樹脂基摩擦材料耦合機理研究

鐘厲，吳林群，陳夢青

?

樹脂基摩擦材料耦合機理研究

鐘厲，吳林群，陳夢青

（重慶交通大學 機電與車輛工程學院，重慶 400074）

提高樹脂基摩擦材料的機械性能和摩擦磨損性能。利用纖維的協同耦合效應制備混雜纖維增強材料，通過正交實驗法設計配方，探究混雜纖維對摩擦材料性能的影響。借助掃描電鏡對磨損表面和磨屑的微觀形貌進行分析，使用能譜分析其元素組成，以探究摩擦材料的耦合機理。混雜纖維含量從8%增加到10.5%，摩擦材料的洛氏硬度和剪切強度分別維持在50~75 HRB、11.5~16.5 MPa適宜范圍內，其中S3試樣的洛氏硬度最大，為71 HRB，S4試樣的剪切強度最大，為16.1 MPa。混雜纖維的交叉耦合效應決定了摩擦材料的機械性能。碳纖維在接觸表面形成一層轉移膜，發揮著潤滑降溫的作用，對摩擦材料的摩擦系數及磨損率均影響最大。轉移膜的形成可有效緩解熱衰退現象。適宜含量的混雜纖維可使摩擦表面形成連續的轉移膜，且粒徑細小的磨屑可提高轉移膜的自潔性，從而降低摩擦材料的磨損率。磨損機理也由磨粒磨損和粘著磨損轉變為多種機理綜合的磨損形式。

混雜纖維；摩擦材料；耦合機理；熱衰退；耐磨性；磨損機理

隨著汽車行業的快速發展和節能環保意識的不斷提高，單一纖維增強的摩擦材料制品越來越不能滿足當今社會需求，這對摩擦材料的性能提出了更高的挑戰，要求其具有良好的抗制動衰減性、熱穩定性和高耐磨性[1-3]。國內外學者為改善摩擦材料的性能[4-5]進行了深入研究。鄒軍等[6]分析了鋼纖維和氧化鐵粉含量對摩擦材料性能的影響，發現氧化鐵粉可改善材料的抗高溫熱衰退性。覃群等[7]測試B4C含量對摩擦材料性能的影響，得出B4C顆粒在摩擦過程中具有抵抗對磨偶件的表面犁削作用，可提高耐磨性，且其質量分數為6%時，材料具有最佳耐磨性能。Federicia等[8]提出采用涂覆超音速噴涂碳化鎢（HVOF）涂層的制動盤，不僅降低摩擦材料的磨損率，而且減少環境中顆粒物的釋放。這些大都是針對摩擦磨損性能進行研究，而在混雜纖維耦合機理方面研究較少。

由于樹脂基摩擦材料的硬度高，會導致對偶貼合性差，易造成對偶損傷產生噪聲[9-10]，且基體樹脂本身熱穩定性差、耐熱性不足，易產生熱衰退現象[11]。針對這一系列弊端，混雜纖維發揮了其絕對優勢，利用材料的復合效應，通過纖維的交叉耦合作用，構建新型摩擦材料整體[12-13]，是當前樹脂基摩擦材料的重要研究方向。混雜纖維增強亦成為高性能摩擦材料的首選。

當前對摩擦材料的研究以宏觀摩擦學性能為主，本文擬采用碳纖維、芳綸纖維、復合礦物纖維和六鈦酸鉀晶須進行混雜，探討混雜纖維對摩擦材料性能的影響，借助SEM觀察高溫磨損后表面及磨削的微觀形貌，使用EDS分析其元素組成，以探索樹脂基摩擦材料的耦合機理，提出摩擦材料的微觀磨損機制，并對增強纖維之間的耦合機理進行深入探究。使摩擦帶來的結果朝著有利的方向發展，對節能、降耗具有積極的指導意義。

1 試樣的制備和性能測試

1.1 原材料和配方設計

分別選用型號為T800S、Twaron、RB250、UM- T-950的碳纖維、芳綸纖維、復合礦物纖維以及六鈦酸鉀晶須四個影響因素進行混雜，填料及摩擦性能調節劑選擇硫酸鋇、鉻鐵礦粉、鋯英石、鱗片石墨、蛭石、硫化銻、焦炭、人造石墨、摩擦粉等。本文利用正交試驗法，選擇三個水平（1%、1.5%、2%）混雜纖維用量研究其對樹脂基摩擦材料摩擦磨損性能的影響，致力于尋找最優配方的最優解，見表1。

表1 正交試驗安排表

Tab.1 Orthogonal test schedule wt%

碳纖維具有耐高溫、耐磨損、密度及熱膨脹系數小等優點。以碳纖維增強的制動片比強度是鋼和鋁等金屬的3倍，不僅摩擦系數穩定、耐磨性高，而且抗熱衰退能力極強，是一種綠色環保型制動復合材料。以芳綸纖維增強的摩擦制品具有較高的抗沖擊強度、低的制動噪音，且不會對制動對偶產生損傷。復合礦物纖維可顯著改善摩擦系數，其增強的摩擦制品具有較合理的技術經濟綜合性能，在機械強度、摩擦性能及工藝可操作性等多方面，可滿足實際生產和使用要求。六鈦酸鉀晶須較強的紅外線反射能力，可快速釋放摩擦過程中產生的部分能量，提高摩擦材料的使用溫度，較低的導熱系數可減緩摩擦過程中能量的傳遞速率，降低摩擦材料的升溫速率，高溫吸音性能可減小摩擦過程中的制動噪聲[14]。

1.2 試樣制備流程

試樣制備流程如圖1所示。具體步驟為：

（1）用SF-400A電子天平（深圳雅量衡器公司）稱取原材料。

（2）將芳綸纖維與復合礦物纖維分別投入XL633犁耙式混料機（武漢市祥龍摩擦材料有限公司）中開散10~15 min，再將剩余原材料一起倒入混料機中混料25 min，混料2次獲得均勻的壓塑料。

（3）將材質Q235、厚度5 mm的鋼背放入Q326C型履帶式拋丸機（武漢市祥龍摩擦材料有限公司）中拋光15 min，除去表面銹斑。在鋼背粘接面上刷兩次J-04B膠液，晾放至不粘手。

（4）將XL100-63T四柱壓力機（武漢市祥龍摩擦材料有限公司）模具預熱至設定溫度，上模140 ℃，中模130 ℃，下模170 ℃，倒入4×95 g塑料，蓋上鋼背，設定壓制壓力為13 MPa，15 s排氣1次，共排3次，保壓時間為5 min，即可完成熱壓成型。

（5）將熱壓成型后的盤式制動器襯片放入SMO-3精密電熱鼓風干燥箱（武漢市祥龍摩擦材料有限公司）中，加熱至140 ℃保溫0.5 h，再加熱至160 ℃保溫0.5 h，繼續加熱至180 ℃保溫1.5 h，期間通過鼓風調節溫度使之均勻，并排出期間產生的氣體，熱處理結束后冷卻至室溫，取出制動襯片。

（6）將熱處理后的盤式制動器襯片利用XL421多刀切樣機（武漢市祥龍摩擦材料有限公司）制成所需試樣。

圖1 流程圖

1.3 試樣性能測試

1.3.1 機械性能

試驗選用壓頭為B標尺鋼球、總試驗力加載至980.7 N（100 kg）的HR-150A型洛氏硬度計（廈門群隆儀器有限公司）對摩擦材料進行硬度測定[15]。設定XL101型剪切強度試驗機（武漢市祥龍摩擦材料有限公司）正壓力為3 kN，剪切速率為(3000±500) N/s，對摩擦材料進行剪切強度測定。

1.3.2 摩擦磨損性能

選用摩擦盤材質為HT250灰鑄鐵、設定恒定壓力為0.98 MPa的XL112型定速式摩擦試驗機（武漢市祥龍摩擦材料有限公司），測定摩擦材料的摩擦磨損性能。首先測定摩擦材料的摩擦系數，再按公式（1）計算磨損率。

式中：為試樣中心與摩擦盤旋轉中心的距離（15 cm）；為摩擦面總面積（cm2）；為總轉數；1和2分別為試驗前后試樣的平均厚度（cm）；m為試驗時總平均摩擦力（N）。

按照公式（2）計算衰退率：

1.4 磨損面和磨屑的微觀形貌及能譜分析

試驗采用S-3700N型SEM（日本株式會社日立高新技術公司）觀察摩擦材料的微觀組織形貌[16]，先將未試驗試樣、試驗后試樣及摩擦斷裂后的試樣放入E-1010型真空鍍金儀（日本株式會社日立高新技術公司）中進行鍍金處理，再通過控制試樣面積掃描磨損前后摩擦表面和相應磨屑及斷面的微觀形貌，利用EDS分析磨損后的摩擦表面。

2 結果與分析

2.1 混雜纖維對硬度和強度的影響

根據正交實驗表，得出混雜纖維增強樹脂基摩擦材料的洛氏硬度和剪切強度測試結果，如圖2所示。

圖2 摩擦材料的洛氏硬度和剪切強度

結合正交試驗安排表（表1）中各增強纖維的含量配比，由圖2可以看出，隨著混雜纖維含量的增加，樹脂基摩擦材料的洛氏硬度呈上升趨勢，其中S1、S2、S5硬度較低，S3最高，其余試樣的洛氏硬度波動范圍較小，維持在50~60HRB之間。摩擦材料的剪切強度隨著混雜纖維含量的增加而增大，S1、S5、S6試樣的剪切強度較小，S1的剪切強度最小，S4的剪切強度最大，其余試樣的剪切強度均處于12~16 MPa范圍內。

樹脂基摩擦材料及其制品的硬度存在一個合理范圍（50~100 HRB），硬度過大易造成對偶損傷；硬度過小，則接觸面積較大且粘著作用增強，易導致粘著磨損。由圖2可知，樹脂基摩擦材料硬度適中，其中S3的硬度最大，且S3的芳綸纖維含量達最大值2%，復合礦物纖維含量達最大值7%，均有很高的剪切強度，減少了因剪切變形而造成各種形式的位錯，從而易使硬度偏高，這表明混雜纖維的硬度及比例影響著摩擦材料的硬度。剪切強度降低會引起制動系統失效，而S1剪切強度最小。因為S1中碳纖維、芳綸纖維及六鈦酸鉀晶須的含量均最低，增強纖維與基體間呈低附著狀態，可見樹脂粘結劑與增強纖維的界面粘結作用越強，復合材料的層間剪切強度就越高，也驗證了樹脂基摩擦材料剪切強度的高低取決于基體粘結強度的大小。

2.2 混雜纖維對摩擦磨損性能的影響

2.2.1 混雜纖維對摩擦系數的影響

利用極差分析法研究混雜纖維各組分對摩擦磨損性能的影響，極差值的大小表明因素水平的改變對性能指標影響的大小。

圖3為摩擦系數測試結果，結合正交實驗安排表（表1）可以看出，S1、S7、S8試樣的摩擦系數較低，S3、S4、S9試樣的摩擦系數較高，S2試樣具有良好的摩擦系數。

圖3 摩擦材料的摩擦系數

由表2可以看出，混雜纖維的四個影響因素中，碳纖維的極差值最大，對摩擦材料的摩擦系數影響亦最大。這是由于碳纖維具有良好的自潤滑性，可降低摩擦表面的溫度，且在摩擦過程中會在摩擦界面形成一層“轉移膜”，減輕脫落的硬質顆粒對基體的犁削作用，同時高導熱性的碳纖維能將摩擦產生的高熱量導出，從而緩解熱衰退。復合礦物纖維和芳綸纖維對材料的摩擦系數影響次之，因為芳綸纖維較高的熱分解溫度（初始熱分解溫度達500 ℃）和優異的熱穩定性（加熱分解不熔融），也有利于減少樹脂基摩擦材料熱衰退現象的發生。六鈦酸鉀晶須的極差值最小，對摩擦系數的影響亦最小。

表2 摩擦系數的極差分析

Tab.2 Range analysis of friction coefficient

note:fis sum of friction coefficient,fis mean value of friction coefficient,fis extreme value of friction coefficient

2.2.2 混雜纖維對磨損率的影響

磨損率的高低直接反應制動片使用壽命的長短。磨損率越低，即耐磨性越高，表明摩擦材料的使用壽命越長。由圖4可知，S1、S2、S3試樣的磨損率較低，S4、S5、S6試樣的磨損率較高，其中S2試樣的磨損率最低，為0.11×10-7cm3/(N·m)，且S2試樣混雜纖維含量適宜，可減小與對偶盤相對運動過程中的剪切力，有利于降低摩擦接觸表面溫度。

圖4 摩擦材料磨損率

由表3可以看出，混雜纖維的四個影響因素中，碳纖維的極差值最大，對摩擦材料的磨損率影響亦最大，復合礦物纖維對材料的磨損率影響次之，芳綸纖維和六鈦酸鉀晶須對磨損率的影響相對較小。碳纖維具有類似石墨晶體結構，平行層面間的各碳原子依靠范德華力連接，當受到與層面平行的切向力時，碳原子層間極易發生相互滑動，發揮優異的潤滑效果，且分布在纖維束間和層間界面處的孔隙有利于摩擦過程中熱量的散發，同時碳纖維在磨損過程中，轉移的碳原子膜涂覆在摩擦表面，從而有效地降低磨損率。而復合礦物纖維中高硬度成分（如Al2O3和SiO2等）脫落后會剝離其余組分，加劇摩擦材料的磨損。

表3 磨損率的極差分析

Tab.3 Range analysis of wear rate

note:Vis sum of wear rate,Vis mean value of wear rate,Vis extreme value of wear rate

2.3 混雜纖維的耦合機制分析

2.3.1 機械性能耦合機理

摩擦材料作為一種多組分多相體系復合材料，其成分及結構的交叉耦合效應決定了制品硬度和剪切強度等機械性能。材料的剪切變形會造成各種形式的位錯，位錯產生的塑性變形也反映為材料的硬度。丁腈橡膠改性酚醛樹脂自身剪切強度較小，而六鈦酸鉀晶須將減少晶體的位錯、空隙等缺陷，在一定程度上彌補基體樹脂塑性變形的不足，剪切強度較高，從而對硬度產生極大的影響，因此為控制摩擦材料的硬度，減少制動噪音及對偶損傷，六鈦酸鉀晶須含量須在1.5%~3%之內。隨著混雜纖維含量從8%增加至10.5%，各成分之間的耦合作用增強，剪切強度和硬度也分別升高31.2%和14.5%。樹脂基摩擦材料剪切強度的高低取決于基體粘結強度的大小，芳綸纖維較大的比表面積可改善組分與樹脂的浸潤和結合狀態，從而對剪切強度的影響極大。混雜纖維含量的增加，使得摩擦材料基體的粘結強度增大，導致剪切強度升高。

2.3.2 摩擦磨損性能耦合機理

基于混雜纖維對摩擦材料性能的影響，分別選取S2、S8試樣對磨損前后的表面形貌與磨屑及磨損后的能譜進行對比分析，進一步研究混雜纖維增強摩擦材料的耦合機理。

圖5a、圖5b分別為S8試樣表面磨損前后的形貌，可以看出：磨損前，試樣表面參差不齊、結構疏松，出現大量纖維團聚現象；磨損后，摩擦面存在較多裸露脆斷的纖維，呈現深淺不同的凹坑和大面積表層剝落的現象。這是由于摩擦材料表面微凸體在單位壓力和局部熱量的作用下易粘著，粘著點因高溫軟化被剪切脫落。摩擦過程中樹脂耗損嚴重，而混雜纖維含量較多，基體與纖維的粘結作用減弱，在外加載荷作用下產生應力集中，微裂紋擴展以釋放殘余應力，使摩擦表面發生疲勞剝落。摩擦溫度升高使有機物分解，從而引起材料損失，并形成微孔。微孔附近處迅速擴展的疲勞裂紋將穿透界面，引起填料顆粒松動而造成增強纖維從基體拔出，纖維相與基體相的硬度差異，使大量剝落的硬質填料和纖維參與磨粒磨損。如圖5c所示，磨損后產生特大塊狀磨屑，結構松散、破碎，分布不均，表明樹脂基摩擦材料磨損劇烈，發生嚴重的剝落。由表4可知，S8試樣的衰退率最大，為26.4%，與其高熱衰退率結論相一致。由圖5d可見，磨損后，摩擦表面主要含有C、O、Si、Ca、Mg、Al等元素，其中C、O元素含量較高，分別為42.5%、15.77%，主要來源于擴散或轉移的碳纖維和有機物高溫分解產生的氣體或水分子。

圖5 S8試樣的磨損表面和磨屑SEM圖以及能譜分析圖

表4 試樣的衰退率和磨損率

Tab.4 Wear rate and fade rate of samples

綜上所述，混雜纖維含量過高，即碳纖維2%、芳綸纖維1.5%、復合礦物纖維7%，摩擦材料的磨損機理主要表現為粘著磨損和疲勞磨損，并伴隨熱分解磨損和磨粒磨損。

圖6a、b分別為S2試樣表面磨損前后形貌，可以看出：未進行摩擦試驗的材料表面完整光滑連續，在日光下呈現出黑色面；磨損后，平整的摩擦面所占比例仍較大，呈現暗灰光亮色面，但也存在犁溝特性和剝落現象。這是因為樹脂基摩擦材料中，碳纖維石墨結構規整度遭到破壞后，在摩擦表面形成一層光亮連續致密的轉移膜，對基面起到保護作用。由于摩擦材料表面形貌的粗糙度和接觸的不均勻性為微凸體研磨提供了一定的條件，導致微凸體直接接觸產生冷焊而發生粘著。如圖6c所示，磨損后，磨屑主要為粒徑細小的顆粒狀，分布較均勻，成膜組成的差別導致膜的致密性存在差異，顆粒狀磨屑具有很高的表面活性，且膜粘接力較大，同時粒狀磨屑能及時從摩擦對偶接觸面排出，可保持界面轉移膜的穩定性。因此，由表4可知S2試樣的磨損率最小，為0.440×10-7cm3/(N·m)。由圖6d可見，磨損后，表面O元素含量降低了13.1%，表明轉移膜的形成在一定程度上延緩了熱衰退現象，與其衰退率最低為8.9%的結論相吻合。C元素含量增加了23.8%，進一步驗證了樹脂基摩擦材料表面摩擦膜具有較高的自潔性，表面層不斷得到更新，生成更加連續致密的轉移膜。

綜上所述，混雜纖維含量適宜，即碳纖維1%、芳綸纖維1.5%、復合礦物纖維6%，摩擦材料的磨損機理主要表現為粘著磨損和磨粒磨損。

圖6 S2試樣的磨損表面和磨屑SEM圖以及能譜分析圖

3 結語

1）六鈦酸鉀晶須對摩擦材料洛氏硬度的影響最大，芳綸纖維對剪切強度的影響最大。

2）碳纖維優異的自潤滑性及在摩擦界面形成的轉移膜，有利于減輕脫落的增強纖維和填料對基體的犁削作用，同時可以導出摩擦產生的高熱量，有效地緩解熱衰退，對摩擦材料的摩擦系數及磨損率均影響最大。

3）碳纖維對摩擦材料的摩擦系數和磨損率的影響均最大。

4）混雜纖維可以改變摩擦材料的磨損機理，隨著混雜纖維含量從8%增加到10.5%，磨損機理也由磨粒磨損和粘著磨損轉變為粘著磨損和疲勞磨損，并伴隨熱分解磨損和磨粒磨損多種機理綜合的磨損形式。

5）摩擦表面有完整致密連續的轉移膜且磨屑粒徑細小時，有利于提高轉移膜的自潔性，從而降低摩擦材料的磨損率。

[1] 徐祥, 楊明. 有機復合摩擦材料及其研究現狀[J]. 材料導報, 2015, 29(11): 81-86. XU Xiang, YANG Ming. Research situation of the organic brake friction materials[J]. Materials review, 2015, 29(11): 81-86.

[2] 鐘厲, 王昭銀, 劉力, 等. 新型低樹脂基摩擦材料的優化設計及性能研究[J]. 潤滑與密封, 2016, 41(1): 96-103. ZHONG Li, WANG Zhang-yin, LIU Li, et al. Research on properties and optimization design of low content resin friction materials[J]. Lubrication engineering, 2016, 41(1): 96-103.

[3] 魯張祥, 崔功軍, 任劍. 玻璃和碳纖維含量對樹脂基摩擦材料摩擦學性能的影響[J]. 潤滑與密封, 2018, 43(1): 76-80. LU Zhang-xiang, CUI Gong-jun, REN Jian. Effect of glass and carbon fiber content on tribological properties of resin based friction materials[J]. Lubrication engineering, 2018, 43(1): 76-80.

[4] 劉建發, 孫胃濤, 付雪松, 等. 竹炭/碳纖維增強樹脂基摩擦材料摩擦磨損性能[J]. 工程塑料應用, 2017, 45(7): 17-20. LIU Jian-fa, SUN Wei-tao, FU Xue-song, et al. Tribological properties of bamboo charcoal/carbon fiber reinforced resin based composite friction materials[J]. Engineering plastics application, 2017, 45(7): 17-20.

[5] 李慎飛, 付業偉, 李賀軍, 等. 對偶材料對樹脂基摩擦材料摩擦磨損性能的影響[J]. 潤滑與密封, 2014, 39(7): 36-39. LI Shen-fei, FU Ye-wei, LI He-jun, et al. Effect of mating materials on friction and wear properties of resin-based friction materials[J]. Lubrication engineering, 2014, 39(7): 36-39.

[6] 鄒軍, 周元康, 丁旭, 等. 鋼纖維和氧化鐵粉含量對半金屬摩擦材料摩擦磨損性能的影響[J]. 潤滑與密封, 2011, 36(1): 56-60. ZHOU Jun, ZHOU Yuan-kang, DING Xu, et al. Effect of steel fiber and iron oxide powder content on friction and wear performance of semi-metallic friction materials[J]. Lubrication engineering, 2011, 36(1): 56-60.

[7] 覃群, 王天國, 華建杰. B4C含量對銅基粉末冶金摩擦材料摩擦磨損性能的影響[J]. 潤滑與密封, 2017, 42(8): 77-81. QIN Qun, WANG Tian-guo, HUA Jian-jie. Effect of B4C content on friction and wear properties of copper-based powder metallurgy friction materials[J]. Lubrication engineering, 2017, 42(8): 77-81.

[8] Federicia M, Menapacea C, Moscatellib A, et al. Pin-on-disc study of a friction material dry sliding against HVOF coated discs at room temperature and 300 ℃[J]. Tribology international, 2017(115): 89-99.

[9] 王曉芳, 李小博, 張敏. 鈦酸鉀晶須改性酚醛樹脂基摩擦材料的性能研究[J]. 化工新型材料, 2017, 45(6): 131- 133. WANG Xiao-fang, LI Xiao-bo, ZHANG Min. Performance study on resin-based friction material reinforced by potassium titanate whisker[J]. New chemical materials, 2017, 45(6): 131-133.

[10] 崔艷芹, 劉學慶. 汽車制動摩擦材料的性能要求及影響因素[J]. 材料導報, 2014, 28(S1): 413-416. CUI Yan-qin, LIU Xue-qing. Performance requirements and effect factors of automotive brake friction composites [J]. Materials review, 2014, 28(S1): 413-416.

[11] 王宏亮, 侯貴華, 王占紅. 利用高比熱鉀長石提高樹脂基摩擦材料抗熱衰退性能的研究[J]. 非金屬礦, 2012, 35(1): 76-80. WANG Hong-liang, HOU Gui-hua, WANG Zhan-hong. The research on resisting thermal decay property of resin-based friction material filled with high specific heat potash feldspar[J]. Non-metallic mines, 2012, 35(1): 76-80.

[12] Straffelini G, Verma P C, Metinoz I, et al. Wear behaviors of a low metallic friction material dry sliding against a cast iron disc: Role of the heat-treatment of the disc [J]. Wear, 2016(348): 10-16.

[13] 王永紅, 王旭, 陳進林, 等. 無銅多維復合增強樹脂基剎車片的研究[J]. 潤滑與密封, 2016, 41(9): 26-31. WANG Yong-hong, WANG Xu, CHEN Jin-lin, et al. Research on multi-reinforced copper-free resin-based brake pad materials[J]. Lubrication engineering, 2016, 41(9): 26-31.

[14] 王曉芳, 李小博, 張敏. 鈦酸鉀晶須改性酚醛樹脂基摩擦材料的性能研究[J]. 化工新型材料, 2017, 45(6): 131-133. Wang Xi-fang, Li Xiao-bo, ZHANG Min. Performances study on resin-based friction material reinforced by potassium titanate whisker[J]. New chemical materials, 2017, 45(6): 131-133.

[15] 劉力, 鐘厲, 張杰, 等. 樹脂基剎車片的性能評價研究[J]. 粉末冶金工業, 2018, 28(2): 72-77. LIU Li, ZHONG Li, ZHANG Jie, et al. Performance evaluation of resin-based brake pads[J]. Power metallurgy industry, 2018, 28(2): 72-77.

[16] 吉政甲. 樹脂基摩擦材料組分形態及其對摩擦性能影響研究[D]. 北京: 中國地質大學, 2017. JI Zheng-jia. Study on the component morphology and tribological properties of resin based friction materials[D]. beijing: China university of geosciences, 2017.

Research on Coupling Mechanism of Resin-based Friction Materials

,,

(School of Mechatronics & Vehicle Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

The work aims to improve the mechanical properties and friction and wear properties of resin-based friction materials. The composite fiber reinforced material was prepared by the synergistic effect of fiber. The influence of the hybrid fiber on the properties of the friction material was investigated by orthogonal experimental method. The microstructure of the wear surface and debris was analyzed by scanning electron microscope, and the element formation was analyzed by the energy spectrum to explore the coupling mechanism of the friction material. With the increase of the mixed fiber content from 8% to 10.5%, the Rockwell hardness and shear strength of the friction materials were maintained in the suitable range of 50~75 HRB and 11.5~16.5 MPa. The S3 specimens had the highest hardness (71HRB) and the S4 specimens had the best shear strength (16.1 MPa). The cross coupling effect of the hybrid fibers determined the mechanical properties of the friction materials. Carbon fiber formed a transfer film on the contact surface, which played a role of lubricating and cooling. The friction coefficient and wear rate of the friction material were affected significantly. The formation of transfer membrane can effectively alleviate the phenomenon of heat recession. The suitable content of the hybrid fiber can make the friction surface form a continuous transfer film and the fine particle size can improve the self cleaning of the transfer film, thus reducing the wear rate of the friction material. The wear mechanism also changes from abrasive wear and adhesive wear to various mechanisms of wear.

hybrid fiber; friction materials; coupling mechanism; heat decline; wear resistance; wear mechanism

2018-05-11；

2018-08-27

Basic Science and Frontier Technology Research (Key) Project in Chongqing (cstc2015jcyj BX0140)

ZHONG Li (1965—), Female, Doctor, Professor, Research focus: materials surface engineering and friction materials. E-mail: 2441985314@qq.com

th117

A

1001-3660(2019)02-0159-07

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.023

2018-05-11；

2018-08-27

重慶市基礎科學與前沿技術研究（重點）項目（cstc2015jcyjBX0140）

鐘厲（1965—），女，博士，教授，主要研究方向為材料表面工程及摩擦材料。郵箱：2441985314@qq.com