酚醛树脂基摩擦材料高温摩擦学改性

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1、三、摩擦材料、耐磨材料酚醛树脂基摩擦材料高温摩擦学改性’余大刚林有希高诚辉(福州大学机械工程及自动化学院，福州350002)摘要分别从有机、无机、纳米以及复合改性四方面介绍了酚醛树脂基摩擦材料高温摩擦学性能的研究进展。由于改性剂与酚醛树脂分子之间能形成化学键、氢键或范德华力，或直接将酚醛树脂中易高温分解的酚羟基反应，生成耐热性较强的化学键，以及改性剂的补强作用，酚醛树脂基摩擦材料的高温摩擦性能得到显著提高。关键词酚醛树脂；摩擦材料；高温；摩擦性能中图分类号：TQ323．1文献标识码：A文章编号：酚醛树脂(PF)一直是汽车等行业制备摩擦材料的首选，然而在高温情况下PF中的酚

2、羟基很容易被氧化，从而导致摩擦材料的分解或破坏，纯PF的极限耐热温度为250't2，所以普通的PF一般也只能在250℃以下才能正常使用，当超过300。C时热分解就很严重。随着车辆的高速重载化，摩擦制动发热使得材料的工作温度也越来越高，如在高速行驶条件下制动时，盘式制动器衬片的表面温度可达400'13以上，因此改善PF的高温摩擦性能也是当前摩擦材料领域研究的热点之一。结合PF自身结构和热分解特点，研究者通过有机、无机、纳米和复合改性大大提高了PF基摩擦材料的高温摩擦性能，进一步拓宽了PF基摩擦材料的应用范围。1有机物改性桐油的共扼双键可在酸的催化下与PF中酚羟基的邻对位上的

3、氢反应，使生成的桐油改性酚醛树脂具有优良的耐热、耐磨等性能。邵美秀¨’等用桐油改性的PF作基体制的的刹车片的主要性能均符合国家指标，250℃以上的高温磨损率远低于国标要求。李超旧。用桐油改性酚醛树脂制成的无石棉制动带的高温摩擦性能较参考样有显著提高，且摩擦系数恢复性能良好。在100—200℃下其摩擦系数为0．45～0．51，在200—300℃高温下摩擦系数仍可保持在0．40以上。腰果壳油内含有的酚羟基可以与甲醛反应，腰果壳油分子侧基上的柔性脂肪烃基对PF分子有内增塑作用，从而改善PF基摩擦材料的脆性，且改性后的PF在摩擦过程中还能产生一种可改善其热衰退性能，降低磨耗的不易

4、脱落的碳化膜口]。文献【4】也验证了这一结论，并进一步指出腰果壳油含量较低时对其抗热衰退性有利，含量较高时会使热衰退性能恶化。有关报道"1还指出Kevlar浆粕可显著提高PF摩擦材料的耐磨性，降低其摩擦系数，且Kevlar浆粕的加入可以大大改善由钢纤维增强的PF基摩擦材料的高速下摩擦系数的稳定性。而加入芳族聚酸胺浆粕的PF摩擦材料的摩擦系数稳定性也明显高于未添加芳族聚酸胺浆粕·基金项目：福建省自然科学基金(2008J0152)．福建省教育厅科技项目(JA07011)．校科技基金(XRC-0741)2009年全国青年摩擦学学术会议论文集的PF摩擦材料，同时芳族聚酸胺浆粕的加

5、入也会使摩擦材料的耐磨性降低‘61。这可能是由于有机物的加入，增加了材料内部的物理或化学交联，形成了织网状结构，从而改善了摩擦材料高温摩擦性能。2无机物改性硼钼无机化合物是一种拥有优良的耐热性能和摩擦性能的材料，通过硼钼改性的PF摩擦材料，硼钼的存在可以使PF在高温下易氧化分解的化学键形成耐高温的化学键或与摩擦材料中的其他成分产生协同作用，进而提高摩擦材料的高温摩擦性能。硼钼及其酸化物可以与PF中容易在高温下分解的酚羟基反应，或直接先与苯酚甲醛反应再聚合，从而形成耐热性较强的B—O或Mo—O键提高PF摩擦材料的高温性能。实验[7]证明硼改性酚醛树脂中，硼含量的增加可以提高

6、酚醛树脂的热稳定性。而经过钼改性PF作基体制备的摩擦材料也具有高温摩擦系数稳定、热恢复性能好等优点，在300℃的温度内仍能保持0．50—0．51的摩擦系数，其热分解温度高达500℃以上旧。J。氮化硼也有类似效果，有关研究结果¨叫显示六方氮化硼(h—BN)的填充体积在10％时可以极大地提高PF基摩擦材料的耐磨性能，且摩擦系数一直稳定在0。43—0。47之间，且在高于125℃时耐磨性能最好。这种结果可能与其在摩擦过程中在复合材料表面形成的一层质密的磨屑膜以及铸铁摩擦副表面上形成的一层转移膜有关。h—BN的体积含量为12％的摩擦材料在空气中310℃以上时才开始热分解，摩擦系数在

7、2500C内仍保持在0．5一O．4之间，磨损率也均低于1．5×10。mm’／(N·m)¨“。晶须因其强度高、耐高温、物理化学性能稳定，其在塑料、金属、陶瓷等复合材料领域均有应用。如钛酸钾晶须和芳纶浆粕共同使用，二者具有协同效应，可形成稳定转移膜，提高摩擦面的平整度¨21等等，从而提高材料的摩擦性能。吴训锟¨列在对比研究碳酸钙晶须、针状硅灰石填充和钛酸钾晶须三种物质改性的PF基摩擦材料时发现填充钛酸钾晶须的摩擦材料在0—350℃衰退和恢复过程中，摩擦系数仅在0．29—0．35范围内变化，且衰退偏差和衰退率最小，分别为0．04和1