摩擦材料

　　摩擦材料是一種高分子三元復合材料，是物理與化學復合體。它是由高分子粘結劑（樹脂與橡膠）、增強纖維和摩擦性能調節(jié)劑三大類組成及其它配合劑構成，經(jīng)一系列生產(chǎn)加工而制成的制品。摩擦材料的特點是具有良好的摩擦系數(shù)和耐磨損性能，同時具有一定的耐熱性和機械強度，能滿足車輛或機械的傳動與制動的性能要求。它們被廣泛應用在汽車、火車、飛機、石油鉆機等各類工程機械設備上。民用品如自行車、洗衣機等作為動力的傳遞或制動減速用不可缺少的材料。
　　摩擦材料是用于諸多運動機械和裝備中起傳動、制動、減速、轉向、駐車等作用的功能配件。按功能及安裝的部位主要分為制動器襯片和離合器面片。摩擦材料在汽車工業(yè)中屬于關鍵的安全件，汽車的啟動、制動和駐車都離不開摩擦材料，摩擦材料的好壞、優(yōu)劣直接關系著人民的生命財產(chǎn)安全，其功能地位不言而喻。
　　運用
　　摩擦材料廣泛用于各種交通運輸工具(如汽車、火車、飛機、艦船等)和各種機器設備的制動器、離合器及摩擦傳動裝置中的制動材料。在制動裝量中，利用摩擦材料的摩擦性能，將轉動的動能轉化為熱能及其他形式的能量，從而使傳動裝置制動。
　　現(xiàn)代汽車摩擦材料是一類以摩擦為主要功能，兼有.結構性能要求的復合材料。在工作時主要承受反復變化的機械應力場與熱應力場，而力與熱的發(fā)生源是無限形成新工作面的摩擦界面。汽車用摩擦材料主要是制動摩擦片和離合器片。它們既是保安件，又是易損件。這兩種產(chǎn)品在汽車中用量不很大，但在汽車廂材中占有特殊重要的地位，且非石棉低噪聲摩擦材料的研究開發(fā)是一門涉及多學科的高新技術。在20世紀70年代中期以前；汽車制動系統(tǒng)多為四輪鼓式，制動摩擦片幾乎都用石棉基摩擦材料，只有那些超重型車輛采用金層基摩擦材料。由于石棉基摩擦材料的熱衰退性大、并且又是強致癌物質，20世紀70年代中期至80年代中期，汽車制動器結構開始向“前盤后鼓”與非石棉摩擦材料過渡。自20世紀80年代中期以后；是盤式制動器與新型無石棉摩擦材料大力發(fā)展和工業(yè)化生產(chǎn)二應用時期。
　　基于現(xiàn)代社會對環(huán)保與安全的要求越來越高，世界汽車工業(yè)發(fā)達國家迅速開展了非石棉摩擦材料的研究開發(fā)，相繼推出了非石棉的半金屬型摩擦材料、燒結金屬型摩擦材料、代用纖維增強或聚合物粘接摩擦材料、復合纖維摩擦材料、陶瓷纖維摩擦材料等，它們的共同特點是：
　　1)均沒有石棉成分，而是采用代用纖維或聚合物作為增強材料；
　　2)增加了金屬成分，以提高其使用濕度及壽命；
　　3)加入了多種添加劑或填料，以改善摩擦平穩(wěn)性和抗粘著性、降低制動噪聲和震顫現(xiàn)象。
　　結構
　　組分摩擦材料屬于高分子三元復合材料，它包括三部分：
　　（1） 以高分子化合物為粘結劑；
　　（2） 以無機或有機纖維為增強組分；
　　（3） 以填料為摩擦性能調節(jié)劑或配合劑。
　　粘結劑
　　摩擦材料所用的有機粘結劑為酚醛類樹脂和合成橡膠，而以酚醛類樹脂為主。它們的特點和作用是當處于一定加熱溫度下時先呈軟化而后進入粘流態(tài)，產(chǎn)生流動并均勻分布在材料中形成材料的基體，最后通過樹脂固化作用的橡膠硫化作用，把纖維和填料粘結在一起，形成質地致密的有相當強度及能滿足摩擦材料使用性能要求的摩擦片制品。
　　對于摩擦材料而言，樹脂和橡膠的耐熱性是非常重要的性能指標。因為車輛和機械在進行制動和傳動工作時，摩擦片處于200℃～450℃左右的高溫工況條件下。此溫度范圍內，纖維和填料的主要部分為無機類型，不會發(fā)生熱分解。而對于樹脂和橡膠，有機類的來說，又進入熱分解區(qū)域。摩擦材料的各項性能指標此時多會發(fā)生不利的變化（摩擦系數(shù)、磨損、機械強度等），特別是摩擦材料在檢測和使用過程中發(fā)生的三熱（熱衰退、熱膨脹、熱龜裂）現(xiàn)象，其根源都是由于樹脂和橡膠、有機類的熱分解而致。因此選擇樹脂與橡膠對摩擦材料的性能具有非常重要的作用。選用不同的粘結劑就會得出不同的摩擦性能和結構性能。目前使用酚醛樹脂及其改性樹脂。如：腰果殼油改性、丁腈粉改性、橡膠改性及其它改性酚醛樹脂作為摩擦材料的粘結劑。
　　對樹脂的質量要求是：
　　（1） 耐熱性好，有較好的熱分解溫度和較低的熱失重。
　　（2） 粉狀樹脂細度要高，一般為100目～200目，最好在200目以上，有利于混料分散的均勻性，可降低樹脂在配方中的用量。
　　（3） 游離酚含量低，以1%～3%為宜。
　　（4） 適宜的固化速度 40s～60s（150℃）和流動距離（120℃ 40～80mm）。
　　增強纖維
　　纖維增強材料構成摩擦材料的基材，它賦予摩擦制品足夠的機械強度，使其能承受摩擦片在生產(chǎn)過程中的磨削和鉚接加工的負荷力以及使用過程中由于制動和傳動而產(chǎn)生的沖擊力、剪切力、壓力。
　　我國有關標準及汽車制造廠根據(jù)摩擦片的實際使用工況條件，對摩擦片提出了相應的機械強度要求。如：沖擊強度、抗彎強度、抗壓強度、剪切強度等。為了滿足這些強的性能要求，需要選用合適的纖維品種增加、滿足強度性能。
　　摩擦材料對其使用的纖維組分要求：
　　（1） 增強效果好。
　　（2） 耐熱性好。在摩擦工作溫度下不會發(fā)生熔斷、碳化與熱分解現(xiàn)象。
　　（3） 具有基本的摩擦系數(shù)。
　　（4） 硬度不宜過高，以免產(chǎn)生制動噪音和損傷制動盤或鼓。
　　（5） 工藝可操作性好。
　　填料
　　摩擦材料組分中的填料，主要是由摩擦性能調節(jié)劑和配合劑組成。使用填料的目的，主要有以下幾個方面：
　　（1） 調節(jié)和改善制品的摩擦性能、物理性能與機械強度。
　　（2） 控制制品熱膨脹系數(shù)、導熱性、收縮率，增加產(chǎn)品尺寸的穩(wěn)定性。
　　（3） 改善制品的制動噪音。
　　（4） 提高制品的制造工藝性能與加工性能。
　　（5） 改善制品外觀質量及密度。
　　（6） 降低生產(chǎn)成本。
　　在摩擦材料的配方設計時，選用填料必須要了解填料的性能以及在摩擦材料的各種特性中所起到的作用。正確使用填料決定摩擦材料的性能，在制造工藝上也是非常重要的。
　　根據(jù)摩擦性能調節(jié)劑在摩擦材料中的作用，可將其分為“增磨填料”與“減磨填料”兩類。摩擦材料本身屬于摩阻材料，為能執(zhí)行制動和傳動功能要求具有較高的摩擦系數(shù)，因此增摩填料是摩擦性能調節(jié)劑的主要成分。不同填料的增摩作用是不同的。
　　增摩填料的莫氏硬度通常為3～9。硬度高的增摩效果顯著明顯。5.5硬度以上的填料屬硬質填料，但要控制其用量、粒度。（如氧化鋁、鋯英石等）
　　減磨填料：一般為低硬度物質，低于莫氏硬度2的礦物。如：石墨、二硫化鉬、滑石粉、云母等。它既能降低摩擦系數(shù)又能減少對偶材料的磨損，從而提高摩擦材料的使用壽命。
　　摩擦材料是在熱與較高壓力的環(huán)境中工作的一種特殊材料，因此就要求所用的填料成分必須有良好的耐熱性，即熱穩(wěn)定性，包括熱物理效應和熱化學效應等。
　　填料的堆砌密度對摩擦材料的性能影響很大。摩擦材料的不同的性能要求，對填料的堆砌密度的要求也是不同的。