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纸基摩擦材料主要由纤维、粘结剂、填料、摩擦性能调节剂等组成,通常采用造纸的方式(制浆和抄纸)生产制造,故此称其为“纸基”摩擦材料。由于其具有摩擦系数高、摩擦性能稳定、动静摩擦系数比可调、耐磨损性能良好、能量吸收能力高等诸多优良性能而被广泛应用各类重型车辆和工程机械的湿式离合器和制动器中,特别是作为汽车自动变速器中湿式离合器的摩擦片材料。中国的纸基摩擦材料研究比国外起步较晚,理论少、实验研究不足,在工业基础、技术水平、工艺设备以及产品的品种、数量和性能等方面与世界发达国家都有很大差距。因此,纸基摩擦材料的研究工作值得摩擦材料行业重视。
本文主要研究、探讨了纸基摩擦材料原纸各物料组分均匀分布的制备工艺,以及浸渍树脂,热压成型和热处理对摩擦材料的摩擦磨损性能的影响。
论文主要分为三个部分:
第一部分研究了纤维、填料、摩擦调节剂等多组分在水相介质中的分散技术以及纸页成形技术。结果表明,在浆料中采用0.2%的PEO分散剂,0.16%的CPAM絮凝剂,制备的浆料分散性能好,物料与纤维结合形成絮聚团微小;而在配方中采用10%的海泡石绒,由于其具有多通道、大的比表面积、高黏度的纤维网络结构能够产生分散、吸附和架桥的功能,在粘结剂与絮凝剂的作用下填料、摩擦调节剂能够很好的吸附和聚集在增强纤维表面上,使物料得到有效的分散,并且提高11.1%的滤水效率,11.9%的留着率;由此制作出的纸基摩擦材料原纸,物料分散好,孔隙结构具有大小不一的贯通性,纸页匀度高。
第二部分探讨了原纸匀度对浸渍树脂分布的均匀性的影响;摩擦片树脂含量、热压成型和热处理条件对摩擦片的气孔率、压缩回弹以及摩擦磨损性能的影响。结果表明,原纸的均匀性好,浸渍的树脂分布也比较均匀,纸页匀度差则在浸渍树脂后会变得更差;摩擦片树脂含量对摩擦磨损性能的影响较大,树脂含量小的摩擦片,其磨损较严重,动摩擦系数偏小,而含量大的摩擦片则出现严重热衰退和热分解,摩擦性能不稳定,当摩擦材料的树脂含量在27%左右时,摩擦片的摩擦磨损性能较好;通过浸渍工艺,在摩擦材料中加入氟橡胶可以改变摩擦片的硬度,增加摩擦材料的静摩擦系数,降低磨损率;热压成型压力对摩擦材料的结构会产生影响,当热压机的压强为20Mpa时,制备的摩擦片具有32%左右的气孔率、适中的压缩性,较好的回弹性,较好的摩擦性能,较小的磨损率;在固化温度略高于热压温度的热处理条件下制备摩擦片,能够提高其摩擦性能和耐磨性。
第三部分是对摩擦材料的表面形貌进行了微观分析。结果表明,原纸物料的分布不均会造成树脂的局部富集,从而引起摩擦工况中应力集中,摩擦片的磨损严重;均匀性良好的摩擦片,摩擦应力分布均匀,没有局部的磨损和明显脱落,摩擦表面均匀、平实,对对偶的磨损较小;摩擦材料中树脂含量在27%左右时,氧化或热分解磨损及其磨粒磨损较小,磨屑较少;采用2123酚醛树脂的摩擦片摩擦性能不如双酚A-硼酚醛树脂,后者在摩擦过程能够在摩擦面上形成一层摩擦膜,摩擦性能的稳定,磨损率小。