钢棉对非石棉刹车片材料摩擦学性能的优化

抽象

典型制动垫材料的逐步逐步逐步导致替代方案开发的广泛研究的火花。因此，我们已经进行了一种摩擦学研究，通过使用钢丝羊毛来改善摩擦产品（制动垫）的性能特性，这是具有优异的结构增强性能和高热稳定性的金属材料，这确实需要提高制动器的性能垫。在该研究下，除了通过合成重晶体补偿的钢羊毛（0％，4％，8％，12％和16％），使用相同成分的三种摩擦复合材料使用相同的成分进行了优化，并通过合成的重晶体补偿和合成的组合物被指定为NA01至NA05。在圆盘摩特计的标准销中的常规环境下，在常规环境下进行发达的焊盘进行测试。观察到钢羊毛浓度的增加导致高摩擦系数和垫的低磨损率，得到Na05组合物。磨损表面的SEM分析证明是有用的，可用于理解复合材料的磨损行为。

1.介绍

制动装置的芯是摩擦材料，预计将在不利操作条件下长时间和有效地继续其功能[1]。非缺乏有机纤维增强金属摩擦复合材料越来越多地用于汽车制动圆盘垫，鞋子，衬里，块，离合器面部等，主要是因为对石棉的健康危害的认识。这些是基本上是多种成分系统，以达到性能特性所需的汞合金[2-5.[文献中，已经报道了超过数百种成分用于量身定制摩擦复合材料。这些分为四个主要类别，即粘合剂，结构改性剂，摩擦改性剂和填料，基于它们除了控制摩擦和磨损性能之外的主要功能。

这些成分对性能的影响是如此复杂，以至于摩擦材料的配方仍然被视为一门艺术而不是科学[2]。这些摩擦材料必须满足安全相关的特征，例如摩擦稳定性，抗衰落和生态典型的性质。如今，经济学的经济学等因素，重量比率增加，道路开发和道路交通需求更有效的制动系统，需要改进的制动摩擦材料[6.]。

在20世纪初开始使用石棉纤维作为摩擦材料的加固。由于石棉纤维符合制动摩擦材料的主要要求，基于石棉的摩擦复合材料成为世界各地的流行。后来，关于石棉暴露于人类的医疗报告证明是石棉是致癌性的，会导致致命的疾病。它导致发达国家的基于石棉的摩擦材料，许多发展中国家现在都在同一条道路上。这次激励世界各地的研究人员为石棉纤维找到安全的替代品。玻璃，钢，芳纶，碳纤维，陶瓷等单独使用，或者在非方便的有机（Nao）摩擦配方中使用，并且继续进行更改善的摩擦材料[7.-9.]。

重晶石广泛用作惰性填料[10]。结果发现，钢丝羊毛的存在提高了承载能力和热稳定性，降低了磨损率，高摩擦系数和温度升高。因此，钢丝和晶片以互补的方式变化，并且合成焊盘，在正常房间条件下使用销滤波仪测试它们的摩擦学特性。SEM分析用于磨损的垫样本。SEM钢丝绒图像和重晶石的图像如图所示1和2。

表中给出了在样品制备中使用的钢棉的规格和性能1。

2.实验

2.1。制定样品

含有12种成分的复合材料的制造是基于保持10种成分（约68重量％）恒定和改变两种成分的母体组合物，即钢丝绒和重晶石（约32重量％），如表所示2基于钢羊毛（0,4,8,12和16重量％）的系统增加。母体组合物含有铜纤维，三氧化锑，烷基苯酚醛树脂，硅酸锆合成石墨，NBR，摩擦粉尘，碳酸钙，二硫化钼和蛭石。将成分混合在滚筒混合机中，以使用3000rpm的斩波速度和150rpm的馈电速度来确保宏观均匀性。混合机如图所示3.。首先，将钢丝纤维和铜纤维在滚筒混合器中搅拌6分钟。馈线和斩波器都以120rpm接通。加入碳酸钙，二硫化钼和合成石墨并混合16分钟。然后加入直的酚醛树脂，将混合器运行5分钟。最后，加入三氧化锑和NBR橡胶，将混合器运行4分钟。每批成分的混合序列和混合的混合时间导致混合物中的适当均匀性。如果混合时间低，则无法实现适当的均匀性。如果它太高，它不会进一步提高均匀性。因此，必须先优化。 The mixture was then placed into a six-cavity mould supported by the adhesive-coated back plates. Each cavity was filled with approximately 80 g of the mixture and heat cured in a compression-moulding machine under a pressure of 17–21 MPa for 8-9 min at curing temperature, that is, between 130 and 150°C. Five intermittent “breathings” were also allowed during the initiation of curing to expel volatiles and gases. The curing machine with 6 cavities is shown in Figure4.。然后除去垫，并在约130℃的烘箱中消除8小时。完成后固化操作以固化残留树脂。当优化后文献中的标准实践时，它在130℃下完成8小时，以确保树脂的完全固化[11]。后固化设备如图所示5.。然后用砂轮抛光垫的表面，以达到所需的厚度和光滑表面。成品垫料如图所示6.。

3.发育摩擦复合材料的热重分析

发发复合材料的热重分析在DTG 60系列机器中使用氧化铝平底锅（6.04mg），在零空气气氛（50ml / min）下，加热速率为10℃/ min。

数字7.研究了摩擦复合材料在50-800℃条件下的热重分析(TGA)结果。暴露期间NA05的体重下降%为16.93%。NA04为17.558%，NA03为19.02%，NA02为20.57%，NA01为22.38%。因此，NA05比其他复合材料具有更好的热稳定性。由此可见，钢纤维含量越高，其热稳定性越高。

4.物理，热和机械表征

根据1994年的IS2742标准，在表中完成以下属性并列出3.。

从表中看到3.，钢棉含量越高，比重、抗压强度和硬度越高。着火损失值越小，表明其对热降解的抵抗力越强。因此，钢棉含量较高的Na05具有良好的热稳定性。同时，Na05的丙酮提取值也较其他复合材料的丙酮提取值好。在这种情况下，钢棉含量越高，拉伸强度越低。

5.通过针对阀瓣进行摩擦磨损测试的测试设置和程序

根据ASTM G 99-95A标准（E D201系列制造），对摩擦系数试验台进行摩擦试验。它是完全电脑化的，可编程用于研究摩擦力反应速度，载荷，温度和磨损。每次测试使用新的转子盘和制动衬垫复合样品。在试验台上测试每个组合物至少两次，以对数据产生置信度。钻机使用珠光体灰铸铁盘（直径为180毫米，厚度为38mm）和销形式的刹车片测试样品为8 mm直径×60 mm长度（图8.)。每个测试样品都被安装在负载臂上并压在旋转盘上。旋转铸铁盘滑动速度为1500 rpm，测试持续时间为80 min。在开始测试之前，样品和铸铁盘的表面必须用320格砂纸接地。正常负载变化到147.15 N，以实现一个恒定的摩擦力。摩擦系数是通过在整个试验期间每5秒测量一次法向力和剪力计算出来的。在摩擦试验前后分别记录试样的重量和厚度，以计算每个试样的总磨损。在测试过程中，使用红外传感器记录接触界面的温度，每秒钟记录一次读数。盘上销装置如图所示9.。

5.1。各种复合材料的摩擦和磨损特性

名为Na01-Na05的各种复合材料的结果如下图所示。测试已经在1500 rpm的98.1n的负载下进行。测试是对时间与摩擦系数和磨损的时间。注意界面温度，称重初始和最终的重量。

从磨损试验前后进行的样品的相应测量确定重量损失。具体的磨损率由下式计算: 在哪里样本的大规模损失，是总滑动距离和是在滑动期间样品的密度。材料的耐磨性是特定磨损率的倒数。

接触面积变化由摩擦系数变化的不同过程相对应。可以说摩擦通常随着真实接触的增加而增加。然而，在不同阶段的负荷分布也会影响摩擦水平。新光盘的初始运行与摩擦系数缓慢增加相关。制造的盘表面具有由转动操作产生的螺旋脊图案。在前几分钟，这个山脊逐渐磨损，导致表面更平滑。相应地，对销的摩擦系数增加。钢丝的增加导致摩擦热量更有效地耗散。耗散越高，表面温度越低，因此复合材料中有机成分的降低降低，因此有助于保持一致的摩擦水平。

从图10，这Na05的值高达0.504，归因于由于从点火试验损失中发现的重量损失较小而导致的良好热稳定性。从图中11磨损率可以可视化。钢棉在刹车复合材料中的作用不仅提供了高而稳定的摩擦系数，而且增强了复合材料的强度。制动复合材料NA05中钢棉含量越高，摩擦表面产生的纤维越多。这使得纤维与制动盘之间的真实接触面积增加，从而获得更高的摩擦系数[12]。

5.2。磨损组合物

磨损（重量损失）如下：Na05

图形表示如图所示12。

5.3。SEM磨损的表面研究

磨损表面的扫描电子显微图(SEM-5000型，最高为1nm，电子枪钨型)如图所示(13日)那13 (b)那13 (c)那13（d）和13（e），并按增加耐磨性的顺序排列。在测试过程中，销钉表面连续地与阀瓣接触，而阀瓣表面的每个部分都是间断接触。对于所有的干滑系统，摩擦力是通过实际接触区域传递的。该区域的实际接触是限制在一些接触高原，在针表面。不同载荷水平的钢棉制销具有不同的磨损性能。钢棉对阀瓣的滑动磨损具有较高的抵抗能力。因此，在短暂的磨合后，金属纤维会比抗磨损成分稍高，形成接触台地的中心部分。在稳态磨损过程中，耐磨性较高的部件将承担较大比例的载荷，从而保护相邻的材料。承载比例越高，则耐磨性部件对摩擦系数的影响越大。因此，尽管内衬中填充了大部分较软的部件，但就摩擦和磨损而言，接触情况仍以金属对金属接触为主。 The topography composed of flat contact plateaus rising over irregular surroundings. When the micrographs are compared, extent of secondary and primary plateaus was the lowest and highest, respectively, in Na05, supporting its best wear behavior. In case of Na01, the situation was exactly the reverse supporting its poorest wear performance. For Na02, Na03, and Na04, which showed moderate wear behavior, the surface topography supported this since it showed moderate size and number of secondary plateaus.

6。结论

通过对刹车片的摩擦磨损试验和其它性能试验，得出了以下结论。（一世）由于其高密度，钢丝源增加了硬度，并通过损失点火和TGA而降低了热降解。(2)钢丝绒含量越高，磁盘测试程序销上摩擦性能越好。（iii）穿着也显示出相同的模式。（iv）SEM研究表明，当钢毛Na05含量较高时，一次高原和二次高原的形成趋势最大。（v）因此，结论是，复合Na05比其他组合物更有效，因为它具有较少的磨损率的摩擦系数良好。（vi）然而，在实际应用中，为了实现该公式，必须对配合件即转子的磨损进行校核。

附录

（1)比重计算。用丝线将准备好的样品悬浮在空气中，然后称重。然后称重后的样品在水中浸泡3分钟。为防止表面起泡，将洗涤剂(10000分之一)加入水中称: 在哪里=空气中的重量，单位是克和=水的重量(克)。

（2）热膨胀计算。采用SAE j160 JNU80标准测定热溶胀。在室温下，精确测量了六个不同位置的样品(10mm×10mm×4mm)在刹车片上的厚度。样品在烤箱中加热后重复此过程°C 2小时。记录厚度的增加记录为热溶胀和计算百分比。

（ 3)剪切强度的测量。使用以下过程发现剪切强度的值。(一)将样品放入夹具中，并在正常的服务条件下逐渐增加与应力方向的载荷。(b)负载不适用于冲击和增加速率。(c)试验应一直进行到材料破裂为止。

(4)损失的点火。将一克的样品精确（在先前点燃的，冷却的和称重的二氧化硅坩埚中精确（第三小数位）称重（没有盖子）。将含有样品的坩埚引入Muffle炉中，将800至850℃保持在800至850℃并浸泡两小时。然后将坩埚从炉中取出，在甜水器中冷却，并称重： 在哪里：空坩埚的重量;G;：坩埚重量+样品，g;和：坩埚重量+样品（点火后），g。

承认

作者衷心感谢B.Venugopal先生，首席执行官，坚定的摩擦产品，Channai的Ambattur Sidco Industrial Estation，Chennai，为他的补充和测试复合材料的帮助。

参考资料

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