酚醛樹脂基摩擦材料高溫摩擦學(xué)改性

酚醛樹脂基摩擦材料高溫摩擦學(xué)改性

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1、三、摩擦材料、耐磨材料酚醛樹脂基摩擦材料高溫摩擦學(xué)改性’余大剛林有希高誠輝(福州大學(xué)機械工程及自動化學(xué)院,福州350002)摘要分別從有機、無機、納米以及復(fù)合改性四方面介紹了酚醛樹脂基摩擦材料高溫摩擦學(xué)性能的研究進展。由于改性劑與酚醛樹脂分子之間能形成化學(xué)鍵、氫鍵或范德華力,或直接將酚醛樹脂中易高溫分解的酚羥基反應(yīng),生成耐熱性較強的化學(xué)鍵,以及改性劑的補強作用,酚醛樹脂基摩擦材料的高溫摩擦性能得到顯著提高。關(guān)鍵詞酚醛樹脂;摩擦材料;高溫;摩擦性能中圖分類號:TQ323.1文獻標識碼:A文章編號:酚醛樹脂(PF)一直是汽車等行業(yè)制備摩擦材料的首選,然而在高溫情況下PF中的酚

2、羥基很容易被氧化,從而導(dǎo)致摩擦材料的分解或破壞,純PF的極限耐熱溫度為250't2,所以普通的PF一般也只能在250℃以下才能正常使用,當超過300。C時熱分解就很嚴重。隨著車輛的高速重載化,摩擦制動發(fā)熱使得材料的工作溫度也越來越高,如在高速行駛條件下制動時,盤式制動器襯片的表面溫度可達400'13以上,因此改善PF的高溫摩擦性能也是當前摩擦材料領(lǐng)域研究的熱點之一。結(jié)合PF自身結(jié)構(gòu)和熱分解特點,研究者通過有機、無機、納米和復(fù)合改性大大提高了PF基摩擦材料的高溫摩擦性能,進一步拓寬了PF基摩擦材料的應(yīng)用范圍。1有機物改性桐油的共扼雙鍵可在酸的催化下與PF中酚羥基的鄰對位上的

3、氫反應(yīng),使生成的桐油改性酚醛樹脂具有優(yōu)良的耐熱、耐磨等性能。邵美秀¨’等用桐油改性的PF作基體制的的剎車片的主要性能均符合國家指標,250℃以上的高溫磨損率遠低于國標要求。李超舊。用桐油改性酚醛樹脂制成的無石棉制動帶的高溫摩擦性能較參考樣有顯著提高,且摩擦系數(shù)恢復(fù)性能良好。在100—200℃下其摩擦系數(shù)為0.45~0.51,在200—300℃高溫下摩擦系數(shù)仍可保持在0.40以上。腰果殼油內(nèi)含有的酚羥基可以與甲醛反應(yīng),腰果殼油分子側(cè)基上的柔性脂肪烴基對PF分子有內(nèi)增塑作用,從而改善PF基摩擦材料的脆性,且改性后的PF在摩擦過程中還能產(chǎn)生一種可改善其熱衰退性能,降低磨耗的不易

4、脫落的碳化膜口]。文獻【4】也驗證了這一結(jié)論,并進一步指出腰果殼油含量較低時對其抗熱衰退性有利,含量較高時會使熱衰退性能惡化。有關(guān)報道"1還指出Kevlar漿粕可顯著提高PF摩擦材料的耐磨性,降低其摩擦系數(shù),且Kevlar漿粕的加入可以大大改善由鋼纖維增強的PF基摩擦材料的高速下摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性。而加入芳族聚酸胺漿粕的PF摩擦材料的摩擦系數(shù)穩(wěn)定性也明顯高于未添加芳族聚酸胺漿粕·基金項目:福建省自然科學(xué)基金(2008J0152).福建省教育廳科技項目(JA07011).??萍蓟?XRC-0741)2009年全國青年摩擦學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集的PF摩擦材料,同時芳族聚酸胺漿粕的加

5、入也會使摩擦材料的耐磨性降低‘61。這可能是由于有機物的加入,增加了材料內(nèi)部的物理或化學(xué)交聯(lián),形成了織網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而改善了摩擦材料高溫摩擦性能。2無機物改性硼鉬無機化合物是一種擁有優(yōu)良的耐熱性能和摩擦性能的材料,通過硼鉬改性的PF摩擦材料,硼鉬的存在可以使PF在高溫下易氧化分解的化學(xué)鍵形成耐高溫的化學(xué)鍵或與摩擦材料中的其他成分產(chǎn)生協(xié)同作用,進而提高摩擦材料的高溫摩擦性能。硼鉬及其酸化物可以與PF中容易在高溫下分解的酚羥基反應(yīng),或直接先與苯酚甲醛反應(yīng)再聚合,從而形成耐熱性較強的B—O或Mo—O鍵提高PF摩擦材料的高溫性能。實驗[7]證明硼改性酚醛樹脂中,硼含量的增加可以提高

6、酚醛樹脂的熱穩(wěn)定性。而經(jīng)過鉬改性PF作基體制備的摩擦材料也具有高溫摩擦系數(shù)穩(wěn)定、熱恢復(fù)性能好等優(yōu)點,在300℃的溫度內(nèi)仍能保持0.50—0.51的摩擦系數(shù),其熱分解溫度高達500℃以上舊。J。氮化硼也有類似效果,有關(guān)研究結(jié)果¨叫顯示六方氮化硼(h—BN)的填充體積在10%時可以極大地提高PF基摩擦材料的耐磨性能,且摩擦系數(shù)一直穩(wěn)定在0。43—0。47之間,且在高于125℃時耐磨性能最好。這種結(jié)果可能與其在摩擦過程中在復(fù)合材料表面形成的一層質(zhì)密的磨屑膜以及鑄鐵摩擦副表面上形成的一層轉(zhuǎn)移膜有關(guān)。h—BN的體積含量為12%的摩擦材料在空氣中310℃以上時才開始熱分解,摩擦系數(shù)在

7、2500C內(nèi)仍保持在0.5一O.4之間,磨損率也均低于1.5×10。mm’/(N·m)¨“。晶須因其強度高、耐高溫、物理化學(xué)性能穩(wěn)定,其在塑料、金屬、陶瓷等復(fù)合材料領(lǐng)域均有應(yīng)用。如鈦酸鉀晶須和芳綸漿粕共同使用,二者具有協(xié)同效應(yīng),可形成穩(wěn)定轉(zhuǎn)移膜,提高摩擦面的平整度¨21等等,從而提高材料的摩擦性能。吳訓(xùn)錕¨列在對比研究碳酸鈣晶須、針狀硅灰石填充和鈦酸鉀晶須三種物質(zhì)改性的PF基摩擦材料時發(fā)現(xiàn)填充鈦酸鉀晶須的摩擦材料在0—350℃衰退和恢復(fù)過程中,摩擦系數(shù)僅在0.29—0.35范圍內(nèi)變化,且衰退偏差和衰退率最小,分別為0.04和1

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