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第九节 人造矿物纤维

浏览次数: 日期:2017-06-28

人造矿物纤维           

    一、玻璃纤维

    采用玻璃纤维替代石棉是目前应用得最广泛的一种。早在六十年代国外就有用玻璃纤维全部或部分替代石棉的报导,但国内大量应用玻璃纤维来制造摩擦片才有十多年的时间。玻璃纤维种类按原料分类主要为:

    ① E—玻璃纤维。即 铝—硼—硅玻璃。几乎不含碱,也就是常说的无碱玻璃纤维,它有优良的绝热性能,还有优良的化学阻抗和较高的强度。

     ②A玻璃纤维。A玻璃成分中含有碱,强力和模量均较低。

    ③C玻璃纤维。C玻璃纤维亦叫碱石灰玻璃,也就是常说的中碱玻璃,性能介于E玻璃、A玻璃之间,但其化学阻抗极佳。

     ④R(或S)玻璃纤维。R玻璃具有较高的抗拉强度,主要应用于航空、航天领域。

    ⑤K玻璃纤维。即耐硷玻璃纤维。在生产中加有一定比例的二氧化铝,要求严格的拉丝技术,因此生产成本高,价格贵。

     ⑥D玻璃纤维。D玻璃具有高的非传导性能,主要应用于高频技术方面。

     ⑦M玻璃纤维。M玻璃具有较高的弹性模量。

    摩擦材料中使用的玻璃纤维主要以E纤维和C纤维。在性能方面E玻璃纤维优于C玻璃纤维。用玻璃纤维制成的摩擦片与石棉纤维摩擦片相比,有较高的冲击强度,但不足之处它的硬度偏高,容易损伤对偶金属材料。所以,在摩擦材料基体中,采用模量较低的改性树脂及橡胶共混,有益于改善制品的硬度。

     玻璃纤维通过把硅土和一些金属氧化物加热至熔融且透亮后,用高速抽丝机械牵引而出的一种纤维形态的产物。

    作为增强材料用的玻璃纤维其基本形态可分为两种:即连续纤维和定长纤维。还有一种是由吹制纤维所组,它是玻璃棉的基本成份。作为保温、隔热、防火之用。

    玻璃纤维按原料组成可分为碱性与特种两种;而碱性玻璃纤维又可分为无碱、中碱、低碱玻璃纤维三种。 玻璃纤维是非石棉类摩擦材料中使用的一类增强材料。

    玻璃纤维按单丝直径可分为粗纤维(单丝直径30μm)、初级纤维(单丝直径20μm)、中级纤维(单丝直径10-20μm)、高级纤维(单丝直径3-9μm)。

    目前用于摩擦材料中的玻璃纤维一般是中碱或无碱玻璃纤维。或初级纤维或中级纤维。在使用的玻璃纤维中还有两两种形式:一种是连续玻璃纤维,主要用于缠绕型离合器片等,另一类是切短玻璃纤维,主要用于刹车片等。

    作为增强用玻璃纤维的制法主要有玻璃球法与直接熔融法。

    玻璃球法又称坩埚拉丝法。是将砂、石灰石和硼酸等玻璃原料干混后,在大约1260℃熔炉中熔融后流入造球机制成玻璃球,合格的玻璃球再在坩埚中熔化拉丝。

    直接熔融法又称池窑拉丝法。即在熔炼炉中熔化了的玻璃直接流入拉丝炉中拉丝。省去了制球工序,提高了生产效率、降低了生产成本,是广泛采用的方法。

    拉丝的生产过程是,熔融玻璃在铂金坩埚拉丝炉中,借助自重从漏板孔中流出,快速冷却并借助绕丝茼以1000-3000m/min线速度转动,拉成直径很小的的玻璃纤维。单丝经过浸润剂槽集束成原纱。原纱经排纱器以一定角度规则地缠到绕纱茼上。原纱的粗细与单丝直径及漏板孔数有关:单纱直径与熔融玻璃的温度和粘度、拉丝速度有关。短丝的生产是用长丝切制而成。

    玻璃纤维的浸润剂在生产及使用中起着重要的作用。可使纤维集润滑、消除静电以及改善纤维与树脂的粘结性等。通常使用的浸润剂分为纺织型浸润剂与增强型浸润剂。

    纺织型浸润剂在我国普遍采用是石蜡型浸润剂。它是由石蜡、油、凡士林、硬脂酸、固化剂和水等乳化而成。适用原纱的加捻、并股及整经、纺织等。但这类浸润剂不利于纤维与树脂的紧密结合,所以不适用摩擦材料的使用。如果要使用的话,就要通过对玻璃纤维的热处理,当然处理后的玻璃纤维的强度会降低。

    经浸渍增强型浸润剂的玻璃纤维,如浸渍乙酸乙烯型浸润剂、聚酯型浸润剂等。这类玻璃纤维具有与树脂粘结作用好的特点,所以这类玻璃纤维比较适用在摩擦材料中使用。

    玻璃纤维在摩擦材料中应用连续纤维,与其它无机或有机纤维复合捻制成混纺线,现已经在缠绕离合器面片的生产、编织型非石棉刹车带、编织型石油钻机闸瓦大批量应用;定长纤维虽适用干法生产工艺的刹车片的生产,但在混料中目前还有混料结团的现象,影响其大批量的使用。

    现已开发出用于非石棉摩擦材料中的“特殊超短玻璃纤维”,取得了很好的效果。基本克服了混料结团的生产工艺问题。

    根据玻璃纤维的性质与经试验,可以认为玻璃纤维在摩擦材料中应用的前景很好。

     二、复合矿物纤维——FKF纤维

    复合矿物纤维在无石棉摩擦材料中主要用于非金属型摩擦片或少金属型摩擦片。

在无石棉摩擦材料的生产中,钢纤维型的摩擦材料一直被长期使用在对于机械强度要求不太高的盘式刹车片和小型汽车用的粘接式鼓式刹车片中。但对于机械强度要求较高的大型车辆使用的铆接式鼓式刹车片,使用单一纤维作为摩擦片的增强组份从技术经济方面即性能----价格比的角度考虑是有困难的,人们往往采用多种纤维的组合使用来达到实际生产和使用的要求。

    复合矿物纤维即是基于这种考虑,在生产过程中,将不同的天然矿物纤维和人造矿物纤维组合在一起,以这种复合型纤维为主体增强组份的摩擦片在机械强度、摩擦性能、耐热性、工艺可操作性和产品的成本价格等多方面可满足非石棉型摩擦片的实际生产和使用要求。

FKF纤维是一种包含多种矿物纤维,并根椐用途不同,可加有少量有机纤维及其它增摩成份的摩擦材料用纤维产品。

    该纤维具有如下特点:

    1,外观为灰黄或灰白色纤维,有柔软感。

    2,耐热性高于石棉。

    3,其摩擦与磨损性能符合摩擦片使用性能要求。

    4,其增强效果可满足盘式刹车片和粘结型鼓式刹车片的机械强度要求。若再加入其它少量纤维进行增强,则可满足轻、中、重型载重汽车的铆接式鼓式刹车片的机械强度要求。

    5,价格合适,低于大部份非石棉型纤维。

    因此,FKF型复合矿物纤维具有较合理的技术经济综合性能,可以在摩擦材料的增强组份中可作为主体纤维使用。通常FKF复合矿物纤维,在盘式刹车片中的用量比例可为10-20%;在载重汽车的铆接式鼓式刹车片中用量比例可达20-35%

    FKF纤维的技术性能如下:

    ⑴化学组成:

成份

SiO2

Al2O3

CaO

MgO

Fe2O3

C

重量比例 %

40.0-43.0

16.0-18.0

14.0-16.0

5.0-7.0

3.0-5.0

4.0-6.0

     ⑵烧失量:800℃,一小时,  ≤ 10%

     ⑶松密度:  0.13-0.20g/Cm3

     ⑷水份含量: ≤ 3%

     ⑸纤维直径:0-20μ。

 

     ⑹纤维长度分布:

 

筛孔径  目

6

40

60

满底

筛余量 %

不小于

40

12

5

30-50

FKF复合纤维与树脂粉、填料在一起混合时、有一定的操作条件要求,许多人造矿棉和有机纤维,由于产生静电和强吸附的原因,它们在搅拌过程中会形成微小的团块,造成混料的不均匀的情况,为此要求混料时产生强烈的搅拌分散作用,将纤维团块打散开来,达到混均的分散效果。

    混料操作条件如下:

    主轴转速800-1000转/分,机身内壁装有若干块档板,以此达到良好的分散效果。有的混料机还在内壁上装有高速(2500-3000/分)绞刀,更有助于将纤维团块打散开来。对于犁耙式混料机,由于其主轴转速较慢(约   转/分)故FKF纤维的用量比例宜减少,建议采用10-20%的范围。

    FKF纤维在摩擦片中的应用实例:

    ⑴中、重型载重汽车用鼓式刹车片:

 

组份名称

用量   %

树脂

14-15

橡胶

2-3

FKF纤维

30-35

金属纤维

5-8

摩擦调节剂

15-20

填料

20-23

制品的性能:

试验温度

性能

纤维名称

100℃

150℃

200

250

300℃

dj/cm2

洛氏硬度

FKF

μ

0.41

0.38

0.42

0.39

0.37

0.38

72

ν

0.12

0.20

0.18

0.24

0.35

 

 2,轿车用盘式刹车片实例:

 

组份名称

用量   %

树脂和橡胶

10-12

FKF纤维

13-25

钢纤维

8-0

其它纤维

2-5

摩擦调节剂及填料

60-65

制品的性能:

试验温度

性能

纤维名称

100℃

150℃

200

250

300℃

350℃

dj/cm2

洛氏硬度

FKF

μ

0.37

0.40

0.40

0.39

0.37

0.35

0.25

70

ν

0.21

0.29

0.39

0.45

0.65

0.81

 

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