紙基摩擦材料研究綜述

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1、北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程選論姓名：張欣悅學(xué)號(hào)：B20130195專業(yè)：材料科學(xué)與工程班級(jí)：2013級(jí)博3班二零一四年九月12紙基摩擦材料研究綜述1紙基摩擦材料的發(fā)展概況隨著機(jī)電液一體化技術(shù)的飛速發(fā)展，各類新型液力驅(qū)動(dòng)的濕式離合器和制動(dòng)器得到廣泛應(yīng)用，在這種濕式離合器和制動(dòng)器中是靠多對(duì)摩擦片傳遞扭矩，其中摩擦片大部分是采用紙基摩擦片，摩擦片既是關(guān)鍵零件又是易損件。圖1所示是捷達(dá)寶來(lái)轎車M01自動(dòng)變速低速檔離合器K1的分解圖，其摩擦片全部是紙基摩擦片。紙基摩擦片的外觀如圖2所示。圖1捷達(dá)寶來(lái)轎車M01自動(dòng)變速器離合器K1部件分解示意

2、圖1.彈性擋圈2.壓盤3.內(nèi)片4.外片5.壓板6.波形彈簧墊圈7.彈性擋圈8.活塞蓋9.彈簧10.活塞11.帶渦輪軸的離合器殼12.圓形密封圈13.活塞環(huán)12紙基摩擦材料是20世紀(jì)50年代出現(xiàn)的一種多孔的、高彈性的濕式摩擦材料，主要由纖維、粘結(jié)劑、摩擦性能調(diào)節(jié)劑、填料等組成，通常采用類似造紙的工藝生產(chǎn)，因而被稱為“紙基”。紙基摩擦材料是一種在油介質(zhì)中工作的新型摩擦材料，與其他摩擦材料相比，具有摩擦系數(shù)高、動(dòng)/靜摩擦系數(shù)接近、傳送扭矩能力強(qiáng)、結(jié)合柔和、噪音小、不傷對(duì)偶等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛采用。紙基摩擦材料主要用于各類車輛和工程機(jī)

3、械、機(jī)床、船舶、礦山機(jī)械等行業(yè)濕式離合器和制動(dòng)器中，特別是作為汽車自動(dòng)變速器中濕式離合器的摩擦材料，更具有廣闊的應(yīng)用前景。圖2紙基摩擦材料摩擦片國(guó)外紙基摩擦材料出現(xiàn)于五十年代末，其經(jīng)歷了從石棉紙基片到無(wú)石棉紙基材料，從輕載工況到重載工況，從低能量、低功率吸收到高能量、高功率吸收的發(fā)展過(guò)程，該種材料已廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、工程機(jī)械、礦山機(jī)械等領(lǐng)域的離合器、制動(dòng)器中。目前，世界上較大的機(jī)械傳動(dòng)制造商，在其濕式制動(dòng)器和離合12器中廣泛采用了紙基摩擦材料，如卡特彼勒、東芝、約翰迪爾、通用、克萊斯勒、福特、三菱、小松等。由于歷史原因，我國(guó)機(jī)

4、械工業(yè)和紙基摩擦材料的發(fā)展均比較落后。我國(guó)改革開(kāi)放以來(lái)，許多單位進(jìn)口了大量各式各樣的主機(jī)，或與國(guó)外進(jìn)行合資生產(chǎn)主機(jī)，特別汽車和工程機(jī)械行業(yè)，其濕式離合器和制動(dòng)器中廣泛使用紙基摩擦材料，由于紙基摩擦片是易損件，引進(jìn)的主機(jī)往往因?yàn)椴坏貌换ù罅康耐鈪R、高額的價(jià)格進(jìn)口紙基摩擦片配件，且供貨時(shí)間得不到保證，在這種情況下，促使我國(guó)很多科研院所和企業(yè)從事紙基摩擦片的國(guó)產(chǎn)化研究工作，且各研制單位在技術(shù)上相互封鎖。目前，紙基摩擦材料研發(fā)開(kāi)展較好的單位有：清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、華南理工大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、杭州粉末冶金研究所、武漢材料保護(hù)研究所、杭州

5、杭城摩擦材料有限公司、湖北黃石賽福摩擦材料有限公司等。目前，我國(guó)汽車、工程機(jī)械中廣泛使用的紙基摩擦片還未完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，與國(guó)外產(chǎn)品仍存在很大差距。主要表現(xiàn)在：（1）制造技術(shù)方面：生產(chǎn)自動(dòng)化水平低，生產(chǎn)效率低，設(shè)備簡(jiǎn)陋，精度低，質(zhì)量不高，難以形成規(guī)?；?，且外觀質(zhì)量差。（2）材質(zhì)配方方面：材質(zhì)配方比較單一，沒(méi)有形成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)摩擦磨損機(jī)理研究不夠。（3）產(chǎn)品性能方面：產(chǎn)品的穩(wěn)定性差，熱衰退率和磨損率高，產(chǎn)品粘結(jié)性能差，使用壽命短。2紙基摩擦材料的組成研究紙基摩擦材料是纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料，基本組分包括纖維、粘結(jié)劑、摩擦性能調(diào)節(jié)

6、劑和填料，增強(qiáng)纖維、摩擦性能調(diào)節(jié)劑和粘結(jié)劑對(duì)材料的摩擦磨損性能和綜合性能有著重要影響，這給開(kāi)發(fā)不同性能的紙基摩擦材料提供了空間。研究摩擦材料的組成是優(yōu)化摩擦材料性能的基礎(chǔ)。2.1增強(qiáng)纖維紙基摩擦材料中的纖維可增強(qiáng)摩擦材料的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)也對(duì)摩擦材料的耐熱性能和摩擦磨損性能起著非常重要的作用。紙基摩擦材料中最常用的纖維有芳12綸纖維和酚醛纖維，也有使用碳纖維、玻璃纖維和其他有機(jī)合成纖維的，其中芳綸纖維以其高強(qiáng)度、高耐熱性、耐磨耐腐蝕、能產(chǎn)生細(xì)小分枝、密度小等優(yōu)點(diǎn)被廣泛采用。由于酚醛纖維與粘結(jié)劑酚醛樹(shù)脂結(jié)合良好，所以可為摩擦片提供更高

7、的強(qiáng)度。紙基摩擦材料中纖維的含量隨摩擦磨損性能參數(shù)要求的不同而變化，其含量通常為40%~90%。用于紙基摩擦材料的增強(qiáng)纖維有天然動(dòng)植物纖維、天然礦物纖維和人工合成纖維等約200余種。在紙基摩擦材料研究中，早期使用的增強(qiáng)纖維主要是纖維素纖維或石棉纖維。但纖維素纖維耐熱性能較差，適用低載荷；石棉纖維較好地解決了載荷適用性問(wèn)題，但其致癌性使其應(yīng)用受到了限制。國(guó)內(nèi)紙基摩擦材料用增強(qiáng)纖維從纖維素纖維到Kevlar纖維、碳纖維，以滿足摩托車和輕載荷汽車用紙基摩擦材料研究較多，但纖維選擇較單一，試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累較少，對(duì)混雜纖維影響摩擦磨損的規(guī)律認(rèn)識(shí)

8、較淺，尚不能充分發(fā)揮纖維性能互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)。近20年來(lái)國(guó)外關(guān)于紙基摩擦材料所用增強(qiáng)纖維如表1所示。表1國(guó)外紙基摩擦材料用纖維芳綸纖維US5083650采用了Kevlar29和Kevlar49或Nomex等芳族聚酰胺纖維US5827610中使用了單一的芳