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第一节 摩擦材料的结构与组成—有机粘结剂

浏览次数: 日期:2017-05-22

  摩擦材料属于高分子三元复合材料,它包括三部份:以高分子化合物为粘结剂;以无机或有机类纤维为增强组份;以填料为摩擦性能调节剂或配合剂。故本书中的摩擦材料有时也称为合成摩擦材料,以区别于烧结加工成的不含有机粘结剂的粉末冶金摩擦材料。
一、有机粘结剂
  摩擦材料所用的有机粘结剂为酚醛类树脂和合成橡胶,而以酚醛类树脂为主。它们的特点和作用是当处于一定加热温度下时先呈软化而后进入粘流态,产生流动并均匀分布在材料中形成材料的基体,最后通过树脂固化作用和橡胶硫化(Cure)作用,把纤维和填料粘结在一起,形成质地致密的有相当强度及能满足对摩擦材料使用性能要求的摩擦片制品。
  对于摩擦材料而言,树脂和橡胶的耐热性是非常重要的性能指标。因为车辆和机械在进行制动和传动工作时,摩擦片处于200-400℃左右的高温工况条件下。此温度范围内,纤维和填料的主要部份为无机类型,不会发生热分解,而对于树脂和橡胶来说,已进入热分解区域。摩擦材料的各项性能指标此时都会发生不利的变化(摩擦系数、磨损、机械强度等),特别是摩擦材料在检测和使用过程中发生的三热(热衰退、热膨胀、热龟裂)现象,其根源都是由于树脂和橡胶的热分解所致。因此选择树脂与橡胶对摩擦材料的性能具有非常重要的作用。选用不同的粘结剂,就会得到不同的摩擦性能和结构性能。作为摩擦材料常用的粘结剂有许多种。但是应用时间最早,使用量最大的仍属酚醛树脂,而且酚醛树脂现在仍是使用最为普遍的一种粘结剂。它能在摩擦材料使用的条件(200-350℃)下长期使用,而且还具有良好的加工工艺性能,既可被加工成200目左右的细粉,又可以溶于一些低成本的溶剂:如酒精、火碱溶液中,因而既适用于摩擦材料生产的干法加工工艺、也适用于湿法加工工艺。
  在摩擦材料使用的粘结剂中,还有其它类型的粘结剂,例如环氧树脂,糠醛树脂及各种改性的酚醛树脂以及橡胶及橡胶树脂混合粘结剂等。
  国外生产的摩擦材料,绝大多数也是以有机粘结剂为生,例如酚醛树脂或改性酚醛树脂等。
  美国多采用耐高温的酚醛树脂、腰果壳油改性树脂、呋喃树脂、硼酸树脂等。
  英国多采用腰果壳油改性酚醛树脂,也经常有使用橡胶或胶乳改性的酚醛树脂。
  苏联多采用松香改性的酚醛树脂作粘结剂或者丁纳橡胶作粘结剂,还使用橡胶和树脂的共混基体作粘结剂。
  日本则是多用酚醛树脂及其改性树脂,也有用橡胶等作主要粘结剂的。还有使用烷基改性、腰果壳油改性等树脂的。同时也有应用三聚氰胺改性树脂作为粘结剂。
  末经改性的酚醛树脂,即纯酚醛树脂,在国内摩擦行业中称之2123树脂,它存在一些不足之处,如质地脆硬、韧性差。采用改性的酚醛树脂,可以改进摩擦材料的各方面性能。如橡胶改性酚醛树脂和腰果壳油改性酚醛树脂,能降低摩擦材料的弹性模量和硬度,提高冲击强度,三聚氰胺改性酚醛树脂和硼改性的酚醛树脂,可提高树脂的耐热性;半金属摩擦材料则可采用环氧改改酚醛树脂,以提高摩擦片和钢纤维的粘结性。
    我国目前则多使用以酚醛树脂及其改性树脂为主。也有使用腰果壳油改性、橡胶改性及其它改性酚醛树脂作为摩擦材料的粘结剂。
    近来也有开始使用双种材料对酚醛树脂进行改性的,如采用橡胶与对二甲酰二乙基二混胺改性酚醛树脂除能提高摩擦材料耐热性外,对其提高耐磨性也有一定的改善作用。
  摩擦材料生产企业对树脂的质量要求是:
  ⑴,耐热性好,有较好的热分解温度和较低的热失重。
  ⑵,粉状树脂细度要高,一般为100-200#,以200#为最宜,有利于混料分散的均匀性,降低配方中树脂用量。
  ⑶,游离酚含量低,以1-3%为宜。
  ⑷,适宜的固化速度40-60秒(150℃)和流动距离(125℃,40--80mm)

 

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