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第十节 有机纤维

浏览次数: 日期:2017-06-28

有机纤维

    1,英特ETF纤维(Interfiber)

    英特ETF纤维原名Lnterfiber纤维,系美国英特纤维(Interfiber)公司1987年开发的纤维。

性质:灰色纤维。

 平均纤维宽度:20Micron。

     纤维长度:0.4-0.7mm。

     筛分析:65-75%通过100目筛孔。

     比重:1.1。

    含水量:3%。

    含油率:7.9%。

    比表面积:6-7m2/g。

    ETF纤维是一种木质纤维,我国一些摩擦材料公司,自九十年代以来,从美国引进的生产配方中都有采用ETF纤维,用量范围通常为 2-5 %,其优点是:

    ⑴作为增强组份代替其它纤维组份。

    ⑵由于木质纤维对粉状物料的吸附性较好,能帮助各种原料均匀分布在混合料之中。     

    ⑶能在成品未成型之前,加强各原料之间的结合力,例如在盘式片或鼓式刹车片生产过程中,含有ETF纤维的予成型毛坏呈现较好的强度,能改善予成型工序的工艺操作性能。

    二、 芳纶纤维

    芳的化学名称是聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(PPTA),由美国杜邦(Dupon)公司,于1966年首先研制成功,于     年投入工业化生产应用。美国杜邦公司该产品的商品名称是开夫拉(Kevlar )纤维,荷兰阿克苏 (Akzonohel)公司的商品名称是特华纶(Twaron)。此外还有日本帝人公司生产的 Technora 纤维和俄罗斯生产的Armoc纤维都具有类似结构。

    发达国家早在七十年代就开始在摩擦材料中使用芳纤维,英国BBA公司以DonMintex牌号生产芳摩擦材料,德国贝拉尔公司成功地研制出的含有芳的低噪音刹车片。

    芳纶纤维的苯环对位联结有酰胺基团,形成棒状刚直性大分子链结构,分子排列规整,结晶度和取向性很好,故而强度和模量很高,并有很好的耐高温性。

    芳纶纤维的突出优点在于它是一种热稳定性非常好的有机纤维。它在180℃下,可长期使用,在200℃,5小时下的强度下降仅10%300℃,50小时的强度下降50%。初始热分解温度高达500℃,而且加热至分解也不熔融。这一点对摩擦材料特别重要,绝大部分天然纤维、人造纤维和合成纤维等有机纤维的共同特点是耐热性低,初始热分解温度只为200-300℃,部分人造纤维和部分合成纤维在达到热分解温度前会先软化而后呈现粘流态,即发生熔融,这些变化都会使摩擦材料的摩擦系数产生热衰退,而使用芳纶纤维不会对摩擦材料造成这种影响。

    摩擦材料所使用的芳纶纤维,有短切纤维和芳纶浆粕,用的最多的是芳纶浆泊,芳纶浆泊系将芳纶长纤维切断成短纤维,再研磨使其高度原纤化,表面呈膨松的毛羽状,沿纤维轴向排列许多微原纤,形成很大的表面积,因而具有良好的吸附性,能被树脂和填料很好地浸润和结合。

    芳纶浆粕的物理机械性能大致如下:

 

指标名称

指标

密度  g/cm3

1.41-1.44

抗拉强度 103kg/cm2

14-20

杨氏模量  104kg/cm2

45-50

伸长率   %

4-6

比表面积 m2/g

5-8

热分解温度  ℃

500

  芳纶纤维除了具有一般无机型工程纤维(玻璃纤维、石棉纤维、钢纤维)的高强度、高弹性模量、耐热性好等优点外,还具有有机纤维的优点。芳纶质地柔软,密度低,比表面积大、吸附性良好。其低密度和很大的比表面积,使得芳纤维较小的用量比例便能够构成较大的体积百分比。综合上述优点,使得加用芳纶纤维增强的摩擦材料具有如下优点:

    1,低、高温度的摩擦系数稳定、磨损小;

    2,增强效果好,有较好的的抗冲击 强度;

    3,产品密度低;

    4,制品硬度低,制动噪音低,不损伤制动对偶;

    芳纶浆粕用于中型载重汽车用的NAO型鼓式刹车片(非石棉、少金属型刹车片)的应用实例:

组份名称

用量   %

树脂

14

丁腈橡胶粉

3

矿物纤维

30

钢纤维

5

纤维

1.5

摩擦调节剂及填料

40

摩擦性能(在D-MS)定速式摩擦试验机上测试)将各组份在转速为800转/分的立轴式高速混料机中混合四分钟,待纤维都分散均匀,无微小团块存在后出料。将混合料压制、热处理后,得到刹车片制品,性能如下:

性能

温度℃

100

150

200

250

300

再100

摩擦系数

μ

0.44

0.38

0.40

0.38

0.36

0.40

磨损率

10-7cm3/NM

0.13

0.19

0.16

0.17

0.25

 

 

抗冲击强度

dJ/cm2

4.0

硬度

HRM

76

芳纶浆粕在半金属型盘式刹车片中的应用例子:

 

组份名称

用量   %

树脂和胶浆

9-11

钢纤维

20-24

浆粕

1.5

高摩阻填料

6-9

纤维

1.5

普通摩擦调节剂及填料

30-20

减摩剂

7-9

多孔性填料

20-25

将各配方成份在犁耙式混料机中混合15分钟,得到分散均匀的混合料,在160℃下热压,于烘箱中热处理,最高温度为190℃ ,将得到制品测试性能:

    在Chase摩擦试验机上按SAE J 661a测试:

    产品级别:

    正常摩擦系数 μN 0.423

    热摩擦系数   μH  0.406

    第一次衰退最高温度289时摩擦系数数μ288 0.345

    第二次衰退最高温度289时摩擦系数数μ343 0.392

    重量磨损率 2.36%

    厚度磨损率 2.11%

 

    在芳纶纤维的使用过程中,需要解决好纤维结团这个关键问题,以能得到较为满意的效果。

    芳纶纤维和许多有机纤维一样,在混料机中混合搅拌时,会产生静电现象而结团,混合好的压塑料中可见微小团块,并由于树脂粉和填料不能很好的渗散,团块中形成均匀分散,压制后的摩擦片表面呈现大小不等的浅色斑点,影响到产品的性能均匀性和外观质量。据资料介绍,芳纶纤维表面带负电,其值约-4.5nc/g,开松后负电值增加到-10.8nc/g。因此,在混料配方中加入一定量的带正电性的细粉状填料,有助于芳纤维表面呈中性,例如在芳纶纤维混料过程中,加入碳粉等类似填料,其用量与芳纶用量为21左右,可得到较好的效果。

    混料机的结构合理否,也对解决芳纶纤维结团现象至关重要。在20世纪60-70年代就出现了带有高速切削刀片(Chipper)的强力混料机,即犁耙式混料机。(Plough Mixer)。欧洲使用的该种混料机为Lodige型,美国则为Littlefold机型。我国自20世纪90年代初期从北美引进。

     三、其它有机天然、合成纤维

     (一)天然纤维

     有机类天然纤维 主要包括棉花、蚕丝和麻类等纤维。用于摩擦材料的有机纤维有棉花和麻类纤维。

      1,棉纤维

    棉纤维是摩擦材料中应用较早的一种天然纤维。现仍然应用于一些+++++++

  棉纤维的主要成份是纤维素。在正常情况下含有6-8%的水份。完全失去水份的的棉纤维其成份组成如下:

        成份             含量(%)

        纤维素            94.5

        蜡 质           0.5-0.6

        果胶质            1.2

        含氮物            1-1.2

        矿物质            1.14

        其 它            1.36

  由以上成份中可以出看,棉纤维是一种近于纯纤维素的纤维。

  棉纤维的主要性能是:

  ⑴吸湿性:棉纤维的吸湿能力随着空气中相对湿度的增长而增长,最高含水量可达20%左右。

  ⑵保温性:棉纤维的结构决定了它是热的不良导体,因而棉纤维具有良好的保温性能。

  ⑶棉纤维在日光照射下会逐渐氧化、变脆、强力降低。

  ⑷棉纤维的耐热性是有限的。一般在110℃棉纤维失去所含水份。120℃时,纤维颜色发黄,温度达到150-160℃时,纤维素分解,250℃变为喑褐色,温度再升高则会引起燃烧。

  ⑸棉纤维具有良好的耐碱性,但耐酸性较差。

  2,麻纤维

  麻纤维是从植物的茎部或叶子中剥下来的纤维。麻类种类较多,按其特性可分为两大类:一类是从植物茎部剥下来的韧皮纤维,质地柔软,常称为较质纤维。其中含木质素较多的如苎麻、亚麻等,质地柔软可做纺织原料。另一类是从植物叶身或叶鞘中剥取的管束纤维,其质地粗硬,如剑麻、马尼拉麻等。质地较粗,不易做纺织原料,但其韧力强、耐水性好,最适宜做绳索、渔网等。

  麻纤维的主要性能是:

  ⑴麻纤维在天然纤维中强度最大的是麻纤维,而在麻纤维中强度最大的是苎麻纤维,它的强度相当于棉花的8-9倍。

  ⑵麻纤维是电的不良导体。在干热的情况下,以大麻的耐热性最好。在湿热情况下,以苎麻的耐热性最好。

  ⑶麻纤维具有吸湿性。其吸湿性由麻的品种和空气中相对湿度的不同而异。

  (二)化学纤维

  化学纤维是我国化学纤维工业的新兴产业,它是我国大力发展的“三大合”(合成纤维、合成橡胶、合成树脂)工业之一。

  化学纤维种类很多,根据其特性和我国情况,对国内生产和使用合成纤维颁布了统一规定,将化学纤维分为纤维素纤维(属于人造纤维)与合成纤维两大类。

  纤维素纤维一律命名为“纤”,合成纤维一律命名为“纶”,长丝则在末尾加个“丝”字,或将“纶”、“纤”改为“丝”。

  纤维素纤维是利用木材、稻草、芦苇、甘蔗渣、棉短绒等含有纤维素的物质,经过化学处理与机械加工后制成的能够直接用来纺织的纤维。

  纤维素纤维就其化学成份来讲,和棉花中所含的纤维素没有什么区别,只是这些纤维素纤维不象棉花中的纤维素那样质地均匀,排列正齐,可以直接用来纺织。

  合成纤维是摩擦材料中开始应用不久的一种新的增强材料。随着非石棉摩擦材料的不断开发,合成纤维在摩擦材料工业中的应用前景会越来越好。

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