【正文】 分子結(jié)構(gòu)上缺乏粘結(jié)力極強(qiáng)的基團(tuán)，使樹脂的枯結(jié)性差。酚醛樹脂的化學(xué)改性主要是指除苯酚、甲醛外，還加入能參與縮聚反應(yīng)的組分，或者加入能與酚醛樹脂大分子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的組分。樹脂分子中留下的酚羥基容易吸水，且耐熱性也不好，因而封鎖酚羥基可改善酚醛樹脂的耐熱性能。通過其它組分分隔包圍酚羥基，從而達(dá)到改變固化速度、降低吸水性、提高性能的目的[7]。通過化學(xué)改性，在酚醛樹脂分子結(jié)構(gòu)中引人其它成分，改進(jìn)酚醛樹脂的力學(xué)性能、耐高溫性、耐磨性、韌性等，可使其比傳統(tǒng)酚醛樹脂更適用于作摩擦材料[8]。(2)環(huán)氧改性酚醛樹脂 環(huán)氧改性的酚醛樹脂曾被試用于石棉摩擦材料，它使材料的強(qiáng)度提高很多。(3)油改性酚醛樹脂 酚醛樹脂中加入豆油、亞麻油、蓖麻油和桐油等可制成油改性酚醛樹脂，據(jù)日本文獻(xiàn)介紹，它最適用于旅行車用的制動(dòng)片[9]。用這種改性樹脂制成的摩擦材料，具有較好的摩擦特性，摩擦系數(shù)穩(wěn)定，磨損小。由于我國腰果殼資源有限，所以對(duì)這種改性樹脂使用較少。由于二甲苯的加入，分隔了酚羥基，使樹脂的耐熱性提高，其熱分解溫度在350℃以上，40℃以前的熱伸長率小于10％，比不改性的樹脂具有更穩(wěn)定摩擦系數(shù)，國外曾報(bào)道，這種樹脂是用于摩擦材料的主要品種之一。(6)尼龍改性酚醛樹脂 將尼龍66在甲酸中溶解后，加人甲醛生成羥甲基尼龍，再與苯酚、甲醛在催化劑的作用下，最終生成尼龍改性酚醛樹脂。(7)硼改性酚醛樹脂 用苯酚、雙酚A與硼酸或硼砂及甲醛，于氫氧化鈉催化下制得硼改性酚醛樹脂。用雙酚A合成的硼改性酚醛樹脂的耐水性比用苯酚合成的有所改善。但由于這種材料價(jià)格高，在我國還未實(shí)用。這種芳烴改性的酚醛樹脂具有酚醛樹脂易于加工的特點(diǎn)。(9)芳醇改性酚醛樹脂 芳醇改性酚醛樹脂是由中國兵器工業(yè)第五三研究所最新研制成功的新型酚醛樹脂，其突出的特點(diǎn)是耐熱性好，熱分解溫度可達(dá)450℃，400℃失重率為5．2％。這種樹脂游離酚含量低，試驗(yàn)室產(chǎn)品小于1％。制成的離音器摩擦片性能指標(biāo)全部高于國家規(guī)定的指標(biāo)，超速破壞強(qiáng)度達(dá)到1320r／rain，在國內(nèi)處于較高水平：制成的盤式制動(dòng)片摩擦系數(shù)穩(wěn)定。另外，該樹脂還具有良好的成型工藝性：目前這種樹脂已在多種車型的制動(dòng)片上應(yīng)用。據(jù)報(bào)道，前蘇聯(lián)曾用含松香30％改性酚醛樹脂制成摩擦材料，用于重載荷工作場(chǎng)合，摩擦系數(shù)穩(wěn)定可經(jīng)受1000℃的摩擦溫度。此外還有苯胺改性酚醛樹脂，甲酚、二甲酚改性酚醛樹脂。改性效果受兩組分化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子量及其分布、聚合物之間相容性、共混物形態(tài)結(jié)構(gòu)、共混比例以及操作工藝等多方面因素的影響。以適量柔軟的橡膠與剛性硬質(zhì)的樹脂進(jìn)行共混改性，構(gòu)成所謂“高分子合金，是解決摩擦材料基體兼有高耐熱性、優(yōu)異耐磨性和較低彈性模量的有效手段[14]。 丁腈橡膠的溶解度參數(shù)(—)與酚醛樹脂的溶解度參數(shù)()相近，兩者共混，有較好的相容性，可起到增韌效果，同時(shí)還能顯著提高耐熱性。塊狀固體丁腈橡膠增韌酚醛樹脂用密煉法進(jìn)行共混，可克服開煉法工藝的缺點(diǎn)和不足。液體丁腈橡膠可在酚醛樹脂縮聚反應(yīng)過程中加入，大大簡化了共混的工藝。 ，與酚醛樹脂的溶解度參數(shù)相差很大，兩者相容性不良。為使膠乳中的橡膠微粒高度分散在樹脂中，達(dá)到橡膠與樹脂充分共混，必須在酚醛樹脂縮聚反應(yīng)期間，在嚴(yán)格控制反應(yīng)條件下，加入合成膠乳，以使之不破乳[16]。 近代研究表明，橡膠增韌作用和銀紋化有關(guān)。因?yàn)橄鹉z粒子起著應(yīng)力集中體的作用，促使銀紋產(chǎn)生，吸收大量沖擊能量?！?106之間[17]。提高耐熱性主要是提高樹脂結(jié)構(gòu)中芳雜環(huán)含量或引入其它聚合物的結(jié)構(gòu)單元：提高韌性主要是外加柔韌性聚合物或在樹脂結(jié)構(gòu)中引入柔性結(jié)構(gòu)單元[1819]。因此，在摩擦材料中選用高耐熱性的改性酚醛樹脂，同時(shí)與橡膠共混以提高韌性將是今后的發(fā)展方[20]。 (1)樹脂基體 樹脂基體在摩擦材料中起著最關(guān)鍵的作用。 若單從耐熱性考慮，有許多高耐熱性樹脂可供選擇，如聚酰亞胺、聚醚砜、聚醚砜酮等，但它們的成型溫度太高(300℃以上)，價(jià)格也較貴，因此，從耐熱性、成本、工藝性等方面綜合考慮，本試驗(yàn)中確定樹脂基體選用酚醛樹脂。隨著汽車車速的提高，汽車制動(dòng)片單位面積吸收的能量成倍增加，要求在較小的踏板制動(dòng)力條件下獲得更為穩(wěn)定的制動(dòng)效應(yīng)，從而促使汽車制動(dòng)系統(tǒng)向前盤后鼓的結(jié)構(gòu)格局發(fā)展。傳統(tǒng)酚醛樹脂的耐高溫性能不能滿足要求，而且還存在伸長率低、脆性大、制成的摩擦材料硬度高、沖擊強(qiáng)度低、易生成硬而脆的摩擦殘留表面、產(chǎn)生熱衰退、摩擦性能不穩(wěn)定、以及摩擦材料本身的界面已產(chǎn)生應(yīng)力開裂和界面裂縫等問題。 (2)增強(qiáng)纖維 增強(qiáng)纖維在摩擦材料中起骨架作用。盡管石棉具有許多優(yōu)異特性，國內(nèi)外對(duì)石棉的危害性也存在著許多爭議，但一方面為了符合國家政策，另一方面由于石棉是含結(jié)晶水的硅酸鹽礦物，在較高的制動(dòng)功率下當(dāng)摩擦面溫度達(dá)到使石棉脫去結(jié)晶水的溫度時(shí)，石棉將失去增強(qiáng)效果，脫除的水氣還會(huì)破壞閘片的強(qiáng)度和摩擦性能，所以本論文所研究的摩擦材料中不添加石棉。 碳纖維是一種高科技纖維，其含碳量在95％以上，高溫下不熔不融，具有優(yōu)異韻耐熱鏈，很高的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量，儲(chǔ)熱能力大，特別是在高溫下具有比低溫下更優(yōu)越的力學(xué)性能和摩擦特性。長期以來，限制碳纖維在民用領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵問題是其昂貴的價(jià)格，近幾年由于國內(nèi)外幾大炭纖維生產(chǎn)廠的生產(chǎn)規(guī)模迅速擴(kuò)大，技術(shù)日趨成熟，特別是我國自己也擁有生產(chǎn)能力，使得國內(nèi)碳纖維的價(jià)格急劇下降，為碳纖維在民用領(lǐng)域的應(yīng)用掃清了障礙。通過對(duì)比各種纖維的特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)選擇了鋼纖維與碳纖維一起作為增強(qiáng)纖維。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(qiáng)導(dǎo)熱的特點(diǎn)，可達(dá)到揚(yáng)長避短、互為補(bǔ)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(jī)械性能和耐熱性能。 (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。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(shí)度，以改善制動(dòng)噪音、降低制品成本等[24]。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。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(dòng)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)。對(duì)增摩性摩擦性能調(diào)節(jié)劑，選用一些高硬度的無機(jī)粉末，硅灰石具備這些性能，而且價(jià)格也很便宜，但用量要少粒徑要細(xì)，以免造成嚴(yán)重磨損。高嶺土在摩擦材料中作為低成本填料使用[25]。例如在低負(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。 對(duì)于摩擦界面轉(zhuǎn)移膜的形成，一般認(rèn)為，新制動(dòng)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(jī)成分較多而相互粘結(jié)，并粘結(jié)于兩摩擦副表面。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。一般認(rèn)為，這段過程的磨損機(jī)理為磨料磨損。隨著溫度的增高，有機(jī)物發(fā)生降解從而使摩擦材料表面的無機(jī)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]。而對(duì)鋁基復(fù)合材料制動(dòng)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(jī)械夾擠的用。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(duì)三、四、五(即靠近基體的三層)的認(rèn)識(shí)相同，分別為裂紋形成層、應(yīng)變層和基體。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(qiáng)純層和基體。 本文主要通過制造樣品切片，測(cè)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。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