功能材料课件资料讲解.ppt

* 此外，现代汽车速度的提高，使制动品表面温度达300～500℃，石棉摩擦材料导热性和耐热性差，在400℃左右将失去结晶水，550℃时结晶水完全丧失，已基本失去增强效果。石棉脱水后会造成摩擦性不稳定、工作层材料变质、磨损加剧，出现明显的“热衰退”现象。很明显，石棉有机摩擦材料已不适应汽车工业和现代社会发展的需求，将逐步被新材料所取代。 * 虽然石棉摩擦材料对人体健康和环境有害，但很难找到能够完全替代石棉的增强纤维，加之非石棉纤维还存在着混合性不好、易断、结团、价格偏高、制品性能稳定性差等问题。因此一些地方，特别是发展中国家，将继续使用一段时间。 * （2）半金属摩擦材料 以钢纤维或金属粉（铸铁粉、还原铁粉）代替石棉纤维，是美国本迪斯公司开发的无石棉摩擦材料。半金属摩擦材料具有如下主要特点：摩擦系数在400℃以下稳定，不产生热衰退，热稳定性好；耐磨性好，使用寿命是石棉摩擦材料的3～5倍；在较高负荷下具有良好的摩擦性能，摩擦系数稳定；导热性好，温度梯度小，特别适合尺寸较小的盘式制动品；制动噪音小。 * 当然，在使用中也发现半金属摩擦材料的一些缺点：钢纤维容易生锈，锈蚀后或者出现粘着对偶或者损伤对偶，使摩擦片强度降低，磨损加剧，摩擦系数稳定性变差；由于粘结树脂分解，加之温度差引起热应力甚至出现剥落现象，另一方面大量的摩擦热迅速传递到活塞的液压施力机构，导致密封圈软化和制动液发生气化而造成制动失灵；半金属摩擦材料虽然消除了石棉摩擦材料容易产生的高频噪音，却易产生低速下的低频噪音。 * 半金属摩擦材料的组成是决定其摩擦学特性的主要因素。有人将模糊优化技术应用于半金属摩擦材料配方的优化设计和综合评价中。在组成半金属摩擦材料的组分中，粘结剂、增强纤维和填料是主要成分。因为酚醛树脂耐热性、成型加工性和成本方面都比较优越，因而是目前广泛使用的粘结剂。也有报道使用橡胶与酚醛树脂共混物作为粘结剂并获得良好效果，还有人研究使用硅树脂、聚酰亚胺树脂等作为粘结剂。 * 半金属摩擦材料使用的增强纤维主要是钢纤维和铜纤维，也有使用三氧化二铝、二氧化硅等陶瓷纤维和碳纤维。虽然钢纤维有一定的缺点，但在认真设计下仍可满足使用要求。 * （3）非石棉摩擦材料及混杂摩擦材料 近年来，人们主要研究非石棉摩擦材料。在代替石棉的纤维中，除了钢纤维外，目前比较多见的有：玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维以及这些纤维相混合的混杂纤维。 * A. 玻璃纤维增强非石棉摩擦材料 玻璃纤维的特点是硬度高、热稳定性较好、与树脂亲和性好、价格低廉。玻璃纤维发展历史较长，其表面处理工艺和粘结剂的研究已比较成熟。因此，玻璃纤维是早期无石棉摩擦材料中使用较多的纤维，以玻璃纤维为增强材料的无石棉摩擦材料已在汽车工业的一定范围内得到应用。 * 玻璃纤维增强的有机摩擦材料的摩擦学特性主要取决于纤维的机械物理性能和摩擦条件。Vishwanath等的研究表明，其摩擦系数和磨损率受法向载荷滑动速度的影响较小。熔融的聚合物聚集于玻璃纤维的端部并变黑的现象，表明了粘结剂在摩擦过程发生熔融和聚集，从而对摩擦材料的摩擦学特性产生影响。 * 表面粗糙度、载荷和滑动速度是影响其摩擦磨损特性的主要因素。环氧树脂、酚醛树脂、PEEK和PBT为基体的玻璃纤维填充摩擦材料都表现出很高的磨损率，有的甚至超过未增强材料的磨损率。一般认为，造成高磨损率的原因是由于玻璃纤维的热传导率很差，从而使摩擦表面和次表层的温度很高且具有极高的温度梯度，聚合物在此高温下软化和分解使纤维和基体的粘结程度减弱。 * 除此之外，玻璃纤维硬度过高而塑性极差也是造成高磨损率的原因之一，同时也会对偶件产生擦伤和磨损。有人认为玻璃纤维摩擦材料摩擦磨损特性对载荷、滑动速度及制动温度等因素反应敏感，在重载高温下，摩擦系数波动较大，稳定性较差。玻璃纤维摩擦表面形成的由无机填料、玻璃纤维材料、铁或碳组成的转化膜是引起热衰退的重要原因。这层转化膜极不稳定，一般在低温下滑动1～2分钟就会被破坏从而造成摩擦系数的不稳定。 * 降低玻璃纤维的硬度和采用适当的改性树脂可以改善玻璃纤维摩擦材料磨损率大及热稳定性差等缺点，单一的玻璃纤维作为增强材料的摩擦材料很难满足高速制动下的高温摩擦学性能要求。 * B. 碳纤维摩擦材料 碳纤维有机摩擦材料的突出优点是耐磨性好，高温摩擦稳定性好。因此经常应用到高档用品如赛车制动器、飞机的刹车上。 碳纤维的种类（普通、高模量和超高模量）对摩擦材料的摩擦磨损性能有很大的影响，是影响材料的主要因素。而纤维的排列方向及摩擦过程中界面第三体对摩擦系数和磨损率影响较小。 * C. 芳纶纤维增强摩擦材料 芳纶纤维是一种芳族酰胺有机人造纤维，其一般特征是具有相当高的强度、中等的模量、很小的密度、耐磨、耐热、高温下尺寸稳定性好，其主要特征是在非复合形式下具有高韧性，没有碳