一種提高摩擦材料的摩擦磨損性能的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高摩擦材料的摩擦磨損性能的方法，它解決了現(xiàn)有技術存在高溫制動摩擦材料不耐磨及摩擦系數(shù)不穩(wěn)定的問題，其特征在于：在摩擦材料中添加自制的復合材料使摩擦材料制動時在制動對偶面形成轉移膜，而提高摩擦材料的摩擦磨損性能。自制復合材料制作具體步驟：先將聚苯硫醚及聚四氟乙烯粉碎過篩，按1∶1混合，制成混合物；然后對混合物用硫化鋅、氟化鈣材料進行改性，配方比例為：有機混合物∶硫化鋅∶氟化鈉=1∶2∶2；再將上述材料混合，用2.5%的添加量添加在摩擦材料中混合均勻；再將復合材料進行壓制及固化處理，制成具有轉移膜特性的耐磨損性能更好的摩擦材料。具有工藝合理、成本低廉、節(jié)能環(huán)保、磨損性優(yōu)良等優(yōu)點，具有推廣應用價值。
【專利說明】一種提高摩擦材料的摩擦磨損性能的方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于耐摩材料領域，尤其涉及一種能夠提高摩擦材料的摩擦磨損性能的方 法。

【背景技術】
[0002] 摩擦材料是一種高分子三元復合材料，是物理與化學復合體。它是由高分子粘結 劑(樹脂與橡膠)、增強纖維和摩擦性能調節(jié)劑三大類組成及其它配合劑構成，經(jīng)一系列生 產(chǎn)加工而制成的制品。摩擦材料的特點是具有良好的摩擦系數(shù)和耐磨損性能，同時具有一 定的耐熱性和機械強度，能滿足車輛或機械的傳動與制動的性能要求。被廣泛應用在動力 的傳遞或制動減速方面。
[0003] 隨著我國高速公路狀況不斷完善，汽車行駛速度提高。對摩擦材料的摩擦磨損性 能要求越來越高，普通的摩擦材料的摩擦磨損性能不能滿足汽車性能的提升，主要反映在 摩擦材料高溫制動時摩擦系數(shù)不穩(wěn)定(熱衰退）磨損大，本發(fā)明能有效提高摩擦材料的摩擦 磨損性能，使汽車的制動性能進一步提升。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于為市場提供一種生產(chǎn)工藝簡單、成本低廉、節(jié)能環(huán)保，能夠提高 摩擦材料的摩擦磨損性能的方法。
[0005] 本發(fā)明的技術方案是：在傳統(tǒng)半金屬摩擦材料、低金屬摩擦材料及NAO摩擦材料 等復合摩擦材料中添加復合材料，自制的復合材料的具體步驟是： (1) 分別將聚苯硫醚（PPS)及聚四氟乙烯（PTFE)的外形進行物理處理，過40 - 80目 篩，按1 :1混合，制成混合物； (2) 對上述混合物用硫化鋅、氟化鈣材料進行改性，形成協(xié)同效應，使其混合物對滑動 速度、載荷、溫度等因素影響較??；配方比例(重量比）為：有機混合物：硫化鋅：氟化鈉=1 : 2 ：2 ； (3) 將上述材料進行充分混合后，用2. 5%的添加量，添加在半金屬摩擦材料、低金屬摩 擦材料及NAO摩擦材料等復合摩擦材料中混合均勻； (4) 最后將復合材料進行壓制及固化處理，制成具有轉移膜特性的耐磨損性能更好的 摩擦材料。
[0006] 下面對轉移膜形成機理及影響形成轉移膜因素進行分析： 1.填料 為了提高自制復合材料的摩擦學性能，我們對其進行了各種改性研究，其中最主要是 添加填料進行共混改性。目前摩擦材料廣泛應用的填料有無機粉狀填料，纖維填料以及納 米材料。這些填料在摩擦磨損過程中的作用主要有：（1)增強了轉移膜在對偶面上的粘著 性。（2)填料顆粒破壞了聚合物晶粒結構，減少了向對偶面的轉移。（3)填料聚積在摩擦界 面，承受了摩擦。
[0007] 在對偶摩擦時X-射線光電子能譜分析顯示有機材料在滑動中分解，產(chǎn)生了 FeS和 FeS04及其他成分。這些成分增加轉移膜和對磨面的粘結，從而增加磨損抵抗能力，提高了 耐磨性。添加 Kevlar纖維增強復合材料的抗磨損性能Kevlar纖維增強復合材料在對磨面 形成薄而均勻的轉移膜。同時Kevlar纖維在摩擦熱的作用下促進聚合物的分解和氧化，這 有助于提商轉移I旲的黏結力和提商復合材料的抗磨損能力。
[0008] 聚合物復合材料的表面界面特性是決定聚合物摩擦學特性的內在因素。納米微粒 表面原子數(shù)多，表面原子配位不飽和性導致大量的懸鍵和不飽和鍵，當納米粒子加入到高 聚物中時，可較容易與聚合物基體牢固結合在一起，從而使填充物表現(xiàn)出較好的磨損性能。 納米級顆粒能更好地固定轉移膜在對偶面上，從而增加粘結應力并降低磨損。
[0009] 填料的形態(tài)和性質對復合材料摩擦性能也有影響。分別添加顆粒狀、層狀、纖維狀 填料壓制的摩擦材料。纖維和硬度較高的顆粒填料增強時，在摩擦過程中載荷首先由具有 較高強度和硬度的填料顆?；蚶w維承受。主要認為是與層狀結構和填料本身的復雜成分有 關的。
[0010] 2.滑動速度 滑動速度對摩擦性能的影響是比較復雜的。復合材料在不同滑動速度下的磨損體積初 始值相同，隨速度增大磨損體積減小?；瑒铀俣韧ㄟ^應變率和升溫率影響摩擦行為。根據(jù) 剝層理論，速度增大導致磨損逐漸增大。速度達到一定后，溫度效應占主要因素。高速下產(chǎn) 生的摩擦熱使轉移膜的反應活性增大，分子鏈結構更易向穩(wěn)定結構改變，有利于減小摩擦 磨損，滑動速度的影響比載荷要大，在摩擦過程中要產(chǎn)生大量的熱，從而使摩擦面的溫度升 高。速度越大溫度越高，當溫度達到聚合物的玻璃化溫度時，其粘性增加從而導致摩擦系數(shù) 的增大，磨損也隨滑動速度的增加而增加。然后再隨著溫度的繼續(xù)上升高彈態(tài)漸變?yōu)檎沉?態(tài)，且粘度逐漸降低，從而會使摩擦系數(shù)迅速下降。
[0011] 3.載荷 載荷是通過接觸面積的大小和變形狀態(tài)來影響摩擦力。隨著載荷的增大，摩擦系數(shù) 先急劇減小，到達一定程度后再趨于穩(wěn)定，磨損體積隨載荷的增大而增大。當載荷較低時， 復合材料表面與金屬表面的接觸處于彈性或粘彈性狀態(tài)，實際接觸面積與Pn成正比，其中 N=2/3-l。當載荷增大到一定程度后，微凸峰的接觸狀態(tài)完全轉為塑性接觸狀態(tài)，此時面積 的增大完全取決于塑性變形，面積與載荷成正比變化，摩擦系數(shù)不隨載荷而變化，大致保持 恒定。磨損初期，轉移膜末完全形成，載荷的增大導致金屬表面的硬微凸體對聚合物表面犁 削的增大，從而使摩擦力、磨損均增大。
[0012] 4.溫度 溫度是影響聚合物摩擦學性能的主要因素之一。摩擦過程中產(chǎn)生熱量使溫度升高，改 變了表面層的性質以及摩擦過程中表面的相互作用和破壞條件，因而摩擦因數(shù)也隨之發(fā)生 變化。溫度對有機材料的摩擦磨損性能的影響主要有兩個方面：一方面是摩擦過程中摩擦 生熱使摩擦面溫度不斷升高，導致摩擦表面的有機材料由玻璃態(tài)轉變?yōu)楦邚棏B(tài)、粘流態(tài)。使 摩擦系數(shù)和磨損率產(chǎn)生相應的改變。另一方面是摩擦溫升使有機材料發(fā)生復雜的摩擦化學 反應，從而改變了分子的結構，進而改變有機材料的摩擦學特性。在干摩擦條件下的常溫和 高溫摩擦學性能，發(fā)現(xiàn)在300°C以上，隨燒結溫度上升以線形、支鏈及交鏈結構為主，聚合物 線形結構改變有利于材料耐磨性能的提高，370°C成型試樣表現(xiàn)出一定的自增強特性。隨溫 度的升高，摩擦中逐漸形成轉移膜，因此磨損率降低，聚合物在摩擦過程中形成牢固的薄而 均勻的轉移膜是其發(fā)揮摩擦學作用的重要保證。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是：不僅配方合理、工藝流程科學、制造成本低廉，既降低成 本節(jié)約能源，又有效地提高生產(chǎn)效率；而且可替代傳統(tǒng)的摩擦材料熱壓(熱處理溫度為 150±10°C)工藝，廣泛應用于摩擦材料的生產(chǎn)，起到無固廢的環(huán)境保護、減少資源浪費、降 低摩擦材料生產(chǎn)成本。同時，采用本方法制作的摩擦材料的摩擦制動性能也得到了大幅度 提1?。

【具體實施方式】
[0014] 實施例1 : 半金屬摩擦材料 在普通半金屬摩擦材料配方中添加2. 5% (重量比）自制的復合材料，按以下工藝(正常 生產(chǎn)工藝不變） 配料一混料一壓制一固化一磨削一噴漆一印標一成品 實施例2 : 低金屬摩擦材料 在普通低金屬摩擦材料配方中添加2. 5% (重量比）自制的復合材料，按以下工藝(正常 生產(chǎn)工藝不變） 配料一混料一壓制一固化一磨削一噴漆一印標一成品 實施例3 : NAO摩擦材料 在普通NAO摩擦材料配方中添加2. 5% (重量比）自制的復合材料，按以下工藝(正常生 產(chǎn)工藝不變） 配料一混料一壓制一固化一磨削一噴漆一印標一成品 通過對上述實施例生產(chǎn)的產(chǎn)品用定速式摩擦試驗機進行摩擦性能測試： 從摩擦磨損特性結果(見附表）表明有機材料添加在各類摩擦材料中，瞬時摩擦狀態(tài) 間產(chǎn)生轉移膜，由瞬時轉移膜向穩(wěn)定摩擦狀態(tài)轉變時也能形成穩(wěn)定轉移膜，其膜的厚度為 40 - 180nm。結果表明有機材料表面原子配位不飽和性導致大量的懸鍵和不飽和鍵，當高 聚物中填料加入到摩擦材料中時，可較容易與聚合物基體牢固結合在一起，在產(chǎn)生摩擦時 填料承載了大量的負荷。由動能轉化成熱能釋放。溫度較高時350°C聚合物基體和摩擦材 料中的纖維材料有效地牢固地結合，形成穩(wěn)定摩擦狀態(tài)的轉移膜，為此轉移膜理論在摩擦 材料中得到有效的應用。
[0015] 附表：

【權利要求】
1. 一種提高摩擦材料的摩擦磨損性能的方法，其特征在于：在半金屬摩擦材料、低金 屬摩擦材料及NAO摩擦材料中添加自制的復合材料使摩擦材料制動時在制動對偶面形成 轉移膜，從而提高摩擦材料的摩擦磨損性能；自制的復合材料具體步驟是： (1) 分別將聚苯硫醚（PPS)及聚四氟乙烯（PTFE)的外形進行物理處理，過40 - 80目 篩，按1 :1混合，制成混合物； (2) 對上述混合物用硫化鋅、氟化鈣材料進行改性，形成協(xié)同效應，使其混合物對滑動 速度、載荷、溫度等因素影響較??；配方比例（重量比）為：有機混合物：硫化鋅：氟化鈉=1 : 2 ：2 ； (3) 將上述材料進行充分混合后，用2. 5%的添加量，添加在半金屬摩擦材料、低金屬摩 擦材料及NAO摩擦材料中混合均勻； (4) 最后將復合材料進行壓制及固化處理，制成具有轉移膜特性的耐磨損性能更好的 摩擦材料。
【文檔編號】C09K3/14GK104311847SQ201410544527
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月15日 優(yōu)先權日:2014年10月15日
【發(fā)明者】王瑾, 沈家骕, 詹海鵬 申請人:武漢元豐摩擦材料有限公司