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文檔簡介
1、碳纖維增強復(fù)合摩擦材料是以碳纖維為主要增強纖維的復(fù)合耐摩材料,其在諸多運動機械和裝備中起傳動、減速、制動等作用,廣泛應(yīng)用于飛機、賽車、摩托、高速列車等。碳纖維增強復(fù)合摩擦材料具有力學性能高、耐熱性好、質(zhì)量輕、膨脹系數(shù)小、耐磨損等優(yōu)點,一直是人們研究的重點。
本文分別以3廠家硼改性酚醛樹脂(FB樹脂)以及普通酚醛樹脂為基體,以碳纖維(CF)、陶瓷纖維、芳綸為增強劑,添加碳化硅粉(SiC)、碳酸鈣粉(CaCO3)、石墨、二氧化硅(
2、SiO2)等填料,對增強劑和填料進行硅烷偶聯(lián)劑(KH550)與超聲波復(fù)合處理,利用熱壓成型的方法制備出不同種類的碳纖維增強樹脂基復(fù)合摩擦材料。對比分析摩擦材料的密度、硬度、壓縮強度、沖擊強度等物理力學性能,以及摩擦磨損性能和耐熱性能。用掃描電鏡對摩擦磨損的表面進行觀察,分析其磨損機理。具體研究內(nèi)容如下:
(1)對比分析了3廠家的硼改性酚醛樹脂和普通酚醛樹脂為基體摩擦材料性能,結(jié)果表明:不同廠家的酚醛樹脂基體對摩擦材料的物理性能
3、、力學性能、摩擦磨損性能和熱性能有明顯影響;且3廠家硼改性酚醛樹脂作為基體時摩擦材料的力學性能、摩擦磨損性能以及熱性能均優(yōu)于未改性的酚醛樹脂,其中C廠家硼改性酚醛樹脂基摩擦材料有最大的硬度、最大的壓縮強度以及最好的沖擊強度,分別為:93.42HRL、118.6MPa、3.46 KJ/m2。200N載荷壓力下,C廠家硼改性酚醛樹脂制成的復(fù)合摩擦材料有穩(wěn)定的摩擦系數(shù),為0.65磨損率最低,且高溫下磨損較小。C廠家硼改性酚醛樹脂制成的復(fù)合摩擦
4、材料有最穩(wěn)定的熱膨脹性能,在200℃時,其熱膨脹系數(shù)為11.689×10-6/℃,比普通酚醛樹脂的復(fù)合摩擦材料熱膨脹系數(shù)減小了約38.60%。
(2)對比分析了碳纖維與碳酸鈣配比(2%/21%、4%/19%、6%/17%、8%/15%、10%/13%)對摩擦材料性能的影響結(jié)果表明:隨著碳纖維含量增加,摩擦材料的密度逐漸減小,當碳纖維含量為2%時,摩擦材料密度較大,為1.733g/cm3,而碳纖維含量為10%時,摩擦材料密度較小
5、,為1.599 g/cm3;隨著碳纖維含量的增加,材料的硬度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,其中當碳纖維含量在8%時,摩擦材料硬度較大,為79.46HRL,而當碳纖維含量在10%時,摩擦材料硬度較小,為58.93HRL;不同碳纖維含量試樣的壓縮強度和沖擊強度都呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,其中當碳纖維含量為6%時,摩擦材料的壓縮強度和沖擊強度較大,分別為:111MPa和3.87KJ/m2;隨著碳纖維含量的增加,摩擦材料的摩擦系數(shù)有少量變化,而磨損率則
6、是隨著碳纖維含量的增加呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。當碳纖維含量在6%時,摩擦材料摩擦系數(shù)比較大,而且比較穩(wěn)定,200N載荷下僅為0.0087g,高溫下磨損較小。在100℃之前,五種摩擦材料的熱膨脹系數(shù)差距不大,100℃之后碳纖維含量越高,摩擦材料呈現(xiàn)熱膨脹系數(shù)越來越小的趨勢。200攝氏度時,B5的線膨脹系數(shù)為5.089×10-6/℃,而B1的熱膨脹系數(shù)為7.663×10-6/℃。隨著碳纖維含量的增大,復(fù)合摩擦材料的熱性能逐漸增強,當碳纖維含
7、量為10%時,摩擦材料初始分解溫度為390℃,700℃時的剩余質(zhì)量為75.6%。
(3)對比分析了不同硅烷偶聯(lián)劑處理順序?qū)δΣ敛牧闲阅苡绊懡Y(jié)果表明:由偶聯(lián)劑先處理增強劑與填料的摩擦材料的密度較大,為1.699g/cm3,未用偶聯(lián)劑處理的的摩擦材料密度較小,為1.653 g/cm3;隨著偶聯(lián)劑處理方式不同,摩擦材料硬度、壓縮強度和沖擊強度均均有變化,當偶聯(lián)劑先處理增強劑與填料時,摩擦材料硬度、壓縮強度和沖擊強度均較大,分別為99
8、HRL、146MPa和3.926 kJ/m2;將偶聯(lián)劑先處理增強劑時,摩擦材料摩擦系數(shù)隨著壓力的增加變化不大,穩(wěn)定性高,其波動范圍為0.498~0.481,波動幅度Δu為0.017。隨著載荷的增加,摩擦材料的磨損量逐漸升高,四種摩擦材料不同壓力下(100N~200N)下總磨損率分別為:3.48×10-2,2.56×10-2,3.15×10-2,3.37×10-2g,偶聯(lián)劑先處理增強劑的摩擦材料耐磨性能最好,且高溫下的磨損較小。偶聯(lián)劑先處
9、理增強劑的摩擦材料熱膨脹性能最好。200攝氏度時,C2的線膨脹系數(shù)為5.844×10-6/℃,而C1的熱膨脹系數(shù)為8.711×10-6/℃,C2的線膨脹系數(shù)比C1減小了約32.91%,同時比C3、C4分別減小約14.45%和25.53%。偶聯(lián)劑先處理增強纖維的摩擦材料耐熱性能較好,其初始分解溫度為362.5℃,700℃的殘余質(zhì)量為75.0%。
(4)對比分析了樹脂基體含量對摩擦材料性能影響結(jié)果表明:當樹脂基體含量為10%時,摩
10、擦材料有較大的密度,為1.723g/cm3,當樹脂基體含量為30%時,摩擦材料有較小的密度,為1.633 g/cm3;隨著樹脂基體含量不同,摩擦材料硬度、壓縮強度和沖擊強度均有變化,當樹脂基體含量為25%時,摩擦材料有較大的硬度、壓縮強度以及沖擊強度,分別為:90.5HRL、146.9MPa、4.028KJ/m2。當樹脂含量為20%時,此時樹脂基體能很好的將其他組分粘結(jié),此時摩擦系數(shù)較小,200N載荷下為0.504。當樹脂基體含量繼續(xù)增
11、大時,材料摩擦系數(shù)變化不大。還可以看出,樹脂含量為20%和25%的摩擦材料摩擦系數(shù)穩(wěn)定性較高,摩擦系數(shù)隨著載荷的增加變化不大,高溫下的磨損較小。200℃時五種材料的線膨脹系數(shù)分別為:9.772×10-6/℃、10.021×10-6/℃、18.622×10-6/℃、23.473×10-6/℃、22.168×10-6/℃,線膨脹系數(shù)變化明顯。當樹脂基體含量為10%時,摩擦材料耐熱性能較好,其初始分解溫度為378.5℃,700℃時的殘余質(zhì)量為
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