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第六章 基础配方设计(下)

浏览次数: 日期:2017-07-31

四、不同粘结材料的试验

 1目的:粘结材料是摩擦材料中最常用的主要组成成份之一,在目前摩擦材料主要组分结构中,主要使用的是酚醛树脂或各种改性的酚醛树脂,如腰果油改性酚醛树脂、三聚氰胺改性酚醛树脂、聚乙烯醇改性酚醛树脂、丁苯橡胶改性的酚醛树脂、丁腈橡胶改性的酚醛树脂、悬浮法酚醛树脂与常用的2123酚醛树脂等。使用的各种酚醛树脂它的物理化学性能在很大程度上可决定摩擦材料制品的摩擦性能、机械性能及其热性能,我们通过对不同常用的酚醛树脂,通过理化分析及其在摩擦材料基础配方中性能试验,以了解、掌握和比较不同类型的酚醛树脂的工艺性能、产品性能的差异,能够指导配方设计和工艺参数的制订。故选用了四种常用的酚醛树脂进行了试验,以供参考。

2方法:

为了叙述方便,本次试验将不同酚醛树脂进行编号:

丁苯橡胶改性酚醛树脂(辊炼法)为1

丁腈橡胶改性酚醛树脂为2

悬浮法酚醛树脂(热固性)为3

通用酚醛树脂2123为4

3不同酚醛树脂物理性能进行检测

由于对树脂性能检测手段所限,仅对所用酚醛树脂的细度、水份与聚合速度等进行了检测,没对其它项目进行检测。

⑴细度测试:

准确称取各种树脂(1~4#)样品重量G1(约10g),用100目标准筛分收集通过的筛下物,并准确称量重量G2,并计算通过率,按下式计算,取三组试验结果平均值。

    W%G2/G1×100

              式中:G1  试样重量       g

                    G2  筛下试样重量  g

                    W  通过率  %

检测数据如表(23)   

通过本表中数据可以看出,1号样品即丁苯橡胶改性酚醛树脂较粗,而24号丁腈改性酚醛树脂和通用型酚醛树脂较细,3号悬浮法酚醛树脂较1号丁苯橡胶改性酚醛树脂细,接近4号丁腈改性酚醛树脂。

⑵水份检测:

准确称取各种酚醛树脂样品(1~4#)重量G1(约1~2g),置于干燥、清洁、恒重的坩锅内,然后置于105-110℃的烘箱内烘干1小时,取出后放入玻璃干燥器中冷却至室温,称重量G2,水份按下式计算,取三组测试结果平均值。

   W%=(G1G2/G1×100

          式中:G1  试样重量      g

                G2  试样烘后重量  g

                W  含水率   %

水份检测数据如表(24

⑶聚合速度检测:

按照 “酚醛树脂的聚合速度常规试验方法”对不同树脂聚合速度进行检测,检测结果如表(25)。

通过对表(23)、(24)、(25)树脂综合性能比较,124种树脂综合工艺性能相差不大。这一点在配方设计中是很重要的,因为它与设计生产工艺参数有密切关系。而且还与酚醛树脂的贮存、保管条件有关。

4基础配方试验:

使用丁苯橡胶改性酚醛树脂、丁腈橡胶改性酚醛树脂、悬浮法酚醛树脂(热固性)和2123酚醛树脂等不同类型酚醛树脂的基础配方,以进行摩擦磨损和强度性能的比较。基础配方采用完全相同的配方,为了减少所用原材料引起的误差,采用了同一包装的原材料,并是同时进行配料,再进行制样的。

配方如表(26

注: 1为丁苯橡胶改性酚醛树脂(辊炼法)、2为丁腈橡胶改性酚醛树脂、3为悬浮法酚醛树脂、4通用的2123酚醛树脂。

按配方准确称取各种组成成份,放入JF810S5L)型混料机中进行混料,(转速60r/min,混料时间5min)混制成均匀混合料,在JFY60型(600KN)实验室用压机压制尺寸为55×55×6~8(mm)的试块四块。

压制条件:

          压制温度:     165±5℃

          压制时间:  600 秒(放气4次)

          压制压力:       6~8MPa

⑴冲击强度:

将制成的55×10×原厚度(mm)冲击强度试块,在XCJ-4型冲击强度试验机进行测试,其结果如表(27)。

通过表(27)中的数据可以看出,几种树脂制品冲击强度相差不大,其中悬浮法树脂和通用型2123酚醛树脂制品的冲击强度性稍高些。

⑵摩擦性能:

将试样在定速摩擦试验机上和Chase试验机上,分别按照定速与SAE J 661标准进行测试,测试结果,见表(28)。

由表(28)中定速试验机测试结果和表(29)的Chase试验机测试结果,可以明显看出4-3号配方和4-4号配方的摩擦系数比较平稳,热衰退性较好,但常温摩擦系数较低,同时磨损也较小。4-4号配方的摩擦系数高,但磨损率较大。4-1号配方的摩擦性能也较好,但因本次试验第一个测试样品未能进行350℃摩擦性能试验。4-3配方样品的耐磨性在这一组中的性能最好。

⑶密度:

试验中经测定制品密度结果表明,不同类型的树脂对制品密度影响不大,试验采用几种树脂的摩擦材料制品,密度相差不多,如表(30)。

五、橡胶粉类填料的性能

1目的:选取了橡胶类填料的轮胎粉、丁腈胶粉及硫化丁腈胶胶粉(废丁腈橡胶制品经加工制成的丁腈胶粉或简称硫化丁腈胶粉),测定其对摩擦材料性能的影响。这种同类特性填料,表面性质相近的填料。近来应用较多,使用面也在扩大,因此了解和掌握其性能对设计配方会有一定帮助的。

2方法:选取3种胶类填料,进行基础配方试验。

3配方:见表(31)。

4实验过程:

按配方准确称取各种组成成份,放入JF810S5L)型混料机中进行混料,(转速60r/min,混料时间5min)混制成均匀混合料,在JFY60型(600KN)实验室用压机压制尺寸为55×55×8~10mm的试块4块。

压制条件:

          压制温度:     165±5℃

          压制时间:  600 秒(放气4次)

          压制压力:       6~8MPa

根据该配方特点,选用了4 Mpa压强,除 1号配方使用压强1.2 Mpa外,都可成型。

以上实验证明:热压工序压制压强,应根据不同填料的性能,设计和制订压制工艺参数,否则将不会制成好的制品。

4摩擦性能:

将该组基础配方的试样在定速摩擦试验机上进行试验,结果见表(32)。

表中数据说明,白色丁腈胶粉的孔隙率较大,流动性能好,而轮胎粉的压缩率较小,但比一般填料要高很多,因此它在配方设计中的用量,应要做到合适、合理。

六、不同树脂含量的基础配方

1目的:本组基础配方采用不同树脂含量,以进行制品摩擦性能试验,能得到合理的酚醛树脂含量的基本配方。

2方法:在11基础配方(见本章一节不同骨架材料配方中)为基础,扩展了一组,即设计新增了3种树脂含量的基础配方。

3基础配方: 见表(34)。

4摩擦性能试验:

按配方准确称取各种组成成份,放入JF810S5L)型混料机中进行混料,(转速60r/min,混料时间5min)混制成均匀混合料,在JFY60型(600KN)实验室用压机压制尺寸为55×55×8-10mm的试块4块,按GB5763-1998制取定速摩擦检测样块,在JF150D定速摩擦试验机上进行摩擦性能试验。

压制条件:压制温度:     165±5℃

          压制时间:  600 秒(放气4次)

压制压力:       6MPa

制取试验样块在定速摩擦试验机进行性能测试  结果见表(35)。

表(35)和表(36)中的试验数据表明:树脂含量对摩擦材料磨损率的影响非常明显,磨损率随树脂含量的减少而增大,摩擦系数随树脂含量的减少而稳定性增强,摩擦系数随树脂含量的减少而增大;也可以看出,树脂含量在配方中的含量低于10%是可行的。

5冲击强度:

  将不同树脂含量的摩擦材料样快,制成55×10×厚度(mm)的冲击强度试块,在XCJ-4型冲击强度试验机进行测试,其结果,见表(37)。

摩擦材料冲击强度与树脂含量变化不很明显,但确与纤维量的变化较大,因此,摩擦材料配方中,增加制品强度性能仍然是以调正纤维为主要手段,树脂量影响不是特别明显。

七、低密度的摩擦材料基础配方:

1目的:通过低密度摩擦材料制品的基础配方试验,以获得较好的低密度的摩擦材料制品。通过对低密度的制品摩擦性能的测试。并与正常密度的摩擦材料的制品性能相比较,以了解摩擦材料制品和掌握降低摩擦材料制品密度的有效途经。

2方法:采取配方中使用较大量的密度较低的蛭石与低密度的纤维和较少的酚醛树脂含量,制成低密度的摩擦材料制品样品。

3基础配方:配方采用七种材料组成,而变动成份仅三种,具体基础配方如下:

基础配方见表(38)

4定速摩擦性能测试

按配方准确称取各种组成成份,放入JF810S5L)型混料机中进行混料,(转速60r/min,混料时间5min)混制成均匀混合料,在JFY60型(600KN)实验室用压机,压制尺寸为55×55×6-8mm的试块4块,按GB5763-1998制取定速摩擦样块,在JF150D定速摩擦试验机上进行摩擦性能试验。

压制条件:

          压制温度:     165±5℃

          压制时间:  600 秒(放气4次)

压制压力:      6MPa

制取试验样块在定速摩擦机进行性能测试  结果见表(39)。

注:7-5样品未能测试。

这一组低密度的摩擦材料基础配方试验样品压制很困难。由于要进行低密度的摩擦材料制品试验,所以,配方中要采用较大量的密度较低材料,如蛭石用量高达30%,这对成型工艺参数需要重新制定和调整。而压出的样品又难已符合测试样品要求。经多次试验,终于找出比较合适的低密度的摩擦材料基本配方的相适应的工艺条件,制成成品。

本组配方试样摩擦衰退严重,从表中试样密度看,使用蛭石对降低制品的密度,具是有明显作用,但在配方设计中要合理选择其用量与设计一套适宜的生产工艺及制定适宜的工艺参数。

(42)中数据说明,压缩率变化不大,配方中使用一定量的低密度材料,如蛭石等对改善制品密度,调整压缩率也是有效的一种材料,但因使用较大量的蛭石,其压制工艺一定要较充分的试验。

八、石棉摩擦材料的性能

目前,我国应用的摩擦材料虽然己经有很多种。例如玻璃纤维类摩擦材料,粉未冶金摩擦材料、钢纤维摩擦材料,碳-碳复合摩擦材料以及其它类型的摩擦材料等。但是综合各种摩擦材料的技术经济特性,尤其是生产成本,石棉摩擦材料仍占主导地位,它的产量仍占摩擦材料总产量的较大比例。

    由于石棉摩擦材料是一种性能较好、价格较低、资源丰富、制造简单的复合材料。因此,它得到了非常广泛的应用。

近年来由于石棉粉尘危害的提出,也由于对摩擦材料的使用温度要求越来越高,使石棉摩擦材料的发展受到了一定的影响。但进一步掌握和提高石棉摩擦材料的质量,也是今后石棉摩擦材料行业的重要课题。

石棉是一种危险材料,已知它可以引起矽肺,支气管癌和间皮瘤。医学方面的证据表明,一般而言与石棉粉尘有关的健康问题是长期与过量的石棉粉尘接触有关。但由于石棉的替代物如一些矿物纤维,对人皮肤产生的瘙痒,已遭到强烈反映。还有一些石棉替代物由于使用时间较短,也就是说还没有完全暴露出来。因此,石棉摩擦材料在今后仍要有新的发展。当然,在这种发展的同时,要采取得当的防护措施,消除石棉粉尘危害的影响。安全的使用石棉,对石棉采取有控制的使用,而不是彻底的禁止,将是今后的发展方向。

 1目的:通过简单的配方试验,进一步了解和掌握石棉与石棉摩擦材料的特性

 2方法:比较几组石棉为主要增强材料的配方与其性能,为生产提供理想的石棉摩擦材料配方。           

 3配方:为比较石棉与其他类材料性能进行比较,以更好的掌握其特性,具体配方见表(43

 

4摩擦性能测试;通过定速摩擦试验机进行摩擦系数与磨损率测试,结果见表(44)

表中数椐可见:以钢纤维为主要增强材料的8-6号配方磨损特大。

5冲击强度试验

冲击强度与硬度试验结果分别见表(45)与表(46

通过上述八类基础配方的试验及对配方制品的摩擦性能、硬度、强度或密度等特性的研究,可以反映出生产摩擦材料的一些原材料对摩擦材料制品性能影响特性和使用的限量,对进行配方的设计,会有一些帮助或有点启发。

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