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增摩填料对NAO型制动摩擦材料性能影响的研究

陈霞  
【摘要】:NAO型制动摩擦材料是一种高分子基多元复合材料,主要以改性酚醛树脂或合成橡胶作为粘结剂,以有机纤维、无机纤维或少量金属类纤维等作为增强材料,以增摩填料或者减摩填料作为摩擦性能调节剂,以无机粉末、有机粉末等作为填料。这种制动摩擦材料不含石棉,摩擦系数稳定性较好,磨损率较低,主要用于汽车、电梯、高铁和多种工农业机械器械中的制动功能配件。但其摩擦系数一般较低,紧急制动时的制动扭矩过小,达不到紧急制动的要求;硬度也较低,磨粒磨损较严重。为了更好地满足行业要求,本实验的目的在于研究增摩填料对NAO型制动摩擦材料性能的影响,通过正交试验优化制动摩擦材料的配方,探究最优配方,使摩擦材料具有一定的力学强度和硬度,摩擦系数达到0.50~0.60,磨损率低于1.0×10~-77 cm~3/(N.m)。本实验选取长石粉与棕刚玉粉的质量分数梯度均为0%、3%、6%和9%,铬铁矿粉的质量分数梯度为0%、4%、8%和12%,即制得三大组含有不同增摩填料组分的NAO型制动摩擦材料,研究长石粉、铬铁矿粉和棕刚玉粉三种增摩填料的含量对摩擦材料综合性能的影响,研究结果表明材料的洛氏硬度随着长石粉、铬铁矿粉和棕刚玉粉含量的增加而增大;密度随着长石粉、棕刚玉粉质量分数的增加而减小,随着铬铁矿粉含量的增加则略微增加;长石粉可以改善摩擦材料的力学性能,材料的压缩强度和冲击强度随着铬铁矿粉含量的增加先减小后增大,随着棕刚玉粉的加入,材料的压缩强度和冲击强度显著增加;长石粉可以提高摩擦材料的低中温摩擦系数,磨损率随着温度升高而增大,在300℃达到最大值;铬铁矿粉可以提高摩擦材料的低高温摩擦系数;棕刚玉粉可以明显提高摩擦材料的高温摩擦系数,但添加棕刚玉粉后,材料的磨损率也明显增加;摩擦材料在300℃时均表现出典型的磨粒磨损,含长石粉的材料在200℃表现为粘着磨损。综合考虑材料的摩擦磨损性能,三种增摩填料适宜的用量范围为:长石粉3%~6%,铬铁矿粉4%~8%,棕刚玉粉3%~6%。为进一步优化NAO型制动摩擦材料的配方组成,本实验采用三因素三水平正交试验法研究长石粉(A)、铬铁矿粉(B)和棕刚玉粉(C)这三种增摩填料的最佳配比,选取长石粉和棕刚玉粉的三个水平数均为2%、4%和6%,铬铁矿粉的三个水平数为4%、6%和8%。对正交试验测试结果进行分析,表明摩擦材料的最优配方为A_2B_1C_2,即长石粉、铬铁矿粉和棕刚玉粉的质量分数均为4%;进一步通过扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线光谱仪(EDS)对其磨损表面进行磨损机理分析,表明该材料最可能的磨损机理是热磨损。


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