纤维增强摩擦复合材料

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1、纤维增强摩擦复合材料1刖吞右棉作为一种天然矿物纤维，具冇质轻、价廉、分散性好、摩擦濟损性能好、增强效果好等特点，因此在摩擦材料中得到了广泛的应用。从上世纪20一8()年代，石棉基摩擦材料几乎是一统天下。自从上世纪70年代，石棉及其高温分解物被确认属于致癌物质后，许多国家对石棉的使用都做出了具体的规定。瑞士及德国规定1988年牛产的汽车不能使用石棉基摩擦材料。美国也有10年内禁止使用右棉的捉案。与此同时，石棉粉尘的严格限制必须对除尘设备进行高额投资,致使石棉摩擦材料价格上升。随着汽车科技的进步，汽车的速度越來越高，制动器更小以及盘式制动器

2、的出现，对摩擦材料的性能提出了更高的要求，使用条件也更为苛刻。如今轿车前轮盘式制动温度可达300-500°C,而石棉在400°C左右将失去结晶水，580-700°C时结晶水将完全丧失，同时也失去弹性和强度，己基本失去增强效果问。石棉脱水后导致摩擦性能不稳定、损伤财偶及出现制动噪声,因此，石棉基摩擦材料显然不能适应汽车工业和现代社会发展需求将逐步被取代。曲于我国经济发展水平较低、民众环保意识不强及汽车工业的落后，价格较低、应用范围较广的石棉基摩擦材料至今还在使用。然而随着我国国民经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，人们对环境保护的要求

3、也越来越高。国家有关部门规定，近年右棉基摩擦材料将要被其它纤维增强摩擦复合材料所替代。就以上所谈到的石棉缺点，代替石棉基摩擦材料的研究工作已经刻不容缓。通过对实际应用屮摩擦材料的研究，纤维增强摩擦材料屮增强纤维的作用主要是使材料具有一定的强度和韧性，耐冲击、剪切、拉伸等机械作用而不至于出现裂纹、断裂、崩缺等机械损伤。因此增强纤维应满足以下性能要求：①具冇足够的强度和模量以及较好的韧性；②良好的摩擦性能，在一定的温度范围内貝有稳定的摩擦系数及适当的摩擦损耗；③较高的热分解温度，在〜定温度范围内不发生热分解、脱水、相变等和较高的高温分解残碳

4、率；④纤维易于分散且与基体有较好的相溶性；⑤适当的硕度，不产生严重的噪音；⑥量广、价廉、无毒性，不污染环境。目前，国内外开展了代用增强纤维的研究。主要冇钢纤维、玻璃纤维、碳纤维、有机纤维。虽然拥有如此众多的代用增强纤维，但非石棉纤维还存在着许多的不足；①增强纤维与基体的相溶性较差；②价格较石棉基摩擦材料高出很多；③增强纤维摩擦材料的制成品性能并不是很稳定，代用纤维摩擦材料虽然在某些方面已经超越右棉基摩擦材料，但就整体性能而言述存在较大的差距。本文就目前所使用的代用纤维及其摩擦材料性能，给出综合分析，希望能对我国石棉纤维替代材料的应用研究

5、冇一定参考作用。2增强纤维的选用2.1钢纤维使用低碳钢以及采取超声波切削法生产出的钢纤维含油量低、表面活性好、价格便宜，因此在半金属基摩擦材料中得到广泛应用。钢纤维最显著的特点是导热性能好。钢纤维以其高导热性能使局部表而热量迅速扩散至内部，从而降低摩擦表面温度，避免表面温度过高，防止树脂基体团热分解而导致材料磨损加剧，延长了制品的使用寿命。但钢纤维制成的摩擦材料质量大，容易锈蚀。用这种材料制成的离合器面片锈蚀后导致粘连，影响换档分离，并导致传动振动和抖动。研究表明，加入一定量的锌粉和氧化钙等可以增强材料的防锈性能，而对摩擦性能无明显影响

6、；钢纤维和矿物纤维及冇机纤维混杂使用可以进一步降低材料的密度及改善制动噪声。目而，钢纤维增强摩擦材料在我国多种汽车上进行了应用，反映较好。2.2玻璃纤维玻璃纤维作为代用增强纤维的研究时间较长，产品质量比较稳定，产量较大，价格也相对比较便宜。玻璃纤维属于无机硅酸盐纤维，因而热稳定性较好。其表面处理工艺也得到了广泛的研究，研制出多种偶联剂，与树脂亲和性较好，因此在增强纤维摩擦材料中得到了一定的应用。据国外报道，玻璃纤维增强的摩擦材料，It摩擦磨损性能良好，但玻璃纤维增强材料对载荷、滑动速度及制动温度等固素反应较皱感。在重载房速及高温下，摩擦

7、系数变化明显，不稳定。玻璃纤维用作摩擦材料的增强纤维有一定的要求。玻璃纤维应较柔软，而含15—30%氯化钾的玻璃纤维可使莫氏强度下降，使玻璃纤维变软，认为E玻璃纤维可以使用。虽然说玻璃纤维能够运用在摩擦材料的增强材料屮，但玻璃纤维冇不足Z处。①硬度过高，磨损比石棉增强材料大；②当温度超过800°C时易形成玻璃珠，而玻璃珠莫氏硬度更高，材料磨损量会进一步增加；③玻璃纤维增强材料的摩擦系数随温度有较大的变化，摩擦系数不稳定。2.3碳纤维碳纤维具冇高比强度、高比模量、耐热、耐磨、耐腐蚀及热膨胀系数较小等许多优点。碳纤维增强基体的（C/C）复合

8、摩擦材料在航空航天工业中得到了广泛应用。碳纤维增强基体的航空刹车用复合材料具有质量轻、抗热冲击性好、摩擦系数稳定、使用寿命长等特点，是新一代的航空刹车副。目前，国际上大多数军用和民用干线飞机采均用碳纤维增强