玻璃纤维含量对摩擦材料性能的影响范文

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《化工新型材料杂志》2016年第12期

摘要：

以复合纤维为增强纤维，按照一定的配方和一定的干法热压工艺制备了一种摩擦材料。在复合纤维质量分数一定的条件下，采用逐步替代法，探讨了玻璃纤维含量对摩擦材料的性能影响。结果表明，玻璃纤维的含量对摩擦材料的摩擦磨损性能、机械强度等有显著的影响，通过改变复合纤维中各组分的比例，可以获得性能优异的摩擦材料。以复合纤维为增强材料，在该配方下，玻璃纤维的最佳质量分数为6％。

关键词：

玻璃纤维；增强纤维；纸基摩擦材料；摩擦性能

摩擦材料在运动车辆与工程机械中起着制动或传动的作用，是工作中的核心零部件。而增强纤维是摩擦材料的主要成分之一，对摩擦材料的性能以及摩擦材料产品在实际中的应用都起决定作用。目前，常用于制备摩擦材料的增强纤维主要有无机纤维、有机纤维、金属纤维、陶瓷纤维等。张力等［1］选用FKF纤维（一种由多种天然矿物纤维和人造矿物纤维组合而成的复合纤维）为主体，增强纤维改性酚醛树脂为基体，研制出了一种摩擦系数适宜且稳定，耐磨性能好的新型FKF纤维增强新型制动摩擦材料；张西奎等［2］采用碳纤维制备了增强汽车摩擦材料并进行了摩擦磨损性能，结果表明摩擦材料的摩擦因数和磨损率都随碳纤维含量的增加而减小，碳纤维的质量分数不宜超过5％；邓海金等［3］采用纸浆纤维与Kevlar纤维浆粕混杂纤维制备了一种摩擦材料，当纸浆纤维的质量分数为17．5％，纸基材料在循环制动条件下的摩擦系数最稳定，磨损率最低；姚冠新等［4］采用自制的复合改性树脂为基体，以芳纶浆粕、玻璃纤维、硅灰石纤维、六钛酸钾晶须等为增强纤维，制备了一种多纤维增强汽车制动器摩擦材料；潘运娟［5］加入钢纤维制备了半金属摩擦材料，并研究了钢纤维质量分数为30％时的摩擦磨损性能；杨国盛等［6］则引入了陶瓷纤维来制备一种纸基摩擦材料，当陶瓷纤维质量分数在2．35％时，试样性能最佳。本研究以复合纤维为增强纤维，以酚醛树脂和橡胶粉做粘结剂，按照一定的配方和一定的干法热压工艺制备了一种摩擦材料，通过逐步替代法，探讨了增强纤维质量分数在33％不变时，玻璃纤维与硅酸铝纤维的不同比例对摩擦材料摩擦磨损性能的影响，以期对摩擦材料的制备提供有益参考。

1试验部分

1．1试验配方设计与试剂来源

试验配方设计与试剂来源见表1。

1．2仪器

带模具侧板式平板硫化机（XLB－D400×400型），西安裕华橡胶机械厂）；静水密度测量天平（京制YDK01－C型），赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；摆锤冲击试验机（ZBC1251型），深圳三思纵横科技股份有限公司；混料机（BY101型），郑州军龙制动装备有限公司；摩擦材料制样机（XDZ－B型），咸阳新益摩擦密封设备有限公司；电动塑料洛氏硬度计（XHRD－150型），莱州华银试验仪器有限公司；定速式摩擦试验机（XD－MSM型），咸阳新益摩擦密封设备有限公司；高速粉碎机（6202型），西安裕华橡胶机械厂。

1．3摩擦材料试样的制备

为了研究玻璃纤维和硅酸铝纤维的不同配比对摩擦材料磨损性能的影响，应用“逐步替代法”，以步差质量分数为2％增加玻璃纤维含量，同时减少硅酸铝纤维含量，保证制备的摩擦材料中纤维总质量分数保持10％不变。每组制备5个样品，然后测试其性能的平均值（见表2）。热压工艺参数：压制温度160℃，压力14MPa，时间10min；前1min每15s放1次气，前3min，每60s即1min放1次气。

1．4摩擦材料试样的性能检测

按照热压工艺对试验所用的物料进行压制成型经裁剪后得到所需的试验样品，对试验样品进行密度、硬度、摩擦磨损性能、冲击强度的测试，操作规范与流程按照以上试验设备测试原理中的步骤进行［7－9］。

2结果与讨论

2．1密度试验

表3为摩擦材料试样密度。由表3可知，摩擦材料试样的密度受玻璃纤维与硅酸铝纤维的比例不同而稍有不同，但其平均密度值为2．081g／cm3，平均偏差为0．017g／cm3，相对标准偏差为0．8％，测量的精密度高，其密度波动较小，同时也说明了玻璃纤维与硅酸铝纤维的比例对摩擦材料的密度几乎没有影响。

2．2硬度试验

图2是摩擦材料平均硬度变化曲线。由图2可得，摩擦材料的洛氏硬度受玻璃纤维的含量的变化而影响，随玻璃纤维的含量的增大，摩擦材料的硬度随之增大。组别5摩擦材料的硬度最大为88．57HRM，组别1摩擦材料的硬度最小为58．87HRM。对于汽车制动片，适宜的洛氏硬度范围为40～90HRM［10］，因此，玻璃纤维的质量分数在10％以内时，从硬度方面考虑，摩擦片的噪音低，舒适性高。

2．3摩擦磨损试验

图3和图4是不同温度下摩擦系数和磨损率随玻璃纤维与铝硅酸纤维不同比率时的变化结果。从图3中可以看出，组别3在整个升温和降温过程中，其摩擦系数随温度变化平稳，这种情况下，能够获得1个合适冷摩擦系数且随温度变化平稳的摩擦材料。从图4可以观察到，对整个几种摩擦材料来说，摩擦材料的磨损率随温度升高先减小后增大，当温度超过200℃后，其磨损率急剧增大，这是因为当温度超过200℃后，以玻璃纤维为主的摩擦材料其在长时间的摩擦后，一方面其容易折断，另一方面，在较高温度下，其与粘合剂的作用变差，出现掉渣、脱落等导致磨损率急剧增大。从图4发现，当玻璃纤维含量很低时，如组别1，其玻璃纤维的质量分数仅为2％，其磨损率随温度升高而降低，超过250℃后，其磨损率增大。当温度在200℃以下时，玻璃纤维的质量分数在4％以上时，都能获得较好的冷摩擦系数。综合来看，通过组别3制备的摩擦材料的摩擦性能较稳定。

2．4冲击强度试验

摩擦材料在整个生命周期内，经常会受到强大摩擦力或很强的制动传动的冲击力，其良好的耐冲击性是不可少的，以抵制这种不良的影响；否则，其在不良使用过程中就会出现破裂甚至猛然的断裂，从而发生重大生产或交通事故，造成重大财产损失或生命安全。图5冲击强度是采用无缺口简支梁摆锤试验得到，由图5可知，摩擦材料的冲击强度随玻璃纤维的增加，在玻璃纤维质量分数从0增加到4％的过程中，其耐冲击强度明显增加，然后玻璃纤维的质量分数超过4％，其冲击强度略有增大，但增大不明显。从图5还可知，组别5摩擦材料的冲击强度最大；而组别1摩擦材料的冲击强度最小

3结论

（1）增强纤维是摩擦材料的重要组成部分，其组成和性质极大影响摩擦材料的各项性能，本研究以玻璃纤维与硅酸铝纤维作为复合纤维纤维的一种，制备了一种具有实际应用意义的摩擦材料，在200℃以下使用时，可以获得较好的冷摩擦系数和较低的磨损率，增加了其使用的寿命。

（2）通过摩擦材料的密度、洛氏硬度以及耐冲击强度等试验，组分3的配比，即当玻璃纤维的质量分数为6％，铝硅酸纤维的质量分数为4％时，可以制备出耐冲击、摩擦系数合适且在一定温度范围内稳定的摩擦材料。

参考文献：

［1］张力，张扬，孟春玲．FKF纤维增强新型制动摩擦材料的研制［J］．材料导报，2007，21（7）：101－102．

［2］张西奎，王成国，王海庆．碳纤维增强汽车摩擦材料的研究［J］．汽车工艺与材料，2003，17（4）：9－11．

［3］邓海金，李雪芹，李明．混杂纤维增强纸基摩擦材料的压缩回弹和摩擦磨损性能研究［J］．摩擦学学报，2007，27（4）：367－371．

［4］姚冠新，夏园，魏龙庆．多纤维增强汽车制动器摩擦材料的摩擦磨损特性研究［J］．润滑与密封，2010，35（5）：63－66．

［5］潘运娟．汽车半金属摩擦材料的摩擦磨损性能及机理研究［D］．长沙：中南大学，2002．

［6］杨国盛，李贺军，付业伟，等．陶瓷纤维含量对一种纸基摩擦材料性能的影响［J］．材料导报，2010，24（4）：58－62．

［7］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．JC／T685—2009摩擦材料密度试验方法［S］．北京：中国建材工业出版社，2009．

［8］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．GB／T5766—2007摩擦材料洛氏硬度试验方法［S］．北京：中国标准出版社，2008．

［9］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．GB／T29066—2012道路车辆制动衬片摩擦材料气制动商用车磨损试验方法［S］．北京：中国标准出版社，2013．

［10］王成焘，姚振强．汽车摩擦学［M］．上海：上海交通大学出版社，2002：367－399．

作者:黄四平 于占江 刘洋 岳建设 王晓芳 姜娟 单位:咸阳师范学院化学与化工学院