摩擦材料概述與合成橡膠在摩擦材料中的應(yīng)用

1、黃山海實新材料科技有限公司1、摩擦材料概述1.1簡介 摩擦材料是一種依靠摩擦作用來執(zhí)引制動與傳動功能的部件材料，它主要包括制動器襯片（俗稱剎車片）和離合器面片（俗稱離合器片）。剎車片用于制動，離合器片用于傳動。 任何機械設(shè)備與運動的各種車輛都必須有制動和傳動裝置。 應(yīng)用領(lǐng)域：汽車，火車，農(nóng)用車輛，飛機，艦艇。石油鉆機，礦大機械，軌道交通及各類工程機械，以及自引車，洗衣機家用電器。1.2摩擦材料基本組份： 摩擦材料是以高分子聚合物，粘結(jié)劑（樹脂與橡膠），增強纖維，摩擦系數(shù)調(diào)節(jié)劑（非金屬礦和有機塊料）三元素復(fù)合而成的功能性材料。 這種材料特點：具有良好的摩擦系數(shù)和耐磨損性能，同時還具有耐熱性和合適

2、的機械強度。1.3世界摩擦材料發(fā)展史： 18世紀自出現(xiàn)動力機械和機動車輛后，在其傳動和制動機構(gòu)中就使用摩擦片。初期的摩擦片采用棉花木頭皮革為基材，浸漬瀝青溶液加工而成。由于棉帶是天然纖維耐溫性有限，到120攝氏度以上會逐漸焦化，甚至燃燒。隨著車輛速度和載重量的增大，其制動溫度也相應(yīng)增高，人們開始尋找耐溫的石棉纖維浸漬用瀝青，油和樹脂的混合物開始應(yīng)用于車輛和機械設(shè)備的制動與傳動，1908年石棉開始被廣泛應(yīng)用，其摩擦材料的性能得到很大的提高，石棉本身具有良好的耐熱性，短期可經(jīng)的住700度以上的溫度。20世紀初化學(xué)家們開發(fā)出熱穩(wěn)定性能好的酚醛樹脂作為粘結(jié)劑并進入實際應(yīng)用，一些科學(xué)家也開始也開始用橡膠

3、用混壓工藝加工摩擦材料，由于酚醛樹脂其耐熱性高于橡膠，以后成為摩擦材料中主要粘結(jié)劑，直至應(yīng)用至今。 1.4摩擦材料的技術(shù)要求 摩擦材料是車輛和機械制動器和離合器總成中關(guān)鍵安全零部件，應(yīng)滿足以下技術(shù)要求： 1.4.1適宜和穩(wěn)定的摩擦系數(shù) 摩擦系數(shù)是評價任何一種摩擦材料的一個重要的性能指標，它不是個常數(shù)，是受到溫度壓力摩擦速度變化的一個系數(shù)，同時也受表面狀態(tài)，環(huán)境及周圍介質(zhì)因素影響而變動的一個系數(shù)。 摩擦溫度高低是影響摩擦系數(shù)的重要因素摩擦材料在摩擦過程中由于溫度的迅速上升，一般當溫度達200度以后，摩擦材料系數(shù)開始下降，當其溫度達到樹脂和橡膠分解的溫度后，會產(chǎn)生摩擦系數(shù)突然急劇下降的現(xiàn)象，該現(xiàn)象

4、在業(yè)內(nèi)稱“熱衰退”會導(dǎo)致制動效能變差，產(chǎn)生制動困難的安全問題，這是必須避免的。在摩擦材料中通過提高材料的耐溫性和加入適量耐高溫摩擦系數(shù)調(diào)節(jié)劑以減少和降低“熱衰退”現(xiàn)象。 摩擦系數(shù)通常隨速度的增加而降低，因而在制動時，速度動能轉(zhuǎn)化成熱能W=1/2MV。 摩擦材料表面沾水時，其摩擦系數(shù)也會下降，當表面的水膜消除，恢復(fù)至干燥時，摩擦系數(shù)會恢復(fù)正常。 摩擦材料表面沾有油污時，摩擦系數(shù)會下降，但要求摩擦材料仍能保持一定的摩擦力?？紫堵矢叩哪Σ敛牧掀淠Σ料禂?shù)下降小。1.4.2良好的耐磨性（較好的使用壽命） 摩擦材料的耐磨性是其使用壽命的反映，是衡量摩擦材料耐用程度的重要技術(shù)指標，耐磨性較好，其使用壽命長。

5、摩擦表面產(chǎn)生的剪切力和工作的溫度是影響磨損的主要因素。當摩擦材料的摩擦過程時產(chǎn)生的溫度達到粘結(jié)劑（酚醛樹脂，丁腈橡膠等）的熱分解溫度范圍時，有機粘結(jié)劑如酚醛樹脂，橡膠產(chǎn)生分解碳化現(xiàn)象，粘結(jié)作用下降，磨損量急劇增大，業(yè)內(nèi)稱之“熱磨損”。 選用合適的減摩填料（無機潤滑劑，金屬硫化物等）和耐熱性能好的樹脂，橡膠，能有效的減少材料的磨損，延長其使用壽命。GTB-5763-2008“汽車制動器襯片檢測”國家標準中規(guī)定了摩擦、磨損的檢測方法和譯定指標，國內(nèi)一些汽車制造廠對OEM剎車片的磨損率規(guī)定要求比國標嚴格從100，150，200,250,300五檔溫度下的磨損率總和不應(yīng)超過一個限定值：其體積磨損率V2

6、.010 -7cm3/N.m 1.4.3具有良好的機械強度和物理性能 摩擦材料在使用，加工裝配成總成時，有時需鉆孔，鉚接等機械加工，因此需承受高溫摩擦工況，剪切力，壓力等外力，故要求其有足夠的機械強度，以保證其在使用和加工中不出現(xiàn)破碎，裂縫。對于鼓式剎車片需檢測其抗沖擊強度，靜彎曲強度，對于盤式剎車片需檢測其與背板的剪切強度，對于離合器面片需檢測其抗沖擊，靜彎曲強度，最大名變值及旋轉(zhuǎn)破壞強度。 1.4.4制動噪聲低和良好的NVH性能 制動噪聲關(guān)系到環(huán)境污染和行車舒適，一般要求汽車制動時產(chǎn)生噪聲 85dB 造成制動噪音的原因很多，一般而言，剎車片與剎車盤（鼓）在高速，高比壓對運動下的強烈摩擦作用

7、，彼此產(chǎn)生振動，產(chǎn)生不同頻率的噪聲。 造成制動噪聲的因素大致如下： a、摩擦材料的摩擦系數(shù)設(shè)計過高，摩擦系數(shù)5極易產(chǎn)生噪聲 b、制動材質(zhì)硬度高 c、高硬度填充料用量多 d、粘結(jié)劑（樹脂，橡膠）分解，碳化在工作表面形成光亮而硬的碳化膜，又稱釉質(zhì)層，制動時而產(chǎn)生高頻噪音 解決制動時噪音問題是一個系統(tǒng)問題。 1.4.5對偶面磨損?。▽ε迹褐苿颖P.制動鼓） 摩擦材料制品的制動及傳動功能均需通過對偶件在摩擦中實現(xiàn)。在此摩擦過程中對偶件都會不同程度磨損，要求作為消耗性復(fù)合材料-摩擦材料和對偶件的磨損要小，在制動傳動過程中不應(yīng)出現(xiàn)將對偶件表面擦傷，形成溝槽等過度磨損現(xiàn)象。 2.合成橡膠在摩擦材料中的作用和應(yīng)

8、用 2.1與酚醛樹脂共用作為有機粘結(jié)劑 摩擦材料所用有機粘結(jié)劑一般為酚醛樹脂和合成橡膠，以酚醛樹脂為主，它們的特性和作用是當處于一定加熱溫度下時，先呈現(xiàn)軟化后變成黏流態(tài)產(chǎn)生流動并均勻分布在復(fù)合材料中形成材料的基體或稱連續(xù)相，最后通過樹脂固化作用和橡膠硫化作用，將摩擦材料中的增強纖維和摩擦系數(shù)調(diào)節(jié)的各種非金屬礦填料粘結(jié)在一起，形成質(zhì)地致密的有一定強度的摩擦片制品。對于摩擦材料而言，樹脂和橡膠的耐熱性是非常重要的性能指標，在摩擦片在制動與傳動工況中，其名稱時產(chǎn)生的溫度一般處于200700左右，一般增強纖維（無機礦物纖維，金屬纖維）和無機礦物纖維不會發(fā)生分解，而對于樹脂和橡膠來說已進入熱分解區(qū)域，因

9、此摩擦材料各項性能指標會發(fā)生不利的變化，如摩擦系數(shù)磨損，機械等性能均會下降。宏觀上反映的三熱現(xiàn)象（熱衰退.熱膨脹.熱龜裂）其根源是由樹脂和橡膠熱分解所致，因此樹脂和橡膠的質(zhì)量好壞對摩擦材料而言十分重要。2.2 合成橡膠（含丁腈橡膠）在摩擦材料應(yīng)用和作用 2.2.1 改性酚醛樹脂 純酚醛樹脂存在一些不足，質(zhì)地脆硬，韌性差，用橡膠改性酚醛樹脂，能降低摩擦材料彈性模量和硬度，提高沖擊強度，為使制動舒適，業(yè)內(nèi)生產(chǎn)盤型剎車片廠大部分分采用丁腈改性酚醛樹脂如海沃斯公司生產(chǎn)的“6530”牌號樹脂酚醛樹脂中丁腈膠含量從10%-20%左右，也有5%，也有企業(yè)采用在混料時加入丁腈膠粉，乳膠進行物理共混改進。 2.

10、2.2 作為輔助改性劑，降低制品的硬度，彈性模量等 在大部分摩擦材料制品中，合成橡膠作輔助改性劑被復(fù)合使用，目的是降低制品的硬度，彈性模量，提高韌性和沖擊強度等。 但對有些特殊要求的摩擦材料如軟質(zhì)，本軟質(zhì)制品，有時橡膠用量高達8%以上，甚至超過樹脂的用量，當生產(chǎn)橡膠基產(chǎn)品時，如橡膠剎車帶等，如城市公交剎車片（鼓型）其含膠量達12%，在制動時剎車片的噪音大為降低。 在火車閘瓦和火車摩擦片的應(yīng)用中，丁腈橡膠與丁腈粉末的使用對于降低彈性模量十分重要，鐵道部測試標準中，彈性模量1.0 x103mpa，據(jù)專家記證：彈性模量小可防止摩擦材料傷劃輪箍和制動盤，降低火車閘瓦，閘片制動時產(chǎn)生熱斑和“金屬鑲嵌”現(xiàn)

11、象的發(fā)生率。2.2.3 丁腈橡膠有助于提高樹脂的交聯(lián)度。 專家認證在摩擦材料產(chǎn)品中添加5%（WT%）的丁腈橡膠有助于提高樹脂的交聯(lián)度，提高了摩擦材料熱衰退性，使得低中溫摩擦材料系數(shù)穩(wěn)定，磨耗變小。2.2.4 粉末丁腈橡膠有利于摩擦材料的干法加工工藝 以為大量使用塊膠，需在二輥機上與樹脂混煉拉片,粉碎，或通過密煉機塑煉而使用于摩擦材料，工藝上不易控制，而且勞動強度較大。粉末丁腈橡膠有利于摩擦材料的干法生產(chǎn)工藝，使干法混料變得簡易，既減輕了勞動強度又使混料變得均勻，摩擦材料性能變得較為穩(wěn)定。 酚醛樹脂的溶解度參數(shù)：10.5，丁腈-26為9.3.丁腈-4C為9.9，由于溶解度參數(shù)較為接近，二者有很好

12、的相容性，所以能夠改善酚醛樹脂拉伸強度，沖擊強度，粉末丁腈橡膠對于降摩擦材料硬度效果顯著，另能穩(wěn)定摩擦磨損性能和降低噪音。 3.摩擦材料發(fā)展趨勢概述（提綱要點） 31國際摩擦材料發(fā)展趨勢 石棉型-無石棉型（亦稱非石棉型N0 Asbestos）無石棉型摩擦材料進展： 半金屬型（Semi-metallic）-少金屬（Low-metallic）無金屬NAO型（含有機基陶瓷型） 摩擦材料汽車制動襯片基本圍繞德系，美系，日系及韓系汽車配套設(shè)計，根據(jù)OEM,OES分別采取不同的配方。目前為重點解決NVH問題，日本摩擦材料跨國公司重點研發(fā)有機基陶瓷型配方，德國跨國公司重點研發(fā)?；に嚿俳饘倥浞襟w系，這些配方

13、體系中均含有粉末丁腈膠粉。 配方體系中所有材料應(yīng)符合歐洲REACH法規(guī)要求；禁用鉛，鎘，6價鉻，貢，砷，銻及其化合物。 美國出于環(huán)保要求，幾個州已立法開始提出在摩擦材料中逐步減少銅及其化合物的使用直至2025年止，要求銅的含量減至零。 上述發(fā)達國家出于環(huán)保提出的新要求，應(yīng)引起我們重視，也是我們業(yè)內(nèi)研發(fā)產(chǎn)品時要考量的。 3.2. LS配方體系研討 歐洲跨國公司如德國公司為主重點研發(fā)少金屬配方體系，其主要特點如下： 鋼纖維含量 20% 其主增強纖維以礦物纖維（無機）為主體，輔以少量有機纖維如纖維素纖維，芳綸纖維素，采用金屬，無機和有機纖維混雜增強體系，另添加金屬和金屬氧化物和有機彈性體（如粉狀丁腈膠，摩擦粉） 在體系中增加復(fù)合固體潤滑劑：極性人造石墨，天然石墨和金屬硫化物等 增添人工合成以丁腈膠為主的彈性顆粒，彈性顆粒中以合成橡膠為主體，輔以少量樹脂，增強纖維，增摩劑和減摩劑以及無機非金屬礦填料，形成其特色的?；吓浞襟w系，其特點：孔隙率高，制動噪音低，耐磨損。在高速制動時，對速度不敏感，這與德國公路行車速度高相關(guān)。3.3. NAO型配方體系研討 以Akebono為代表的日本摩擦材料跨國公司對NAO配方體系進行了原創(chuàng)性的發(fā)明，