硼改性树脂为基体的摩擦材料的优越性.pdfVIP

第3 6 卷第1 期 2 0 1 3 年 1 月 非金 属 矿 N on M e t a l l ic M ine S Vl0 l l 3 6 NO 1 J a n ua r y ，201 3 硼改性树脂为基体的摩擦材料的优越 眭 李张义 胡以强 张杨坤 ( 1 华东理工大学 机械与动力工程学院 ，上海2 0 0 2 3 7 ；2 华强树脂有限公司，浙江 海盐3 1 4 3 0 0 ) 摘 要研究了硼改性树脂及其用量对制动摩擦材料摩擦磨损性能的影响， 与普通酚醛树脂对比实验表明， 采用硼改性树脂作为粘结剂的 刹车片在 高温、 高速时不会 出现 热衰退现象 ， 而且在整个过程 中具有 良好 的摩擦 因数和较低 的磨损率 ， 随着树脂计量和测试 强度的加大， 都能更明 显地体现 出硼改性树脂作为基体的刹车片的优 良高温性能和较低的磨损 率。 关键 词硼改性树脂热衰退摩擦磨损性能 中图分类号 ： T Q 3 2 3 1 ； T Hl l 7 1 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 0 - 8 0 9 8 ( 2 0 1 3 ) 0 1 - 0 0 8 1 0 3 Hig h Qu a l it y F r ict io n Ma t e r ia l B a s e d o n B o r o n Mo d ifie d Re s in Li Zh a n g y i Hu Yiq ia n g Zha n g Ya n g k u n 2 ( 1 E a s t C h i n aU n i v e r s i t yo f S cie n ce a n dT e ch n o l o g y , S h a n g h a i 2 0 0 2 3 7 ； 2 Hu a q i a n gRe s i nC o ， L t d ， Ha i y a n ， Z h e j i a n g 3 1 4 3 0 0 ) Ab s t r a ct Th e r e s e a r ch is a b o u t t h e bo r o n mo d ifi e d r e s in a n d it s co nt e n t in f lue n ce t o t h e b r a k e f ri ct io n ma t e ri a l f r ict io n a n d we a r pe r f o r ma nce Th e e xp e r ime n t s o f no r ma l r e s i n s ho w t h a t us e t h e bo r o n mo d ifi e d r e s in a s b in d e r o f b r a k e p a d in h ig h t e mp e r a t ur e a n d h ig h s p e e d wil l no t t u r n u p t h e he a t r e c e s s io n p h e n o m e n o n And in the p r o c e s s h a s g oo d fric t io n c o e f fi c ie n t a n d l o we r we a r r a t e ，with t h e in c r e a s e o f r e s in me a s u r e me n t a n d t e s t inte n s it y in cr e a s e ，the b o r o n mo d ifi e d r e s in a s a ma tr ix o f t h e b r a k e pa d ma n if e s t s e x ce l l e nt h ig h t e mp e r a t u r e pe r f o r man ce a n d l o we r we a r r a t e a p pa r e n t l y Ke y wo r ds b o r o n mo d ifi e d h e a t r e ce s s io n pe r f o rm an c e o f f r ic t io n we a r 酚醛树脂由于具有高耐热性、 良好的粘缘I生 和强 度 ， 已成为高性能摩擦材料和耐烧蚀材料最基本的基 体树脂 1 -2 o随着我国汽车工业的迅猛发展， 人民生 活水平的提高， 以及高速公路的四通八达， 家庭轿车 及高速重载的城 际大 巴所用制动材料正面临着高速 化、 高性能化和舒适化的发展趋势 3】 ， 汽车车速越高 其制动时产生的热量也越多， 以普通轿车为例， 当车 速在 5 0 k m h 、 1 0 0 k m h 、 2 0 0 k m h的情况下制动时， 制 动热负荷为 6 7 5 2 7 -1 0 8 0 k W 【4 | ， 制动片将要瞬间承受 很高的温度。纯酚醛树脂使摩擦材料硬度过高， 脆性 大， 耐热极限温度约为 2 5 0， 当超过 3 0 0时， 热分 解现象相当严重 5 ， 相应的以其作为粘结剂的摩擦材 料高温时就会出现热衰退现象。因此需要对树脂进 行改性以使其具有更高的耐热性能和更好的耐烧蚀 性能6 -7 o硼改性酚醛树脂 ( B P R ) 是目前最成功的酚 醛树脂改性品种之一 8-9 1 它是由碱催化剂生产液体 酚醛树脂 ， 脱水至黏度 1 5 0 0 2 5 0 0 mP a s ， 按配方要求 加入硼酸锌催化剂制备而成的树脂。其存在硼氧酯 键 C O B及共配位键， C O - B键能高达 7 7 4 k J m o 1 ， 远大于 c C键的3 3 5 k J m o l ， 这样就使得树脂热分解 温度大幅提高， 而且在高温时树脂表面易生成蜂窝 收 稿 日期 ：2 0 1 2 1 1 - 2 9 结构的碳化硼绝热层 ， 阻止热量继续向内部扩散和传 导， 从而使制品表现出很好的热稳定性， 适于摩阻材 料的基本要求 1 。因此硼改性酚醛树脂较适合作为 高温制动摩擦材料和耐烧蚀材料的基体树脂。本研 究主要通过普通酚醛树脂与硼改性树脂的对比实验， 得出棚改性树脂确实能够将自身优良的高温性能结 合到汽车制动片上， 同时研究了不同含量的硼改性树 脂对汽车制动片性能的影响。 1 实验部分 1 1 配方设计本实验选用酚醛树脂和硼改性酚醛 树脂分别作为基体粘结剂 ； 增强纤维选用碳纤维、 陶 瓷纤维、 铜纤维、 芳纶、 预氧丝； 填料使用铬铁矿粉、 硫 铁矿粉、 人造石墨等。各组分的具体含量见表 1 。 表1 树脂配方设计 成 分 芳 纶 六 套 基填 料嚣 磊 鼻 曩磊 质 量 o 比 和 _ 2 3 0 5 6 5 5 9 1 2 3 1 0 6 注 ：填抖分别是铬铁矿粉 、硫铁矿粉 、人造石墨 、泡沫铁粉 、摩擦 粉 、石油 焦、重碳 酸钙 、复合 摩擦粒 。硼改性树 脂和 酚醛树 脂 出 自海盐华 强树脂有 限公 司。 将上述配方中的材料在高速搅拌机下搅拌 3 m i n ， 使各组分均匀混合， 采用 2 种不同的树脂和含 量进行实验， 对应的实验编号见表 2 。 8 1 第3 6 卷第1 期 非金 属矿 2 0 1 3 年1 月 表2 不同树脂编号 以下用实验编号 A1 、 A 2 、 A 3 、 A 4来代替不同树 脂及不同树脂含量。 1 2 实验工艺参数将混好的料在液压机压力作用 下成型， 压力设定为 3 0 1 V P a ， 压制的温度为 1 7 5， 保压 时间为 1 0 mi n ， 放气 4次分别是 4 0 s 、 3 0 s 、 2 0 S 、 1 0 s ； 热处理起始温度 9 0， l 0阶梯升温， 2 2 0 下保温 4 h ， 其余温度下保温 l h ， 后随炉 自然冷却。 1 3 测试方 法根据 国家试验标 准 G B 5 7 6 3 2 0 0 8 汽车用制动衬片 摩擦磨损性能测定法制作试样。 然 后采 用 X D- MS M 定速式摩擦试验机 和 Q DM1 5 0 可调速调压干式摩擦材料试验机 ( 陕西咸 阳国家非金 属矿检测中心) 对摩擦材料的主要参数( 摩擦因数、 磨 损率) 进行摩擦性能的全面测试。 2 结果与讨论 2 1 X D MS M 定速式试验机测试X D MS M 定速 式试验机测得的摩擦 因数 ( ) 及磨损率 ( ， 分别见 表 3 、 表 4 。 表3 X D MS M定速试验机测得摩擦因数( ) 表4 X D - MS M定速试验机测得磨损率( ( 1 0 - cm ( N m ) ) 单从表 3 看， A 1 、 A 2 、 A 3 、 A 4 不同温度下的摩擦 因数都维持在一个较好较稳定的水平。从表 4可看 出， 虽然 A 1 、 A 2 、 A 3 、 A 4 在不同温度下的摩擦因数都 稳定在一个较好的数值， 但总体磨耗却有很大差别。 A 3 总体磨耗是 1 7 1 1 0 -7 m ) ， 而 A 4 则是 1 3 6 x 1 0 - 7 cr n ( N -r n ) ， 这说 明硼改性树脂比普通酚醛树脂作 为基体粘结剂具有更好的效果， 但A1 、 A 2总体磨耗 差别不大 推测是因为A1 、 A 2 含树脂量较少， 实验强 8 2 度也较低。 2 2 变速试验机测试为 了进一步证明硼改性 的优 良高温 I生能， 再对 A1 、 A 2 、 A 3 、 A4 在变速试验机上进 行一系列实验， 其结果见表 5 、 表 6 。测试条件 ： 压力 0 9 8 MP a ， 转速 1 0 0 0 r min 。 表5 QD M1 5 0 可调速调压干式摩擦材料试验机测得 的摩擦因数( ) 为了便于观察， 将表 5 实验数据绘制成图， 见图 036 0 3 4 籁 03 2 圜 赣 0 3 0 措0 2 8 O26 0 2 4 l u u l b U U0 Zb U U U bU 温度 C 图1 不同树脂摩擦 因数在 可调速调压干式摩擦材料 试验机上随温度变化情况 表6 QD M1 5 0 可调速调压干式摩擦材料试验机测得 的磨损率( A l,0 ( 1 0 -7 cn l 3 ( N m ) ) 从 图 1 A 3 、 A4曲线 可 看 出， 硼 改性 树 脂高 温 性能 明显优 于酚 醛树 脂。从表 5数 据可 看 出， 在 3 0 0 - 3 5 0 过程 中， A3摩擦 因数 由 0 2 9 0跌 到 了 0 2 4 8 ， 热衰退现象很明显， A 4 摩擦因数从 0 3 0 1 降到 0 2 9 8 ， 几乎没有热衰退现象， 可见硼改性树脂高温性 能很好 ， 能够很好地解决刹车片高温热衰退现象。 从磨耗方面继续分析， 表6中A 3 、 A 4 在 3 5 0 下磨耗分别为 1 2 7 1 1 0- cm 3 f N -m ) 与 1 3 2 7 1 0 cm 3 m) ， 差距不大， 而摩擦 因数分别为 0 2 4 8 与 0 2 9 8 ， 差距很大。出现这种反差是因为酚醛树脂在高温高 速的恶劣环境下很可能出现融化， 接触面的液化使摩 擦因数变低， 而这种液化又使树脂粘结作用削弱， 整 李张义，胡以强，张杨坤 硼改性树脂为基体的摩擦材料的优越性 个材料可能都被拉出来 ， 磨耗也随之增大。这也说明 硼改性树脂在高温高速恶劣环境下更能体现其耐高 温性能。表 5 、 表 6中 A1 、 A 2未见很 明显差别 ， 是 因 为树脂含量较少时实验强度不够， 因此继续将实验环 境恶劣化， 将转速上升到 1 5 0 0 r m i n ， 得出的实验结果 见表 7 、 表 8 。 表7 QDM1 5 0 可调速调压干式摩擦材料试验机测得 的摩擦因数( ) 注 ：压力0 9 8 MP a ，转速 1 5 0 0 r mi n 。 将表 7实验数据绘制成图， 见图 2 。 n3 8 0 3 6 0 3 4 圜0 3 2 蔷 o 3 0 0 2 8 026 1 u u 1 0 U Z u u 2 b U u u b U 温 度 图2 不同树脂摩擦 因数在可调速调压干式摩擦材料 试验机上随温度变化情况 ( 压 力0 9 8 MP a 。转速1 5 0 0 r mi n) 表8 QDM1 5 0 可调速调压干式摩擦材料试验机测得 的磨损率( ( 1 0 -T cm 3 ( N m ) ) 注 ： 压 力 0 9 8 M P a， 转 速 1 5 0 0 r m i n。 从 图 2可 明显看 出， A1 与 A3在 3 5 0时摩擦 因数骤降 ， 而 A2 、 A4 在 3 5 0的摩擦因数比较平稳。 从表 7 、 表 8 具体分析 A1 、 A 2 区别， A 1 在 3 0 0 - 3 5 0 C 的过程中摩擦因数由0 3 3 7 骤降到 0 2 6 9 ， 热衰退明 显， A 2 摩擦因数由0 3 3 6 降到 0 3 3 2 ， 几乎保持不变， 稳定性能很好。A1 、 A 2 在 1 0 0 0 r m i n时两者的摩擦 磨损几乎没有差别； 到 1 5 0 0 r m i n 时摩擦磨损差别较 大， 说明普通树脂作为粘结剂的刹车片会随树脂含量 的增加在高温高速情况下易发生严重热衰退现象， 但 8 3 硼改性树脂作为粘结剂 的刹车片没有这种现象。有 文献 指出， 轿车盘式刹车片使用树脂作为粘结剂 的含量应该在 1 0 以下。从表 8也可看 出， 当使 用 树脂含量为9 时总磨耗较小， 由A1 与A 3 、 A 2 与 A 4比较能进一步看出， 树脂含量小于 1 0 时刹车片 摩擦磨损性能较好。从整个实验数据来看， 9 树脂 含量的刹车片摩擦磨损性能较好， 因此建议用9 硼 改性酚醛树脂作为粘结剂， 可以很好地提高刹车片的 摩擦磨损性能 。 3 结论 1 利用硼改性树脂能够提高汽车刹车片的摩擦 磨损性能， 特别是抗高温热衰退 的性能较好， 在环境 条件越恶劣的情况下这种效果越明显 。 2 随着粘结剂计量的增加和实验环境的恶劣化， 2 种树脂作为粘结剂都会一定程度影响汽车刹车总 体磨耗 ， 但硼改性树脂在计量为 9 和 1 2 时两者 的摩擦磨损性能变化不大， 普通酚醛树脂在计量为 9 和 1 2 时摩擦 因数差别很大， 进一步说明了硼改 性树脂作为基体的优越性 ， 推荐硼改陆树脂合适用量 为 9 。 参考文献： 1 Qi u J u n ， C a o Xi a o min g ， T ia n C h o n g ， e t a 1 Ab l a t i o n p e r f o r ma n ce o f a n o v e l s u p e r - h y b r i d co mp o s i t e J J Ma s t e r S ci T e ch n o ， 2 0 0 5 ， 2 1 ( 2 ) ： 2 6 9 - 2 7 3 2 】 B we J ， Ni d h i ， Ma j u md a r N， e t a 1 I n fl u e n ce o f mo d i fie d p h e n o l i c r e s i n s o n t h e f a d e a n d r e co v e r y b e h a v i o r o f f rict i o n ma t e d a l s J We a r , 2 0 0 5 ， 2 5 9 ( 7 ) ： 1 0 6 8 1 0 7 8 3 张西奎， 王成国， 王海庆， 等 碳纤维含量对改性酚醛摩阻材料性能 的影响 【 J 】 工程 塑料应用， 2 0 0 3 ( 4 ) ： 4 9 5 1 4 J 曹献坤，