纤维增强树脂基摩阻材料研究进展

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1、3162008年中国工程塑料复合材料技术研讨会论文集纤维增强树脂基摩阻材料研究进展王媛林有希叶绍炎(福州大学机械工程与自动化学院，福州350002)摘要笔者综述了近凡年来树脂基摩阻材料用增强纤维的研究进展，主要介绍了常用的4类纤维增强摩阻材料的摩擦学特性、增强纤维制备方法及其在摩阻材料中的应用。关键词摩阻材料非石棉纤维摩擦磨损汽车制动复合材料是汽车制动器、离合器和摩擦传动装置中的关键材料。汽车制动过程中制动材料与制动盘的摩擦将动能转化为热能，摩擦热引起摩擦副温升，严重影响制动材料的摩擦学性能。树脂基纤维增强复合材料制动片，因其压制成型工艺较之

2、其它粉末冶金等工艺简单、对设备适应性好、原材料方便、性能容易控制、成本低而成为车辆制动材料发展的主流和研究热点。长期以来我国制动材料大多是以石棉作为增强纤维再与粘接剂、摩擦性能调节剂3类材料均匀混合后在高温高压下成型，并经过处理制成。由于石棉粉尘严重，污染环境并有致癌性。因此随着国内外对无公害新型摩阻材料进一步深入开发研究，人们发现采用更加新型的纤维代替石棉纤维，可以得到性能更加优良的摩阻材料。目前对于无石棉摩阻材料的研究，主要集中在增强纤维的选用上。1摩阻材料用非石棉增强纤维摩阻材料中增强纤维的选择是对材料性能和成本等因索的综合考虑结果。目

3、前，石棉的代用纤维主要有：金属纤维、天然纤维、有机纤维、无机纤维4类。1．1金属纤维金属纤维的导热性好，因此加人金属纤维可防止树脂基体因热分解使材料磨损加剧。目前国内外用于汽车制动材料的金属纤维大多为钢纤维。YangShengrong等⋯认为钢纤维比铜纤维具有更好的增强效果，可以极大地减少表面疲劳，从而提高材料耐磨性。钢纤维加入摩阻材料的重要作用是提高材料使用过程中的力学强度、导热性能和耐磨性能，使高温时材料的摩擦磨损性能不下降。但是，半金属摩擦材料中钢纤维容易生锈，锈蚀后出现粘着对偶件或者损伤对偶件，使摩擦片强度降低，磨损加剧，摩擦系数稳定

4、性变差。杨淑静等心’也认为钢纤维(珠光体+铁素体)具有良好的表面状态，较小的含油性(0．5％)和合适的长径比(83．7：1)，使其既能稳固地镶嵌在树脂基体中，又能使基体把作用力大部分传递给纤维单元。特别是钢纤维组织中含有大量的耐磨性能较好的珠光体，从而使摩阻材料具有较低的磨损率且摩擦系数较稳定。此外H．Jang等∞1认为加入钢纤维能有效提高复合材料抵抗热衰退的能力。FuHua等H1通过观察试样磨损表面形貌认为2000C时不锈钢纤维出现少量拔除现象这一温度下同时出现磨粒磨损和粘着磨损。综合上述报道可以看出，用于增强摩阻材料的钢纤维在一定程度上可

5、以提高复合材料的摩擦系数，但当使用温度过高、加入量过多时同样会使复合材料的磨损率增加。1．2天然纤维作为增强材料使用的天然纤维主要有剑麻纤维(SF)、黄麻纤维、棉纤维等。其中由西安交通大学研究生产的SF较为典型。以SF作为增强纤维的环保型汽车刹车片产品具有摩擦系数平稳、热恢复性能好、刹车噪音小、使用寿命长、低成本等优点。但SF是亲水性的纤维，使材料在使用过程中界面逐渐脱粘，性能下降”J。此外，SF还存在结构不均匀和尺寸稳定性差的缺陷。因此，在制备树脂／SF复合材料前通常需要对纤维进行改性处理，以降低其亲水性及吸湿性，提高复合材料的界面粘结力。

6、天然纤维改性方法大多数适用于SF，综合多数报道认为SF的表面改性方法有物理方法和化学方法两大类。常见的物理改性方法有热处理、蒸汽爆破处理等，化学方法有碱处理、化学偶联、化学接枝和氰乙基化处理等。在SF增强酚醛树脂(PF)复合材料方面，SF表面的不同处理方式对PF／SF复合材料的力学性能影响较大，其中碱处理方法最为显著。与其它的处理方法相比碱处理也是一种简单易行的处理方法。杨桂成等∞1将SF经过硅烷偶联剂处理后，改王嫒，等：纤维增强树脂基摩阻材料研究进展317善了SF与PF基体之间的粘接。还发现降低PF／SF复合材料吸湿性最好的方法是接枝丙烯酸

7、，其次是硅烷偶联剂处理。才红¨1的研究结果表明，当SF的含量为40％时，复合材料的冲击强度和弯曲强度达到最大值，比未加SF时分别提高了45％、25．5％。当sF长度为6IDATI时达到临界长度，复合材料的冲击强度、比模量等出现最大值。才红等哺。训发现，当碱处理的sF用量达到60％时，其耐磨性比纯树脂提高了近1．5倍；在干摩擦条件下，处理后的SF可明显提高PF的耐磨性能；采用化学方法处理的sF复合材料比采用物理方法处理的sF复合材料耐磨性要好，其中化学法处理后的SF改性PF复合材料具有最佳的耐磨性能，比未处理时提高了72．48％。刘飞清等¨卜1

8、21证明SF经过碱处理后，可显著提高SF的耐热分解温度，解决了SF250℃摩擦性能急剧降低的关键技术问题；随着sF含量的增加，摩阻材料的摩擦系数在总体上呈现出先增大