多纤维增强汽车制动器摩擦材料的研制

江苏大学硕士学位论文多纤维增强汽车制动器摩擦材料的研制姓名：王红侠申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：姚冠新20070301多纤维增强汽车制动器摩擦材料的研制作者：王红侠学位授予单位：江苏大学相似文献(10条)1.期刊论文张扬.张力.孟春玲.ZHANGYang.ZHANGLi.MENGChun-ling汽车摩擦材料用增强纤维的研究现状与发展趋势-北京工商大学学报（自然科学版）2006,24(5)介绍了增强纤维的性能要求,详述了增强纤维的研究现状及发展趋势.2.学位论文马燕基体及增强纤维对灰铸铁/复合闸瓦摩擦副摩擦磨损性能的影响2008随着汽车、列车的不断发展，其制动性能对交通安全的意义更加突出，深入研究汽车列车的制动性能也显得更有实际意义。同时随着列车速度的不断提高、负载的增加，对制动装置和制动材料提出了更高的要求。树脂基摩擦材料具有性能调节容易、使用面广、生产工艺简单、价廉等多方面优点，能够满足高速制动的要求。在树脂基摩擦材料制备中，材料的选择和组合方式繁多。且不同的使用条件，对于树脂基体、增强填充组元的选择、组分及其制备加工技术都有一定影响。正确的选择树脂基摩擦材料的配方，进行合理的结构设计，以达到最佳的综合使用效果十分重要。本文采用灰铸铁作为对偶，研究了树脂基摩擦材料的基体、增强纤维等方面对灰铸铁/树脂基摩擦材料摩擦磨损性能的影响。对树脂基体的研究表明，硼.腰果壳油双改性酚醛树脂具有良好的热性能，所制备的摩擦材料硬度较低，摩擦系数平稳，磨损量较小，因此适合作为树脂基摩擦材料的基体。采用化学溶液法改性丁腈橡胶制备的摩擦材料具有更好的摩擦磨损性能，且丁腈橡胶中BMI含量为6％的改性橡胶制备的摩擦材料具有较好的摩擦磨损性能。研究了钢纤维、紫铜纤维、黄铜纤维及钢纤维/紫铜纤维四种增强体系对摩擦材料的摩擦磨损性能的影响。结果表明，钢纤维增强的摩擦材料硬度较高，铜纤维增强效果没有钢纤维好，且由于铜纤维较易变形，其增强的摩擦材料硬度较低。紫铜纤维增强摩擦材料具有最高的摩擦系数及磨损量，黄铜纤维增强摩擦材料摩擦系数及磨损量最小，钢纤维增强的摩擦材料摩擦磨损性能居于前两者之间。钢纤维/紫铜纤维混合增强的摩擦材料具有较好的摩擦磨损性能。铜纤维增强的摩擦材料制动时的扭矩曲线波动较大，钢纤维及钢纤维/紫铜纤维混合增强的摩擦材料扭矩曲线平缓，无较大波动。综合比较，钢纤维/紫铜纤维混合增强的摩擦材料具有较好的性能。针对市售的钢纤维粗细不均衡，增强效果及对摩擦材料的摩擦磨损性能影响不同的缺点，提出将钢纤维分级，分别制备摩擦材料，比较其性能。结果表明，长径比过大的钢纤维在树脂基体中分布不均匀，制动时摩擦系数较高，磨损量大且制动扭矩曲线波动幅度较大。反之，纤维长径比较小的钢纤维制动曲线平稳，具有较好的摩擦磨损性能。钢纤维长径比在30～50范围内能满足聚合物基复合材料的增强纤维的要求。3.期刊论文陈振华.刘耀宗.陈刚.滕杰.严红革.CHENZhen-hua.LIUYao-zong.CHENGang.TENGJie.YANHong-geSiCp/Al复合材料制动盘用树脂基摩擦材料研究-湖南大学学报（自然科学版）2005,32(6)为了选择适合于SiCp/Al复合材料制动盘的树脂基摩擦材料增强纤维,采用MG-2000摩擦磨损试验机研究了钢/铜纤维、Kevlar纤维/钛酸钾晶须以及碳纤维3种增强体系摩擦材料的摩擦磨损性能.结果表明,钢/铜纤维增强摩擦材料具有最高的摩擦因数和适当的磨损率,因此钢/铜纤维适合作为SiCp/Al复合材料制动盘用摩擦材料的增强纤维.摩擦表面的SEM形貌显示,钢/铜纤维摩擦材料的摩擦表面主要由铜纤维涂抹形成的大块不连续的摩擦膜组成;Kevlar纤维/钛酸钾晶须摩擦材料的摩擦膜细密而又连续;碳纤维摩擦材料表面没有形成致密的摩擦膜.4.学位论文韩野陶瓷纤维摩擦材料的制备及摩擦机制研究2008近年来，公路、铁路交通的发展加速了汽车、火车等运输机械高速重载化的进程，从而对制动装置中摩擦材料的性能提出了更高的要求。车辆行驶速度的提升要求摩擦材料能够在较宽的速度、温度范围内具有稳定的摩擦性能。石棉材料由于耐热性能好，产量丰富，机械性能优良，与树脂基体匹配良好等特点，广泛应用于早期摩擦材料的配方中。但是由于石棉材料对于人体的健康存在危害，能引起环境污染，国内外广泛开展了无石棉摩擦材料的研究。主要的无石棉摩擦材料有铸铁摩擦材料、半金属摩擦材料、陶瓷型摩擦材料等。其中陶瓷型摩擦材料配方为无金属或少金属原材料，能够很好解决半金属及铸铁材料的锈蚀、摩擦噪音等问题，因而得到了各国摩擦材料研究领域的重视。新型摩擦材料的开发往往具有很强的经验依赖性，且评定摩擦材料配方需要考虑的因素包括力学性能、摩擦学性能、成本等诸多方面，给新型摩擦材料的研究与应用带来了一定困难。本文根据国际上摩擦材料研究及应用情况，主要从新型陶瓷材料配方的开发、优化、摩擦材料综合性能评定、摩擦磨损机制、摩擦过程热一力耦合作用等方面进行了研究。采用冷压成型、热压固化、后处理的方法制备了陶瓷型摩擦材料，测试了摩擦材料密度、冲击强度、硬度等力学性能，利用定速式摩擦磨损试验机测试陶瓷型摩擦材料摩擦系数、磨损率等摩擦学性能，并根据黄金分割法、模糊理论、灰色相关理论得到了优化的摩擦材料配方，利用扫描电子显微镜观察摩擦材料磨损表面形貌，讨论了陶瓷型摩擦材料磨损机制，利用有限元方法对陶瓷型摩擦材料摩擦热一力耦合过程进行了模拟，并在定速式摩擦磨损试验机上测试摩擦材料摩擦过程中摩擦表面温度变化情况。通过模拟结果与定速摩擦温升试验对比，发现模拟结果与试验结果较好吻合，证明有限元方法在摩擦材料摩擦过程热一力耦合分析的可行性，为新型摩擦材料配方的开发、摩擦材料磨损机制的研究提供了理论与试验依据。增强纤维是摩擦材料原材料最重要的组成部分，与材料的摩擦磨损性能、机械强度等密切相关。摩擦材料中增强纤维的作用主要是使材料具有一定的强度和韧性，使材料能够承受摩擦制动瞬时的冲击、剪切、拉伸等机械作用而不至于出现裂纹、断裂、崩缺等机械损伤。陶瓷型摩擦材料中经常使用的增强材料有陶瓷纤维、玻璃纤维、碳纤维、钛酸钾晶须、芳纶浆粕等，这些纤维材料能够满足具有足够强度、韧性；良好的摩擦磨损性能；较好的耐热性；合理的硬度等基本要求。本文采用硅氧铝陶瓷纤维、碳纤维、钛酸钾晶须作为主要材料，研究开发陶瓷型摩擦材料。硅氧铝陶瓷纤维具有熔点高、高温力学性能优良、密度低等特点，广泛应用于耐热、耐高温等领域，而在摩擦材料领域内的应用较少。摩擦材料配方中一般含有十几种甚至几十种原材料，各种原材料具有不同的作用。并且摩擦材料需要考察的性能指标包括力学性能、摩擦学性能、成本等诸多因素。因此，新型摩擦材料配方的开发往往具有很强的经验依赖性。本文为开发新型摩擦材料提供了一种定量计算的方法，并成功研制出一种新型陶瓷型摩擦材料配方。具体步骤为：首先进行增强纤维的选择。在半金属摩擦材料的基础上，添加硅氧铝陶瓷纤维，与钢纤维混杂作为增强材料，腰果壳油改性酚醛树脂与丁腈橡胶共混作为基体，添加适当摩擦性能改性剂，制备出新型摩擦材料，并测试摩擦磨损性能，分析了硅氧铝陶瓷纤维含量对摩擦材料摩擦磨损性能的影响。结果表明硅氧铝陶瓷纤维可以作为摩擦材料的增强材料，添加少量的陶瓷纤维能够明显的改善半金属摩擦材料的摩擦磨损性能，由于陶瓷纤维能够提高摩擦系数稳定性，特别是高温下摩擦系数稳定性，陶瓷纤维可以作为增强材料应用于高性能陶瓷型摩擦材料的生产。当半金属摩擦材料配方中陶瓷纤维含量超过5叭.％时，摩擦材料的稳定系数和变化系数不随其含量的增加而明显变化，摩擦材料的恢复性系数逐渐变小，磨损率显著增加，表明硅氧铝陶瓷纤维超过一定含量时会使摩擦材料的恢复性变差，使摩擦材料的磨损率增大，主要原因是陶瓷纤维在摩擦力作用下断裂后形成的短陶瓷纤维在摩擦表面形成磨粒，增大了摩擦材料的磨粒磨损。因此在应用陶瓷纤维作为摩擦材料增强剂的同时应适当增加减磨的摩擦性能调节剂。碳纤维是由不完全石墨结晶沿着纤维轴向排列的一种多晶的新型无机非金属材料，具有“乱层石墨”结构，在陶瓷型摩擦材料中能够同时起到增强材料与固体润滑剂的作用。碳纤维具有低密度、高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高导热、低热膨胀、耐化学腐蚀等特性，比强度和比模量优于其他无机纤维。六钛酸钾晶须导热系数小，且具有负温度系数，化学性能稳定，耐强酸，强碱且无毒害，力学性能极高，适合显微增强，制造精、薄、形状复杂、表面光洁度要求高的精密部件。本文用陶瓷纤维、碳纤维和钛酸钾晶须作为增强材料，腰果壳油改性酚醛树脂与丁腈橡胶共混作为基体粘结剂，添加适量摩擦性能调节剂与空间填料开发高性能陶瓷型摩擦材料。然后，在前期工作基础上采用黄金分割法设计9组陶瓷型摩擦材料初选配方，用正交试验法安排试验考察陶瓷纤维、碳纤维、钛酸钾晶须含量对于摩擦材料综合性能的影响。考核指标运用模糊理论综合考虑摩擦材料力学、摩擦学、成本等因素。利用灰色相关性理论分析三种增强材料含量对于摩擦材料综合性能影响的敏感度，得到三种纤维含量对摩擦材料综合性能影响的敏感度序列。根据敏感度序列对正交试验优选出的1组摩擦材料初选配方按照黄金分割法进行调整得到4组优选配方，再次根据模糊理论综合考察各优选配方力学、摩擦学、成本等因素，计算优选各配方模糊综合评价值，从而得到最优化的陶瓷型摩擦材料配方。由于摩擦力的作用，摩擦材料在制动过程中表面温度迅速升高，导致摩擦材料磨损表面受力状态改变。温度过高会引起摩擦材料基体树脂的降解甚至发生粘流，引起摩擦系数的热衰退现象。同时由于摩擦材料磨损表面及近表面区域的温度场、应力场的改变会直接影响摩擦材料的疲劳磨损程度，对摩擦材料摩擦过程中表面温度场与应力场状态的预测对于提高摩擦材料的性能具有重要意义。本文在非平衡态热力学理论基础上，采用有限元方法将摩擦材料导热方程离散化，对陶瓷型摩擦材料摩擦过程表面温度分布及应力分布情况进行模拟，并用定速温升试验对模拟结果进行验证。结果表明：在摩擦材料工作过程中，刹车片前端温度明显高于后端，在表面存在温度梯度，且随着制动压力的提高，摩擦表面最高温度相应提高，表面温度梯度越大。随着制动摩擦时间的推移，摩擦材料表面沿着滑动方向所受的剪切力逐渐增大，制动压力越大，剪切力越大，且增长速度越快。定速摩擦温升试验中，摩擦衬片材料表面温度随着制动摩擦时间的推移逐渐升高，随着制动压力的提高，摩擦表面温度上升速度加快。对比有限元模拟结果发现，模拟表面温度高于定速摩擦升温试验结果，主要是由于有限元模拟过程中忽略了摩擦热以空气对流、辐射、磨损微粒温升等形式的耗散。有限元模拟结果与试验结果中温度随时间的变化趋势基本相同。要得到更加准确的模拟结果，要在模型中增加材料的磨损、化学变化等因素。5.期刊论文杨富军.胡以强.刘伟.YANGFujun.HUYiqiang.LIUWei混杂纤维对摩擦材料性能影响的研究-纤维复合材料2009,26(2)本文采用腰果壳油、三聚氰胺改性粉末酚醛树脂为基体,陶瓷纤维、钛酸钾晶须和kevlar纤维混杂制备制动摩擦材料,研究了不同混杂纤维含量对摩擦材料摩擦磨损性能影响.结果表明,增强纤维含量过低或者过高均会导致摩擦材料摩擦性能的降低.陶瓷纤维、钛酸钾晶须和kevlar三种增强纤维混杂使用能够提高井稳定制动摩擦材料的摩擦系数,对降低摩擦材料的磨损率有明显的作用.推荐在纤维混杂摩擦材料配方中采用25%的纤维含量和3%的Kevlar纤维含量.6.期刊论文刘震云.黄伯云.苏堤.李度成.LIUZhen-yun.HUANGBai-yun.SUDi.LIDu-cheng增强纤维含量对汽车摩擦材料性能的影响-磨擦学学报1999,19(4)研究了混杂纤维增强材料对汽车摩擦材料的机械性能及摩擦磨损性能的影响.结果表明:摩擦材料的冲击强度、三点弯曲断裂强度及硬度随纤维含量的增加而提高,并均达到使用要求;纤维含量对摩擦系数和磨损率影响较大,含体积分数10%混杂纤维的材料具有较高的摩擦系数和较低的磨损率;SEM及EDAX分析表明,其磨损机理亦与增强纤维含量