基于納米坡縷石改性PF的高性能制動件的研制及其摩擦學性能.pdf

1、現(xiàn)代車輛和機械裝置制動系統(tǒng)中高質(zhì)量的摩擦制動件必須具備可靠性、安全性、舒適性、以及環(huán)保性，其中合適而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)、良好的耐磨性和優(yōu)良的柔韌性、抗高溫衰退能力和強度是關鍵性指標。酚醛樹脂（PF）作為汽車制動器的粘接劑，其性能的好壞對摩擦制動件的摩擦學性能具有重要的影響。隨著現(xiàn)代車輛向著高速重載方向的發(fā)展，摩擦材料的應用環(huán)境變得越來越苛刻，對耐熱性和其它性能提出了更高的要求，普通PF作為粘合劑已不適應現(xiàn)代車輛高速重載的發(fā)展需求，因此如何提

2、高PF的耐熱性等性能成為制造良好摩擦材料的關鍵。
　　貴州坡縷石作為本地區(qū)優(yōu)勢資源，長期以來僅簡單作為塑料、摩擦材料填料等直接的低擋次的初級利用。
　　本文針對貴州坡縷石的物理化學特點，查閱、分析了大量國內(nèi)外相關文獻，在選用酚醛樹脂（PF）作為基體樹脂研制開發(fā)了納米坡縷石(簡稱納米P)改性PF的高性能制動件，本文根據(jù)國內(nèi)外摩擦材料研究及應用情況，主要從坡縷石的提純、納米坡縷石的制備、納米坡縷石的修飾和在PF中的分散改性、納米

3、坡縷石改性PF摩擦制動件的制備及摩擦性能對比研究和兩種摩擦標準的轉(zhuǎn)換等方面進行了研究，并獲得初步成功。論文涉及材料學、高分子化學、摩擦學等諸多方面，研究內(nèi)容富有創(chuàng)新性。
　　本文的主要研究內(nèi)容和成果有：
　　(1)用于摩擦材料基體樹脂復合改性的坡縷石礦物的提純及其納米粒子的制備及其修飾工藝。先是通過正交試驗法確定和優(yōu)化坡縷石礦物提純的主要工藝參數(shù)，然后將提純所得高純度坡縷石礦物分別應用干式、濕式、干-濕式和濕-干式球磨法制備

4、納米坡縷石粒子。并借助XRD,SEM,紅外光譜分析IR等現(xiàn)代化的測試手段，對納米坡縷石粒子的形成過程的組織結(jié)構(gòu)演變及坡縷石粉體的形貌進行了表征和測試。研究表明：干-濕法為球磨工藝為最佳工藝。通過優(yōu)化提純工藝可將純度為50.2％的坡縷石提純到96.96％，提純效果明顯。采用“超聲分散輔助修飾”和“在線修飾”的納米坡縷石，在聚合物中的分散效果良好。
　　(2)改性樹脂效果的對比研究。分別按照納米P添加量范圍為預聚物質(zhì)量的0～1.3％的

5、5種投入量，用原位法制備了納米坡縷石改性PF（S-PTPF），并對五種改性PF的耐熱性進行了對比研究。結(jié)果表明當納米P復合的樹脂在占預聚物質(zhì)量分數(shù)的1.0％時分散性最好，S-PTPF熱失重率最大可降低7％。當納米P質(zhì)量分數(shù)為1.3％時耐熱性能提高變得不顯著性；制備了硼酸-桐油改性樹脂(BTPF)，并對PTPF1.0、BTPF和PTPF0.0（TPF）進行了耐熱性對比研究。TG曲線表明三種改性PF的起始熱分解溫度分別為420℃、400℃、

6、380℃，其耐熱性依次降低；對純PF、PTPF0.0、PTPF1.0的機械沖擊強度進行了試驗，測試結(jié)果為PTPF1.0的抗沖擊強度遠高于純PF和桐油改性PF的抗沖擊強度，說明當納米P粒子含量為1％時在三組試樣中抗沖擊強度最大；按照納米納米P添加量范圍為預聚物質(zhì)量的0.7％的投入量，用共混法制備了納米P改性PF（M-PTPF），并與原位法制備的納米P改性PF（S-PTPF）和純桐油改性PF(TPF)進行了耐熱性對比分析，可看出用共混法制備

7、的M-PTPF樹脂無機納米P也有較好的分散性，在600℃熱失重比TPF低6％，耐熱性明顯比TPF高，與原位法的S-PTPF相近，但相對原位法，共混法制備工藝簡單，可拓寬對納米坡縷石投入量的范圍，適于樹脂的規(guī)模生產(chǎn)。
　　（3）不同改性樹脂編織型摩擦材料的制備及摩擦性能研究。根據(jù)納米P粒子占預聚物含量在0.3～1.3％百分比制備出P0.0、P0.3、P0.7、P1.0、P1.3五組編織型摩擦試樣，并進行了摩擦性能對比實驗研究。運用現(xiàn)

8、代測試方法對其摩擦系數(shù)、磨損情況進行分析表明，當納米P占預聚物含量在0.3～1.3％所制備的PTPF用于編織摩擦材料其抗熱衰能力提高30～50℃?？鼓p均明顯提高。當含量為1.0％時，磨損率最低，高溫耐磨能力比P0.0提高9～15％且摩擦系數(shù)穩(wěn)定性好，具有良好的綜合摩擦性能；制備了P0.0、SP、MP和BP四組編織型摩擦試樣并進行了實驗研究分析。通過SEM、TG曲線、摩擦磨損曲線等可知，四組摩擦試樣的耐熱性和熱穩(wěn)定性均得到不同程度的提高

9、。SP摩擦材料的熱穩(wěn)定性最好，高溫制動能力最強，BP次之，P0.0最差。摩擦系數(shù)和磨損率方面，SP、BP、MP的摩擦系數(shù)十分穩(wěn)定，SP、BP、MP的磨損率隨溫度變化趨勢基本一致。P0.0磨損率隨溫度升高而加劇，大大高于SP、BP、MP同溫度下的磨損率；在試驗機上對P0.0、P0.3、P1.0編織型摩擦材料試樣進行拉伸試驗,試驗結(jié)果顯示在樹脂中添加納米P可以顯著增加編織型摩擦材料的拉伸強度，坡縷石含量為1％時拉伸強度為最大值39.04MP

10、a。
　?。?）半金屬摩擦制動件的制備方法及其性能研究。分別通過半金屬摩擦制動件的干法和濕法制備工藝制備了納米坡縷石復合改性PF摩擦材料試樣，并研究了其工藝特點。對比樹脂含量分別為17％、20％、23％時的摩擦性能可知，當樹脂含量為20％時，濕法制備的摩擦制動件摩擦系數(shù)和磨損率指標最優(yōu)；通過干、濕法對比分析，在摩擦系數(shù)方面，濕法工藝的摩擦系數(shù)比較穩(wěn)定，而干法生產(chǎn)的摩擦系數(shù)波動性較大。在磨損率方面，整體上看兩種方法生產(chǎn)的磨損率隨溫度

11、升高的變化趨勢基本一致，但干法生產(chǎn)的制動件磨損率略高；通過在半金屬改性PF中添加坡縷石含量分別為0g、5g、10g制備出的摩擦試樣進行了沖擊強度試驗，試驗結(jié)論是納米坡縷石對半金屬摩擦制動件的沖擊強度影響比較明顯。在工藝和其他配方相同的情況下，其添加量存在一個最佳用量，低于或超出該用量，沖擊強度都會降低。
　?。?）通過建立蔡斯摩擦試驗機試樣摩擦系數(shù)與D-MS定速式摩擦試驗機摩擦試樣摩擦系數(shù)之間的BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型，實現(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)