（機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專業(yè)論文）坡縷石表面改性及其在汽車制動(dòng)材料中的應(yīng)用研究.pdf

貴州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文域縷石表面改性及其在汽車制動(dòng)材料中的應(yīng)用研究 摘要 制動(dòng)摩擦材料是汽車制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵零件，在汽車制動(dòng)時(shí)起著重要作用。傳 統(tǒng)的石棉增強(qiáng)摩擦材料由于對(duì)人體有害已經(jīng)退出市場。許多摩擦材料都要求能夠 承受高速、重載，并且要求性能優(yōu)良、對(duì)人體無害等。在摩擦材料的研究領(lǐng)域中 很重要的方面是尋找綜合性能好的增強(qiáng)纖維來代替石棉。一些纖維如玻璃纖維、 鋼纖維、芳綸纖維、礦物纖維等已經(jīng)應(yīng)用于摩擦材料中，但是沒有一種能夠單獨(dú) 取代石棉，所以通常在摩擦材料中混雜兩種或兩種以上的纖維。 坡縷石由于具有耐熱性能好、吸收性強(qiáng)、表面積大和特殊的礦物結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)， 已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，但是將坡縷石應(yīng)用于摩擦材料當(dāng)中到目前為此卻沒 有相關(guān)報(bào)道，因此本文開展了坡縷石作為摩擦材料增強(qiáng)組分的研究。 由不同含量的坡縷石( 改性或未改性) 與樹脂制成復(fù)合材料，通過定速摩擦 磨損實(shí)驗(yàn)和沖擊強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)研究了坡縷石在不同的溫度下對(duì)材料摩擦系數(shù)的影響 ( 衰退，恢復(fù)) 和抗磨損能力。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果和s e m 分析，我們得出： 1 、坡縷石含量適中時(shí)，復(fù)合材料有較好的性能。在高溫下材料的摩擦系數(shù) 較高。 2 、由2 4 目坡縷石組成的復(fù)合材料的摩擦系數(shù)的波動(dòng)小于由4 0 目和6 0 目坡 縷石組成的復(fù)合材料。 3 、混合目數(shù)的坡縷石( 2 4 目：4 0 目) 當(dāng)比例適當(dāng)時(shí)，其與樹脂組成的復(fù)合 材料的摩擦性能和沖擊強(qiáng)度好于由其它比例混合而組成的復(fù)合材料的摩擦性能 和沖擊強(qiáng)度。 4 、用硅烷類偶聯(lián)劑k h 一5 5 0 對(duì)坡縷石進(jìn)行了表面改性，在改性劑用量為1 w t 、 改性溫度為8 0 。c 、改性時(shí)間為6 0 r a i n 的條件下改性的坡縷石的效果較好。 5 、坡縷石改性能夠改善其與樹脂的結(jié)合界面。 改性坡縷石或未改性坡縷石與樹脂、增強(qiáng)纖維和填料組成摩擦材料。實(shí)驗(yàn)結(jié) 果表明材料的摩擦性能都達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，且含有改性坡縷石的摩擦材料的摩擦性 能好于含有未改性坡縷石的摩擦材料。 關(guān)鍵詞：摩擦材料，增強(qiáng)材料，坡縷石，表面改性，磨損，沖擊強(qiáng)度 中圖分類號(hào)：t b 3 3 本項(xiàng)目由國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目( e 0 5 0 2 0 2 0 1 ) 資助 貴州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 坡縷石表面改性及其在汽車制動(dòng)材料中的應(yīng)用研究 a b s t r a c t b r a k i n gl i n i n ga n dp a da i et h ek e yp a r t si nt h ea u t o m o t i v eb r a k i n gs y s t e m a n dp l a ya ni m p o r t a n tr o l eo nt h es t o p p i n go fv e h i c l e t h et r a d i t i o n a lf r i c t i o nm a t e r i a l f i b e r - r e i n f o r c e db ya s b e s t o sh a sb e e ng o n eo u td u et oh a r mt oh u m a nh e a l t h m u c h m o r ef r i c t i o nm a t e r i a l sa r en e e d e dt om e e tr e q u i r e m e n t so fh i 曲s p e e d ，h e a v yd u t y , c o m f o r t a b l ep e r f o r m a n c ea n dh e a l t hh a r m l e s s n e s s m o s ti m p o r t a n t w o r ki nt h e r e s e a r c hf i e l do fa u t o m o t i v ef r i c t i o nm a t e r i a l si st of i n dt h ef b e r st or e p l a c et 1 1 e a s b e s t o s ，w h i c hh a sg o o dc o m p r e h e n s i v ep e r f o r m a n c ea st h er e i n f o r c e dm a t e r i a li n t h eb r a k i n gp a do rl i n i n g s o m ef i b e r s ，s u c ha sg l a s sf i b e r , t h es t e e lf i b e r , t h ea r a m i d f i b e r ( k e v l a r ) ，m i n e r a lf i b e re t c h a v eb e e nd e v e l o p e d ，b u ta n yc a n tr e p l a c ea s b e s t o s ， s ot w oo rm o r ef i b e r sa r em i x e di nt h e 箭c t i o nm a t e d a lc o m m o n l y p a l y g o r s k i t eh a sb e e nw i d e l yu s e di nm a n yi n d u s t r i a lf i e l d sb e c a u s ei t p o s s e s s e sh i 曲t e m p e r a t u r er e s i s t a n c e ，g o o da b s o r p t i o na b i l i t y , l a r g es u r f a c ea r e aa n d i t ss p e c i a lm i n e r a ls t r u c t u r e ，n or e p o r ta b o u tt h ea p p l i c a t i o no fp a l y g o r s k i t ei nt h e f r i c t i o nm a t e r i a lh a sb e e nf o u n d e ds o f a r , s os o m ea p p l i c a t i o nr e s e a r c h e so f p a l y g o r s k i t ea sr e i n f o r c e dc o m p o n e n ti nf r i c t i o nm a t e r i a la r ep r e s e n t e d t h ec o m p o s i t e sw i t hd i f f e r e n tc o n t e n to fp a l y g o r s k i t e ( m o d i f i e do ru n m o d i f i e d ) a n dp h e n o l i cr e s i na r ef a b r i c a t e da n dt h ep a l y g o r s k i t e se f f e c to nf r i c t i o nc o e f f i c i e n t ( f a d e ，r e c o v e r y ) ，w e a rr e s i s t a n c ea n di m p a c ts t r e n g t ha r es t u d i e du n d e rd i f f e r e n t t e m p e r a t u r eb yc o n s t a n ts p e e df r i c t i o na n dw e a rt e s t e r t h et e s tr e s u l t sa n da n a l y s i so f s e mw ec a l lf r e d ： 1 t h ec o m p o s i t e sw i t hp r o p e rp a l y g o r s k i t eh a v eg o o dp e r f o r m a n c e ，a n dt h e f r i c t i o nc o e f f i c i e n ti sh i g hu n d e rt h ei l i g h t e m p e r a t u r e ； 2 t h ef r i c t i o nc o e f f i c i e n td i f f e r e n c e so ft h ef a b r i c a t e dc o m p o s i t e sw i t h2 4 m e s h p a l y g o r s k i t ea r em o r es m a l l e rt h a nt h o s ew i t h4 0m e s ha n d6 0m e s h ； 3 t h em a t e r i a lm a d eo fm i x e dm e s hp a l y g o r s k i t e ，w i c hm a s sr a t i oo f2 4 m e s h a n d4 0 m e s hi s3 ：7 ，p o s s e s s e st h eb e s tf r i c t i o np e r f o r m a n c ea n di m p a c ts t r e n g t ht h a n o t h e rr a t i o s ； 4 t h er e s u l t so fm o d i f i c a t i o nr e s e a r c ho fp a l y g o r s k i t eb ys i l a n ec o u p l i n ga g e n t k h 一5 5 0s h o wt h a tt h em o d i f i e dp a l y g o r s k i t e 試t h1 w tk h - 5 5 0u n d e r8 0 w i t h i n t h e6 0w i nh a st h eb e s tp e r f o r m a n c e ； 5 t h em o d i f i e a t i o no fp a l y g o r s k i t ec a ni m p r o v et h ei n t e r f a c eb e t w e e n p a l y g o r s k i t ea n dp h e n o l i cr e s i n t h eb r a k i n gp a d s ( 1 i n i n g s ) w e r ef a b r i c a t e db ym i x n l r o fm o d i f i e dp a l y g o r s k i t e i i 重型查蘭堡主塹塞生蘭壘絲壅 墊堡互耋耍塾絲墨基壟壅蘭塑墊塾塾塑壅旦塹塞 o ru n m o d i f i e ap a l y g o r s k i t e ，p h e n o l i cr e s i n , s o m eo t h e rr e i n f o r c e df i b e r sa n df i l l e r s ， t h er e s u l t ss h o wt h em a t e r i a lc a nm e e tt h er e q u i r e m e n t so f n a t i o n a ls t a n d a r do fc h i n a a n dt h ef r i c t i o np e r f o r m a n c eo ft h em a t e r i a lw i t ht h em o d i f i e dp a l y g o r s k i t ei sg o o d t h a nt h a tw i t hu n m o d i f l e 6p a b ，g o r s k i t e k e y w o r d s ：f r i c t i o nm a t e r i a l ，p a l y g o r s k i t e ，r e i n f o r c e dm a t e r i a l ，m o d i f i c a t i o n ，w e a r , i m p a c ts t r e n g t h t h ep r o j e c ts u p p o r t e db yn a t i o n a l n a t u r a l s c i e n c ef o u n d a t i o n so fc h i n a ( e 0 5 0 2 0 2 0 1 ) 1 1 i 貴州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文坡縷石表面改性及其在汽車制動(dòng)材料中的應(yīng)用研究 第1 章緒論 1 1汽車制動(dòng)摩擦材料的研究進(jìn)展 汽車制動(dòng)器襯片( 俗稱剎車片) 是汽車制動(dòng)器的關(guān)鍵零件，關(guān)系到汽車運(yùn)行 的安全性，其發(fā)展與汽車工業(yè)的發(fā)展是緊密相關(guān)的。它的作用是吸收汽車運(yùn)行的 動(dòng)能，將汽車運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能和其他形式的能量，從而使汽車制動(dòng)，其性 能好壞決定了制動(dòng)的可靠性和穩(wěn)定性。 1 1 1汽車制動(dòng)材料的發(fā)展歷程 1 1 1 1 發(fā)展歷史 汽車制動(dòng)摩擦材料是汽車安全工作的關(guān)鍵零件。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，如汽 車的功率、速度和載荷日益提高，運(yùn)行工況條件日益嚴(yán)峻，隨著人類環(huán)境保護(hù)意 識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)汽車制動(dòng)摩擦材料也提出了更高的要求，要求有適宜而穩(wěn)定的摩擦 系數(shù)；有良好的耐磨性和抗粘著性，不易擦傷對(duì)偶件，無噪聲；較好的機(jī)械強(qiáng)度 及物理性能；低成本，對(duì)環(huán)境無污染等。 汽車摩擦材料的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段”3 ： ( 1 ) 二十世紀(jì)7 0 年代中期以前，在這一時(shí)期，制動(dòng)系統(tǒng)多為四輪鼓式，摩 擦材料幾乎全為石棉摩擦材料。石棉是一種天然的礦物纖維，它具有較高的耐熱 性和機(jī)械強(qiáng)度，還具有較長的纖維和很好的分散性。其柔軟性好，可以進(jìn)行紡織 加工，制成石棉布或石棉帶，而石棉布和石棉帶都可以作為摩擦材料的基材。由 于石棉摩擦材料具有成本低、比重小、不易損傷對(duì)偶材料等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，故獲得 了極為廣泛的應(yīng)用。而在石棉制動(dòng)出現(xiàn)以前的車輛制動(dòng)摩擦材料中，也就是初期 的摩擦片系用棉花、棉布、皮革等作為基材，例如將棉花纖維或其織品浸漬橡膠 漿液后，進(jìn)行加工成型制成剎車片或剎車帶，這是早期應(yīng)用的摩擦材料品種之一。 但是它的耐熱性較差，當(dāng)摩擦面溫度超過1 2 0 后，棉花和棉布會(huì)逐漸焦化甚至 燃燒。 ( 2 ) 二十世紀(jì)7 0 年代中期至9 0 年代，世界性的能源危機(jī)、汽車速度的加 貴州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文坡縷石表面改性及其在汽車制動(dòng)材料中的應(yīng)用研究 快，鼓式制動(dòng)向盤式制動(dòng)方向發(fā)展，對(duì)摩擦材料提出了較高的要求，再加上人們 對(duì)環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，使得石棉摩擦材料已經(jīng)不適合發(fā)展的要求，從而促使各 國研究開發(fā)高性能的，適合汽車和社會(huì)發(fā)展要求的無石棉摩擦材料。2 0 世紀(jì)7 0 年代，以鋼纖維為主要替代材料的半金屬型摩擦材料得n t 應(yīng)用。到了8 0 年代 到9 0 年代初，半金屬型摩擦材料己經(jīng)占據(jù)了整個(gè)汽車用盤式片領(lǐng)域，而對(duì)機(jī)械 強(qiáng)度要求較高的鼓式剎車片則采用多種纖維及耐熱型有機(jī)纖維混合作為基材來 取代石棉。這些材料以增加金屬成分來提高使用溫度，延長壽命，并加入多種添 加劑來提高摩擦穩(wěn)定性，降低制動(dòng)噪聲和振顫現(xiàn)象。1 。 ( 3 ) 二十世紀(jì)9 0 年代后期以來，無石棉摩擦材料( n a 0 型) 在歐洲的出現(xiàn) 是一個(gè)值得注意的趨勢(shì)。它不含或只含有少量的鋼纖維，而使用非金屬型的無機(jī) 纖維和耐熱有機(jī)纖維，克服半金屬型摩擦材料固有的高比重、易生銹、易產(chǎn)生制 動(dòng)噪音及導(dǎo)熱系數(shù)過大等缺點(diǎn)。 1 1 2 國內(nèi)外汽車摩擦材料研究現(xiàn)狀 當(dāng)前，國外發(fā)達(dá)國家特別是歐、美發(fā)達(dá)國家，對(duì)石棉摩擦材料已經(jīng)嚴(yán)格禁止 使用。目前我國相當(dāng)多的制動(dòng)器材料仍含有石棉纖維，國外無石棉制動(dòng)器材料所 占的比例高達(dá)9 0 c a o 我國的無石棉汽車摩擦材料是從國外技術(shù)引進(jìn)的基礎(chǔ)上 發(fā)展起來，無石棉汽車摩擦材料在技術(shù)、生產(chǎn)、裝備以及研究等方面與國外比存 在相當(dāng)大的差距“1 。 1 1 2 1 摩擦材料組成的研究 汽車制動(dòng)摩擦材料由三大部分組成：粘結(jié)劑、增強(qiáng)組分、填料。汽車制動(dòng)摩 擦材料的發(fā)展至今已經(jīng)有一百多年的歷史，這其中經(jīng)歷了相當(dāng)多的演變和改進(jìn)。 一、粘結(jié)劑 粘結(jié)劑是摩擦材料的基體，其特點(diǎn)和作用是當(dāng)處于一定加熱溫度下時(shí)先呈軟 化而后進(jìn)入粘流態(tài)，產(chǎn)生流動(dòng)并均勻地分布在材料中形成材料的基體，最后通過 樹脂固化作用和橡膠硫化作用把各種纖維組分、填料和輔助材料等全部均勻地粘 結(jié)在一起，形成結(jié)構(gòu)致密、有相當(dāng)強(qiáng)度及能滿足對(duì)摩擦材料使用性能要求的摩擦 材料整體。樹脂粘結(jié)劑其作為摩阻材料中的一個(gè)重要組元，必須有合適的模量以 保證在摩擦?xí)r有較大的接觸廈積，從而使摩擦對(duì)偶件在工作時(shí)穩(wěn)定而不易產(chǎn)生振 2 貴州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文坡縷石表面改性及其在汽車制動(dòng)材料中的應(yīng)用研究 動(dòng)；樹脂必須有一定的耐熱性以保證摩擦層有足夠的強(qiáng)度；樹脂分解后的殘余物 必須有一定的摩擦性能，以保證穩(wěn)定的摩擦系數(shù)；樹脂固化后必須有較低的硬度， 以降低制動(dòng)噪音嘲。摩擦材料中的粒結(jié)劑為有機(jī)高分子物，對(duì)于大部分的摩擦材 料制品，粘結(jié)劑采用酚醛樹脂。橡膠常作為輔助材料加用( 有些制品中橡膠含量 高于樹脂) ，目的是降低制品的硬度和彈性模量，提高韌性和沖擊強(qiáng)度，常用橡 膠是丁苯橡膠和丁腈橡膠。樹脂基體是摩擦材料中的重要組分，但同時(shí)也是摩擦 材料中化學(xué)性能、熱穩(wěn)定性最差的組分，它的性能直接影響摩擦材料的熱衰退性 能、恢復(fù)性能、磨損性能和機(jī)械性能。對(duì)摩擦材料而言，樹脂和橡膠的耐熱性是 非常重要的性能指標(biāo)。當(dāng)摩擦片在2 0 0 4 0 0 。c 左右的高溫工況下，纖維和填料的 主要部分為無機(jī)類型，不會(huì)發(fā)生分解，而對(duì)于樹脂和橡膠來說已進(jìn)入熱分解區(qū)域。 摩擦材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)此時(shí)都會(huì)發(fā)生不利變化( 摩擦系數(shù)、磨損、機(jī)械強(qiáng)度等) ， 特別是摩擦材料在檢測和使用過程中發(fā)生的三熱( 熱衰退、熱膨脹、熱龜裂) ， 其根源都是由于樹脂和橡膠的熱分解所致。所以隨著各種車輛和機(jī)械使用工況條 件的提高，對(duì)摩擦材料的熱性能和制動(dòng)力矩的穩(wěn)定性要求不斷提高，從而對(duì)樹脂 基體提出了新的要求，如要求有較高的熱分解溫度、足夠的摩擦系數(shù)和良好的熱 恢復(fù)及耐磨性等。酚醛樹脂( p f ) 作為摩擦材料最基本的樹脂基體使用已有7 0 余 年的歷史“1 。傳統(tǒng)的酚醛樹脂脆性大，耐熱性不足，制得的摩擦材料模量高、強(qiáng) 度過低、噪音大、熱分解溫度低、摩擦層的分解殘留物性能不穩(wěn)定。因此，對(duì)酚 醛樹脂進(jìn)行改性。，提高其耐熱性和韌性一直是人們研究的重要課題。 目前，改性一般通過下列途徑： ( 1 ) 封鎖酚羥基。酚醛樹脂的酚羥基在樹脂制造過程中一般不參加化學(xué)反應(yīng)。 在樹脂分子鏈中留下的酚羥基容易吸水，使固化制品的電性能、耐堿性和力學(xué)性 能下降。同時(shí)酚羥基易在熱或紫外光作用下生成醌或其它結(jié)構(gòu)，其耐熱性差“3 。 ( 2 ) 引進(jìn)其它組分。引進(jìn)與酚醛樹脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或與它相容性較好的組分， 分隔或包圍羥基，從而達(dá)到改變固化速度，降低吸水性、提高性能的目的。3 。引 進(jìn)其它的高分子組分，則可兼具兩種高分子材料的優(yōu)點(diǎn)。 現(xiàn)在國內(nèi)外采用的改性酚醛樹脂有“1 ：聚乙烯醇縮醛改性酚醛樹脂、聚酰胺 改性酚醛樹脂、環(huán)氧改性酚醛樹脂、有機(jī)硅改性酚醛樹脂、硼改性酚醛樹脂、二 甲苯改性酚醛樹脂、二苯醚甲醛樹脂、腰果殼液改性酚醛樹脂、納米改性酚醛樹 貴州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 坡縷石表面改性及其在汽車制動(dòng)材料中的應(yīng)用研究 脂。此外還有其他類型的改性酚醛樹脂，如：芳烴改性、丁腈改性、乳膠改性、 桐油改性等。 二、填料 填料是組成摩擦材料的三元組分之一，包括多種摩擦性能調(diào)節(jié)劑和其它配 合劑，它的主要作用是對(duì)摩擦材料的摩擦磨損性能進(jìn)行多方面的調(diào)節(jié)，使摩擦材 料制品能更好的滿足各種工況條件下的制動(dòng)和傳動(dòng)功能的要求。 填料在摩擦材料中的作用有： ( 1 )改善制品的摩擦性能( 摩擦系數(shù)、磨損率) ； ( 2 ) 改善制品外觀質(zhì)量、剛度、硬度、制動(dòng)噪音及密度； ( 3 ) 提高制品的加工性能與制造工藝性能； ( 4 ) 控制制品熱膨脹系數(shù)、收縮率，增加產(chǎn)品尺寸的穩(wěn)定性； ( 5 )改善制品的導(dǎo)熱性： ( 6 ) 降低生產(chǎn)成本。 填料是汽車摩擦材料中不可缺少的組分，在摩阻材料的開發(fā)和應(yīng)用中，對(duì)于 填料作深入系統(tǒng)的研究不多，鮮有這方面的文獻(xiàn)報(bào)道。在生產(chǎn)中只能憑借一些經(jīng) 驗(yàn)選擇、試配。 填料的種類主要包括： ( 一) 有機(jī)類填料 又稱有機(jī)摩擦粉，其作用是降低制品硬度和模量，提高制品的柔韌性，改 善摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性。，”“1 ，同時(shí)有利于減少制動(dòng)噪音，但由于他們的耐熱性較 低，在制動(dòng)摩擦的工作溫度下會(huì)發(fā)生熱分解，造成摩擦性能的下降，因此用量不 宜過多，需加以控制。常用的有機(jī)類填料包括；腰果殼油摩擦粉、粉狀橡膠、輪 胎粉、胺基脂粉等。 ( 二) 無機(jī)填料 可分為增摩填料與減摩填料。 ( 1 ) 增摩填料：又稱摩阻填料，是制動(dòng)摩擦材料主要用填料，它要求有一定 的硬度和剪切強(qiáng)度，而且具有較好的摩擦系數(shù)。大量使用的摩阻填料一般莫氏硬 度在3 “5 之間，它們既能和鑄鐵摩擦產(chǎn)生較高的摩擦系數(shù)而又不容易損傷鑄鐵， 也不會(huì)產(chǎn)生明顯的制動(dòng)噪音。硬度在5 6 左右的硬質(zhì)填料，粒度宜細(xì)，以1 6 0 4 貴州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文坡縷石表面改性及其在汽車制動(dòng)材料中的應(yīng)用研究 4 0 0 # 為宜，一般用量不能過多。常用的增摩填料有：重晶石( b a r i t e ) 、硅灰石 ( w o l l a s t o n i t e ) 、螢石( f l u o r i t e ) 、鉻鐵礦粉( c h r o m i t e ) 、鉀長石( f e l d s p a r ) 、 氧化鋁( a l u m i n a ) 等。 ( 2 ) 減摩填料：主要以提高材料的耐磨性、降低摩擦系數(shù)和減少制動(dòng)噪音 為目的。摩擦材料中使用的減摩填料包括兩種類型材料，一類是莫氏硬度為1 2 的具有各向異性的非金屬礦物，如石墨( g r a p h i t e ) 、硫化鉬( m o s ：) 、滑石( t a l e ) 、 云母( m i c a ) 等，添加量通常在1 0 以下；另一類是軟金屬如鉛、銅、鋅等， 它們的特點(diǎn)是硬度很低，剪切強(qiáng)度低，故而具有低摩擦系數(shù)和低磨損的特性。廣 泛應(yīng)用的減摩填料是層狀結(jié)構(gòu)石墨和硫化镅，添加石墨可改善抗磨性能；使用硫 化鋁，能夠改善抗衰減性能和在較高溫度下穩(wěn)定摩擦狀況。 ( 三) 金屬 常用于摩擦材料中軟金屬是黃銅、銅和鋁，除了在低溫下有一定的減摩作用 外，在高溫時(shí)也有減摩性能，但必須注意其熔點(diǎn)與摩擦材料的工作溫度相匹配， 在高溫時(shí)其金屬氧化物會(huì)將使摩擦系數(shù)升高。國內(nèi)外常用的金屬減摩填料有銅和 鋁的粉狀和切屑物，銅粉耐磨、易在對(duì)偶表面形成轉(zhuǎn)移層，起到穩(wěn)定摩擦系數(shù)的 作用。鐵粉尤其是鑄鐵粉可以提高耐磨性和穩(wěn)定摩擦系數(shù)。多孔鐵粒具有一種磨 蝕性表面，它在摩擦片和相應(yīng)制動(dòng)表面初始貼合時(shí)，具有足夠高的摩擦系數(shù)，特 別是在低溫條件下表現(xiàn)出良好的耐磨性。鋅粉在摩擦材料中起到防腐蝕和穩(wěn)定摩 擦系數(shù)作用。高檔剎車片中常加用5 8 的黃銅粉或屑。摩擦材料中加用金屬 的另一個(gè)作用是有利于提高制品的熱傳導(dǎo)性和降低摩擦表面的溫度，因?yàn)橹苿?dòng)材 料與對(duì)偶金屬材料相摩擦?xí)r，受摩擦表面散熱情況的影響很大，如果散熱情況不 良，則摩擦系數(shù)由于材料表面溫度升高而降低。 三、纖維增強(qiáng)材料 1 、纖維增強(qiáng)材料的研究現(xiàn)狀 纖維增強(qiáng)材料的作用主要是使材料具有一定的強(qiáng)度和韌性，耐沖擊、剪切、 拉伸等機(jī)械作用而不至于出現(xiàn)裂紋、斷裂、崩缺等機(jī)械損傷。因此增強(qiáng)纖維應(yīng)滿 足以下性能要求： ( 1 ) 具有足夠的強(qiáng)度和模量以及較好的韌性； ( 2 ) 良好的摩擦性能，在定的溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的摩擦系數(shù)及適當(dāng) 貴州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文坡縷石表面改性及其在汽車制動(dòng)材料中的應(yīng)用研究 的摩擦損耗； ( 3 ) 較高的熱分解溫度，在一定溫度范圍內(nèi)不發(fā)生熱分解、脫水、相交等和 較高的高溫分解殘?zhí)悸剩?( 4 ) 纖維易于分散且與基體有較好的相溶性； ( 5 ) 適當(dāng)?shù)挠捕?，不產(chǎn)生嚴(yán)重的噪音； ( 6 ) 量廣、價(jià)廉、無毒性，不污染環(huán)境。 石棉作為一種天然礦物纖維，具有質(zhì)輕、價(jià)廉、分散性好、摩擦磨損性能好、 增強(qiáng)效果好等特點(diǎn)，因此在摩擦材料中得到了廣泛的應(yīng)用。但是自從上世紀(jì)7 0 年代，石棉及其高溫分解物被確認(rèn)屬于致癌物質(zhì)后，許多國家對(duì)石棉的使用都做 出了具體的規(guī)定。再加上隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)制動(dòng)摩擦材料提出了更高 的要求，使用條件也更為苛刻。如今轎車前輪盤式制動(dòng)溫度可達(dá)3 0 0 - - 5 0 0 。c ， 而石棉在4 0 0 。c 左右將失去結(jié)晶水，5 8 0 - 7 0 0 。c 時(shí)結(jié)晶水將完全喪失，同時(shí)也失 去彈性和強(qiáng)度，出現(xiàn)明顯的“熱衰退”現(xiàn)象“”，已基本失去增強(qiáng)效果。石棉脫水 后導(dǎo)致摩擦性能不穩(wěn)定、損傷對(duì)偶及出現(xiàn)制動(dòng)噪聲，因此，石棉基摩擦材料顯然 不能適應(yīng)汽車工業(yè)和現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展需求將逐步被取代。由于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較 低、民眾環(huán)保意識(shí)不強(qiáng)及汽車工業(yè)的落后，價(jià)格較低、應(yīng)用范圍較廣的石棉基摩 擦材料至今還在使用。然而隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平的不斷 提高，人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求也越來越高，國家有關(guān)部門已作出規(guī)定，近年石棉 基摩擦材料將要被其它纖維增強(qiáng)摩擦復(fù)合材料所替代“。 以歐、美為代表的工業(yè)發(fā)達(dá)國家，生產(chǎn)摩擦材料用增強(qiáng)材料已大部分改為非 石棉纖維。應(yīng)用最為普遍的是金屬纖維( 包括鋼纖維、銅纖維和鋁纖維等) 、有機(jī) 增強(qiáng)纖維( 包括芳族聚酰胺纖維及其漿粕、聚丙烯纖維及其漿粕、碳纖維和木質(zhì) 素纖維) 和無機(jī)礦物增強(qiáng)材料( 包括玻璃纖維、礦棉纖維、海泡石纖維、硅灰石纖 維以及云母、烴石等礦物) 。研究表明，歐、美國家習(xí)慣以鋼纖維、木質(zhì)素、芳 族纖維相混合，生產(chǎn)半金屬盤式剎車片；以玻璃纖維、芳族纖維等，生產(chǎn)編織或 纏繞離合器面片；而以礦棉、海泡石、硅灰石、鋼纖維、聚丙烯纖維漿粕等、 單獨(dú)或其中幾種混合，生產(chǎn)其它摩擦材料。日本也在大力開發(fā)研究非石棉摩擦材 料，在非石棉摩擦材料專利技術(shù)中日本的專利占有相當(dāng)大的比例。據(jù)稱，日本出 口到國外的汽車，全部裝配非石棉摩擦材料。目前，除歐盟各國對(duì)含石棉摩擦樹 6 貴州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文坡縷石表面改性及其在汽車制動(dòng)材料中的應(yīng)用研究 料完全禁止外，含石棉摩擦材料生產(chǎn)和使用仍占有一定比例?？梢钥闯?，研究和 開發(fā)非石棉摩擦材料是大勢(shì)所趨，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)引起高度重視，只有加大開發(fā)研究 力度才能跟上國際發(fā)展潮流。 目前，國內(nèi)外開展的石棉代用增強(qiáng)纖維的研究，主要有天然礦物纖維、鋼纖 維、玻璃纖維、碳纖維、有機(jī)纖維。實(shí)際上，這些纖維制動(dòng)材料也存在各類問題： ( 1 ) 增強(qiáng)纖維與基體的相溶性較差； ( 2 ) 價(jià)格較石棉基摩擦材料高出很多； ( 3 ) 增強(qiáng)纖維摩擦材料的制成品性能并不是很穩(wěn)定； ( 4 )代用纖維摩擦材料雖然在某些性能方面已經(jīng)超越石棉基摩擦材料， i 但整體性能與石棉還存在較大的差距，目前尚無任何一種纖維材料能夠具有石棉 的綜合性能。 目前國內(nèi)外對(duì)摩擦材料增強(qiáng)纖維的研究主要集中于增強(qiáng)纖維的選用和優(yōu)化 方面“”，而在纖維含量對(duì)摩擦材料綜合性能的影響方面研究報(bào)道較少。而增強(qiáng)纖 維含量對(duì)摩擦材料的摩擦、磨損性能的影響是很大的。據(jù)國內(nèi)的試驗(yàn)報(bào)告，纖維 含量增加至2 0 以上后，材料的摩擦系數(shù)隨著溫度上升而明顯下降，同時(shí)磨損也 明顯加劇，磨損量急劇上升“。摩擦材料在高溫時(shí)的磨損機(jī)制主要是由于粘結(jié)劑 的熱分解，失去膠粘作用，各組分易脫落造成磨損加劇，同時(shí)出現(xiàn)熱衰退現(xiàn)象，摩 擦系數(shù)明顯降低。這主要是由于當(dāng)材料中纖維含量增加時(shí)，材料中粘結(jié)劑的含量 相對(duì)降低，各組分之間的粘結(jié)力下降，隨著粘結(jié)劑的熱分解，而導(dǎo)致上述現(xiàn)象出 現(xiàn)。如果保持增強(qiáng)纖維與樹脂粘結(jié)劑的適當(dāng)比例，在增加纖維含量的同時(shí)，增加樹 脂含量，也許會(huì)保持其高溫穩(wěn)定的摩擦系數(shù)和低的磨損量。但過多的增強(qiáng)纖維， 特別是金屬纖維會(huì)直接導(dǎo)致摩擦材料密度、硬度及導(dǎo)熱率等指標(biāo)上升，對(duì)材料的 綜合性能不利。纖維混雜后在摩擦材料內(nèi)結(jié)織成網(wǎng)狀，起到增強(qiáng)作用。因纖維與 各種摩擦性能調(diào)節(jié)劑及填料之間是依靠樹脂等膠粘劑粘合，所以與各組分之間的 結(jié)合力明顯小于纖維本身的剪切強(qiáng)度。在摩擦過程中增強(qiáng)纖維將被剝離、拉拔和 剪切，因而提供一定的摩擦力矩。因纖維的比表面積較大，所以當(dāng)纖維含量增加時(shí)， 摩擦力矩增大，摩擦系數(shù)也因此增加。但當(dāng)纖維含量超過一定限額，其與樹脂基體 之間的粘結(jié)力下降，纖維更加容易被剝離、拉拔，而靠纖維剪切所能提供的摩擦 力矩減少。隨著滑動(dòng)速度的提高，高纖維含量( 3 0 3 5 ) 的摩擦材料摩擦系數(shù)快速 7 貴州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文坡縷石表面改性及其在汽車制動(dòng)材料中的應(yīng)用研究 下降。 2 、纖維增強(qiáng)機(jī)制 復(fù)合材料受力時(shí)，載荷一般都是直接加在基體上，然后通過一定方式傳遞至 纖維，使纖維受載。纖維和基體彈性模量不同，如果受到平行于纖維方向的力， 由于一般e ，( 纖維彈性模量) e ( 基體彈性模量) ，基體變形量將會(huì)大于纖維 的變形量。但因?yàn)槔w維與基體是緊密結(jié)合在一起的，纖維將限制基體的過大變形， 于是在纖維與基體之間的界面部分便產(chǎn)生了剪應(yīng)力和剪應(yīng)變，并將所承受的載荷 合理分配到纖維和基體這兩種組分上。纖維通過界面沿纖維軸向的剪應(yīng)力傳遞載 荷，會(huì)受到比基體中更大的拉應(yīng)力，這就是纖維增強(qiáng)基體的原因“8 3 ( 見圖卜1 ) 。 o ( a ) ( b ) 纖維 基體 圖1 1 說明一根纖維埋入基體模型受力前后變形示意圖 ( a ) 受力前 ( b ) 受力后 o 1 1 2 2 我國摩擦材料的生產(chǎn)與國外的差距 l o 多年來我國的汽車摩擦材料無論是在產(chǎn)品質(zhì)量還是在制造工藝、設(shè)備上 都有很大提高，如半金屬無石棉盤式襯片的開發(fā)和制造取得了較大成效，對(duì)無石 棉摩擦材料的研究開發(fā)也在不斷開展，對(duì)非石棉增強(qiáng)材料及樹脂的選用做了較多 的研究“。“3 ，對(duì)摩擦材料的生產(chǎn)工藝、測試方法和設(shè)備等都有所研究和改進(jìn)“1 。 但總體上仍比較落后，與國外仍存在很大的差距。主要表現(xiàn)在： ( 1 ) 制造技術(shù)方面：我國摩擦材料生產(chǎn)自動(dòng)化水平和生產(chǎn)效率普遍較低，設(shè) 備簡陋，精度低，質(zhì)量不高，難以形成規(guī)模化：生產(chǎn)工藝大多還采用干法及濕法 工藝，生產(chǎn)過程中能源消耗大，產(chǎn)品質(zhì)量難以進(jìn)一步提高；而其他先進(jìn)國家旱以 貴州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文坡縷石表面改性及其在汽車制動(dòng)材料中的應(yīng)用研究 采用冷壓法、擠出法、纏繞法和注射法等新工藝m 1 。對(duì)于模壓產(chǎn)品，國外發(fā)達(dá)國 家采用的基本工藝流程如下：配料一混料一預(yù)壓成型一熱壓熱處理一機(jī)械加工一 表面處理一印標(biāo)一包裝。配料基本實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，減少了人工誤差；熱壓 大都采用大噸位壓力機(jī)，并采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率。 ( 2 ) 產(chǎn)品配方及性能方面：我國摩擦材料產(chǎn)品品種( 配方) 比較單一，系列 性差，且無石棉產(chǎn)品所占的比重小：在性能上，產(chǎn)品的穩(wěn)定性差，熱衰退率和磨 損率高，硬度和密度大，使用壽命短。而國外，當(dāng)前采用先進(jìn)的技術(shù)配方特征在 于：無石棉、無金屬、無k e v l a r 等化學(xué)纖維、樹脂含量少至5 6 ，采用第二 粘接劑及多孔性結(jié)構(gòu)的原料，熱壓時(shí)間3 0 s 9 0 s ，熱處理溫度高達(dá)2 4 0 。c 一2 8 0 。其具有符合環(huán)保要求、降低成本、減少制動(dòng)噪音、減少熱衰退等優(yōu)點(diǎn)。而且 國外配料基本實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，減少了人工配料的誤差。 1 1 3 汽車制動(dòng)材料的分類 汽車制動(dòng)摩擦材料是高摩擦系數(shù)材料，又稱摩阻材料。按找不同的方式，可 有多種分類： ( 1 ) 按產(chǎn)品形狀分 種類特點(diǎn)及要求 生產(chǎn)工藝及用途 面積較小，承受較高的制動(dòng)負(fù)荷，在各類汽車制動(dòng)摩大多以干法工藝。主要用于轎 擦材料中，其性能要求是最高的。其粘接劑以樹脂為 車。 盤式片 主，橡膠為輔，要求耐熱性好、熱分解溫度高、熱失 重少。 鉚接型鼓式制動(dòng)片與制動(dòng)蹄鐵以鉚裝方式組合，要求我國1 9 6 0 年代以前，以濕法 鉚接型鼓 承受較大的制動(dòng)負(fù)荷，在減少和克服噪音上沒有盤式 工藝生產(chǎn)，1 9 7 0 年代以后都采 片苛刻。該類材料要求樹脂耐熱性好，摩擦性能調(diào)節(jié)用干法工藝。主要用于中、重 式制動(dòng)片 劑的高溫性能好?，F(xiàn)主要以鋼纖維一礦物纖維或多種型載重汽車。 礦物纖維并加少量有機(jī)纖維為增強(qiáng)材料。 粘接型鼓 將鼓式制動(dòng)片和制動(dòng)蹄鐵通過粘接劑粘接而成制動(dòng) 采用干法工藝和濕法工藝生 蹄片整體，制動(dòng)負(fù)荷比鉚接型鼓式制動(dòng)片小。材料的產(chǎn)。主要用于轎車和輕型、微 式制動(dòng)蹄 性能要求略低于中、重型載重汽車鼓式制動(dòng)片和轎車型汽車。 盤式片。 貴州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 坡縷石表面改性及其在汽車制動(dòng)材料中的應(yīng)用研究 ( 2 ) 按產(chǎn)品材質(zhì)分 種類 材料性能特點(diǎn)應(yīng)用 特點(diǎn)是有機(jī)組分含量高( 5 0 6 6 0 v 0 1 ) ，低溫摩擦 早期的摩擦材料基本上都使 石棉摩擦材 系數(shù)高、壽命長，但是石棉摩擦材料導(dǎo)熱性差，高溫用石棉作為增強(qiáng)材料。由于石棉 摩擦性能下降。污染環(huán)境。2 0 世紀(jì)加年代發(fā)展起來纖維對(duì)人體健康有害，其生產(chǎn)及 料 的，有高分子化合櫞、石棉及填料等組成。比重應(yīng)用在國外發(fā)達(dá)國家已經(jīng)明令禁 1 6 i 8 。 止，我國也以逐步限制其使用。 以金屬纖維代替石棉纖維，其材料配方增強(qiáng)纖維主要用于轎車和重型汽車的 半金屬摩擦主要是鋼和銅等金屬纖維。材料的熱穩(wěn)定性能好，耐盤式剎車片。 材料磨性能好，導(dǎo)熱性能好，對(duì)環(huán)境污染小，但制動(dòng)噪音 大，成本較高，比重稍大。 采用多種纖維混合作為增強(qiáng)材料如天然纖維、主要用于轎車輕中型汽車剎 棍合纖維型 合成纖維、有機(jī)纖維等。充分發(fā)揮每一種纖維的優(yōu)勢(shì)，車片。 摩擦材料 彌補(bǔ)相互缺陷，降低成本。通過壓制成型或熱壓固化 成型。 粉末冶金摩擦材料的基體主要是鐵和銅，另外還適用于較高溫度下的制動(dòng)與 有鐵一銅基、鋁基、鎳基、鋁基和陶瓷基等“”，經(jīng)混傳動(dòng)工況條件，如飛機(jī)、重載汽 粉末冶金摩合、壓型，并在高溫下燒結(jié)而成。粉末冶金摩擦材料車、重型工程機(jī)械的制動(dòng)與傳動(dòng)。 擦材料在材料配比方面具有特別的靈活性和廣泛性，在高負(fù) 荷條件下表現(xiàn)出良好的摩擦性”“，材料使用壽命長， 價(jià)格高，制動(dòng)噪音大，對(duì)偶磨損較大。 碳纖維具有高模量、導(dǎo)熱好、耐熱好等特點(diǎn)。碳單位面積吸收功率高及比重 纖維摩擦材料是各類摩擦材料中性能中最好的一種。輕，使它特別適合生產(chǎn)飛機(jī)剎車 碳纖維摩擦 用碳纖維為增強(qiáng)材料，在碳纖維摩擦材料組分中，除片，國外有些高檔轎車的剎車片 了碳纖維外，還使用石墨、碳的化合物，組分中的有也有使用碳纖維摩擦片的。 材料 機(jī)粘結(jié)劑也要經(jīng)過碳化處理，故碳纖維摩擦材料也稱 為碳一碳摩擦材料或碳基摩擦材料。但因其價(jià)格貴， 故其應(yīng)用范圍受到限制。一般采用熱壓成型工藝。 1 2 國內(nèi)外汽車制動(dòng)材料摩擦磨損機(jī)理研究現(xiàn)狀 1 2 1 有關(guān)摩擦理論 摩擦和磨損是兩個(gè)物體在壓力的作用下相互接觸并在相互接觸表面發(fā)生相 對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所引起的現(xiàn)象。在汽車制動(dòng)摩擦材料行業(yè)中，剎車片與對(duì)偶部件( 制動(dòng) 盤或制動(dòng)鼓) 組成摩擦副。 對(duì)于摩擦材料的摩擦表面在摩擦過程中的作用機(jī)理，目前被接受的機(jī)理有 兩種：“粘著理論”和“分子一機(jī)械理論”。 1 、粘著理論 1 0 貴州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 坡縷石表面改性及其在汽車制動(dòng)材料中的應(yīng)用研究 粘著理論認(rèn)為脅1 ，摩擦表面的實(shí)際接觸面積a 只占表觀接觸面積的很小部 分，在載荷的作用下，峰點(diǎn)接觸處的壓力達(dá)到受壓的屈服極限而產(chǎn)生塑性變形。 當(dāng)兩物體表面摩擦?xí)r，接觸點(diǎn)產(chǎn)生的瞬時(shí)溫度達(dá)到1 0 0 0 c 以上，并可以持續(xù)千 分之幾秒，高溫會(huì)引起二物體發(fā)生“粘著”( 或稱為冷焊) ，兩物體表面相對(duì)移動(dòng) 過程當(dāng)中，這些粘著點(diǎn)就被剪切斷掉，二物體發(fā)生“滑溜”，摩擦就是這種“粘 著與滑溜”交替進(jìn)行的過程。這種過程使兩物體表面的相對(duì)移動(dòng)受到了阻力，此 阻力等于各個(gè)粘著點(diǎn)被剪斷時(shí)的阻力之和，它構(gòu)成了摩擦力的主要原因，被稱為 摩擦力的“剪切項(xiàng)”。這項(xiàng)摩擦力( f ) 等于剪切面積( a ) 與材料剪切強(qiáng)度( s ) 的乘積，即： f = a s( 1 ) 粘著理論還認(rèn)為，在兩物體表面粗糙時(shí)，較硬材料會(huì)嵌入較軟材料，并形成 粘著。這樣，在它們相對(duì)移動(dòng)時(shí)，這些“粘著點(diǎn)”會(huì)被剪斷，這是構(gòu)成摩擦力的 另一個(gè)原因，它被稱為摩擦力的“粗糙度項(xiàng)”( 刨削項(xiàng)) 。當(dāng)表面不太粗糙時(shí)，這 項(xiàng)摩擦力可以不計(jì)。 2 、分子一機(jī)械理論 該理論認(rèn)為，在很大單位壓力的情況下，摩擦表面的相互接觸呈彈塑性混合 狀態(tài)，且表面許多接觸點(diǎn)互相嚙合，在相互移動(dòng)的過程中，相互嚙合的部分被剪 斷，形成兩表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻力。這些接觸點(diǎn)和嚙合點(diǎn)上產(chǎn)生的阻力總和，即表 現(xiàn)為摩擦力。另外，在表面接觸部位上，會(huì)產(chǎn)生分子引力( n 。) ，分子引力的作 用如同對(duì)接觸表面施加負(fù)荷的作用。摩擦即是由此二項(xiàng)因素決定的過程：一方面 是克服機(jī)械的嚙合，另方面是克服分子引力，故稱為“分子一機(jī)械理論”。按 此理論，摩擦系數(shù)為摩擦力與垂直負(fù)荷和接觸表面分子引力之和的比值。即： = f ( n + n o ) ( 2 ) 這就是通常所說的摩擦二項(xiàng)式定律。摩擦?xí)r，表面的相互嚙合和分子引力的形成 與破壞造成了摩擦表面的磨損。式中稱為真實(shí)摩擦系數(shù)，它是一個(gè)恒量，而 一般通過計(jì)算得到的摩擦系數(shù)“”不是一個(gè)恒量，它隨負(fù)荷的增加而降低。 貴州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 坡縷石表面改性及其在汽車制動(dòng)材料中的應(yīng)用研究 1 2 2 磨損機(jī)理 摩擦材料的摩擦磨損機(jī)理是較復(fù)雜的物理化學(xué)過程。“”。摩擦片在進(jìn)行制動(dòng) 和傳動(dòng)時(shí)涉及的工況條件變化因素很多，包括速度、溫度、壓力、負(fù)荷、氣候和 道路條件的變化，還有金屬對(duì)偶材料的摩擦表面氧化層的形成及金相組織相變： 其中特別重要的是摩擦材料粘接劑在高溫工況條件下的熱分解。雖然關(guān)于制動(dòng)摩 擦副的摩擦磨損機(jī)理研究很多，但由于摩擦材料中成分和組織以及材料性能的復(fù) 雜性，迄今為此還沒有一個(gè)統(tǒng)一的理論能解釋摩擦過程中摩擦磨損現(xiàn)象的機(jī)理。 摩擦材料的磨損類型主要有： 1 、粘著磨損 在負(fù)荷條件下，摩擦材料與金屬對(duì)偶材料接觸表面上的不平點(diǎn)受到很大的單 位壓力，當(dāng)兩表面發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而摩擦?xí)r，這些不平點(diǎn)相互擠壓碰撞而產(chǎn)生強(qiáng)烈 的局部過熱，導(dǎo)致高溫，形成冷焊點(diǎn)。在剪切力的作用下這些點(diǎn)被剪斷，并從較 軟的材料表面脫落，造成粘著磨損。 2 、磨料磨損 摩擦材料內(nèi)部含有纖維和硬顆粒，這些纖維和硬顆粒在摩擦材料中起到承接 和傳遞載荷的作用，并在摩擦表面形成一系列小突起，在摩擦過程中，這些小突 起對(duì)其偶件表面進(jìn)行切削或刮擦斷裂形成磨屑，或者是高溫下樹脂分解，硬質(zhì)點(diǎn) 脫落形成磨屑。這些磨屑作用在摩擦材料和對(duì)偶之間作用，導(dǎo)致摩擦材料和對(duì)偶 的磨損加劇，摩擦系數(shù)增大。 3 、疲勞磨損 在汽車制動(dòng)過程中，摩擦材料與對(duì)偶進(jìn)行相對(duì)滑動(dòng)，在它們接觸區(qū)域造成很 大的應(yīng)力和塑性變形。在長期反復(fù)的制動(dòng)作用后，摩擦材料在某些薄弱環(huán)節(jié)將發(fā) 生疲勞裂紋，并逐步擴(kuò)大，最后剝落下來。另外，在每次制動(dòng)時(shí)，摩擦材料表面 溫度升高，導(dǎo)致材料熱疲勞，在長期作用下，將加速材料裂紋的產(chǎn)生。 4 、熱磨損 快速行駛的汽車在制動(dòng)時(shí)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為摩擦而產(chǎn)生熱能，使摩擦表面溫度 升高，致使摩擦材料中的某些組分發(fā)生如高溫分解、氧化、蒸發(fā)，以及一系列物 1 2 貴州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 坡縷石表面改性及其在汽車制動(dòng)材料中的應(yīng)用研究 理和化學(xué)變化，從而使磨損加劇，摩擦系數(shù)下降。 綜上所述，在摩擦的過程中，材料的磨損不可能只是一種機(jī)理在起作用，隨 著材料組成、工況的變化，會(huì)同時(shí)存在幾種磨損機(jī)理，并且在不同的磨損階段， 可能其中某些占主要地位，有時(shí)可熊相互轉(zhuǎn)化。如低負(fù)荷和低溫下，主要磨損機(jī) 理既有認(rèn)為是磨料磨損的，也有認(rèn)為是粘著磨損或疲勞磨損的。但對(duì)用高分子樹 脂作為粘接劑的摩擦材料，在摩擦過程界面轉(zhuǎn)移膜( 摩擦轉(zhuǎn)移膜) 的形成及其在 摩擦過程中的減磨作用和高溫下的有機(jī)物分解造成熱磨損方面的認(rèn)識(shí)是一致的。 我們知道摩擦材料的基體( 即粘接劑) 現(xiàn)在主要是酚醛樹脂及其各種改性樹脂， 它是摩擦材料組分中最重要的組分之一。對(duì)于摩擦界面轉(zhuǎn)移膜的形成，一般認(rèn)為 c 2 9 ( 1 ) 新制動(dòng)摩擦副在初始跑合階段：粗糙表面的微凸峰相互接觸發(fā)生塑性變 形和斷裂，斷裂形成的磨屑在界面壓力和摩擦力作用下，由于有機(jī)成分較多而相 互粘結(jié)，并粘結(jié)于兩摩擦副表面，因?yàn)榻缑婺さ淖陨韮?nèi)部的粘結(jié)力大于其與兩表 面的粘結(jié)力，在摩擦作用下會(huì)沿其中部面剪開而粘結(jié)在兩摩擦表面，形成摩擦轉(zhuǎn) 移膜； ( 2 ) 制動(dòng)摩擦片制動(dòng)過程中，摩擦片與金屬對(duì)偶的摩擦表面會(huì)產(chǎn)生很高的溫 度，達(dá)到2 0 0 “4 0 0 。c ，甚至更高，達(dá)到樹脂的熱分解溫度區(qū)域。此時(shí)樹脂分子分 解產(chǎn)生液態(tài)或氣態(tài)的低分子物質(zhì)，摩擦表面形成一成很薄的液態(tài)或氣態(tài)介質(zhì)層， 或此介質(zhì)層只蓋住一部分表面，使原本為純凈摩擦或干摩擦的工況條件變?yōu)榛旌?摩擦的狀態(tài)，在宏觀上表現(xiàn)為摩擦系數(shù)的下降或急劇下降，即熱衰退。轉(zhuǎn)移膜的 成分主要由有機(jī)物( 或其分解物) 和填料及金屬元素組成，隨著轉(zhuǎn)移膜的不斷形 成，兩摩擦表面的粗糙度降低直到形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)移膜。在這一過程中，摩擦系數(shù) 變化較大，而磨損率由大變小。一般認(rèn)為，這段過程的磨損機(jī)理為磨料磨損。在 隨后的過程中，轉(zhuǎn)移膜的形成、剪切處于動(dòng)態(tài)平衡，在溫度不太高的情況下，摩 擦系數(shù)和磨損都處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，有人洶3 認(rèn)為此階段的磨損機(jī)理主要是粘著 和疲勞磨損。 隨著溫度升高，導(dǎo)致樹脂分解加劇，聚合物的分子主鏈和交聯(lián)鏈斷裂，網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)被破壞，低分子物質(zhì)的產(chǎn)生和逸出，結(jié)果使樹脂碳化合失去重量。碳化使樹 脂失去粘結(jié)作用，失去重量使粘結(jié)劑數(shù)量減少，導(dǎo)致摩擦表面逐漸形成龜裂，磨 貴州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文坡縷石表面改性及其在汽車制動(dòng)材料中的應(yīng)用研究 損加劇，材料從摩擦表面脫落，即熱磨損。 1 3 坡縷石的性能及應(yīng)用概述 1 3 1 坡縷石礦資源簡介 坡縷石在礦物學(xué)分類上隸屬于海泡石族，為含水層鏈狀鎂質(zhì)硅酸鹽礦物，其 一般在高堿( p h 值= 8 ) 、適當(dāng)鹽度、一定溫度及介質(zhì)s i 0 。、a i , 0 。、l 矗g o 三組分 比例適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下才能生成。坡縷石又名凹凸棒石，是一種稀少貴重的非金屬礦 物原料，為世界性稀缺粘土礦物資源。雖然世界上有數(shù)十個(gè)國家發(fā)現(xiàn)有坡縷石礦， 但具有