无石棉酚醛树脂基摩擦复合材料摩擦学性能的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 易戈文
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| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2006-12-08 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 阎逢元 |
| 关键词 | 酚醛树脂 纤维增强 摩擦改性 摩擦复合材料 摩擦学性能 Phenolic resin Fibers reinforcement Friction modification Friction composites Tribological property |
| 学位专业 | 物理化学（含：化学物理） |
| 中文摘要 | 无石棉酚醛树脂基摩擦材料具有环境友好、强度高、密度低、摩擦噪音小、化学稳定性好、原材料成本低等特点，在汽车和航空等工业领域的动力传递和制动减速系统有着广泛的应用前景。现代交通工具的快速发展对摩擦材料提出了越来越苛刻的使用要求，综合提升无石棉酚醛树脂基摩擦材料的摩擦稳定性和耐磨性能将对运行系统的稳定性和安全可靠性提供最重要的保证。针对目前酚醛树脂改性填料种类少、机理不明确等问题，本论文综述了国内外摩擦材料的研究进展，利用多种耐高温有机－无机非金属填料对酚醛树脂进行摩擦学改性，系统地研究了多种填料及填料间的协调作用对酚醛树脂基摩擦材料力学性能、摩擦稳定性和磨损性能的影响，对其摩擦磨损机理和转移特性进行了分析。主要研究结果如下： (一) 酚醛树脂基体的增韧 利用红外光谱技术证实了酚醛树脂（CPF）与丁腈橡胶（NBR）之间存在化学共聚反应。当CPF与NBR的共混体积比为3:1~2:1时，复合材料的力学、耐温性能显著提高，摩擦稳定性和耐磨性得到进一步改善。研究表明，NBR对CPF的增韧机理在于NBR能引发和支化大量银纹，吸收冲击能量、阻止CPF基体产生裂纹。 (二) 摩擦复合材料中酚醛树脂和丁腈橡胶含量的确定及其摩擦学性能的研究 复合材料中，当CPF体积含量为25~30%、NBR含量为11-14%，此时NBR与CPF及其它组分之间具有较强的界面连接和相互作用，摩擦材料的韧性显著提高，摩擦过程中，在对偶表面可形成均匀的转移膜，由此增加了复合材料的摩擦稳定性，减少了材料磨损和硬质颗粒对对偶的损伤。 (三) E-玻璃纤维/Kevlar®浆粕混杂增强对摩擦复合材料力学和摩擦学性能的影响 单一的E-玻璃纤维增强树脂基摩擦材料，明显提高了复合材料的摩擦系数，但其体积含量超过18%，摩擦材料机械强度下降，摩擦过程中折断的玻纤不断刮刨裸露的纤维和填料，导致磨粒磨损越来越严重、对偶损伤加剧。 5%芳纶浆粕与18%E-玻璃纤维混杂增强显著提高了酚醛树脂基摩擦材料的韧性和机械强度；有效减少了硬质玻纤引起的磨粒磨损，有助于摩擦材料既能保持高而稳定的摩擦系数又能减少对金属对偶的损伤。 (四) 增摩填料对摩擦复合材料力学和摩擦学性能的影响 填充15%以下偏高岭土（MK）的摩擦材料具有较高冲击强度和适中硬度。摩擦材料的摩擦系数随着MK含量增加而明显增大，填充15%MK的摩擦材料表现出摩擦系数高（0.467）、波动小，此时材料的摩擦系数和磨损率受温度影响也小。填充2%以下的Al2O3微粉或3%以下的Cr2O3可保持摩擦材料具有较高冲击强度。Al2O3可使材料摩擦系数明显增大、摩擦曲线稳定性提高，而Cr2O3的填充将使材料摩擦系数增加缓慢，摩擦稳定性有所降低，当Al2O3或Cr2O3的填充量为2%时，材料磨损率均达到最低值。综合对比表明，Al2O3具有更好的改性效果。 (五) 固体润滑剂对摩擦复合材料的摩擦学改性及其摩擦稳定性研究 摩擦系数的大小和摩擦曲线的稳定性是涉及材料摩擦性能优劣的重要指标。对于酚醛树脂基摩擦材料，纤维和硬质填料可以改善基体树脂的机械力学性能，从而提高材料的耐磨性、增大摩擦系数，但往往会引起材料的摩擦性能不稳定。适量填充固体润滑剂则有利于在摩擦对偶表面生成牢固而均匀的摩擦转移膜，从而实现既不降低材料摩擦系数又能显著改善材料的摩擦稳定性的目的。 TP（滑石粉）、CPC（煅烧石油焦）和h-BN（六方氮化硼）等固体润滑剂的适量填充均可改善摩擦材料的摩擦稳定性。增加CPC含量，摩擦材料弯曲强度和硬度将得到改善；而增加h-BN和TP含量，会造成摩擦材料的硬度降低；h-BN或TP的含量超过10%和15%后，摩擦材料弯曲强度将明显降低。 CPC、TP和h-BN含量分别保持在5%~10%范围内，可保持摩擦材料具有较高的摩擦系数（0.45~0.54）和相对较低的磨损率。 CPC、TP和h-BN均可提高无石棉酚醛树脂基摩擦材料的热稳定性和减少材料对速度、温度的敏感性。对比测试结果表明，填充h-BN的体积含量为10%时，摩擦材料具有最佳的摩擦稳定性和耐磨性能。 CPC的低温润滑性和h-BN的高温润滑性可以实现协同互补作用，两者混合填充比单一填充将更有效地提高复合摩擦材料在不同温度下的耐磨性能和摩擦稳定性。CPC与h-BN两者的最佳体积配比为1：1。 |
| 学科主题 | 功能复合材料 |
| 公开日期 | 2013-05-24 |
| 源URL | [http://210.77.64.217/handle/362003/3006]  |
| 专题 | 兰州化学物理研究所_固体润滑国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 易戈文. 无石棉酚醛树脂基摩擦复合材料摩擦学性能的研究[D]. 中国科学院研究生院. 2006. |
入库方式： OAI收割
来源：兰州化学物理研究所
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