混雜纖維在無(wú)石棉摩擦材料中的應(yīng)用研究

段亞萍，李國(guó)兵，張 振

（咸陽(yáng)非金屬礦研究設(shè)計(jì)院有限公司，陜西 咸陽(yáng) 712021）

1 混雜纖維在無(wú)石棉摩擦材料應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，我國(guó)在盤(pán)式片無(wú)石棉摩擦材料開(kāi)發(fā)方面的進(jìn)展比較快，但在中重型載重車鼓式制動(dòng)器襯片無(wú)石棉化方面的進(jìn)展較為緩慢，雖然很多摩擦材料廠家及各科研院所已經(jīng)做了很多卓有成效的工作[1]，但與小車盤(pán)式摩擦片無(wú)石棉進(jìn)程相比，以及主機(jī)廠、維修市場(chǎng)對(duì)摩擦材料的要求相比，還有很大差距，主要表現(xiàn)在：①無(wú)石棉鼓式片穩(wěn)定性比較差；②鼓式片本身的性能有缺陷，不能滿足客戶的要求。

為了能較好地解決以上的一些問(wèn)題，在充分論證的基礎(chǔ)上，采取以下解決辦法：工藝上選擇在鼓式片生產(chǎn)中應(yīng)用較廣泛的干法筒模生產(chǎn)工藝。在增強(qiáng)材料上選擇以3～5種的混雜纖維為主，包括礦物纖維、玻璃纖維、碳纖維預(yù)氧絲等混雜，使纖維能取長(zhǎng)補(bǔ)短，如玻璃纖維主要起產(chǎn)品增強(qiáng)沖擊強(qiáng)度；碳纖維預(yù)氧絲主要解決產(chǎn)品在整個(gè)過(guò)程特別是高溫使用狀態(tài)下的耐磨性；表面經(jīng)過(guò)活性處理的礦物纖維，一方面可以增加產(chǎn)品整體強(qiáng)度，另外又可以增加產(chǎn)品的摩擦系數(shù)及耐磨性能等。

2 試驗(yàn)方案

2.1 摩擦材料配方設(shè)計(jì)

粘結(jié)劑主要為耐熱性比較好的腰果油改性樹(shù)脂輔以粉末丁腈橡膠，樹(shù)脂主要是解決產(chǎn)品粘結(jié)作用，保證產(chǎn)品能形成一個(gè)整體，耐高溫性能比較好，粉末丁腈橡膠能改善產(chǎn)品的柔軟性，降低產(chǎn)品的硬度[2]，樹(shù)脂設(shè)計(jì)的重量比13%～15%，粉末丁腈橡膠3%～5%，總的粘結(jié)劑重量比16%～20%，總的粘結(jié)劑體積比18%～24%。

增強(qiáng)材料主要以礦物纖維為主機(jī)纖維，輔以木質(zhì)纖維素纖維、玻璃纖維、碳纖維預(yù)氧絲等[3]。總體增強(qiáng)纖維重量比30%～45%，體積比18%～30%。

增磨材料主要以重晶石、鋯英粉、a-氧化鋁等、重質(zhì)碳酸鈣重量比25%～30%，體積比18%～23%。

減磨材料主要以天然石墨、焦炭粉作為減磨劑，主要作用：穩(wěn)定摩擦系數(shù)，降低產(chǎn)品的磨損。總的重量比12%～20%，體積比15%～23%。

其他材料包括著色劑、蛭石、脫模劑等，主要是調(diào)節(jié)產(chǎn)品的顏色外觀，保證產(chǎn)品脫模。總的重量比3%～8%，體積比3%～8%。

在選擇材料時(shí)，性能及工藝性兩個(gè)要素同時(shí)考慮，使產(chǎn)品具有較理想的性能，同時(shí)產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中，要用現(xiàn)有生產(chǎn)工藝條件。在配方設(shè)計(jì)時(shí)，指定摩擦系數(shù)需確定為0.40～0.50。

2.2 摩擦材料制備工藝設(shè)計(jì)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證混雜纖維的實(shí)際效果，設(shè)計(jì)一個(gè)基礎(chǔ)配方，生產(chǎn)工藝沿用現(xiàn)有的應(yīng)用比較多的干法筒模生產(chǎn)工藝，也能穩(wěn)定高效大規(guī)模的生產(chǎn)；另外筒模工藝特別適用于增強(qiáng)纖維比較短的配方，熱壓成型比較容易，不用再增加新的設(shè)備和工序。工藝流程為：物料稱量——混拌——熱壓——熱處理——磨制加工——鉆孔——打碼——檢驗(yàn)——包裝。

針對(duì)無(wú)石棉配方的特點(diǎn)，對(duì)不適應(yīng)無(wú)石棉大規(guī)模生產(chǎn)的工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，如混料過(guò)程中的加料順序、混合時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整(玻璃纖維混拌時(shí)間太久容易結(jié)團(tuán)，在混拌時(shí)，玻璃纖維最后30s再加入)，另外，需對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

工藝上，仍延用傳統(tǒng)摩擦材料干法工藝流程[4]，在混料時(shí)，加料順序及混合時(shí)間方面，與傳統(tǒng)的石棉片生產(chǎn)工藝有所不同，對(duì)相應(yīng)的工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。另外對(duì)無(wú)石棉生產(chǎn)過(guò)程中容易出現(xiàn)粘模的問(wèn)題，在配方及工藝方面都進(jìn)行了改進(jìn)，如增加內(nèi)脫模劑，提高模具的光潔度等。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

根據(jù)制訂的方案，在研發(fā)過(guò)程中逐一實(shí)施，并針對(duì)在實(shí)施過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，不斷地完善工藝，確定各工序的技術(shù)參數(shù)。如混合時(shí)間、加料順序、熱壓溫度、熱壓時(shí)間、單位壓力、熱處理工藝等，有針對(duì)性的進(jìn)行調(diào)整，使這種混雜無(wú)石棉配方能夠大規(guī)模穩(wěn)定的生產(chǎn)。

經(jīng)過(guò)三個(gè)多月近幾十次的小樣試驗(yàn)，初步研發(fā)出各項(xiàng)性能都比較滿意的小樣產(chǎn)品，同時(shí)在試驗(yàn)的過(guò)程中，對(duì)理論上確定的工藝技術(shù)參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證，按GB 5763-2008《汽車用制動(dòng)器襯片》[5]標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試摩擦磨損性能，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品的硬度、密度、沖擊強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，在權(quán)衡各種性能指標(biāo)的前提下，確定最終的產(chǎn)品配方，并進(jìn)行小樣測(cè)試[6-7]。

為了驗(yàn)證其配方的重復(fù)性及穩(wěn)定性，對(duì)上述配方進(jìn)行了多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，盡可能地消除研發(fā)過(guò)程中的偶然性，經(jīng)過(guò)多次的重復(fù)，結(jié)果如表1、表2所示。

表1 摩擦材料摩擦磨損性能試驗(yàn)結(jié)果

表2 摩擦材料物理性能試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)多次試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比情況分析，產(chǎn)品摩擦磨損性能以及各項(xiàng)物理性能，重復(fù)性再現(xiàn)性都比較好。為了進(jìn)一步驗(yàn)證產(chǎn)品在實(shí)際使用過(guò)程中的效果，量產(chǎn)了一小批產(chǎn)品，按照上面驗(yàn)證好的配方及工藝，做成陜汽德龍產(chǎn)品后片，在載重車上做實(shí)際的裝車道路試驗(yàn)，2018年8月初裝車，經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月實(shí)際道路驗(yàn)證，司機(jī)反饋產(chǎn)品在使用過(guò)程中，制動(dòng)非常靈敏，使用過(guò)程中也沒(méi)有噪音，在汽車保養(yǎng)過(guò)程中，沒(méi)有出現(xiàn)傷轂的情況，摩擦材料外表面沒(méi)有龜裂的情形。用了兩個(gè)多月，產(chǎn)品磨損較小，按目前的磨損情況推算，估計(jì)能使用6～8個(gè)月，使用里程可達(dá)到5萬(wàn)公里以上。

4 結(jié)論

(1) 無(wú)石棉配方主要是采用多種混雜纖維設(shè)計(jì)，特別是在部分吸附不好的纖維，如礦物纖維、玻璃纖維進(jìn)行表面活性處理，改善纖維與摩擦材料以及其他原料的結(jié)合，提高摩擦材料的耐磨性及使用壽命，減少產(chǎn)品性能的波動(dòng)；采用三種以上纖維混雜，取長(zhǎng)補(bǔ)短，保證產(chǎn)品性能滿足客戶要求。

(2) 無(wú)石棉配方具有制動(dòng)靈敏，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，非常適合我國(guó)中重型汽車實(shí)際需求，此配方及工藝選擇目前國(guó)內(nèi)比較傳統(tǒng)的干法筒模熱壓工藝，也是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的一種工藝，配方工藝成熟之后，能比較容易地轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。

(3) 該配方符合GB 12676-2014《商用車輛和掛車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》[8]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，有較好的性價(jià)比，應(yīng)該比較容易被市場(chǎng)接受。

(4) 該配方也存在不足之處，在無(wú)石棉配方中需用玻璃纖維來(lái)增強(qiáng)產(chǎn)品的沖擊強(qiáng)度，來(lái)保證滿足指標(biāo)要求，由于玻璃纖維與人體皮膚接觸會(huì)產(chǎn)生難以忍受的痛癢刺激，這一點(diǎn)在生產(chǎn)過(guò)程中，要加強(qiáng)防護(hù)。