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第九节 增磨填料

浏览次数: 日期:2017-06-28

增摩填料

    增摩填料又称摩阻材料,它们一般具有一定的硬度和剪切强度,而且具有较好的摩擦系数,摩擦材料中,使用量较大的增摩填料的硬度为3-5之间。例如重晶石、碳酸钙、铁粉等填料。它们可以使摩擦材料制品具有较好的摩擦系数,不会损伤对偶材料表面,也不会产生明显的制动噪音。硬度为5-6左右的填料属硬质填料,粒度宜细,以160-300#为宜。用量不宜过大。通过试验和实际使用表明,其用量超过6-7%后,会在制动噪音和损伤对偶表面方面产生负面作用。硬度超过7的填料属于高硬度填料,很少用量就会产生明显的增摩效果,但应严格控制用量,防止造成噪音、损伤对偶表面和磨损过大。

    1,重晶石

    重晶石(Barite),化学式为BaSO4,白色或灰黄色,比重大4.4-4.6,因而得名。硬度2.5-3.5。属钭方晶系。化工用重晶石的品级划分按其BaSO4的含量分为:Ⅰ级96%、Ⅱ级90%、Ⅲ级85%,摩擦材料行业用的重晶石,其规格多为BaSO4含量90-95%。国家标准规定其细度为200目筛余量不大于3%325目筛余量不大于5%

    重晶石是使用最广泛的摩擦材料用填料,它能使摩擦系数稳定,磨耗小,特别在高温下,它能形成稳定的摩擦界层,能防止对偶材料表面擦伤,使对偶表面磨的更光洁。

   沉淀硫酸钡系化学合成产品,由可溶性钡盐和硫酸经复分解反应制成。比重4.4-4.5,性能与重晶石矿物相同,但它不含二氧化硅等矿物杂质,有利于减少制动噪音,故虽其价格高于重晶石,仍经常被用于制动噪音要求较高的制品,如轿车盘式刹车片中。

    2,硅灰石

    硅灰石(Wollastote),属于钙质偏硅酸盐矿物,化学式为CaSiO3  ,硬度4.5-5.5、比重,2.75-3.1,熔点1540℃。属三钭晶系,晶体常沿Y轴延伸成针状和杆状,呈玻璃光泽,商品有针状硅灰石和硅灰石粉两种。

    硅灰石具有较好的增摩效果,加之价格便宜,故目前使用最多,在美国GG级品种刹车片中,其用量可高达13%之多。但由于其质地较硬,使用时应注意制动噪音。

    针状硅灰石的长径比范围为6:1201,具有增强作用,增强效果随长径比的增大而增加,在无石棉摩擦材料中,针状硅灰石常作为辅助增强组份使用。

    3,萤石

    萤石(Fluorite),又名氟石,系卤族矿物,化学式为CaF2。硬度4.0、比重3.0-3.2,熔点1360℃。属等轴晶系。

    摩擦材料中所用的萤石的CaF2含量,通常为85-95%。萤石具有良好的低温和高温增摩效果,且价格便宜,故可在组份中使用的比例较高,但CaF2含量较低的萤石,则含有较高的SiO2杂质,例如按我国质量标准为三级品的萤石,其CaF285%,所含SiO2杂质多达14%,而一级品萤石的含CaF2量为95%,SiO2杂质仅为4.5%,SiO2杂质含量高显然对摩擦材料制品是不利的。实际使用中、低品级的萤石在摩阻材料组份中,用量较大时,有时易引以噪音,这是要注意的。

    4,铁

    铁(Iron),硬度4.0、比重7.87,熔点1535℃。

   在摩擦材料中常用的品种中有铸铁粉、还原铁粉、海绵铁粉。铁粉主要用在半金属摩擦材料中,和钢纤维一起构成其中的金属组份。

    海棉铁粉又称泡沫铁粉,具有多孔性结构的特点,比普通还原铁粉的比重轻,有利于减少刹车片的制动噪音,故在轿车盘式片得到广泛使用。

    5,氧化铁

    氧化铁包括三氧化二铁(红色)、三氧化二铁水解物(橙色)、四氧化三铁(黑色)以及它们的混合物。在摩擦材料中主要使用红色和黑色氧化铁.

    ①氧化铁——-红色Fe2O3

    暗红色粉末或块,硬度5-6、比重5.12-5.24,熔点1565℃。不溶于水,溶于酸。

    用于载重汽车鼓式刹车片较多,其作用对提高制品的常温摩擦性能有利并有着色作用。使用量一般不超过3-5%。

    ②氧化铁——黑色Fe2O3

    红黑或蓝黑色粉。硬度5.5-6.5、比重5.18,熔点1538℃。不溶于水、醇、醚;溶于酸。

    用于汽车盘式刹车片较多,其作用对提高制品的摩擦性能有利并有着色作用。在配方中常用量在4-12%。对制动末速摩擦力要求较高的摩擦制品,如合成闸瓦用量稍高。

    6,铬铁矿粉

    铬铁矿粉(    ),化学成份为FeCr2O4,呈灰褐色,硬度5.5、比重4.3-4.6。属等轴晶系。

熔点1535℃。

    铬铁矿粉具有较好低温和高温增摩效果。在摩擦材料中常用的铬铁矿粉的Cr2O3含量为25-40%,FeCr2O4含量越高,增摩效果也越大。使用时应注意控制其用量和粒径。合宜的用量应不超过7%,粒径细度在200#以上。过多的用量和过粗的粒径固然能提高摩擦系数,但也会导至磨损明显增大。

    7,长石

    长石(Feldspar) 是钾、钠、钙、钡等碱金属或碱土金属的铝硅酸盐矿物,分别称为钾长石、钠长石、钙长石、钡长石等。常用的是钾长石和钠长石,化学式分别为 :  [KAlSi3O8 ]和[ NaAlSi3O8],属三钭晶系。

    长石粉价格便宜,属于硬质填料,是摩擦材料中常用的增摩填料,因其硬度高,增摩效果显著,但其用量过大或粒径过大时,摩擦系数可高达0.6左右,这在使用中应特别注意的。

    8,氧化铝

    氧化铝(Alumin),化学成份为: Al2O3,白色粉末状,硬度7.0、比重3.9-4.0  。属高硬度填料,是增摩效果最有效的填料之一,故被摩擦材料行业广泛使用,特别有助于提高高温摩擦系数,使用时需严格控制其用量及粒度,通常要求其细度在325#以上。超过3%的用量是不可取的。

    铝矾土它也是自然界中最普遍的氧化铝类天然矿物,常使用经煅烧的铝矾土,Al2O3含量为70-80%或更高时的增摩效果好。

    9,锆英石

    锆英石(Zircon),为正硅酸锆,化学式为:ZrSiO4,硬度7-8、比重4.0-4.9,属正方晶系,普遍为棕色或浅灰色。

    锆英石为高硬度填料,增摩效果良好,粒径宜为325#以上。目前应用于盘式片中较多,可获得即有好的摩擦系数而制动噪音又较少的良好效果。

    10,石英岩

    石英岩(Silicarenite), 简称为沙岩( Sandstone) ,是自然界中最常见的,最普遍的硅质矿物原料之一,主要成份是石英,化学式为: SiO2,呈白色,硬度7、比重2.65,属六方晶系。

    石英岩是高硬度填料,普通的沙子即为石英岩成份,摩擦材料行业的石英粉要求细度很高,它虽具有很好的增摩作用,但也容易造成明显的制动噪音和划伤对偶面,故在摩擦材料行业中对它的使用并不太多。

    11,刚玉

    刚玉(====)化学式为:Al2O3,硬度8-9、比重======系。

    刚玉色泽白或棕色,称为白刚玉或棕 刚玉,刚玉属特硬质矿物,其增摩作用超过氧化铝,极少用量比例就可产生良好的增摩效果,使用细度宜为300-800目。

   12,金红石与钛铁矿

   金红石(Rutile)与钛铁矿(Timenite),是最有工业价值的含钛矿物。金红石化学式:TiO2,褐红色或黑褐色,金刚光泽,硬度6,比重4.2-4.3,属正方晶系;钛铁矿化学成份为FeTiO2,铁黑色,金刚光泽,硬度5-6,比重4.72,属三方晶系。

    金红石与钛铁矿属较好的增摩填料。

    13,硫化锑

    硫化锑化学式为:Sb2S,硬度2,比重4.1-4.6。为灰黑色固体粉状,有金属光泽,系由辉锑矿经精选和化学提纯而得,其中Sb2S含量≥90%

    硫化锑的熔点548℃,属于熔炉点较低的软金属硫化物。它在高温下会产生与高温下烧结陶瓷材料相类似的烧结作用,形成无机粘结剂 ,因此加用硫化锑后,可明显减少有机粘结剂用量。因此,国内外有的盘式片配方中,由于加用了硫化锑,树脂用量仅为7-8%就是此原因。

    使用硫化锑对减少摩擦系数的热衰退、降低制品的高温磨损都有好处,并且硫化锑的硬度较低,也可以减少刹车片的制动噪音。

    14,蛭石

    蛭 石(Vermiculite),化学式: Mgx(H2O){Mg3-x[AlSiO3O10},是一种层状结构的含镁的水铝酸盐次生变质矿物,外形似云母,因其受热失水膨胀时呈挠曲状,形态似水蛭 ,故称蛭 石。

    蛭石硬度1-1.5、比重2.2-2.8,熔点1320-1350℃,呈珍珠或油脂光泽,含水量7%,有很好的吸声性能,蛭石在800-1000℃下焙烧0.5-1分钟,体积可迅速增大8-15倍,最高达30倍,颜色变为金黄色或银白色,生成一种质地疏松的膨胀蛭 石,容积为100-130Kg/m3 膨胀蛭石目前被广泛用于摩擦材料中,特别是盘式刹车片中,它质地较软,具有中空结构,比重轻,吸音性优良,可有效的降低制动噪音,并降低制品的比重。

    15,人造石墨

    人造石墨(Synthytic graphite),化学组成是C,硬度===,比重===

    人造石墨具有多孔结构,有吸附性,对改善热衰退,减少制动噪音有一定的效果。我国在20世纪90年代以前,很少有人使用人造石墨,自90年代后起国内一些摩擦材料企业引进盘式刹车片的生产技术和配方后,人造石墨开始被摩擦材料企业使用,及至现在已得了广泛使用。

    人造石墨的粒度大小对其使用性能有一定影响,通常认为合适的粒径大小为20-60#,国外有的厂家有时选用为1-2mm粒径的人造石墨。

    16,焦炭

    焦炭(Coke),化学组成为: C ,硬度===,比重===

    摩擦材料所用的焦炭粉多为石油焦炭。煅烧焦炭具有疏松的结构,认为能降低制动噪音。

    常用的粒径为20-80#,粒径大的效果较好。

    17,沸石

    沸石(Zeolite),是一种架状含水的碱或碱土金属硅铝酸盐矿物,一般化学式为:AmBPO2P  ,其中 A为 CaNaK Ba Sr 等阳离子; B Al Si。沸石硬度5-5.5、比重1.92-2.80,无色。

    沸石的结晶水和一般结构水(OH基)不同,由于它作为水分子存在,故沸石水在特定温度下加热,脱水后晶格结构不受破坏,原水分子的位置仍留有空隙,形成海绵晶格似的结构,具有将水分和气体再吸入空隙的特性,当温度升高时,沸石空腔变大而可让分子进入,冷却时进入的分子被截留在空腔内并长期保留,直至加热释放。

    沸石的这种特性被称为:“分子筛”。国外专利中在摩擦材料组份中加用沸石,利用它来吸收制动高温下树脂热分解放出的气态和液态小分子物,达到减少热衰退的目的。

    18,石灰石

    石灰石(Limestone),是由方解石组成的一种碳酸盐类沉积岩,化学组成为 CaCO3。硬度2-4,比重2.65-2.8

    石灰石在摩擦材料中常作为低成本填料使用。

    19,高岭土

    高岭土(Kaolinite),化学式为Al4[Si4O10](OH8硬度1-2,有时达3-4,有软质高岭土和硬质高岭土之分,前者硬度1-2,后者硬度3-4,密度2.6,摩擦材料用的属软质高岭土。高岭土在摩擦材料中常作为低成本填料使用。

    20,硅藻土

    硅藻土(Diatomite),是一种生物成因的硅质沉积岩、主要由古代硅藻遗体组成。化学成份主要为SiO2  , SiO2 通常占80%以上,最高可达94%。硅藻土中的SiO2 ,在结构、成份上与其它矿物中岩石中的SiO2 不同,它是有机成因的无定形蛋白矿物,称为硅藻质氧化硅( Diatomite Silica)。 硅藻土外观为浅黄或浅灰色,质软,多孔而轻,比重1.9-2.3,硬度1--1.5,松散密度 0.3-0.5 g/cm3 ,孔隙度达80-90%。吸水性强。  它能够吸附为自身重量的1.5-4.0倍的水。硅藻土的特殊孔隙结构表现在四个方面:即堆密度0.2-0.6g/cm3 ;孔体积0.4-1.4Cm3/g ;比表面积 19-65m2/g;孔半径500-8000×10-10m,硅藻土是热、电、声的不良导体。

    硅藻土的耐热性很好,熔点为1400-1650℃。

    综上所述,硅藻土具有孔隙度大、吸附性强、质轻、容重小、熔点高、耐热好;隔热、吸音;化学性能稳定等到特点,在摩擦材料的组份中适当加些硅藻土,可获得减少制动噪音和减少热衰退的效果。

    21,白云石

   白云石(Dolomite),是碳酸盐类岩石,化学式:CaMgCO32,理论化学成份为CaO30.4%,MgO 21.7%CO247.9% ,外观为灰白色,外貌上与石灰岩相似。比重2.8-2.9,硬度3.5-4.0,晶体结构为菱面体。

     白云石加热到700-900℃时,分解为二氧化碳和氧化钙、氧化镁的混合物。

     白云石可作为降低摩擦材料生产成本的填料用。

    22,铝矾土

    铝矾土即铝土矿(Bauxite)。铝土矿通常是指包括三水铝石、一水硬铝石、一水软铝石以及其它矿物的混合体。其化学成份变化较大,Al2O3含量为40-75%,摩擦材料行业常用的为高铝矾土,其氧化铝含量为60%以上。

    铝土矿中几种主要矿物的矿物特性见下表:

    铝矾土在摩擦材料中主要起到常温增摩和高温增摩作用。在铝矾土所含各种矿物中发挥增摩作用的主要是一水硬铝石,它的莫氏硬度为6-7,剪切强度很高,故能提高摩擦系数。摩擦材料行业中常使用经煅烧的铝矾土。它呈灰色,增摩效果尤隹,但需控制用量和细度,以免磨损过大和损伤对偶表面。

    我国的铝土矿在世界上名列前矛,主要为一水硬铝石铝土矿,该类型占全部矿储量的84%。铝矾土的低价格和优良的增摩效果,使它成为各摩擦材料厂广泛使用的增摩填料。

矿物特性

矿      物      名      称

 

三水铝石

一水软铝石

一水硬铝石

化学式

Al2O3·3H2O

Al2O3·H2O

Al2O3·H2O

Al2O3含量%

65.4

85

85

结晶水含量%

34.6

15

15

晶系

单钭

钭方

钭方

硬度

2.5-3

3.5

6-7

密度

2.43

3

3.3-3.5

光泽

玻璃

玻璃

玻璃

颜色

白、灰绿、浅红

白、黄白

白、黄褐、浅紫

23,冰晶石

    冰晶石(Cryolite),化学成份为Na3AlF6。其中含氟54.3%、钠32.9%、铝12.8%。属单钭晶系,呈灰白色或灰黄色,玻璃光泽。硬度2-3,比重2.95-3.0

    冰晶石的主要成份是氟化钠。它和工业氟化钠都有被作为良好的增摩填料,用于摩擦材料中。它和萤石(氟化钙)相比较,具有较低的摩损率,而价格较高。

    萤石和冰晶石在摩擦材料中,是少数的硬度不高,但具有高增摩效果的填料品种之一。

    24,泡沫铁粉

    泡沫铁粉(Porous iron powder),又称海绵铁粉(Spongy iron powder)系将铁粉在1500℃以上的高温炉里加入发泡剂,使铁粉变成疏松多孔的物体,其化学成份为:Fe >  95% ,  C0.015-0.04

    泡沫铁粉的物理性能:

    ①外观:灰色、松散、多孔状粉末。

    ②松密度:1.8-2.0

    ③粒度:-40#---+120#

    ④水份: <1%

    泡沫铁粉用于摩擦材料中,可调节摩擦性能,使摩擦系数稳定,相对于还原铁粉,它的比重较轻,它的多孔结构有利于减少半金属摩擦材料制品在使用中的制动噪音。

    25,不生锈铁粉

    不生锈铁粉(Rust--resistance iron powder )是为解决普通铁粉的摩材制品在储存、使用过程中,特别是阴雨天、黄霉季节或沿海地区使用,制品表面容易生锈,影响制品使用性能的问题而研制开发的产品。

    不生锈的铁粉的技术要求:

    ①外观:黑色粉末。

    ②含铁量:68-74%

    ③细度:100-300#

    ④含水量  <2%

    ⑤抗锈腐蚀性:在5%NaCl溶液浸泡24小时无锈斑。 其特点是不生锈。

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