不同粘結(jié)劑的摩擦材料對(duì)比試驗(yàn)研究

王振玉，楊 斌，王鐵山

（1.成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，四川 樂(lè)山 614007；2.吉林大學(xué)機(jī)電設(shè)備研究所，吉林 長(zhǎng)春 130117）

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不同粘結(jié)劑的摩擦材料對(duì)比試驗(yàn)研究

王振玉1，楊 斌1，王鐵山2

（1.成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，四川 樂(lè)山 614007；2.吉林大學(xué)機(jī)電設(shè)備研究所，吉林 長(zhǎng)春 130117）

【摘 要】本文采用丁腈橡膠改性的酚醛樹(shù)脂和丁苯橡膠改性的酚醛樹(shù)脂兩種粘結(jié)劑制備不同試樣，通過(guò)兩種試樣在JF151型定速式摩擦試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的摩擦磨損試驗(yàn)表明：丁腈橡膠改性的酚醛樹(shù)脂制備的摩擦材料在350℃衰退率和全程平均磨損率方面要優(yōu)于丁苯橡膠改性的酚醛樹(shù)脂制備的摩擦材料，丁腈橡膠改性的酚醛樹(shù)脂制備的摩擦材料摩擦系數(shù)相對(duì)丁苯橡膠改性的酚醛樹(shù)脂制備的摩擦材料的摩擦系數(shù)相對(duì)平穩(wěn)。

【關(guān)鍵詞】摩擦材料；粘結(jié)劑；酚醛樹(shù)脂；對(duì)比試驗(yàn)

摩擦材料是一種多元復(fù)合材料［1］，其主要用于交通工具和機(jī)器設(shè)備中的制動(dòng)器、離合器及摩擦傳動(dòng)裝置，摩擦材料的性能直接影響制動(dòng)平穩(wěn)性及安全性。

樹(shù)脂粘結(jié)劑［2］是摩擦材料中的一個(gè)重要組元，構(gòu)成了摩擦材料的基體部分，它的性能直接影響摩擦材料的熱衰退性能、恢復(fù)性能、摩擦性能和機(jī)械性能［3］。粘結(jié)劑的作用是將摩擦材料中的各種纖維組分、填料和輔助材料等全部均勻地粘結(jié)在一起，經(jīng)加熱、加壓、固化成型，成為結(jié)構(gòu)致密、有相當(dāng)強(qiáng)度及能滿足對(duì)摩擦材料使用性能要求的摩擦材料整體。采用不同品種和不同用量的粘結(jié)劑，會(huì)對(duì)摩擦材料制品的摩擦性能、物理性能及熱性能等產(chǎn)生重要影響。因?yàn)榧兎尤?shù)脂的性能，往往還不能很好的滿足摩擦材料的使用要求，常通過(guò)改性的方法對(duì)純酚醛樹(shù)脂的性能進(jìn)行改進(jìn)。當(dāng)前摩擦材料使用的粘結(jié)劑主要是酚醛樹(shù)脂，隨著各種車輛和機(jī)械使用工況的變化，對(duì)摩擦材料的熱性能和制動(dòng)力矩的穩(wěn)定性要求不斷提高，從而對(duì)基體材料提出了新的要求，如較高的熱分解溫度、足夠的摩擦系數(shù)和良好的熱恢復(fù)及耐磨性等。選用改性酚醛樹(shù)脂可以提高樹(shù)脂固化后的交聯(lián)密度，使摩擦材料的高溫性能卓越，提高其耐熱性，但由此也導(dǎo)致脆性增加。以適量柔軟的橡膠為“分散相”與剛性硬質(zhì)的樹(shù)脂“連續(xù)相”進(jìn)行共混改性，構(gòu)成所謂“高分子合金”，使之在保持耐熱性能的同時(shí)，改善基體韌性（降低彈性模量），是最常用也最有效的方法［4］。

1 試驗(yàn)設(shè)備及評(píng)測(cè)方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)采用吉林大學(xué)機(jī)電設(shè)備研究所生產(chǎn)的JF151型定速式摩擦試驗(yàn)機(jī)［5］，見(jiàn)圖1。此試驗(yàn)機(jī)是檢查摩擦材料摩擦、磨損性能的專用設(shè)備，該機(jī)嚴(yán)格遵照J(rèn)IS-D441、GB5763-1998、GB/T5764-1998標(biāo)準(zhǔn)，其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

1.2 評(píng)測(cè)方法

根據(jù)GB5763-1998、GB/T5764-1998標(biāo)準(zhǔn)，磨損率作為一項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)，其計(jì)算公式如下：

圖1　JF151型定速式摩擦試驗(yàn)機(jī)

表1　JF151型定速式摩擦試驗(yàn)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

以衰退率為本次試驗(yàn)的另一項(xiàng)指標(biāo)，其衰退率是以100℃的摩擦系數(shù)為基準(zhǔn)和350℃的摩擦系數(shù)進(jìn)行比較［2］：

2 試樣制備

2.1 配方設(shè)計(jì)

依據(jù)各原材料的摩擦性能，設(shè)計(jì)了2個(gè)配方，其配方及材料配比見(jiàn)表2，主要對(duì)常用的粘結(jié)劑丁腈改性酚醛樹(shù)脂和丁苯改性酚醛樹(shù)脂進(jìn)行對(duì)比分析。以材料試片的摩擦系數(shù)、磨損率、衰退率、摩擦振動(dòng)、噪音等作為試驗(yàn)指標(biāo)，綜合比較兩個(gè)配方的性能，確定丁腈改性酚醛樹(shù)脂和丁苯改性酚醛樹(shù)脂的性能。

2.2 熱壓模具設(shè)計(jì)

針對(duì)本試驗(yàn)采用JFY60型熱壓機(jī)，其上、下模板是加熱板，無(wú)法將模具的上、下模固定在模板上，所以將模具設(shè)計(jì)成移動(dòng)式壓模。此模具有兩個(gè)模腔，尺寸為55mm×55mm×80mm，每個(gè)模腔容積為242mL，能滿足不同配比、不同堆積密度的配方壓制，每次可加入壓塑料50～150g，移動(dòng)式壓模的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

表2　摩擦材料配方及材料配比

圖2　模具結(jié)構(gòu)圖

2.3 熱壓設(shè)備及工藝

本研究的摩擦材料試樣（塊）的壓制設(shè)備是由吉林大學(xué)機(jī)電設(shè)備研究所生產(chǎn)的JFY60型摩擦材料配方研究專用熱壓機(jī)（見(jiàn)圖3），該熱壓機(jī)主要用于供試驗(yàn)用試樣一步法定密度熱壓成型，專為配方研究設(shè)計(jì)。其技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3。

熱壓時(shí)間300s、成型壓力25MPa、熱壓溫度165℃。熱壓機(jī)工作的300s時(shí)間內(nèi)共有5次放氣時(shí)間，即每次熱壓后，放氣8s，共壓制6次，壓制時(shí)間分別為30、40、50、40、40、60s。通過(guò)循環(huán)保壓和排氣過(guò)程，采用摩擦材料一次裝料熱壓成型的定比壓熱壓法［6］，制備試樣為55mm×55mm×80mm尺寸，再通過(guò)切塊機(jī)切成25mm×25mm×6mm大小，用以進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果

定速摩擦試驗(yàn)機(jī)測(cè)試摩擦材料的摩擦磨損性能時(shí)，其衰退率［7］是以100℃的摩擦系數(shù)為基準(zhǔn)和350℃的摩擦系數(shù)進(jìn)行比較，通過(guò)定速摩擦試驗(yàn)機(jī)測(cè)得兩個(gè)配方的摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)表4。

由表4中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出配方1和配方2的摩擦系數(shù)—溫度變化曲線，見(jiàn)圖4。

配方1和配方2的主要區(qū)別是粘結(jié)劑不同，配方1為丁腈改性酚醛樹(shù)脂，配方2丁苯改性酚醛樹(shù)脂。根據(jù)曲線對(duì)比分析，可知粘結(jié)劑不同對(duì)配方的摩擦磨損性能有很大影響，配方2在350℃衰退率和全程平均磨損率都明顯低于配方1，配方2 衰退較明顯，整體摩擦系數(shù)低于配方1，各溫度點(diǎn)的摩擦系數(shù)波動(dòng)較大。這是因?yàn)槎”较鹉z的耐熱溫度為130℃，而丁腈橡膠的耐熱溫度為170℃，其耐熱性能高于丁苯橡膠，且丁腈橡膠的耐磨性和強(qiáng)度均高于丁苯橡膠。

圖3　熱壓機(jī)

表3　JFY60型熱壓機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

表4　兩個(gè)配方的摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果

圖4　配方1、2材料的摩擦系數(shù)—溫度變化

4 結(jié)論

針對(duì)所選配方進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)，得知丁腈橡膠改性的酚醛樹(shù)脂制備的摩擦材料在350℃衰退率和全程平均磨損率方面要優(yōu)于丁苯橡膠改性的酚醛樹(shù)脂制備的摩擦材料，丁腈橡膠改性的酚醛樹(shù)脂制備的摩擦材料摩擦系數(shù)相對(duì)丁苯橡膠改性的酚醛樹(shù)脂制備的摩擦材料的摩擦系數(shù)相對(duì)平穩(wěn)。

【參考文獻(xiàn)】

［1］FRIEDRICH K， LU Z， HAGER A M.Overview on polymer composites for friction and wear application［J］.Theoreticaland Applied Mechanics， 1993， （19）: 1-11.

［2］李敏，王力，高登征，等.復(fù)合型高吸水性樹(shù)脂的研究進(jìn)展［J］.中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2006（3）：29-31.

［3］劉震云，黃伯云，李度成，等.樹(shù)脂粘結(jié)劑含量對(duì)汽車摩擦材料性能的影響［J］.中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，30（5）：509.

［4］沈仲英.粉末丁腈橡膠在摩擦材料中的應(yīng)用［J］.非金屬礦，1995 （5）：51-53.

［5］王振玉，王鐵山，宋黎.JF151型定速摩擦試驗(yàn)機(jī)的研制與應(yīng)用［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2012（3）：71-73.

［6］王鐵山，笪光艷.我國(guó)摩擦材料設(shè)備的技術(shù)與市場(chǎng)定位［J］.非金屬礦，2002，25（2）：21-57.

［7］李康.定速摩擦試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)處理方法研究［J］.非金屬礦，1996（2）：51-55.

Comparison Experimental Study on Friction Material With Different Binder

WANG Zhen-yu1， YANG Bin1， WANG Tie-shan2
（1.The Engineering & Technical College of Chengdu University of Technology， Leshan 614007， China；2.Jilin University Mech.-Elec.Eq.Research Inst.， Changchun 130117， China）

Abstract:In this test， two samples have been prepared with different binder for the nitrile rubber modified phenolic resin and styrene butadiene rubber modified phenolic resin.The friction and wear experiments of these two samples were performed on the JF151 friction testing machine.The result shows that the sample with the nitrile rubber modified phenolic resin has been better than the styrene butadiene rubber modified phenolic resin on 350 degrees celsius and average wear rate， and the friction coefficient of the sample with the nitrile rubber modified phenolic resin had been stable relatively.

Key words:friction material； binder； phenolic resin； comparison experimental

【中圖分類號(hào)】TQ333.6；TH117.1

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1007-9386（2016）02-0031-03

【基金項(xiàng)目】四川省教育廳項(xiàng)目（16ZB0398）；學(xué)院青年基金（C122014001）聯(lián)合資助。

【收稿日期】2016-01-26