CN104311847A - 一种提高摩擦材料的摩擦磨损性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高摩擦材料的摩擦磨损性能的方法，它解决了现有技术存在高温制动摩擦材料不耐磨及摩擦系数不稳定的问题，其特征在于：在摩擦材料中添加自制的复合材料使摩擦材料制动时在制动对偶面形成转移膜，而提高摩擦材料的摩擦磨损性能。自制复合材料制作具体步骤：先将聚苯硫醚及聚四氟乙烯粉碎过筛，按1∶1混合，制成混合物；然后对混合物用硫化锌、氟化钙材料进行改性，配方比例为：有机混合物∶硫化锌∶氟化钠=1∶2∶2；再将上述材料混合，用2.5%的添加量添加在摩擦材料中混合均匀；再将复合材料进行压制及固化处理，制成具有转移膜特性的耐磨损性能更好的摩擦材料。具有工艺合理、成本低廉、节能环保、磨损性优良等优点，具有推广应用价值。

Description

一种提高摩擦材料的摩擦磨损性能的方法

技术领域

本发明属于耐摩材料领域，尤其涉及一种能够提高摩擦材料的摩擦磨损性能的方法。

背景技术

摩擦材料是一种高分子三元复合材料，是物理与化学复合体。它是由高分子粘结剂（树脂与橡胶）、增强纤维和摩擦性能调节剂三大类组成及其它配合剂构成，经一系列生产加工而制成的制品。摩擦材料的特点是具有良好的摩擦系数和耐磨损性能，同时具有一定的耐热性和机械强度，能满足车辆或机械的传动与制动的性能要求。被广泛应用在动力的传递或制动减速方面。

随着我国高速公路状况不断完善，汽车行驶速度提高。对摩擦材料的摩擦磨损性能要求越来越高，普通的摩擦材料的摩擦磨损性能不能满足汽车性能的提升，主要反映在摩擦材料高温制动时摩擦系数不稳定（热衰退）磨损大，本发明能有效提高摩擦材料的摩擦磨损性能，使汽车的制动性能进一步提升。

发明内容

本发明的目的在于为市场提供一种生产工艺简单、成本低廉、节能环保，能够提高摩擦材料的摩擦磨损性能的方法。

本发明的技术方案是：在传统半金属摩擦材料、低金属摩擦材料及NAO摩擦材料等复合摩擦材料中添加复合材料，自制的复合材料的具体步骤是：

（1）分别将聚苯硫醚(PPS)及聚四氟乙烯（PTFE）的外形进行物理处理，过40－80目筛,按1：1混合，制成混合物；

（2）对上述混合物用硫化锌、氟化钙材料进行改性，形成协同效应，使其混合物对滑动速度、载荷、温度等因素影响较小；配方比例（重量比）为：有机混合物：硫化锌：氟化钠=1：2：2；

（3）将上述材料进行充分混合后,用2.5%的添加量，添加在半金属摩擦材料、低金属摩擦材料及NAO摩擦材料等复合摩擦材料中混合均匀；

（4）最后将复合材料进行压制及固化处理，制成具有转移膜特性的耐磨损性能更好的摩擦材料。

下面对转移膜形成机理及影响形成转移膜因素进行分析：

1.填料

为了提高自制复合材料的摩擦学性能，我们对其进行了各种改性研究，其中最主要是添加填料进行共混改性。目前摩擦材料广泛应用的填料有无机粉状填料，纤维填料以及纳米材料。这些填料在摩擦磨损过程中的作用主要有：(1)增强了转移膜在对偶面上的粘着性。(2)填料颗粒破坏了聚合物晶粒结构，减少了向对偶面的转移。(3)填料聚积在摩擦界面，承受了摩擦。

在对偶摩擦时X-射线光电子能谱分析显示有机材料在滑动中分解，产生了FeS和FeSO4及其他成分。这些成分增加转移膜和对磨面的粘结，从而增加磨损抵抗能力，提高了耐磨性。添加Kevlar纤维增强复合材料的抗磨损性能Kevlar纤维增强复合材料在对磨面形成薄而均匀的转移膜。同时Kevlar纤维在摩擦热的作用下促进聚合物的分解和氧化，这有助于提高转移膜的黏结力和提高复合材料的抗磨损能力。

聚合物复合材料的表面界面特性是决定聚合物摩擦学特性的内在因素。纳米微粒表面原子数多，表面原子配位不饱和性导致大量的悬键和不饱和键，当纳米粒子加入到高聚物中时，可较容易与聚合物基体牢固结合在一起，从而使填充物表现出较好的磨损性能。纳米级颗粒能更好地固定转移膜在对偶面上，从而增加粘结应力并降低磨损。

填料的形态和性质对复合材料摩擦性能也有影响。分别添加颗粒状、层状、纤维状填料压制的摩擦材料。纤维和硬度较高的颗粒填料增强时，在摩擦过程中载荷首先由具有较高强度和硬度的填料颗粒或纤维承受。主要认为是与层状结构和填料本身的复杂成分有关的。

2．滑动速度

滑动速度对摩擦性能的影响是比较复杂的。复合材料在不同滑动速度下的磨损体积初始值相同，随速度增大磨损体积减小。滑动速度通过应变率和升温率影响摩擦行为。根据剥层理论，速度增大导致磨损逐渐增大。速度达到一定后，温度效应占主要因素。高速下产生的摩擦热使转移膜的反应活性增大，分子链结构更易向稳定结构改变，有利于减小摩擦磨损，滑动速度的影响比载荷要大，在摩擦过程中要产生大量的热，从而使摩擦面的温度升高。速度越大温度越高，当温度达到聚合物的玻璃化温度时，其粘性增加从而导致摩擦系数的增大，磨损也随滑动速度的增加而增加。然后再随着温度的继续上升高弹态渐变为粘流态，且粘度逐渐降低，从而会使摩擦系数迅速下降。

3. 载荷

载荷是通过接触面积的大小和变形状态来影响摩擦力。随着载荷的增大，摩擦系数先急剧减小，到达一定程度后再趋于稳定，磨损体积随载荷的增大而增大。当载荷较低时，复合材料表面与金属表面的接触处于弹性或粘弹性状态，实际接触面积与Pn成正比，其中N=2/3-1。当载荷增大到一定程度后，微凸峰的接触状态完全转为塑性接触状态，此时面积的增大完全取决于塑性变形，面积与载荷成正比变化，摩擦系数不随载荷而变化，大致保持恒定。磨损初期，转移膜末完全形成，载荷的增大导致金属表面的硬微凸体对聚合物表面犁削的增大，从而使摩擦力、磨损均增大。

4.温度

温度是影响聚合物摩擦学性能的主要因素之一。摩擦过程中产生热量使温度升高，改变了表面层的性质以及摩擦过程中表面的相互作用和破坏条件，因而摩擦因数也随之发生变化。温度对有机材料的摩擦磨损性能的影响主要有两个方面：一方面是摩擦过程中摩擦生热使摩擦面温度不断升高，导致摩擦表面的有机材料由玻璃态转变为高弹态、粘流态。使摩擦系数和磨损率产生相应的改变。另一方面是摩擦温升使有机材料发生复杂的摩擦化学反应，从而改变了分子的结构，进而改变有机材料的摩擦学特性。在干摩擦条件下的常温和高温摩擦学性能，发现在300℃以上，随烧结温度上升以线形、支链及交链结构为主，聚合物线形结构改变有利于材料耐磨性能的提高，370℃成型试样表现出一定的自增强特性。随温度的升高，摩擦中逐渐形成转移膜，因此磨损率降低，聚合物在摩擦过程中形成牢固的薄而均匀的转移膜是其发挥摩擦学作用的重要保证。

本发明的有益效果是：不仅配方合理、工艺流程科学、制造成本低廉，既降低成本节约能源，又有效地提高生产效率；而且可替代传统的摩擦材料热压（热处理温度为150±10℃）工艺，广泛应用于摩擦材料的生产，起到无固废的环境保护、减少资源浪费、降低摩擦材料生产成本。同时，采用本方法制作的摩擦材料的摩擦制动性能也得到了大幅度提高。

具体实施方式

实施例1：

半金属摩擦材料

在普通半金属摩擦材料配方中添加2.5%（重量比）自制的复合材料，按以下工艺（正常生产工艺不变）

配料→混料→压制→固化→磨削→喷漆→印标→成品

实施例2：

低金属摩擦材料

在普通低金属摩擦材料配方中添加2.5%（重量比）自制的复合材料，按以下工艺（正常生产工艺不变）

配料→混料→压制→固化→磨削→喷漆→印标→成品

实施例3：

NAO摩擦材料

在普通NAO摩擦材料配方中添加2.5%（重量比）自制的复合材料，按以下工艺（正常生产工艺不变）

配料→混料→压制→固化→磨削→喷漆→印标→成品

通过对上述实施例生产的产品用定速式摩擦试验机进行摩擦性能测试：

从摩擦磨损特性结果（见附表）表明有机材料添加在各类摩擦材料中，瞬时摩擦状态间产生转移膜，由瞬时转移膜向稳定摩擦状态转变时也能形成稳定转移膜，其膜的厚度为40－180nm。结果表明有机材料表面原子配位不饱和性导致大量的悬键和不饱和键，当高聚物中填料加入到摩擦材料中时，可较容易与聚合物基体牢固结合在一起，在产生摩擦时填料承载了大量的负荷。由动能转化成热能释放。温度较高时350℃聚合物基体和摩擦材料中的纤维材料有效地牢固地结合，形成稳定摩擦状态的转移膜，为此转移膜理论在摩擦材料中得到有效的应用。

附表：

Claims (1)

1.一种提高摩擦材料的摩擦磨损性能的方法，其特征在于：在半金属摩擦材料、低金属摩擦材料及NAO摩擦材料中添加自制的复合材料使摩擦材料制动时在制动对偶面形成转移膜，从而提高摩擦材料的摩擦磨损性能；自制的复合材料具体步骤是：

（1）分别将聚苯硫醚(PPS)及聚四氟乙烯（PTFE）的外形进行物理处理，过40－80目筛,按1：1混合，制成混合物；

（2）对上述混合物用硫化锌、氟化钙材料进行改性，形成协同效应，使其混合物对滑动速度、载荷、温度等因素影响较小；配方比例（重量比）为：有机混合物：硫化锌：氟化钠=1：2：2；

（3）将上述材料进行充分混合后,用2.5%的添加量，添加在半金属摩擦材料、低金属摩擦材料及NAO摩擦材料中混合均匀；

（4）最后将复合材料进行压制及固化处理，制成具有转移膜特性的耐磨损性能更好的摩擦材料。