復合硫化物替代硫化銻的研究

余思彬，孟增祥，曹 敏，汪 海，王 東

（黃石市鑫溢新材料科技有限公司，湖北 黃石 435109）

在摩擦材料原料應用中，硫化銻是一種非常好的功能材料，耐高溫耐磨、抗熱衰退性能優(yōu)異，在半金屬片、少金屬片、陶瓷片配方中廣泛應用[1]。然而硫化銻是有毒有害物質(zhì)，接觸銻及其化合物可致眼結膜和呼吸道刺激，發(fā)生支氣管炎，較重者出現(xiàn)胸痛、呼吸困難、肺炎?？诜卸居屑毙晕改c炎，肝、腎及心肌損害。長期接觸低濃度銻化合物粉塵可致鼻炎、鼻中隔穿孔、支氣管炎、口腔炎、消化功能障礙、皮膚損害。銻的氧化物三氧化二銻可致癌，已被世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構公布在2B類致癌物清單中，2018年歐盟市場逐步開始少用甚至禁用硫化銻。因此，尋找和開發(fā)具有與硫化銻相似摩擦性能的材料顯得至關重要、迫在眉睫，也是大勢所趨。

1 復合硫化物介紹

通過4年艱苦卓絕的努力，使用無毒無害、綠色環(huán)保的硫化物，終于設計和開發(fā)出能有效替代硫化銻在摩擦材料中應用的無銻復合硫化物材料。從試驗情況以及市場反饋信息來看，該材料在摩擦材料應用中性能良好，取得了初步滿意效果，可以完全替代硫化銻。

復合硫化物主要是以無毒無害的金屬硫化物為骨架，其他功能材料共同復配組成的一種功能材料，能完全等量替代硫化銻在摩擦材料中的應用。復合硫化物主要含有Fe、S、Al、Mo及少量有機物質(zhì)，不含六大類有害物質(zhì)鉛(Pb)、汞(Hg)、鎘(Cd)、六價鉻(Cr)、聚溴二苯醚、聚溴聯(lián)苯，無毒無害、綠色環(huán)保。外觀為灰黑色粉末，具有潤滑、抗熱衰退、制動效能穩(wěn)定、降噪等多種功能。

復合硫化物屬于混合物，以硫化物FeS2和MoS2為主要材料，少量氧化鋁和其他耐磨耐熱功能材料為輔料，進行優(yōu)化復配。

FeS2是黃鐵礦的主要成分，晶體屬等軸晶系。常有完好的晶形，呈立方體、八面體、五角十二面體及其聚形。立方體晶面上有與晶棱平行的條紋，各晶面上的條紋相互垂直。集合體呈致密塊狀、粒狀或結核狀。淺黃(銅黃)色，條痕綠黑色，強金屬光澤，不透明，無解理，參差狀斷口。摩氏硬度較大，達6～6．5，小刀刻不動，密度4．9～5．2g/cm3。FeS2有適宜的摩擦系數(shù)和耐磨性能[2]，在摩擦材料使用過程中，摩擦材料會因為摩擦熱使溫度升高[3]，F(xiàn)eS2在高溫情況下會吸收熱量分解生成Fe2O3，減緩了摩擦材料中有機粘結劑的熱分解速度，同時Fe2O3也是一種摩擦系數(shù)適宜、耐磨性能很好的材料。

MoS2為輝鉬礦的主要成分，黑色固體粉末，有金屬光澤。MoS2在摩擦材料使用中，是一種高端的固體潤滑劑，特別是在高溫情況下，具有很優(yōu)越的潤滑耐磨性能。熔點1 185℃，密度4．80g/cm3(14℃)，莫氏硬度1．0～1．5。1 370℃開始分解，1 600℃分解為金屬鉬和硫。MoS2在400℃開始氧化，生成三氧化鉬，三氧化鉬是一種高效的阻燃劑，能再次提高摩擦材料的耐高溫耐磨性能[4]。

少量氧化鋁和其他耐磨耐熱功能材料為輔料，調(diào)節(jié)復合硫化物常溫下的摩擦性能和潤滑性能，使得復合硫化物在摩擦材料使用的整個過程中都具有很好的摩擦性能[5-6]。

2 試驗配方及試驗方法

2.1 試驗配方

試驗使用有硫化銻原始配方A，復合硫化物等量替代硫化銻配方B，進行性能對比試驗，配方詳細情況見表1。

一般情況下，硫化銻在摩擦材料中用量為3%左右，本試驗配方A中硫化銻用量5%，配方B中復合硫化物用量5%，能更好地突出硫化銻在摩擦材料中的作用，更好地對復合硫化物能否有效替代硫化銻在摩擦材料中應用進行驗證。

2.2 試驗方法

通過GB5763-2008摩擦性能試驗、SAE J2522制動效能評估程序臺架試驗、SAE J2521噪音試驗三種試驗方法，進行硫化銻與復合硫化物性能對比試驗。

3 試驗結果

3.1 定速試驗結果

使用配方A與配方B，按GB5763-2008試驗方法進行硫化銻與復合硫化物在摩擦材料中的摩擦性能對比試驗，試驗結果見表2和圖1。

表2 定速試驗數(shù)據(jù)

圖1 定速試驗數(shù)據(jù)對比

通過圖1可以明顯得出，復合硫化物在升溫200～350℃、降溫350～200℃這兩個高溫區(qū)段，摩擦性能是明顯優(yōu)于硫化銻的，復合硫化物表現(xiàn)出了良好的抗熱衰退性能。

3.2 臺架試驗結果

使用配方A與配方B，按SAE J2522制動效能評估程序臺架試驗進行硫化銻與復合硫化物在摩擦材料中的制動效能對比試驗，試驗結果見表3。

根據(jù)臺架試驗結果表3以及數(shù)據(jù)對比圖2，硫化銻配方摩擦系數(shù)極差大，系數(shù)波動大，衰退率高，復合硫化物的摩擦系數(shù)平穩(wěn)，系數(shù)波動小，熱衰退小，應用到摩擦材料中，會大大提高制動性能以及舒適性、平穩(wěn)性。因此復合硫化物的摩擦性能穩(wěn)定性是明顯優(yōu)于硫化銻的。

表3 硫化銻臺架試驗結果

圖2 臺架試驗數(shù)據(jù)對比

3.3 噪音試驗結果

使用配方A與配方B，進行SAE J2521噪音試驗，硫化銻與復合硫化物噪音試驗對比結果見表4。

由表4可以看出，在相同的試驗條件下，硫化銻發(fā)生噪音的概率為15．8%，復合硫化物發(fā)生噪音的概率為7．6%，復合硫化物的配方B比配方A的噪音發(fā)生概率降低了50%以上，特別是低溫噪音，硫化銻低溫發(fā)生噪音概率為50．9%，復合硫化物低溫發(fā)生噪音概率為19．8%，降低了60%以上，復合硫化物具有良好的降噪效果和潤滑性能[7-8]。

3.4 試驗結果分析

從GB5763-2008摩擦性能試驗結果表2和圖1可以看出，復合硫化物在升溫200～350℃、降溫350～200℃這兩個高溫區(qū)段，摩擦性能是明顯優(yōu)于硫化銻的，復合硫化物表現(xiàn)出了良好的抗熱衰退性能[9]。

SAE J2522制動效能評估程序臺架試驗表3及圖2反映了復合硫化物不僅可以有效替代硫化銻在摩擦材料中的應用外，使用復合硫化物替代硫化銻后，產(chǎn)品的摩擦性能穩(wěn)定性有顯著提高。

SAE J2521噪音試驗試結果表4可知，使用復合硫化物等量替代硫化銻后，制動噪音得到明顯改善，發(fā)生噪音概率降低了50%以上，特別是低溫噪音，減少了60%以上[10]。

表4 噪音測試結果

4 結論

綜合以上試驗以及分析情況，復合硫化物替代硫化銻具有如下性能。

(1) 復合硫化物完全可以等量替代硫化銻在摩擦材料中的應用，無毒無害、綠色環(huán)保。

(2) 復合硫化物高溫情況下的摩擦性能優(yōu)于硫化銻。

(3) 相對硫化銻，復合硫化物對摩擦制品摩擦性能穩(wěn)定性有顯著提升。

(4) 使用復合硫化物等量替代硫化銻后，制動噪音有明顯的改善。