對材料摩擦磨損性能的影響進行了細致的研究，對玻璃纖維增強樹脂基摩擦材料的組成、配方和界面狀態進行了優化設計，目的是穩定摩擦因數，降低磨損量。
　　1實驗1 .1原材料在實驗中，以經過表面處理的玻璃纖維為增強材料，自制丁氰改性酚醛樹脂為基體，配以其他填料和摩擦性能調節劑，研制出了新型摩擦材料。通過前期正交實驗，分析得出了優化配方，所用原材料及其配比 .
　　原料質量分數/ 生產單位酚醛樹脂西安樹脂廠丁氰橡膠蘭化公司玻璃纖維陜西玻纖廠填料摩擦性能調節劑其他各類助劑1 .2制備工藝玻璃纖維表面處理工藝是將玻璃纖維在300℃下灼燒10 min ，然后放入JS 450A型射頻濺射裝置內進行等離子體處理，后放入1 ～2 有機硅烷偶聯劑溶液中浸潤30 min ，烘干后即可得到表面處理好的玻璃纖維。
　　摩擦材料制備工藝是將表1中的各組分按照比例加入捏合機中混合均勻，然后將物料裝入模具中，在溫度為（170±5）℃、壓力為20 MPa的條件下壓制成形，壓制時間為1～2 min/mm .后在（180±5 ）℃的條件下，熱處理6～8 h ，即得到摩擦材料樣品。
　　1 .3性能檢測摩擦、磨損性能實驗根據GB5763 86在D　MS定速式實驗機上進行。試樣尺寸為25 mm×25 mm×6 mm ，對偶盤材料為HT200珠光體組織，其硬度為HB170～，轉速為400 r/min ，試樣數量為2個，沿同一直徑方向對稱布置，壓緊力為0.98 2結果與討論2 .1玻璃纖維表面狀態的影響玻纖由于自身脆性大、硬度高，用其制成的復合材料往往磨損量也大。為了減少磨損量，提高摩擦因數的穩定性，本文采用了特殊表面處理工藝對玻璃纖維進行了改性，以提高它的韌性和表面的浸潤能力，并分別采用表面處理及未處理玻纖制成制件，其摩擦磨損性能的對比曲線如圖1所示。其中，玻璃纖維的質量分數w分別為15 和25 μ為摩擦因數V為磨損量。
　　由圖1可以看出，經過表面處理后，由玻璃纖維制成的摩擦材料，其摩擦磨損性能均有大幅度改善，如摩擦因數增加、穩定性增強及磨損量下降等。這主要是因為纖維增強摩擦材料是一種多組分的復合材料，玻纖同其他組分一樣，是依靠樹脂粘接在一起而成為一個整體的。由于玻璃纖維與其他組分間的結合強度遠遠低于其自身的強度，所以摩擦材料的整體性能在很大程度上，直接決定于玻璃纖維與其他組分間的界面狀況。經過表面熱處理的玻璃纖維，其表面殘留的石蠟型紡織浸潤劑得到了清除，有利于玻璃纖維表面與其他組分結合同時，用等離子體處理使玻璃纖維表面得到了刻蝕粗化，產生了新的表面，比表面積增加，從而改善了玻璃纖維的表面浸潤性。有機硅烷偶聯劑一方面與玻璃纖維表面反應生成醚鍵，另一方面則與樹脂基團結合，依靠自身的不同基團將玻纖與基體樹脂很好地連接起來。同時，其中的氨基也對酚醛樹脂的固化起到了促進作用，并提高了界面的結合性能。由于摩擦材料的摩擦磨損性能主要取決于各組分間的界面組成情況，因此當摩擦材料在負載工作時，玻璃纖維將更不易被剝離、拉拔，從而使摩擦力矩增加、摩擦因數增大、磨損量減小。研究表明，采用上述處理的玻璃纖維，能使材料的磨損量大大降低。
　　2 .2玻璃纖維質量分數的影響在纖維增強樹脂基的摩擦材料中，增強纖維的主要作用是使材料具有一定的強度、韌性和良好的摩擦磨損性能，同時具有優良的抗沖擊、剪切和彎曲等機械作用的性能，而不至于出現裂紋、斷裂和崩缺等機械損傷。因此，增強纖維的種類與質量分數，對摩擦材料的摩擦磨損性能、沖擊性能有很大影響。圖2是在其他條件相同的情況下，玻纖（表面處理過）的w分別為6 、15 、25 、35 時的摩擦材料樣品的摩擦因數、磨損量與溫度的關系曲線。
　　從圖2可見，隨著w的增加（在35 以內），摩擦因數在總體上呈先增后減趨勢，而磨損量則是先減后增，即當w為15 和25 時，摩擦因數較高，磨損量較低且穩定性能也好。如前所述，摩擦材料的整體性能在很大程度上，直接決定于玻璃纖維與其他組分間的界面狀況。摩擦學研究表明，在兩對偶件的接觸表面上，各組分對摩擦因數都有貢獻，其中以玻璃纖維在摩擦過程中被拉伸、剪切和剝落而產生對材料摩擦磨損性能的影響的摩擦力矩為大。當w較小時，材料還得不到充分增強，玻璃纖維產生的摩擦力矩較小，各類填料容易剝落，因而摩擦因數較小，磨損量較大當w增加時，材料的整體結構逐漸得到增強，摩擦力矩隨之增加，摩擦因數也增加，由于各類填料不需要經受過大的摩擦力矩，這使材料的磨損量降低當w過大時，基體樹脂的質量分數就會相對不足，玻璃纖維容易被拉出、剝落，因此摩擦力矩降低、摩擦因數減小，導致磨損量急劇增加。由上述數據可知，所研制摩擦材料的摩擦磨損性能參數均符合GB5763 86的規定，但與石棉摩擦材料相比，其磨損量仍有所增加，這主要是由于玻璃纖維的硬度較高、脆性大、比表面積遠小于石棉纖維，以及與基體樹脂的結合強度不如石棉等原因造成的。
　　2 .3玻璃纖維長度的影響在纖維增強復合材料中，增強纖維的長度及其分布狀況，對材料的力學性能和加工性能都起到了舉足輕重的作用。同理，在纖維增強樹脂基摩擦材料中，玻璃纖維的長度L對材料的摩擦、磨損、沖擊及其加工性能也有很大影響。文中分別選取L為1備摩擦材料，其摩擦因數及磨損量與溫度的關系曲線如圖3所示。
　　對材料摩擦磨損性能的影響的增加，摩擦因數先增加后減小，而磨損量則呈先減小后增加的趨勢。對于每件試樣，其摩擦因數隨著溫度的上升而略有波動，磨損量則隨著溫度的上升而增加。其主要原因是，摩擦材料的摩擦磨損性能在很大程度上取決于玻璃纖維及其他組分間的界面組成情況。當玻璃纖維的長度過短時，幾乎相當于長棒狀填料，而起不到增強作用。
　　由于長度較短時其比表面積和吸油量增大，造成基體樹脂相對不足，界面粘接性能很差，因此由玻璃纖維被剝落拉拔所產生的摩擦力矩和摩擦因數的減小，引起磨損量增大且不穩定。隨著玻璃纖維長度的增加，玻璃纖維的增強作用逐漸得到發揮，比表面積與樹脂的比例適中，使界面結合狀況得到改善。但是，當玻璃纖維過長時，由于其混合性能變差，難以與其他物料混合均勻，特別是玻璃纖維太長時，其受壓后的回彈性很嚴重，使加工性能變差，也會造成材質疏松，使界面結合強度變低，導致摩擦材料性能不穩定、摩擦因數減小、磨損量大大增加。研究表明，玻璃纖維的長度以4～8 mm為宜。
　　3結論（1）采用經過表面高溫灼燒、等離子體和偶聯劑處理后的玻璃纖維，可以大大降低摩擦材料的磨損量，提高摩擦因數的穩定性。由其制得的摩擦材料，摩擦磨損性能均符合GB5763 86的規定。
　　（2）在摩擦材料中， w黃毅，顧宜，劉新華。耐熱性汽車制動材料的研究瞿雄偉，王曉平。汽車制動無石棉摩擦材料[ J] .塑劉震云，黃伯云，蘇堤，等。汽車摩擦材料增強纖維研謝仁華，丁宗禹，申海平，等。幾種改性酚醛樹脂對石油瀝青碳纖維摩擦復合材料性能的影響[ J] .石油煉制與關慶豐，李光玉，李曉宇，等。碳纖維對增強的摩阻材料的摩擦磨損性能的影響[ J] .吉林工業大學學報， 1997，[ 6]袁國洲，張兆森。鐵銅基干式摩擦材料研制[ J] .非金[ 7]銀貴晨。新型無石棉材料的研制[ J] .絕緣材料通訊，[ 8]曾天卷，陶畢華，朱瑞宏。玻璃纖維在摩擦材料領域的
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