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为了满足我国摩擦材料中对环保和高性能的要求,本文采用不同比例的BPR/PF为基体树脂,以剑麻纤维和玻璃纤维混杂为增强纤维,通过共混、辊炼、模压成型制备BPR/PF基摩擦复合材料。采用DMS定速摩擦试验机、动态机械热分析法、静态力学性能方法、TGA等研究成型工艺、BPR和树脂含量、混杂纤维比例等因素对摩擦材料摩擦磨损性能的影响、对材料动态力学性能、热性能及硬度的影响。并借助扫描电镜(SEM)观察摩擦材料的磨损面形貌,研究其磨损机理。主要得出以下结论:
⑴选用BPR/PF树脂做为基体树脂能显著改善复合材料的热稳定性能,与普通酚醛树脂相比,BPR加入为50%时树脂的残炭率提高了21%,初始热分解温度提高了20℃; BPR/PF摩擦材料适宜的加工条件为:辊炼工艺:110—130℃下时,辊炼4分钟:成型工艺:在160—180℃下,4分钟。
⑵选用BPR/PF树脂做为基体树脂能显著改善复合材料动态力学性能、摩擦性能和热稳定性能:在300℃下,BPR/PF=50%时,复合材料的磨损率达到了0.1907*10-7cm*(N*m)-1,比纯酚醛树脂复合材料(0.328810-7cm*(N*m)-1)降低了42%:复合材料的冲击强度达到了2.59 KJ/m2,比普通酚醛树脂(2.27 KJ/m2)提高了14%;复合材料弯曲强度和模量分别为47.25MPa和7.88GPa,比普通酚醛树脂87.75 MPa和5.78GPa)分别提高了25%和36%。
⑶合适的树脂含量能够提高复合材料的动态力学性能、力学性能和摩擦磨损性能。随着树脂含量的增加复合材料的储能模量、损耗模量和磨损率都是先增加后减小。基体树脂含量为25%时,复合材料的储能模量达到了8116MPa,比树脂含量为15%(3847MPa)时提高了111%;复合材料的蠕变系数达到最小值为0.08%,比树脂含量为15%时(0.11%)减少了27%;复合材料的冲击强度达到了3.64 KJ/m2,比树脂含量为15%(2.42 KJ/m2)冲击强度提高了50%。
⑷加入玻璃纤维能够明显改善复合材料的动态力学性能和力学性能。剑麻/玻璃纤维为0:3时,在分解15%时,复合材料的分解温度比纯剑麻纤维复合材料提高了172℃,残炭率也提高了12%;剑麻/玻璃纤维为1:1时,复合材料的冲击强度达到了3.71KJ/m2,比纯剑麻纤维和玻璃纤维复合材料的冲击强度分别提高了31%和25%。剑麻/玻璃纤维为0:3时,复合材料的储能模量在50℃时为8537MPa,比纯剑麻纤维复合材料(E=5567MPa)提高了53%;复合材料的损耗因子达到了0.117,比剑麻纤维复合材料的损耗因子(0.16)降低了27%。180℃下120min剑麻/玻璃纤维为3:0时复合材料的蠕变系数为9.65%,纯玻璃纤维复合材料的蠕变为5.95%。比纯剑麻纤维复合材料的蠕变降低了38%。