陶瓷晶须增强树脂基摩擦材料研究

论文摘要

随着汽车工业的发展和人们环保意识的增强,对在汽车制动系统中起关键作用的摩擦材料的性能也提出了越来越高的要求。作为摩擦材料的骨架材料,增强材料不但对摩擦片的强度起着至关重要的作用,同时也对摩擦片的性能有着重要的影响。石棉作为摩擦材料增强材料,对摩擦材料的发展做出了巨大的贡献。但是,石棉具有致癌作用,在石棉摩擦材料的生产和使用中对环保造成危害。为此,国内外学者对石棉替代材料进行了大量研究工作,并取得了很大进展。钛酸钾晶须具有良好的力学性能和物理性能,使其在摩擦材料领域成为理想的石棉替代材料。本论文以2123型酚醛树脂为基体,并采用丁腈橡胶对其改性。以六钛酸钾晶须、芳纶纤维、钢纤维、铜纤维等作为增强体,以石墨、氧化铝（Al2O3）,氧化铁（Fe2O3）、氧化镁（MgO）、锌粉（Zn）、硫酸钡（BaSO4）等作为填料,系统研究了无石棉摩擦材料。通过正交实验和方差分析,优化了摩擦材料配方中各成分的最佳配比。通过扫描电镜观察了所制备摩擦材料试样经过不同温度摩擦后的表面形貌,并分析了摩擦磨损机理。本论文通过对干法热压工艺的研究,确定了以下工艺参数:压制压力15MPa,压制温度165±5℃,保温保压时间25s/mm,每隔8s放气3s,连续放气5次。热处理阶段采用以下工艺参数:热处理温度230±10℃,保温时间为2个小时。通过对配方组成与试样摩擦性能关系的系统研究,优选出适合中小型轿车制动器摩擦材料的最佳配比为:六钛酸钾晶须20wt%、芳纶纤维1wt%、钢纤维25wt%、铜纤维7wt%、酚醛树脂9wt%、石墨9wt%、其余29%。轿车刹车片台架实验结果表明,按照以上配方制备的制动器摩擦材料样品磨合性能稳定、工作摩擦性能稳定、抗热衰退性和热恢复性好,实验后的刹车片表面光滑,无裂纹、气泡及材料崩落等现象出现。通过对材料摩擦磨损机理的分析及对摩擦后表面的微观研究后认为:本课题所制备的摩擦材料的摩擦磨损的类型主要是粘着磨损和磨粒磨损,在摩擦过程中摩擦试样与对偶件的接触界面形成了一层较为稳定的表面膜。在试样表面,沿着摩擦方向有较为明显的划痕,这主要是因为摩擦材料内部含有硬质颗粒以及硬度较高的增强纤维,它们剥落后形成的磨屑导致了磨粒磨损。本实验所研制的摩擦材料完全能够满足中小型轿车制动性能的要求,具有机械性能高、摩擦磨损性能优、热衰退小、恢复性能好,耐磨损、噪声小等特点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 摩擦材料研究现状
• 1.2.1 铸铁摩擦材料
• 1.2.2 有机合成摩擦材料
• 1.2.3 粉末冶金摩擦材料
• 1.2.4 碳/碳复合摩擦材料
• 1.3 树脂基摩擦材料研究现状
• 1.3.1 树脂基体研究现状
• 1.3.1.1 有机硅改性酚醛树脂（PF）
• 1.3.1.2 硼改性酚醛树脂（PF）
• 1.3.1.3 芳烃改性酚醛树脂（PF）
• 1.3.1.4 腰果壳油、三聚氰胺改性酚醛树脂（YSM树脂）
• 1.3.1.5 橡胶改性酚醛树脂（PF）
• 1.3.1.6 其他方法改性酚醛树脂
• 1.3.2 增强材料研究现状
• 1.3.2.1 钢纤维
• 1.3.2.2 玻璃纤维
• 1.3.2.3 碳纤维
• 1.3.2.4 有机纤维
• 1.3.2.5 矿物纤维
• 1.3.2.6 混杂纤维
• 1.3.2.7 陶瓷晶须类
• 1.3.3 填料的研究现状
• 1.4 课题的研究内容
• 第二章 摩擦材料的制备及性能测试
• 2.1 实验原料
• 2.2 主要实验设备和仪器
• 2.3 汽车制动器摩擦材料的制备工艺
• 2.3.1 模压成型工艺
• 2.3.2 制品的热处理
• 2.4 制动器摩擦材料组分设计
• 2.4.1 摩擦材料的技术要求
• 2.4.2 摩擦材料的组分设计
• 2.4.2.1 基体
• 2.4.2.2 增强体
• 2.4.2.3 填料
• 2.5 制动器摩擦材料的性能评价及试验方法
• 2.5.1 试验条件
• 2.5.2 试验方法
• 2.5.3 试验数据的处理
• 第三章 摩擦材料各主要组分对摩擦磨损性能影响的研究
• 3.1 酚醛树脂含量对摩擦性能的影响
• 3.1.1 实验配方的组成
• 3.1.2 酚醛树脂含量对摩擦性能的影响
• 3.2 丁腈胶粉含量对摩擦性能的影响
• 3.2.1 实验配方的组成
• 3.2.2 丁腈胶粉含量对摩擦性能的影响
• 3.3 六钛酸钾晶须含量对摩擦性能的影响
• 3.3.1 实验配方的组成
• 3.3.2 六钛酸钾晶须含量对摩擦性能的影响
• 3.4 芳纶纤维含量对摩擦性能的影响
• 3.4.1 实验配方的组成
• 3.4.2 芳纶纤维含量对摩擦性能的影响
• 3.5 钢纤维含量对摩擦性能的影响
• 3.5.1 实验配方的组成
• 3.5.2 钢纤维含量对摩擦性能的影响
• 3.6 铜纤维含量对摩擦性能的影响
• 3.6.1 实验配方的组成
• 3.6.2 铜纤维含量对摩擦性能的影响
• 3.7 石墨含量对摩擦性能的影响
• 3.7.1 实验配方的组成
• 3.7.2 石墨含量对摩擦性能的影响
• 3.8 本章小结
• 第四章 摩擦材料配方优化
• 4.1 摩擦材料的配方设计及正交表设计
• 4.1.1 摩擦材料的配方设计
• 4.1.2 正交表设计
• 4.2 摩擦磨损实验测试结果
• 4.3 配方优化
• 4.3.1 正交实验的数据处理方法
• 4.3.2 实验数据方差分析
• 4.3.3 方差分析结果与讨论
• 4.4 优化配方的台架实验
• 4.5 本章小结
• 第五章 摩擦材料摩擦磨损机理研究
• 5.1 摩擦材料的摩擦机理
• 5.2 摩擦材料的磨损机理
• 5.3 摩擦材料摩擦表面层和转移膜
• 5.4 摩擦材料的摩擦磨损机理及微观形貌分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 附表
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文和取得的成果
• 学位论文评阅及答辩情况表