玻璃纖維含量對摩擦材料性能的影響范文

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《化工新型材料雜志》2016年第12期

摘要：

以復合纖維為增強纖維，按照一定的配方和一定的干法熱壓工藝制備了一種摩擦材料。在復合纖維質量分數一定的條件下，采用逐步替代法，探討了玻璃纖維含量對摩擦材料的性能影響。結果表明，玻璃纖維的含量對摩擦材料的摩擦磨損性能、機械強度等有顯著的影響，通過改變復合纖維中各組分的比例，可以獲得性能優異的摩擦材料。以復合纖維為增強材料，在該配方下，玻璃纖維的最佳質量分數為6％。

關鍵詞：

玻璃纖維；增強纖維；紙基摩擦材料；摩擦性能

摩擦材料在運動車輛與工程機械中起著制動或傳動的作用，是工作中的核心零部件。而增強纖維是摩擦材料的主要成分之一，對摩擦材料的性能以及摩擦材料產品在實際中的應用都起決定作用。目前，常用于制備摩擦材料的增強纖維主要有無機纖維、有機纖維、金屬纖維、陶瓷纖維等。張力等［1］選用FKF纖維（一種由多種天然礦物纖維和人造礦物纖維組合而成的復合纖維）為主體，增強纖維改性酚醛樹脂為基體，研制出了一種摩擦系數適宜且穩定，耐磨性能好的新型FKF纖維增強新型制動摩擦材料；張西奎等［2］采用碳纖維制備了增強汽車摩擦材料并進行了摩擦磨損性能，結果表明摩擦材料的摩擦因數和磨損率都隨碳纖維含量的增加而減小，碳纖維的質量分數不宜超過5％；鄧海金等［3］采用紙漿纖維與Kevlar纖維漿粕混雜纖維制備了一種摩擦材料，當紙漿纖維的質量分數為17．5％，紙基材料在循環制動條件下的摩擦系數最穩定，磨損率最低；姚冠新等［4］采用自制的復合改性樹脂為基體，以芳綸漿粕、玻璃纖維、硅灰石纖維、六鈦酸鉀晶須等為增強纖維，制備了一種多纖維增強汽車制動器摩擦材料；潘運娟［5］加入鋼纖維制備了半金屬摩擦材料，并研究了鋼纖維質量分數為30％時的摩擦磨損性能；楊國盛等［6］則引入了陶瓷纖維來制備一種紙基摩擦材料，當陶瓷纖維質量分數在2．35％時，試樣性能最佳。本研究以復合纖維為增強纖維，以酚醛樹脂和橡膠粉做粘結劑，按照一定的配方和一定的干法熱壓工藝制備了一種摩擦材料，通過逐步替代法，探討了增強纖維質量分數在33％不變時，玻璃纖維與硅酸鋁纖維的不同比例對摩擦材料摩擦磨損性能的影響，以期對摩擦材料的制備提供有益參考。

1試驗部分

1．1試驗配方設計與試劑來源

試驗配方設計與試劑來源見表1。

1．2儀器

帶模具側板式平板硫化機（XLB－D400×400型），西安裕華橡膠機械廠）；靜水密度測量天平（京制YDK01－C型），賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；擺錘沖擊試驗機（ZBC1251型），深圳三思縱橫科技股份有限公司；混料機（BY101型），鄭州軍龍制動裝備有限公司；摩擦材料制樣機（XDZ－B型），咸陽新益摩擦密封設備有限公司；電動塑料洛氏硬度計（XHRD－150型），萊州華銀試驗儀器有限公司；定速式摩擦試驗機（XD－MSM型），咸陽新益摩擦密封設備有限公司；高速粉碎機（6202型），西安裕華橡膠機械廠。

1．3摩擦材料試樣的制備

為了研究玻璃纖維和硅酸鋁纖維的不同配比對摩擦材料磨損性能的影響，應用“逐步替代法”，以步差質量分數為2％增加玻璃纖維含量，同時減少硅酸鋁纖維含量，保證制備的摩擦材料中纖維總質量分數保持10％不變。每組制備5個樣品，然后測試其性能的平均值（見表2）。熱壓工藝參數：壓制溫度160℃，壓力14MPa，時間10min；前1min每15s放1次氣，前3min，每60s即1min放1次氣。

1．4摩擦材料試樣的性能檢測

按照熱壓工藝對試驗所用的物料進行壓制成型經裁剪后得到所需的試驗樣品，對試驗樣品進行密度、硬度、摩擦磨損性能、沖擊強度的測試，操作規范與流程按照以上試驗設備測試原理中的步驟進行［7－9］。

2結果與討論

2．1密度試驗

表3為摩擦材料試樣密度。由表3可知，摩擦材料試樣的密度受玻璃纖維與硅酸鋁纖維的比例不同而稍有不同，但其平均密度值為2．081g／cm3，平均偏差為0．017g／cm3，相對標準偏差為0．8％，測量的精密度高，其密度波動較小，同時也說明了玻璃纖維與硅酸鋁纖維的比例對摩擦材料的密度幾乎沒有影響。

2．2硬度試驗

圖2是摩擦材料平均硬度變化曲線。由圖2可得，摩擦材料的洛氏硬度受玻璃纖維的含量的變化而影響，隨玻璃纖維的含量的增大，摩擦材料的硬度隨之增大。組別5摩擦材料的硬度最大為88．57HRM，組別1摩擦材料的硬度最小為58．87HRM。對于汽車制動片，適宜的洛氏硬度范圍為40～90HRM［10］，因此，玻璃纖維的質量分數在10％以內時，從硬度方面考慮，摩擦片的噪音低，舒適性高。

2．3摩擦磨損試驗

圖3和圖4是不同溫度下摩擦系數和磨損率隨玻璃纖維與鋁硅酸纖維不同比率時的變化結果。從圖3中可以看出，組別3在整個升溫和降溫過程中，其摩擦系數隨溫度變化平穩，這種情況下，能夠獲得1個合適冷摩擦系數且隨溫度變化平穩的摩擦材料。從圖4可以觀察到，對整個幾種摩擦材料來說，摩擦材料的磨損率隨溫度升高先減小后增大，當溫度超過200℃后，其磨損率急劇增大，這是因為當溫度超過200℃后，以玻璃纖維為主的摩擦材料其在長時間的摩擦后，一方面其容易折斷，另一方面，在較高溫度下，其與粘合劑的作用變差，出現掉渣、脫落等導致磨損率急劇增大。從圖4發現，當玻璃纖維含量很低時，如組別1，其玻璃纖維的質量分數僅為2％，其磨損率隨溫度升高而降低，超過250℃后，其磨損率增大。當溫度在200℃以下時，玻璃纖維的質量分數在4％以上時，都能獲得較好的冷摩擦系數。綜合來看，通過組別3制備的摩擦材料的摩擦性能較穩定。

2．4沖擊強度試驗

摩擦材料在整個生命周期內，經常會受到強大摩擦力或很強的制動傳動的沖擊力，其良好的耐沖擊性是不可少的，以抵制這種不良的影響；否則，其在不良使用過程中就會出現破裂甚至猛然的斷裂，從而發生重大生產或交通事故，造成重大財產損失或生命安全。圖5沖擊強度是采用無缺口簡支梁擺錘試驗得到，由圖5可知，摩擦材料的沖擊強度隨玻璃纖維的增加，在玻璃纖維質量分數從0增加到4％的過程中，其耐沖擊強度明顯增加，然后玻璃纖維的質量分數超過4％，其沖擊強度略有增大，但增大不明顯。從圖5還可知，組別5摩擦材料的沖擊強度最大；而組別1摩擦材料的沖擊強度最小

3結論

（1）增強纖維是摩擦材料的重要組成部分，其組成和性質極大影響摩擦材料的各項性能，本研究以玻璃纖維與硅酸鋁纖維作為復合纖維纖維的一種，制備了一種具有實際應用意義的摩擦材料，在200℃以下使用時，可以獲得較好的冷摩擦系數和較低的磨損率，增加了其使用的壽命。

（2）通過摩擦材料的密度、洛氏硬度以及耐沖擊強度等試驗，組分3的配比，即當玻璃纖維的質量分數為6％，鋁硅酸纖維的質量分數為4％時，可以制備出耐沖擊、摩擦系數合適且在一定溫度范圍內穩定的摩擦材料。

參考文獻：

［1］張力，張揚，孟春玲．FKF纖維增強新型制動摩擦材料的研制［J］．材料導報，2007，21（7）：101－102．

［2］張西奎，王成國，王海慶．碳纖維增強汽車摩擦材料的研究［J］．汽車工藝與材料，2003，17（4）：9－11．

［3］鄧海金，李雪芹，李明．混雜纖維增強紙基摩擦材料的壓縮回彈和摩擦磨損性能研究［J］．摩擦學學報，2007，27（4）：367－371．

［4］姚冠新，夏園，魏龍慶．多纖維增強汽車制動器摩擦材料的摩擦磨損特性研究［J］．潤滑與密封，2010，35（5）：63－66．

［5］潘運娟．汽車半金屬摩擦材料的摩擦磨損性能及機理研究［D］．長沙：中南大學，2002．

［6］楊國盛，李賀軍，付業偉，等．陶瓷纖維含量對一種紙基摩擦材料性能的影響［J］．材料導報，2010，24（4）：58－62．

［7］中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局．JC／T685—2009摩擦材料密度試驗方法［S］．北京：中國建材工業出版社，2009．

［8］中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局．GB／T5766—2007摩擦材料洛氏硬度試驗方法［S］．北京：中國標準出版社，2008．

［9］中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局．GB／T29066—2012道路車輛制動襯片摩擦材料氣制動商用車磨損試驗方法［S］．北京：中國標準出版社，2013．

［10］王成燾，姚振強．汽車摩擦學［M］．上海：上海交通大學出版社，2002：367－399．

作者:黃四平 于占江 劉洋 岳建設 王曉芳 姜娟 單位:咸陽師范學院化學與化工學院