碳纤维芳纶浆粕摩阻复合材料初步研究郭洪涛，张佐光，仲伟虹，李敏（北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京10⑴83）性能通过试验揭示了组分含量对摩擦磨损性能影响的规律，同时优化了具有良好耐热性、冲击韧性和摩擦性能新型无石棉摩阻复合材料的组分含量。

　　摩阻复合材料一般由基体（粘接剂）强纤维和摩擦性能调节剂（填料）三部分构成传统摩阻复合材料的强纤维主要是石棉由于石棉对人体健康有害且高温摩擦性能较差，逐渐被淘汰，一些国家己立法禁止使用石棉纤维当前汽车刹车片使用的摩阻材料多为半金属摩阻材料，如金属纤维强的和粉末冶金的但它也有较明显的缺点：易生锈、易刮伤对偶且噪音很大因此，很有必要研制新型摩阻材料以克服这些不足同时进一步提高摩擦性能目前国内外己进行了碳纤维钢纤维玻璃纤维有机纤维钢纤维芳纶混杂等研究，取得了较好的效果碳纤维具有比强度高、比模量高耐热耐磨、耐腐蚀及热膨胀系数较适宜等优点，己被证明比较适宜用做摩阻强纤维；*近出现的芳纶浆粕是一种超短纤维，与芳纶长丝一样具有强度高密度小、低磨损性和稳定的摩擦系数，而且加工性良好，采用碳纤维浆粕混杂强己成为摩阻材料的一个新的研究方向，它可弥补相互的缺陷，使摩阻复合材料的综合性能提高。因此对碳纤维芳纶浆粕强的摩阻材料的研究很有意义。

　　1实验1.1原材料原料：丁睛橡胶改性酚醛树脂由圣泉海沃斯化工有限公司提供；短切碳纤维由天泰碳纤维有限公司提供；芳纶浆粕由荷兰AKZO公司提供；硫酸钡、高岭土石墨氧化物、金属粉等填料为市售1.2制备工艺工艺流程：将碳纤维和芳纶浆粕蓬松处理后与粉末状树脂及填料混合，经装模，压制，脱模，后处理制得试样1.3性能测试耐热性：用DSCSP差热热重分析仪测量树脂的失重率。

　　摩擦性能：用M-200摩擦实验机测量试样的摩擦系数和磨损率，按GB5763-86冲击强度：用摆锤式冲击实验机测量试样的冲微观分析：用ISM-5800扫描电镜对摩擦后的析出，阻止应力裂缝和界面裂缝的扩展，延缓断裂破试样进行表面形貌分析。坏过程，从而使基体的韧性提高，即改善了其冲击强度。因此用丁睛橡胶改性酚醛基本达到了改性的2结果与讨论2.1热性能分析一般摩阻材料的工作温度在300*C以上，随着高速、重载的要求，对基体的耐热性越来越高目前，汽车行业使用的基体几乎全部为酚醛树脂及其改性体，选用的丁rubber）改性酚醛树脂是在树脂中加入橡胶进行共混，形成“高分子合金”，对原树脂体系的性能有很大提高和分别是普通2123酚醛和丁睛橡胶改性酚醛的热失重曲线睛橡胶改性酚醛300*C前失重很小，不超过5%，在400*C时失重仍只有10%，其热分解温度明显高于400C，在800C时失重仍不大于50%.由此可见，这种“高分子合金”结构，大大提高了主要目的：提高耐热性，改进脆性，这种改性酚醛可适应摩阻材料的要求2.2冲击强度影响因素分析摩阻材料在应用时，要有良好的结合强度，以保证整个制品装配使用时的坚固度及铆钉连接底板的固接强度我国国标规定汽车用制动衬片的冲击强度不小于3.0kgf*cm/cm2从以下结果可知所有试样的冲击强度都大大超过国标要求2.21树脂含量对冲击强度的影响大，超过30w%后又逐渐下降，但整体波动幅度不大原因是丁睛橡胶改性后的酚醛树脂冲击韧性得到很大提高，其含量的减对试样整体影响不太大，而在其含量低于30w%时加其含量可加强各组分的有效粘接，有利于消除局部“贫胶”，使各组分的性能充分发挥出来，超过30w%，即易形成“富胶”反而降低了整体的力学性能2.22纤维总含量对冲击强度的影响从可看出，保持芳纶浆粕混杂比30wt%不变的基础上，纤维含量低于10w%时，纤维含量对冲击强度的影响明显，这是因为高强度高模量的纤维往往决定了试样的整体性能，而超过了10w%则由于短切碳纤维和芳纶浆粕的蓬松性，其体积含量己远远高于10%，基体含量不够，各组分间结合不是太紧密，冲击强度呈缓慢下降趋势故对于需要使用短切纤维的摩阻材料，纤维含量不宜过多。

　　2.23芳纶浆粕混杂比对冲击强度的影响键能，同时橡胶粒子在受力时逐渐从树脂连续相blishm保持纤维总含量1%不变的条件是说该树脂的摩擦性能良好，所以随树脂含量的加，材料的摩擦性能得到改善。但当树脂含量达到一个较大值（超过30%）后，由于树脂的包埋作用，使其它一些摩填料硬质颗粒出现在界面的机会减少，从而抑制了摩作用的充分发挥，这样，材料与对偶间的啮合力要小得多，摩擦系数也随之减小，树脂含量愈多，这种抑制作用愈明显。

　　2.3.2纤维总含量对摩擦系数的影响下，改变两种纤维的混杂比得到的曲线曲线在芳纶浆粕的混杂比为30%时有一个峰值浆粕纤维和短切纤维有很大差异，它外观毛羽丰富，表面粗糙，沿轴向排列许多微原纤，表面积大，容易分散在基体中，形成各向同性的复合材料因此当芳纶浆粕的混杂比不大（即浆粕纤维的含量不多）时，浆粕纤维可充分地分散到基体中，发挥其高强度；当其混杂比超过一定值，则由于表面积过大而易结团无法分散，不能与基体有效结合，致使试样的冲击强度下降2.3摩擦性能影响因素分析摩擦系数是摩阻材料*重要的一个指标，它直接反映了材料的摩擦学特性国标规定汽车用制动衬片的摩擦系数在Q 3-0.6之间本试验所制备的试样均能满足要求23. 1树脂含量对摩擦系数的影响从可以看出，随树脂含量的加，材料的摩擦系数先大，然后又逐渐下降。由于所用树脂为丁腈橡胶改性酚醛，如前所述，其本身的耐热性很好，韧性很高，在压力及摩擦热的作用下树脂变形，大了材料与对偶的实际接触面积，根据摩擦学“粘着理浆粕混杂比30%不变），材料的摩擦系数先减小，含量超过10%后，摩擦系数又开始大碳纤维属”乱层石墨“结构，本身具有自润滑性和一定的减摩作用。碳纤维含量较低时，由于发生在摩擦界面的犁切阻力较小，碳纤维的减摩作用十分明显，因而表现出随碳纤维含量的加，材料的摩擦系数下降；当碳纤维含量较高时，由于碳纤维本身具有高的模量和强度，所以滑动时抗犁切阻力相当大，远远超过了碳纤维的减摩作用，从而表现出摩擦系数随纤维含量2 3.3芳纶浆粕混杂比对摩擦系数的影响从可以看出，在保持纤维总含量12%不变芳纶浆粕混杂比与摩擦系数关系的曲线的条件下，随着浆粕在碳纤维芳纶混杂纤维中的比例的大，材料的摩擦系数不断下降，但变化幅度不大这是因为芳纶在材料摩擦过程中容易在对偶的界面上形成转移膜，使摩擦表面变得相对光滑，减小了摩擦阻力，从而导致摩擦系数下降。由于芳纶含量总体较小，这种减摩作用也有限。在摩擦试验的过程中，发现含有芳纶试样的摩擦曲线波动幅度比单一碳纤维强的试样普遍要小，即加入芳纶浆粕改善了摩擦系数的平稳性，这正是摩擦材料所需要的。

　　23.4树脂含量对磨损量的影响磨损量是摩阻材料另一个重要的指标，它反映了材料的使用寿命。国标规定汽车用制动衬片的磨损量不大于5.（X 107cm3/kgf*m所有试样的结果都低于此值。

　　从可以看出，树脂含量低时（20%），材料的比磨损率相对较大；随着树脂含量的加，材料的比磨损率呈线性减小，但减小幅度较为缓和。由于树脂在滑动摩擦过程中将在对偶表面形成一层转移膜，这种转移膜能填平对偶凹凸不平的表面，起到润滑剂的效果，从而使对偶对材料的刮擦作用减少，减低了磨损量。树脂含量大，转移膜的厚度也随之加，减磨作用也大另外，树脂含量较大时，界面上的磨粒更容易被重新压回材料中，形成材料的自修复，强了摩擦表面的自净性，磨粒磨损减少。可以看出，树脂含量高的材料的磨损表面比树脂含量低的材料的要“光滑”本试验说明在所涉及树脂含量范围内，加树脂含量有利于降低磨损但这并不树脂含量与比磨损率关系的曲线意味着树脂含量继续大，磨损量也会继续降低，因为转移膜对磨损的改善作用是有限的，当转移膜达到一定厚度以后，其他因素将成为影响磨损的主导因素。

　　3结论选用丁睛橡胶改性酚醛树脂为基体，可使摩阻材料具有良好的耐热性和适宜的摩擦学性能，是一种较合适的粘接剂芳纶浆粕可适度降低摩擦系数，有效提高摩擦性能的稳定性用碳纤维和芳纶浆粕混杂作为强材料不仅可减少纤维用量降低了成本，而且可充分发挥每一种纤维的优点，弥补相互的缺点，使性能更加优异。