摩擦材料增强纤维的选用
2018-11-12 / 管理员：远东
1 钢纤维
使用低碳钢以及采取超声波切削法生产出的钢纤维含油量低、表面活性好、价格便宜，因此在半金属基摩擦材料中得到广泛应用。钢纤维最显著的特点是导热性能好。钢纤维以其高导热性能使局部表面热量迅速扩散至内部，从而降低摩擦表面温度，避免表面温度过高，防止树脂基体团热分解而导致材料磨损加剧，延长了制品的使用寿命。但钢纤维制成的摩擦材料质量大，容易锈蚀。用这种材料制成的离合器面片锈蚀后导致粘连，影响换档分离，并导致传动振动和抖动。研究表明，加入一定量的锌粉和氧化钙等可以增强材料的防锈性能，而对摩擦性能无明显影响；钢纤维和矿物纤维及有机纤维混杂使用可以进一步降低材料的密度及改善制动噪声。目前，钢纤维增强摩擦材料在我国多种汽车上进行了应用，反映较好。
2 玻璃纤维
玻璃纤维作为代用增强纤维的研究时间较长，产品质量比较稳定，产量较大，价格也相对比较便宜。玻璃纤维属于无机硅酸盐纤维，因而热稳定性较好。其表面处理工艺也得到了广泛的研究，研制出多种偶联剂，与树脂亲和性较好，因此在增强纤维摩擦材料中得到了一定的应用。据国外报道，玻璃纤维增强的摩擦材料，其摩擦磨损性能良好，但玻璃纤维增强材料对载荷、滑动速度及制动温度等固素反应较敏感。在重载房速及高温下，摩擦系数变化明显，不稳定。玻璃纤维用作摩擦材料的增强纤维有一定的要求。玻璃纤维应较柔软，而含15－30?％氯化钾的玻璃纤维可使莫氏强度下降，使玻璃纤维变软，认为E玻璃纤维可以使用。虽然说玻璃纤维能够运用在摩擦材料的增强材料中，但玻璃纤维有不足之处。①硬度过高，磨损比石棉增强材料大；②当温度超过800℃时易形成玻璃珠，而玻璃珠莫氏硬度更高，材料磨损量会进一步增加；③玻璃纤维增强材料的摩擦系数随温度有较大的变化，摩擦系数不稳定。
3 碳纤维
碳纤维具有高比强度、高比模量、耐热、耐磨、耐腐蚀及热膨胀系数较小等许多优点。碳纤维增强基体的（C／C）复合摩擦材料在航空航天工业中得到了广泛应用。碳纤维增强基体的航空刹车用复合材料具有质量轻、抗热冲击性好、摩擦系数稳定、使用寿命长等特点，是新一代的航空刹车副。目前，国际上大多数军用和民用干线飞机采均用碳纤维增强基体的复合材料刹车副。但用作一般民用的摩擦材料还存在以下障碍；①碳／碳复合材料制作工艺复杂成本很高，原材料价格也较高，产量有限。②现有的碳纤维一般为长纤维，而应用于摩擦材料中的增强纤维一般是2－5mm的短纤维。这一点目前较难达到。③碳纤维尤其是高模量石墨纤维的表面是惰性的，与树脂的润湿性、粘附性差，所以皮制备碳纤维增强复合材料时，须对碳纤维表面进行处理，以提高碳纤维与树脂间的粘附强度。处理后碳纤维不但表面积增大，还能在表面生成活性基团（如羰基、羧基、和羟基等），通过这些基团使碳纤维与树脂基体之间产生化学键，从而提高界面强度。
通过国外实验报告了解到碳纤维增强摩擦材料有良好的恢复性能，而且在高温及高滑动速度下碳纤维增强材料比玻璃纤维增强材料有更高的摩擦系数和较低的磨损率。
4 有机纤维
芳纶（Kevlar）、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚酯纤维等可燃点高，高温热分解不明显，因而也可用作摩擦材料的增强纤维。有机纤维单独作为增强纤维使用时，一般都要经过表面处理，通常是把天然或合成的有机纤维放在非电解的处理液中，使纤维表面镀上薄薄一层金属。经过表面处理的有机纤维，既具有金属纤维的优点，如导热性好，耐磨等；又具有非金属纤维的特点，如密度小，韧性好等。例如，较常用的芳纶（Kevlar-49）特点是强韧性好，弹性模量高，密度低，价格只相当于碳纤维的1/3，其不足之处是由它所制成的复合材料的耐压强度及弯曲疲劳握度不太好。研究表明，有机纤维可以提高材料摩擦性能的稳定性，明显降低磨损量，对于降低制动噪声也有明显作用。但有机纤维在摩擦材料中的应用还存在价格、表面处理、分散工艺等问题，有待进一步研究。
5 矿物纤维
矿物纤维取材广泛，且价格低廉，也逐步引起人们的注意。用价格便宜的矿物纤维取代石棉纤维将是摩擦材料研究的一个重要课题。矿物纤维也存在以下缺陷：①一般合结晶水，高温制动时易脱水，材料性能不太稳定;②质量不稳定;产品质量受产地、产时的影响较大。如果选择产量大、品位高的矿物纤维，调整摩擦材料配方后可取得较好效果。
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使用低碳钢以及采取超声波切削法生产出的钢纤维含油量低、表面活性好、价格便宜，因此在半金属基摩擦材料中得到广泛应用。钢纤维最显著的特点是导热性能好。钢纤维以其高导热性能使局部表面热量迅速扩散至内部，从而降低摩擦表面温度，避免表面温度过高，防止树脂基体团热分解而导致材料磨损加剧，延长了制品的使用寿命。但钢纤维制成的摩擦材料质量大，容易锈蚀。用这种材料制成的离合器面片锈蚀后导致粘连，影响换档分离，并导致传动振动和抖动。研究表明，加入一定量的锌粉和氧化钙等可以增强材料的防锈性能，而对摩擦性能无明显影响；钢纤维和矿物纤维及有机纤维混杂使用可以进一步降低材料的密度及改善制动噪声。目前，钢纤维增强摩擦材料在我国多种汽车上进行了应用，反映较好。
2 玻璃纤维
玻璃纤维作为代用增强纤维的研究时间较长，产品质量比较稳定，产量较大，价格也相对比较便宜。玻璃纤维属于无机硅酸盐纤维，因而热稳定性较好。其表面处理工艺也得到了广泛的研究，研制出多种偶联剂，与树脂亲和性较好，因此在增强纤维摩擦材料中得到了一定的应用。据国外报道，玻璃纤维增强的摩擦材料，其摩擦磨损性能良好，但玻璃纤维增强材料对载荷、滑动速度及制动温度等固素反应较敏感。在重载房速及高温下，摩擦系数变化明显，不稳定。玻璃纤维用作摩擦材料的增强纤维有一定的要求。玻璃纤维应较柔软，而含15－30?％氯化钾的玻璃纤维可使莫氏强度下降，使玻璃纤维变软，认为E玻璃纤维可以使用。虽然说玻璃纤维能够运用在摩擦材料的增强材料中，但玻璃纤维有不足之处。①硬度过高，磨损比石棉增强材料大；②当温度超过800℃时易形成玻璃珠，而玻璃珠莫氏硬度更高，材料磨损量会进一步增加；③玻璃纤维增强材料的摩擦系数随温度有较大的变化，摩擦系数不稳定。
3 碳纤维
碳纤维具有高比强度、高比模量、耐热、耐磨、耐腐蚀及热膨胀系数较小等许多优点。碳纤维增强基体的（C／C）复合摩擦材料在航空航天工业中得到了广泛应用。碳纤维增强基体的航空刹车用复合材料具有质量轻、抗热冲击性好、摩擦系数稳定、使用寿命长等特点，是新一代的航空刹车副。目前，国际上大多数军用和民用干线飞机采均用碳纤维增强基体的复合材料刹车副。但用作一般民用的摩擦材料还存在以下障碍；①碳／碳复合材料制作工艺复杂成本很高，原材料价格也较高，产量有限。②现有的碳纤维一般为长纤维，而应用于摩擦材料中的增强纤维一般是2－5mm的短纤维。这一点目前较难达到。③碳纤维尤其是高模量石墨纤维的表面是惰性的，与树脂的润湿性、粘附性差，所以皮制备碳纤维增强复合材料时，须对碳纤维表面进行处理，以提高碳纤维与树脂间的粘附强度。处理后碳纤维不但表面积增大，还能在表面生成活性基团（如羰基、羧基、和羟基等），通过这些基团使碳纤维与树脂基体之间产生化学键，从而提高界面强度。
通过国外实验报告了解到碳纤维增强摩擦材料有良好的恢复性能，而且在高温及高滑动速度下碳纤维增强材料比玻璃纤维增强材料有更高的摩擦系数和较低的磨损率。
4 有机纤维
芳纶（Kevlar）、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚酯纤维等可燃点高，高温热分解不明显，因而也可用作摩擦材料的增强纤维。有机纤维单独作为增强纤维使用时，一般都要经过表面处理，通常是把天然或合成的有机纤维放在非电解的处理液中，使纤维表面镀上薄薄一层金属。经过表面处理的有机纤维，既具有金属纤维的优点，如导热性好，耐磨等；又具有非金属纤维的特点，如密度小，韧性好等。例如，较常用的芳纶（Kevlar-49）特点是强韧性好，弹性模量高，密度低，价格只相当于碳纤维的1/3，其不足之处是由它所制成的复合材料的耐压强度及弯曲疲劳握度不太好。研究表明，有机纤维可以提高材料摩擦性能的稳定性，明显降低磨损量，对于降低制动噪声也有明显作用。但有机纤维在摩擦材料中的应用还存在价格、表面处理、分散工艺等问题，有待进一步研究。
5 矿物纤维
矿物纤维取材广泛，且价格低廉，也逐步引起人们的注意。用价格便宜的矿物纤维取代石棉纤维将是摩擦材料研究的一个重要课题。矿物纤维也存在以下缺陷：①一般合结晶水，高温制动时易脱水，材料性能不太稳定;②质量不稳定;产品质量受产地、产时的影响较大。如果选择产量大、品位高的矿物纤维，调整摩擦材料配方后可取得较好效果。
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