摩擦材料

　　摩擦材料是一種高分子三元復(fù)合材料，是物理與化學(xué)復(fù)合體。它是由高分子粘結(jié)劑（樹脂與橡膠）、增強(qiáng)纖維和摩擦性能調(diào)節(jié)劑三大類組成及其它配合劑構(gòu)成，經(jīng)一系列生產(chǎn)加工而制成的制品。摩擦材料的特點(diǎn)是具有良好的摩擦系數(shù)和耐磨損性能，同時(shí)具有一定的耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度，能滿足車輛或機(jī)械的傳動(dòng)與制動(dòng)的性能要求。它們被廣泛應(yīng)用在汽車、火車、飛機(jī)、石油鉆機(jī)等各類工程機(jī)械設(shè)備上。民用品如自行車、洗衣機(jī)等作為動(dòng)力的傳遞或制動(dòng)減速用不可缺少的材料。
　　摩擦材料是用于諸多運(yùn)動(dòng)機(jī)械和裝備中起傳動(dòng)、制動(dòng)、減速、轉(zhuǎn)向、駐車等作用的功能配件。按功能及安裝的部位主要分為制動(dòng)器襯片和離合器面片。摩擦材料在汽車工業(yè)中屬于關(guān)鍵的安全件，汽車的啟動(dòng)、制動(dòng)和駐車都離不開(kāi)摩擦材料，摩擦材料的好壞、優(yōu)劣直接關(guān)系著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，其功能地位不言而喻。
　　運(yùn)用
　　摩擦材料廣泛用于各種交通運(yùn)輸工具(如汽車、火車、飛機(jī)、艦船等)和各種機(jī)器設(shè)備的制動(dòng)器、離合器及摩擦傳動(dòng)裝置中的制動(dòng)材料。在制動(dòng)裝量中，利用摩擦材料的摩擦性能，將轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能及其他形式的能量，從而使傳動(dòng)裝置制動(dòng)。
　　現(xiàn)代汽車摩擦材料是一類以摩擦為主要功能，兼有.結(jié)構(gòu)性能要求的復(fù)合材料。在工作時(shí)主要承受反復(fù)變化的機(jī)械應(yīng)力場(chǎng)與熱應(yīng)力場(chǎng)，而力與熱的發(fā)生源是無(wú)限形成新工作面的摩擦界面。汽車用摩擦材料主要是制動(dòng)摩擦片和離合器片。它們既是保安件，又是易損件。這兩種產(chǎn)品在汽車中用量不很大，但在汽車廂材中占有特殊重要的地位，且非石棉低噪聲摩擦材料的研究開(kāi)發(fā)是一門涉及多學(xué)科的高新技術(shù)。在20世紀(jì)70年代中期以前；汽車制動(dòng)系統(tǒng)多為四輪鼓式，制動(dòng)摩擦片幾乎都用石棉基摩擦材料，只有那些超重型車輛采用金層基摩擦材料。由于石棉基摩擦材料的熱衰退性大、并且又是強(qiáng)致癌物質(zhì)，20世紀(jì)70年代中期至80年代中期，汽車制動(dòng)器結(jié)構(gòu)開(kāi)始向“前盤后鼓”與非石棉摩擦材料過(guò)渡。自20世紀(jì)80年代中期以后；是盤式制動(dòng)器與新型無(wú)石棉摩擦材料大力發(fā)展和工業(yè)化生產(chǎn)二應(yīng)用時(shí)期。
　　基于現(xiàn)代社會(huì)對(duì)環(huán)保與安全的要求越來(lái)越高，世界汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家迅速開(kāi)展了非石棉摩擦材料的研究開(kāi)發(fā)，相繼推出了非石棉的半金屬型摩擦材料、燒結(jié)金屬型摩擦材料、代用纖維增強(qiáng)或聚合物粘接摩擦材料、復(fù)合纖維摩擦材料、陶瓷纖維摩擦材料等，它們的共同特點(diǎn)是：
　　1)均沒(méi)有石棉成分，而是采用代用纖維或聚合物作為增強(qiáng)材料；
　　2)增加了金屬成分，以提高其使用濕度及壽命；
　　3)加入了多種添加劑或填料，以改善摩擦平穩(wěn)性和抗粘著性、降低制動(dòng)噪聲和震顫現(xiàn)象。
　　結(jié)構(gòu)
　　組分摩擦材料屬于高分子三元復(fù)合材料，它包括三部分：
　　（1） 以高分子化合物為粘結(jié)劑；
　　（2） 以無(wú)機(jī)或有機(jī)纖維為增強(qiáng)組分；
　　（3） 以填料為摩擦性能調(diào)節(jié)劑或配合劑。
　　粘結(jié)劑
　　摩擦材料所用的有機(jī)粘結(jié)劑為酚醛類樹脂和合成橡膠，而以酚醛類樹脂為主。它們的特點(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)并均勻分布在材料中形成材料的基體，最后通過(guò)樹脂固化作用的橡膠硫化作用，把纖維和填料粘結(jié)在一起，形成質(zhì)地致密的有相當(dāng)強(qiáng)度及能滿足摩擦材料使用性能要求的摩擦片制品。
　　對(duì)于摩擦材料而言，樹脂和橡膠的耐熱性是非常重要的性能指標(biāo)。因?yàn)檐囕v和機(jī)械在進(jìn)行制動(dòng)和傳動(dòng)工作時(shí)，摩擦片處于200℃～450℃左右的高溫工況條件下。此溫度范圍內(nèi)，纖維和填料的主要部分為無(wú)機(jī)類型，不會(huì)發(fā)生熱分解。而對(duì)于樹脂和橡膠，有機(jī)類的來(lái)說(shuō)，又進(jìn)入熱分解區(qū)域。摩擦材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)此時(shí)多會(huì)發(fā)生不利的變化（摩擦系數(shù)、磨損、機(jī)械強(qiáng)度等），特別是摩擦材料在檢測(cè)和使用過(guò)程中發(fā)生的三熱（熱衰退、熱膨脹、熱龜裂）現(xiàn)象，其根源都是由于樹脂和橡膠、有機(jī)類的熱分解而致。因此選擇樹脂與橡膠對(duì)摩擦材料的性能具有非常重要的作用。選用不同的粘結(jié)劑就會(huì)得出不同的摩擦性能和結(jié)構(gòu)性能。目前使用酚醛樹脂及其改性樹脂。如：腰果殼油改性、丁腈粉改性、橡膠改性及其它改性酚醛樹脂作為摩擦材料的粘結(jié)劑。
　　對(duì)樹脂的質(zhì)量要求是：
　　（1） 耐熱性好，有較好的熱分解溫度和較低的熱失重。
　　（2） 粉狀樹脂細(xì)度要高，一般為100目～200目，最好在200目以上，有利于混料分散的均勻性，可降低樹脂在配方中的用量。
　　（3） 游離酚含量低，以1%～3%為宜。
　　（4） 適宜的固化速度 40s～60s（150℃）和流動(dòng)距離（120℃ 40～80mm）。
　　增強(qiáng)纖維
　　纖維增強(qiáng)材料構(gòu)成摩擦材料的基材，它賦予摩擦制品足夠的機(jī)械強(qiáng)度，使其能承受摩擦片在生產(chǎn)過(guò)程中的磨削和鉚接加工的負(fù)荷力以及使用過(guò)程中由于制動(dòng)和傳動(dòng)而產(chǎn)生的沖擊力、剪切力、壓力。
　　我國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及汽車制造廠根據(jù)摩擦片的實(shí)際使用工況條件，對(duì)摩擦片提出了相應(yīng)的機(jī)械強(qiáng)度要求。如：沖擊強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度等。為了滿足這些強(qiáng)的性能要求，需要選用合適的纖維品種增加、滿足強(qiáng)度性能。
　　摩擦材料對(duì)其使用的纖維組分要求：
　　（1） 增強(qiáng)效果好。
　　（2） 耐熱性好。在摩擦工作溫度下不會(huì)發(fā)生熔斷、碳化與熱分解現(xiàn)象。
　　（3） 具有基本的摩擦系數(shù)。
　　（4） 硬度不宜過(guò)高，以免產(chǎn)生制動(dòng)噪音和損傷制動(dòng)盤或鼓。
　　（5） 工藝可操作性好。
　　填料
　　摩擦材料組分中的填料，主要是由摩擦性能調(diào)節(jié)劑和配合劑組成。使用填料的目的，主要有以下幾個(gè)方面：
　　（1） 調(diào)節(jié)和改善制品的摩擦性能、物理性能與機(jī)械強(qiáng)度。
　　（2） 控制制品熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱性、收縮率，增加產(chǎn)品尺寸的穩(wěn)定性。
　　（3） 改善制品的制動(dòng)噪音。
　　（4） 提高制品的制造工藝性能與加工性能。
　　（5） 改善制品外觀質(zhì)量及密度。
　　（6） 降低生產(chǎn)成本。
　　在摩擦材料的配方設(shè)計(jì)時(shí)，選用填料必須要了解填料的性能以及在摩擦材料的各種特性中所起到的作用。正確使用填料決定摩擦材料的性能，在制造工藝上也是非常重要的。
　　根據(jù)摩擦性能調(diào)節(jié)劑在摩擦材料中的作用，可將其分為“增磨填料”與“減磨填料”兩類。摩擦材料本身屬于摩阻材料，為能執(zhí)行制動(dòng)和傳動(dòng)功能要求具有較高的摩擦系數(shù)，因此增摩填料是摩擦性能調(diào)節(jié)劑的主要成分。不同填料的增摩作用是不同的。
　　增摩填料的莫氏硬度通常為3～9。硬度高的增摩效果顯著明顯。5.5硬度以上的填料屬硬質(zhì)填料，但要控制其用量、粒度。（如氧化鋁、鋯英石等）
　　減磨填料：一般為低硬度物質(zhì)，低于莫氏硬度2的礦物。如：石墨、二硫化鉬、滑石粉、云母等。它既能降低摩擦系數(shù)又能減少對(duì)偶材料的磨損，從而提高摩擦材料的使用壽命。
　　摩擦材料是在熱與較高壓力的環(huán)境中工作的一種特殊材料，因此就要求所用的填料成分必須有良好的耐熱性，即熱穩(wěn)定性，包括熱物理效應(yīng)和熱化學(xué)效應(yīng)等。
　　填料的堆砌密度對(duì)摩擦材料的性能影響很大。摩擦材料的不同的性能要求，對(duì)填料的堆砌密度的要求也是不同的。