混雜纖維在無石棉摩擦材料中的應用研究

段亞萍，李國兵，張 振

（咸陽非金屬礦研究設計院有限公司，陜西 咸陽 712021）

1 混雜纖維在無石棉摩擦材料應用現狀

目前，我國在盤式片無石棉摩擦材料開發方面的進展比較快，但在中重型載重車鼓式制動器襯片無石棉化方面的進展較為緩慢，雖然很多摩擦材料廠家及各科研院所已經做了很多卓有成效的工作[1]，但與小車盤式摩擦片無石棉進程相比，以及主機廠、維修市場對摩擦材料的要求相比，還有很大差距，主要表現在：①無石棉鼓式片穩定性比較差；②鼓式片本身的性能有缺陷，不能滿足客戶的要求。

為了能較好地解決以上的一些問題，在充分論證的基礎上，采取以下解決辦法：工藝上選擇在鼓式片生產中應用較廣泛的干法筒模生產工藝。在增強材料上選擇以3～5種的混雜纖維為主，包括礦物纖維、玻璃纖維、碳纖維預氧絲等混雜，使纖維能取長補短，如玻璃纖維主要起產品增強沖擊強度；碳纖維預氧絲主要解決產品在整個過程特別是高溫使用狀態下的耐磨性；表面經過活性處理的礦物纖維，一方面可以增加產品整體強度，另外又可以增加產品的摩擦系數及耐磨性能等。

2 試驗方案

2.1 摩擦材料配方設計

粘結劑主要為耐熱性比較好的腰果油改性樹脂輔以粉末丁腈橡膠，樹脂主要是解決產品粘結作用，保證產品能形成一個整體，耐高溫性能比較好，粉末丁腈橡膠能改善產品的柔軟性，降低產品的硬度[2]，樹脂設計的重量比13%～15%，粉末丁腈橡膠3%～5%，總的粘結劑重量比16%～20%，總的粘結劑體積比18%～24%。

增強材料主要以礦物纖維為主機纖維，輔以木質纖維素纖維、玻璃纖維、碳纖維預氧絲等[3]。總體增強纖維重量比30%～45%，體積比18%～30%。

增磨材料主要以重晶石、鋯英粉、a-氧化鋁等、重質碳酸鈣重量比25%～30%，體積比18%～23%。

減磨材料主要以天然石墨、焦炭粉作為減磨劑，主要作用：穩定摩擦系數，降低產品的磨損。總的重量比12%～20%，體積比15%～23%。

其他材料包括著色劑、蛭石、脫模劑等，主要是調節產品的顏色外觀，保證產品脫模。總的重量比3%～8%，體積比3%～8%。

在選擇材料時，性能及工藝性兩個要素同時考慮，使產品具有較理想的性能，同時產品在生產過程中，要用現有生產工藝條件。在配方設計時，指定摩擦系數需確定為0.40～0.50。

2.2 摩擦材料制備工藝設計

為了進一步驗證混雜纖維的實際效果，設計一個基礎配方，生產工藝沿用現有的應用比較多的干法筒模生產工藝，也能穩定高效大規模的生產；另外筒模工藝特別適用于增強纖維比較短的配方，熱壓成型比較容易，不用再增加新的設備和工序。工藝流程為：物料稱量——混拌——熱壓——熱處理——磨制加工——鉆孔——打碼——檢驗——包裝。

針對無石棉配方的特點，對不適應無石棉大規模生產的工藝參數進行調整，如混料過程中的加料順序、混合時間等參數進行調整(玻璃纖維混拌時間太久容易結團，在混拌時，玻璃纖維最后30s再加入)，另外，需對生產過程中的注意事項進行詳細說明。

工藝上，仍延用傳統摩擦材料干法工藝流程[4]，在混料時，加料順序及混合時間方面，與傳統的石棉片生產工藝有所不同，對相應的工藝參數進行調整。另外對無石棉生產過程中容易出現粘模的問題，在配方及工藝方面都進行了改進，如增加內脫模劑，提高模具的光潔度等。

3 試驗結果與討論

根據制訂的方案，在研發過程中逐一實施，并針對在實施過程中的問題進行改進，不斷地完善工藝，確定各工序的技術參數。如混合時間、加料順序、熱壓溫度、熱壓時間、單位壓力、熱處理工藝等，有針對性的進行調整，使這種混雜無石棉配方能夠大規模穩定的生產。

經過三個多月近幾十次的小樣試驗，初步研發出各項性能都比較滿意的小樣產品，同時在試驗的過程中，對理論上確定的工藝技術參數進行進一步的驗證，按GB 5763-2008《汽車用制動器襯片》[5]標準測試摩擦磨損性能，同時對產品的硬度、密度、沖擊強度等參數進行測試，在權衡各種性能指標的前提下，確定最終的產品配方，并進行小樣測試[6-7]。

為了驗證其配方的重復性及穩定性，對上述配方進行了多次重復實驗，盡可能地消除研發過程中的偶然性，經過多次的重復，結果如表1、表2所示。

表1 摩擦材料摩擦磨損性能試驗結果

表2 摩擦材料物理性能試驗結果

通過多次試驗數據對比情況分析，產品摩擦磨損性能以及各項物理性能，重復性再現性都比較好。為了進一步驗證產品在實際使用過程中的效果，量產了一小批產品，按照上面驗證好的配方及工藝，做成陜汽德龍產品后片，在載重車上做實際的裝車道路試驗，2018年8月初裝車，經過兩個多月實際道路驗證，司機反饋產品在使用過程中，制動非常靈敏，使用過程中也沒有噪音，在汽車保養過程中，沒有出現傷轂的情況，摩擦材料外表面沒有龜裂的情形。用了兩個多月，產品磨損較小，按目前的磨損情況推算，估計能使用6～8個月，使用里程可達到5萬公里以上。

4 結論

(1) 無石棉配方主要是采用多種混雜纖維設計，特別是在部分吸附不好的纖維，如礦物纖維、玻璃纖維進行表面活性處理，改善纖維與摩擦材料以及其他原料的結合，提高摩擦材料的耐磨性及使用壽命，減少產品性能的波動；采用三種以上纖維混雜，取長補短，保證產品性能滿足客戶要求。

(2) 無石棉配方具有制動靈敏，使用壽命長的特點，非常適合我國中重型汽車實際需求，此配方及工藝選擇目前國內比較傳統的干法筒模熱壓工藝，也是目前國內應用最多的一種工藝，配方工藝成熟之后，能比較容易地轉化為生產力。

(3) 該配方符合GB 12676-2014《商用車輛和掛車制動系統技術要求及試驗方法》[8]國家標準要求，有較好的性價比，應該比較容易被市場接受。

(4) 該配方也存在不足之處，在無石棉配方中需用玻璃纖維來增強產品的沖擊強度，來保證滿足指標要求，由于玻璃纖維與人體皮膚接觸會產生難以忍受的痛癢刺激，這一點在生產過程中，要加強防護。