【文章內(nèi)容簡介】 致混料均，所以碳纖維的用量不宜過多，但用量太少又不能保證纖維的增強作用，所以，為了在摩擦材料中有足夠比例的纖維以形成適當(dāng)?shù)墓羌芙Y(jié)構(gòu)，以及優(yōu)化性能、降低成本，需要加入其它種類的纖維以提高摩擦材料的摩擦系數(shù)和改善工藝性，即利溺多種纖維混雜的混雜效應(yīng)[23]。通過對比各種纖維的特點，本次設(shè)計選擇了鋼纖維與碳纖維一起作為增強纖維。鋼纖維具有優(yōu)良的耐熱性和導(dǎo)熱性，韌性好，經(jīng)表面處理后與樹脂的結(jié)合良好，混料時易分散，硬度較高，可提高摩擦系數(shù)并且價格較低，其缺點是比重大，易生銹，加入量過多時易產(chǎn)生制動火花和嘯叫；并具有適中的摩擦系數(shù)，但其韌性、導(dǎo)熱性較差。通過將這兩種纖維合理搭配，在材料中混雜形成無規(guī)交叉網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮炭纖維減摩質(zhì)輕，金屬纖維高強導(dǎo)熱的特點，可達(dá)到揚長避短、互為補充的效果，可以從亞微觀結(jié)構(gòu)上保證研制的材料有良好的機械性能和耐熱性能。各種纖維的相對比例和總用梁量則要通過工藝試驗、力學(xué)性能試驗和摩擦性能試驗來確定。 (3)填料 填料是摩擦材料中不可缺少的組分，包括多種摩擦性能調(diào)節(jié)劑和配合劑。其主要作用是調(diào)節(jié)摩擦材料的摩擦磨損性能，以更好地滿足各種工況條件下制動和傳動功能的要求。此外，還常常通過添加不同的填料來控制、調(diào)節(jié)摩擦材料制品的硬度和結(jié)構(gòu)密實度，以改善制動噪音、降低制品成本等[24]。填料的加入對聚合物基復(fù)合材料的宏觀摩擦學(xué)性能影響很大，填料的加入會不同程度地改善摩擦學(xué)性能。用于填料的種類很多，如金屬粉末、礦物質(zhì)、氧化物、云母、石墨、固體潤滑物以及鹽類等。 本次實驗選用的填料為輕質(zhì)碳酸鈣、高嶺土、硅灰石、重晶石和石墨。輕質(zhì)碳酸鈣和重晶石在摩擦材料中作為增量性填料，其作用主要是降低成本、穩(wěn)定摩擦系數(shù)，要求它們的硬度適中，以與鋼鐵相近為宣，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在制動過程所能達(dá)到的溫度范圍內(nèi)不發(fā)生分解、脫水等可能導(dǎo)致材料破壞的反應(yīng)。選擇摩擦性能調(diào)節(jié)劑的主要依據(jù)是硬度和化學(xué)穩(wěn)定性。對增摩性摩擦性能調(diào)節(jié)劑，選用一些高硬度的無機粉末，硅灰石具備這些性能，而且價格也很便宜，但用量要少粒徑要細(xì)，以免造成嚴(yán)重磨損。石墨在摩擦材料中是作為減摩性摩擦性能調(diào)節(jié)劑使用，具有潤滑、改善熱衰退、減少制動噪聲的效果。高嶺土在摩擦材料中作為低成本填料使用[25]。 關(guān)于制動摩擦副的摩擦磨損機理研究很多，但由于摩擦材料中成分和組織以及材料性能的復(fù)雜性，迄今為止還沒有一個公認(rèn)的理論能解釋摩擦過程中摩擦磨損現(xiàn)象的機理。例如在低負(fù)荷和低溫下，主要磨損機理既有認(rèn)為是磨料磨損的，也有認(rèn)為是粘著磨損或疲勞磨損的。但對用高分子樹脂作為粘合劑的摩擦材料，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物分解造成熱磨損方面的認(rèn)識是比較一致的。 對于摩擦界面轉(zhuǎn)移膜的形成，一般認(rèn)為，新制動摩擦副在初始階段的跑合過程中，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，由于有機成分較多而相互粘結(jié)，并粘結(jié)于兩摩擦副表面。因為界面膜自身內(nèi)部的粘結(jié)力大于其與兩表面的粘結(jié)力，在摩擦作用下會沿其中部面剪開而粘結(jié)在兩摩擦體表面，形成摩擦轉(zhuǎn)移膜，轉(zhuǎn)移膜的成分以有機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，而磨損率由大到小。一般認(rèn)為，這段過程的磨損機理為磨料磨損。在隨后的過程中，轉(zhuǎn)移膜的形成、剪切處于動態(tài)平衡，在溫度不太高的情形下，摩擦系數(shù)和磨損都處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。隨著溫度的增高，有機物發(fā)生降解從而使摩擦材料表面的無機填料成分增加，轉(zhuǎn)移膜與摩擦材料的粘結(jié)程度降低，轉(zhuǎn)移膜破裂麗引起嚴(yán)重的熱磨損[26]。 對于一些纖維增強的摩擦材料，有人認(rèn)為纖維的加入有利于轉(zhuǎn)移膜的形成并增加其穩(wěn)定性，從而起到減磨作用。而對鋁基復(fù)合材料制動盤，轉(zhuǎn)移膜在其上形成的可能性和穩(wěn)定性較鑄鐵高，故有人認(rèn)為鋁基復(fù)合材料中的硬顆粒起到了機械夾擠的用。摩擦材料的表層成分、性質(zhì)和結(jié)構(gòu)對其摩擦磨損起著決定性作用。目前關(guān)于表面結(jié)構(gòu)主要有兩種模型，它們都是由表至里地將表層劃分為五層，對三、四、五(即靠近基體的三層)的認(rèn)識相同，分別為裂紋形成層、應(yīng)變層和基體。而對一、二層的認(rèn)識不同，一種認(rèn)為一層是由分解和部分碳化且包含有微裂紋的樹脂組成，二層是樹脂的降解層；另一種模型認(rèn)為一層是吸附層，二層是金屬化層，這可能是由于材質(zhì)和試驗條件的不同所致。也有人將摩擦表層劃分為四層，即表面工作層、疏松層、變形強純層和基體。 由于對磨損機理的認(rèn)識不盡相同，且各種磨損機理都未能完全地解釋各種材質(zhì)和工況下的摩擦學(xué)現(xiàn)象，所以就很難建立摩擦磨損的計算模型與公式．目前已有的算式大部分是基于某種磨損機理而建立的，或是根據(jù)特定的試驗條件而建立的經(jīng)驗公式。 本文主要通過制造樣品切片，測試樣本切片的硬度，密度以及摩擦學(xué)性能來了解性能與組成的關(guān)系，以便以后可以根據(jù)不同的要求制作出符合要求的樣本片。第二章 實驗量度工具：FAl004A型電子分析天平(上海精天電子儀器廠) ． JT502N型電子天平(上海精天電子儀器廠) 千分尺(上海量具刃具廠)混料設(shè)備：SH型塑料混合機(張家港鑫達(dá)塑料機械有限公司)烘料設(shè)備：zhBlO12型電熱鼓風(fēng)干燥箱(山東張店電熱儀器廠)篩子：200目(安平振興篩具廠)模具：自制制樣設(shè)備：XLBD平板硫化機(青島華博機械有限公司)摩擦磨損試驗設(shè)備：XLl12型定速摩擦試驗機(武漢祥龍摩擦料有限公司) 原料見表21。表2l 原料詳情原料 產(chǎn)地改性酚醛樹脂 杭州淳安創(chuàng)新助劑廠丁腈膠粉 市售鋼纖維 青島鑫利得金屬纖維有限公司輕質(zhì)碳酸鈣 井阱縣華興輕質(zhì)碳酸鈣廠硅灰石 市售高嶺土 市售碳纖維 市售石墨 市售重晶石 市售﹡改改性酚醛樹脂及丁腈膠乳的用量和比例，碳纖維及石墨的用量和比例，固定。將改性酚醛樹脂、丁腈膠乳、碳纖維、鋼纖維、石墨、硅灰石、高嶺土、輕質(zhì)碳酸鈣、重晶石按照一定的比例進(jìn)行配料，每份料為400g，備用。配方見表2。表22 樣品配方組分 編號M1 編號M2 編號M3 質(zhì)量百分比 質(zhì)量百分比 質(zhì)量百分比 ∕(wt%) ∕（wt%） ∕（wt%）改性酚醛樹脂 15丁腈膠粉 5鋼纖維 16 16 16輕質(zhì)碳酸鈣 8 8 8硅灰石 10 10 10高嶺土 21 21 21石墨 6 6 6重晶石 13 9 19碳纖維 1 1 1 將配好的粉狀料倒入