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摩擦材料

补充:0  浏览:4244  发布时间:2013-7-16


  摩擦材料是一种高分子三元复合材料,是物理与化学复合体。它是由高分子粘结剂(树脂与橡胶)、增强纤维和摩擦性能调节剂三大类组成及其它配合剂构成,经一系列生产加工而制成的制品。摩擦材料的特点是具有良好的摩擦系数和耐磨损性能,同时具有一定的耐热性和机械强度,能满足车辆或机械的传动与制动的性能要求。它们被广泛应用在汽车、火车、飞机、石油钻机等各类工程机械设备上。民用品如自行车、洗衣机等作为动力的传递或制动减速用不可缺少的材料。
  摩擦材料是用于诸多运动机械和装备中起传动、制动、减速、转向、驻车等作用的功能配件。按功能及安装的部位主要分为制动器衬片和离合器面片。摩擦材料在汽车工业中属于关键的安全件,汽车的启动、制动和驻车都离不开摩擦材料,摩擦材料的好坏、优劣直接关系着人民的生命财产安全,其功能地位不言而喻。
  运用
  摩擦材料广泛用于各种交通运输工具(如汽车、火车、飞机、舰船等)和各种机器设备的制动器、离合器及摩擦传动装置中的制动材料。在制动装量中,利用摩擦材料的摩擦性能,将转动的动能转化为热能及其他形式的能量,从而使传动装置制动。
  现代汽车摩擦材料是一类以摩擦为主要功能,兼有.结构性能要求的复合材料。在工作时主要承受反复变化的机械应力场与热应力场,而力与热的发生源是无限形成新工作面的摩擦界面。汽车用摩擦材料主要是制动摩擦片和离合器片。它们既是保安件,又是易损件。这两种产品在汽车中用量不很大,但在汽车厢材中占有特殊重要的地位,且非石棉低噪声摩擦材料的研究开发是一门涉及多学科的高新技术。在20世纪70年代中期以前;汽车制动系统多为四轮鼓式,制动摩擦片几乎都用石棉基摩擦材料,只有那些超重型车辆采用金层基摩擦材料。由于石棉基摩擦材料的热衰退性大、并且又是强致癌物质,20世纪70年代中期至80年代中期,汽车制动器结构开始向“前盘后鼓”与非石棉摩擦材料过渡。自20世纪80年代中期以后;是盘式制动器与新型无石棉摩擦材料大力发展和工业化生产二应用时期。
  基于现代社会对环保与安全的要求越来越高,世界汽车工业发达国家迅速开展了非石棉摩擦材料的研究开发,相继推出了非石棉的半金属型摩擦材料、烧结金属型摩擦材料、代用纤维增强或聚合物粘接摩擦材料、复合纤维摩擦材料、陶瓷纤维摩擦材料等,它们的共同特点是:
  1)均没有石棉成分,而是采用代用纤维或聚合物作为增强材料;
  2)增加了金属成分,以提高其使用湿度及寿命;
  3)加入了多种添加剂或填料,以改善摩擦平稳性和抗粘着性、降低制动噪声和震颤现象。
  结构
  组分摩擦材料属于高分子三元复合材料,它包括三部分:
  (1) 以高分子化合物为粘结剂;
  (2) 以无机或有机纤维为增强组分;
  (3) 以填料为摩擦性能调节剂或配合剂。
  粘结剂
  摩擦材料所用的有机粘结剂为酚醛类树脂和合成橡胶,而以酚醛类树脂为主。它们的特点和作用是当处于一定加热温度下时先呈软化而后进入粘流态,产生流动并均匀分布在材料中形成材料的基体,最后通过树脂固化作用的橡胶硫化作用,把纤维和填料粘结在一起,形成质地致密的有相当强度及能满足摩擦材料使用性能要求的摩擦片制品。
  对于摩擦材料而言,树脂和橡胶的耐热性是非常重要的性能指标。因为车辆和机械在进行制动和传动工作时,摩擦片处于200℃~450℃左右的高温工况条件下。此温度范围内,纤维和填料的主要部分为无机类型,不会发生热分解。而对于树脂和橡胶,有机类的来说,又进入热分解区域。摩擦材料的各项性能指标此时多会发生不利的变化(摩擦系数、磨损、机械强度等),特别是摩擦材料在检测和使用过程中发生的三热(热衰退、热膨胀、热龟裂)现象,其根源都是由于树脂和橡胶、有机类的热分解而致。因此选择树脂与橡胶对摩擦材料的性能具有非常重要的作用。选用不同的粘结剂就会得出不同的摩擦性能和结构性能。目前使用酚醛树脂及其改性树脂。如:腰果壳油改性、丁腈粉改性、橡胶改性及其它改性酚醛树脂作为摩擦材料的粘结剂。
  对树脂的质量要求是:
  (1) 耐热性好,有较好的热分解温度和较低的热失重。
  (2) 粉状树脂细度要高,一般为100目~200目,最好在200目以上,有利于混料分散的均匀性,可降低树脂在配方中的用量。
  (3) 游离酚含量低,以1%~3%为宜。
  (4) 适宜的固化速度 40s~60s(150℃)和流动距离(120℃ 40~80mm)。
  增强纤维
  纤维增强材料构成摩擦材料的基材,它赋予摩擦制品足够的机械强度,使其能承受摩擦片在生产过程中的磨削和铆接加工的负荷力以及使用过程中由于制动和传动而产生的冲击力、剪切力、压力。
  我国有关标准及汽车制造厂根据摩擦片的实际使用工况条件,对摩擦片提出了相应的机械强度要求。如:冲击强度、抗弯强度、抗压强度、剪切强度等。为了满足这些强的性能要求,需要选用合适的纤维品种增加、满足强度性能。
  摩擦材料对其使用的纤维组分要求:
  (1) 增强效果好。
  (2) 耐热性好。在摩擦工作温度下不会发生熔断、碳化与热分解现象。
  (3) 具有基本的摩擦系数。
  (4) 硬度不宜过高,以免产生制动噪音和损伤制动盘或鼓。
  (5) 工艺可操作性好。
  填料
  摩擦材料组分中的填料,主要是由摩擦性能调节剂和配合剂组成。使用填料的目的,主要有以下几个方面:
  (1) 调节和改善制品的摩擦性能、物理性能与机械强度。
  (2) 控制制品热膨胀系数、导热性、收缩率,增加产品尺寸的稳定性。
  (3) 改善制品的制动噪音。
  (4) 提高制品的制造工艺性能与加工性能。
  (5) 改善制品外观质量及密度。
  (6) 降低生产成本。
  在摩擦材料的配方设计时,选用填料必须要了解填料的性能以及在摩擦材料的各种特性中所起到的作用。正确使用填料决定摩擦材料的性能,在制造工艺上也是非常重要的。
  根据摩擦性能调节剂在摩擦材料中的作用,可将其分为“增磨填料”与“减磨填料”两类。摩擦材料本身属于摩阻材料,为能执行制动和传动功能要求具有较高的摩擦系数,因此增摩填料是摩擦性能调节剂的主要成分。不同填料的增摩作用是不同的。
  增摩填料的莫氏硬度通常为3~9。硬度高的增摩效果显著明显。5.5硬度以上的填料属硬质填料,但要控制其用量、粒度。(如氧化铝、锆英石等)
  减磨填料:一般为低硬度物质,低于莫氏硬度2的矿物。如:石墨、二硫化钼、滑石粉、云母等。它既能降低摩擦系数又能减少对偶材料的磨损,从而提高摩擦材料的使用寿命。
  摩擦材料是在热与较高压力的环境中工作的一种特殊材料,因此就要求所用的填料成分必须有良好的耐热性,即热稳定性,包括热物理效应和热化学效应等。
  填料的堆砌密度对摩擦材料的性能影响很大。摩擦材料的不同的性能要求,对填料的堆砌密度的要求也是不同的。

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