隨著無石棉摩擦材料的迅速發(fā)展，新一代陶瓷型摩擦材料正在迅速發(fā)展，特別是在歐洲，由于汽車的速度比較高，要求新一代摩擦材料具有制動效能好，摩擦系數(shù)比較高，高溫摩擦性能穩(wěn)定，對對偶磨損小等特點(diǎn)。在此類摩擦材料的原料中，巖石棉纖維是重要原料之一。噴膠巖石棉由礦渣和其它巖石經(jīng)過熔融，噴絲，涂膠，去渣，粉碎等加工過程而制成的帶顆粒狀的短纖維。見圖1 。在國外，已經(jīng)廣泛用于盤式剎車片和鼓式剎車片，有些顆粒棉也用于工程塑料和塑料裝飾板。用于摩擦材料的噴膠巖石棉的主要技術(shù)要求如下：
| 項(xiàng)目 | RFC-1 | RFC-2 |
| 外觀 | 黃色的纖維組成的絨狀物或顆粒狀物 | 黃色的纖維組成的絨狀物或顆粒狀物 |
| 纖維長度mm | 0.8~1.5 | 0.5~1.0 |
| 含水量 | <2.0% | <2.0% |
| 比重 | 2.6~2.8g/cm3 | 2.6~2.8g/cm3 |
| 渣球含量 | <5.0% | <5.0% |
一：樣品制造
1：基本工藝：混料，熱壓，熱處理，燒蝕處理
1、基本配比：
噴膠巖石棉?常州 華東特種纖維?5-15% 碳纖維預(yù)氧絲?常州 華東特種 纖維?1-5% 其他纖維：芳綸，杜邦，阿克蘇 ，有機(jī)纖維 華東特種纖維?15-30% 金屬纖維：鋼纖維珠海，紫銅纖維：常州華宇?10-20% 黏合劑?酚醛樹脂?上海?十拿?3130?4-10% 固體潤滑劑 硫化物。石墨，煅燒石油焦(華東特種)?10-40% 其他?適量
二、試驗(yàn)方法和結(jié)果:
1、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
按照上面 的基本工藝和配比制造的GM(吉馬)樣品，按照GB5763-1998用定速試驗(yàn)機(jī)，按照SAEj661用CHASE 試驗(yàn)機(jī)，按照SAE2430用臺架試驗(yàn)機(jī)，進(jìn)行測試評估。按照GB5763-1998 的試驗(yàn)結(jié)果與日本以及國外某礦棉供應(yīng)商提供的樣品比較測試見圖2，其中磨損分別是按照國標(biāo)計(jì)算的體積磨損率Δ量磨損折算的體積磨損率ΔV2和每一個(gè)溫度下的兩塊樣品的磨損中重量ΔW，按照SAEJ661的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1 , 臺架試驗(yàn)樣品用吉馬含有噴膠巖石棉的樣品 FMSI7497-D601，試驗(yàn)用轉(zhuǎn)動慣量85.3kgm2試驗(yàn)結(jié)果見圖3，評估結(jié)果見表2，圖中SPECIFIC TORQUE 為比力矩Nm/Kpa，即制動時(shí)產(chǎn)生的力矩和制動壓力之比。
表1?樣品CHASE測試結(jié)果
| 樣品名稱 | 正常摩擦系數(shù) | 熱摩擦系數(shù) | 重量磨損*% | 線性磨損*% |
| GM含有巖石棉的樣品 | 0.41F | 0.4F | 1.4 | 1.5 |
| 外來含進(jìn)口巖石棉樣品 | 0.48G | 0.47G | 3.7% | 3.8 |
剎車片在臺架試驗(yàn)全過程的線性磨損0.32毫米。重量磨損單片5.3克。對偶磨損0.05毫米，
三、試驗(yàn)結(jié)果討論：
最近幾年來。摩擦性能比較好的的陶瓷型摩擦材料以及NAO等材料發(fā)展迅速，摩擦磨損性能比以前多有很大的提高，其重要特點(diǎn)為：樹脂等有機(jī)粘結(jié)劑含量低（1），摩擦性能平穩(wěn)，氣孔率高。成型溫度低等特點(diǎn)，在樹脂等有機(jī)物含量低的情況下。要使材料的摩擦磨損保持到比較好的水平，配方中的每一種材料的選擇多非常重要。涂膠巖石棉在無機(jī)的人造纖維中廣泛使用，巖石棉的原料來源于煉鋼的礦渣或類似的巖石，其產(chǎn)品的硬度低于硅灰石，其熔點(diǎn)大約1000度左右，在汽車盤式剎車片的制動過程中，例如衰退試驗(yàn)或高速制動，多會產(chǎn)生比較高的溫度，表面的體積溫度高達(dá)600度以上，這樣局部接觸面的閃火溫度在1000度以上，由于盤式剎車片的制動壓力比較高，制動管路壓力最高的大的12Mpa,在剎車片上的比壓一般3Mpa.高的達(dá)6Mpa.這樣，局部接觸點(diǎn)的比壓可能要高出5-10倍，高的壓力可以降低摩擦材料中一些易熔材料的熔點(diǎn)。增加流動性。在這樣高的溫度和壓力下。摩擦材料中的易陶瓷化的硅酸鹽，金屬，氧化物。金屬鹽，硫化物等，在高溫和高壓下必然參與反應(yīng)，一些有機(jī)物氧化或碳化，樹脂粘接功能失效，巖石棉由于其合適的熔點(diǎn)和比較細(xì)的纖維顆粒能保持在較高溫度下的摩擦磨損性能，由于在此溫度下的玻璃化（玻璃化溫度7500C）
表2：吉馬（GM）樣品的測試結(jié)果評估BEEP測試
| BEEP criteria BEEP標(biāo)準(zhǔn) | parameter 參數(shù) | UNIT 單位 | mininum level最小值 | maxinum level最大值 | tested material試驗(yàn)材料 | criteria assessment標(biāo)準(zhǔn)評估 |
| Effectiveness Space效能空間 | Between limit極限范圍 | Nm/ kPa比力矩 | 0.172 | 0.459 | 0.308 | meets criteria 符合標(biāo)準(zhǔn) |
| Cold Effectiveness 冷效能 | Below maximum pedal force最大踏板力以下 | N 牛頓 | 667 | 240 | meets criteria 符合標(biāo)準(zhǔn) | |
| Fade Snubs衰退 | Below maximum pedal forc最大踏板力下 | N 牛頓 | 667 | 158 | meets criteria 符合標(biāo)準(zhǔn) | |
| Hot Performance iteria #1 1#熱特性標(biāo)準(zhǔn) | Torque above 60% of Cold Effect冷特性的60% | Nm 牛米 | 1019 | 1348 | 1348 | meets criteria 符合標(biāo)準(zhǔn) |
| Hot Performance iteria #2 2#熱特性標(biāo)準(zhǔn) | Torque above 0.5g Deceleration力矩0.5g減速度 | Nm 牛米 | 1301 | 2090 | 2090 | meets criteria 符合標(biāo)準(zhǔn) |
| Structural Integrity結(jié)構(gòu)完整性 | Integrity above minimum至少完整 | % | 90 | 100 | meets criteria 符合標(biāo)準(zhǔn) | |
| No Power-assist Cold 無動力輔助冷制動 | Torque above 0.249g Deceleration力矩0.249減速度以上 | Nm 牛米 | 649 | 753 | for reference only僅僅推薦 | |
| No Power-assist Normal無動力輔助常態(tài) | Torque above 0.249 g Deceleration力矩0.249減速度以上 | Nm 牛米 | 649 | 825 | for reference only僅僅推薦 |
Acceptance criteria approved by the BMC Friction Materials Committee and Technical Steering Committee at the date of Criteria assessment BEEP Criteriarelease of this report.此報(bào)告由BMC磨擦材料委員會和技術(shù)的指導(dǎo)委員會對這報(bào)告的標(biāo)準(zhǔn)評估和批準(zhǔn)。
減少了對偶的磨損，是一種比較理想的骨架材料之一，試驗(yàn)中各種試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)?zāi)p率多比較低。而且摩擦性能適中。如果選用熔點(diǎn)很高的陶瓷纖維，雖然也能得到較好的摩擦性能，和骨架作用，但摩擦材料的磨損和對對偶的磨損必然增大。同時(shí)由于配方中的樹脂含量比較低，低溫到高溫的磨損平穩(wěn)過渡就非常困難，有時(shí)會出現(xiàn)非常大的磨損拐點(diǎn)。因此，在低樹脂含量配方中，一般用陶瓷纖維和其他熔點(diǎn)較高的纖維的摩擦材料高溫磨損都比較大。當(dāng)然，由于制動過程中材料非常復(fù)雜的物理化學(xué)變化，因此往往要用非常復(fù)雜的配方來調(diào)整相互的作用（2）（3）又要考慮到成本等因素，譬如銅纖維，銅粉，價(jià)格都比較昂貴，雖然性能比較好，但用量也受到成本的限制，國產(chǎn)噴膠巖石棉價(jià)格比較低，如果各種配比合適，同樣也能起到較好的效果。見圖2，3含噴膠巖石棉的盤式剎車片樣品常溫和高溫的磨損多比較小。定速試驗(yàn)的磨損百分比分別為1.7%和2%以5毫米厚樣品計(jì)算。累計(jì)磨損僅0.09毫米和0.31克，測試結(jié)果和國外的陶瓷型和NAO 剎車片相類似。在CHASE 試驗(yàn)機(jī)上也得到類似的結(jié)果。臺架試驗(yàn)進(jìn)一步說明，其磨損每片線性磨損0.32毫米。重量磨損單片5.3克，摩擦性能也比較溫度，在BEEP評估中性能較好。因此巖石棉在少金屬纖維的無石棉摩擦材料中如陶瓷型摩擦材料中是非常非常有價(jià)值的石棉代用品之一，由于有比較低的玻璃化溫度，因此 在盤式剎車片的制動過程中，由于制動壓力大，速度高，因此產(chǎn)生比較高的制動溫度，可以達(dá)到700度以上，在種種情況下，已經(jīng)超過了巖石棉的玻璃化溫度。這樣能起到一定的無機(jī)黏合劑的作用，就可以用較低的黏合劑的用量，比較低的黏合劑用量能改善熱衰退。在盤式剎車片的臺架試驗(yàn)中，其摩擦性能 耐磨性以及對對偶的磨損都優(yōu)于含有鋼纖維比較多的盤式剎車片。由于材料在高溫時(shí)比較軟，這樣能降低對偶的磨損和減少制動噪音。從國外含巖石棉的對比樣品的結(jié)果看，雖然摩擦性能可以，但磨損并不低，這可能與配比有關(guān)。
巖石棉的主要成分為硅酸鈣，比重2.7，氧化硅42.1%，氧化鋁8.1%，氧化鈣35.4%，氧化鎂7.8%，其他無機(jī)物6.6%，其物理性質(zhì)：直徑1-10微米，平均2-5微米長度275微米，長徑比平均40-80，非纖維物質(zhì)4%，熔點(diǎn)1000°C.，由于巖石棉的化學(xué)成分界于石棉和硅灰石之間。和玻璃有較大的差別，所以其摩擦磨損性能也不同于玻璃纖維和硅灰石，玻璃纖維和硅灰石磨損比較大.摩擦性能比較好。，容易產(chǎn)生制動噪音。對對偶的磨損也比較大。巖石棉耐磨性優(yōu)于玻璃纖維和硅灰石，摩擦性能比較穩(wěn)定，由于巖石棉表面作了涂膠處理，和其他樹脂和填料的相容性好。玻璃纖維和硅灰石比較差。和鋼纖維相比，導(dǎo)熱性低于鋼纖維，可以降低剎車片背面的溫度。與硅酸鋁纖維相比由于硅酸鋁纖維的熔點(diǎn)比較高，而且比較硬，所以不大合適用于盤式剎車片。巖石棉和玻璃纖維，粘膠纖維，碳纖維預(yù)氧絲，纖維素纖維，麻纖維，等多種纖維復(fù)合使用，可以代替價(jià)格昂貴的芳綸，制造和石棉摩擦材料性能相近和成本比較低的無石棉摩擦材料，提高市場的價(jià)格競爭能力。
陶瓷型摩擦材料并不是陶瓷纖維摩擦材料，陶瓷纖維比較高的熔點(diǎn)可能并不適合盤式剎車片，如何 使摩擦材料原料在制動過程的動態(tài)燒結(jié)形成穩(wěn)定的摩擦表面層比一般陶瓷材料的高溫?zé)Y(jié)和粉末冶金摩擦材料的在保護(hù)氣體的加壓燒結(jié)更復(fù)雜，這方面還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。
四、結(jié)論：
- 噴膠巖石棉適用于盤式剎車片，是新一代陶瓷型摩擦材料的重要原材料之一。是比較好的石棉代用品之一。
- 噴膠巖石棉摩擦磨損性能比較好，價(jià)格低，可以大量推廣使用。
- 陶瓷化配方是一個(gè)復(fù)雜的過程，還需要進(jìn)一步試驗(yàn)研究。
參考文獻(xiàn)
- 徐仁泉?低含量樹脂摩擦材料的試驗(yàn)研究?2007協(xié)會會刊第二期
- 徐仁泉?特種纖維在摩擦材料中運(yùn)用的研究?2003協(xié)會會刊第三期
- 徐仁泉?硫化銻在摩擦材料中的運(yùn)用?2001協(xié)會會刊3期
發(fā)表于2008年摩擦材料學(xué)術(shù)交流會論文?