玄武岩纤维和钢纤维含量对树脂基摩擦材料性能的影响研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.03.006

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (3): 33-39.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.03.006

玄武岩纤维和钢纤维含量对树脂基摩擦材料性能的影响研究

刘浪, 栾道成, 胡志华, 文科林, 周新宇, 米书恒, 王正云()

西华大学材料科学与工程学院，成都 610039

收稿日期:2021-11-19 出版日期:2022-03-26 发布日期:2022-03-25
通讯作者: 王正云（1981—），男，高级实验师，主要从事高性能结构材料等研究工作， wzy⁃513@163.com
E-mail:513@163.com
基金资助:
四川省科技支撑项目(20ZDYF2461);西华大学重点科研基金(Z203121);西华大学创新基金(YCJJ2021033)

Effects of basalt fiber and steel fiber contents on properties of resin⁃based friction materials

LIU Lang, LUAN Daocheng, HU Zhihua, WEN Kelin, ZHOU Xinyu, MI Shuheng, WANG Zhengyun()

School of Materials of Science and Engineering，Xihua University，Chengdu 610039，China

Received:2021-11-19 Online:2022-03-26 Published:2022-03-25
Contact: WANG Zhengyun E-mail:513@163.com

摘要/Abstract

摘要：

以酚醛树脂、丁腈橡胶、重晶石、玄武岩纤维和钢纤维等为原料进行摩擦材料的制备，研究了玄武岩纤维和钢纤维含量对摩擦材料力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明，当玄武岩纤维含量为10 %~25 %（质量分数，下同）时，随着纤维含量的减少，摩擦材料的冲击强度增大、压缩强度减小；当纤维总量占30 %且玄武岩纤维与钢纤维质量比为1∶1时，2种增强纤维产生最佳的耦合效应，摩擦因数稳定在0.361~0.377之间，磨耗量约为0.132 cm³/MJ；磨损试验中该摩擦材料的磨损以黏着磨损和疲劳磨损为主。

关键词: 玄武岩纤维, 钢纤维, 混杂, 酚醛树脂, 摩擦材料, 力学性能, 摩擦磨损性能

Abstract:

Friction materials were prepared using phenolic resin， nitrile rubber， barite， basalt fiber， and steel fiber as raw materials， and the effects of basalt fiber and steel fiber contents on their mechanical， friction， and wear properties were investigated. The results indicated that when the basalt fiber content varied from 10 to 25 wt%， the impact strength of the friction materials increased but their compression strength decreased with a decrease in the content of basalt fiber. An optimal coupling effect between the two reinforced fibers was obtained at a total fiber mass frication of 30 wt% and a mass ratio of basalt fiber to steel fiber of 1∶1. The friction coefficient of the friction materials was between 0.361 and 0.377， and their wear loss was 0.132 cm³/MJ. The wear test results indicated that the adhesive wear and fatigue wear were the major wear of the resin?based friction materials reinforced with basalt fiber and steel fiber.

Key words: basalt fiber, steel fiber, hybrid, phenolic resin, friction material, mechanical property, friction and wear behavior

中图分类号:

TQ323.1

刘浪, 栾道成, 胡志华, 文科林, 周新宇, 米书恒, 王正云. 玄武岩纤维和钢纤维含量对树脂基摩擦材料性能的影响研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 33-39.

LIU Lang, LUAN Daocheng, HU Zhihua, WEN Kelin, ZHOU Xinyu, MI Shuheng, WANG Zhengyun. Effects of basalt fiber and steel fiber contents on properties of resin⁃based friction materials[J]. China Plastics, 2022, 36(3): 33-39.

图/表 10

样品名称	酚醛树脂/%	丁腈橡胶/%	钢纤维/ %	玄武岩纤维/%	填料/ %
M1	15	10	5	25	45
M2	15	10	10	20	45
M3	15	10	15	15	45
M4	15	10	20	10	45
M5	15	10	25	5	45

表1 摩擦材料配方

Tab.1 Friction material formulation

图1 不同试样的硬度

Fig.1 Hardness of different samples

图2 不同试样的冲击强度

Fig.2 Impact strength of different samples

图3 M1和M3试样脆性断裂面的SEM照片

Fig.3 SEM images of brittle fracture surfaces of M1 and M3 samples

图4 不同试样的压缩强度

Fig.4 Compressive strength of different samples

图5 不同制动初速度时样品的平均摩擦因数

Fig.5 Average friction coefficient of the samples at different initial braking speeds

图6 不同试样的磨耗量

Fig.6 Abrasion quantity of different samples

图7 试样M3磨损表面的SEM照片

Fig.7 SEM of worn surface of sample M3

区域	C/%	O/%	Mg/%	Al/%	Si/%	Ca/%
区域1	62.84	20.92	—	1.76	7.21	7.27
区域2	—	44.51	7.48	7.28	24.02	16.72
区域3	43.90	—	6.72	7.51	24.33	17.55
区域4	—	50.96	8.31	7.07	20.65	13.01

表2 试样M3磨损后表面的元素组成及元素含量

Tab.2 Element composition and element content of the surface of sample M3 after being worn

图8 试样M3磨损表面能谱分析

Fig.8 Energy spectrum analysis of wear surface of sample M3

参考文献 12

1	钟厉，陈梦清. 刹车片摩擦材料的研究现状与发展趋势［J］. 合成材料老化与应用， 2017， 46（1）：84⁃89.
	ZHONG L， CHEN M Q. Research situation and development of friction material for brake pads［J］. Synthetic Materials Aging and Application， 2017， 46（1）：84⁃89.
2	黎小辉，万霞，甘春雷. 汽车制动材料研究现状与发展趋势［J］. 材料研究与应用， 2020， 14（3）：240⁃245.
	LI X H， WAN X， GAN C L. Research status and development of automotive brake materials［J］. Materials Research and Application， 2020， 14（3）：240⁃245.
3	蔡鹏，祁书琴，冷宇. 树脂基摩擦材料研究进展［J］. 淮阴工学院学报， 2018， 27（1）：9⁃14.
	CAI P， QI S Q， LENG Y. Research progresson resin based friction materials［J］. Journal of Huaiyin Institute of Technology， 2018， 27（1）：9⁃14.
4	林少芬. 新型绿色汽车制动摩擦材料影响因素分析［J］. 汽车实用技术， 2020， 4（16）：164⁃167.
	LIN S F. Analysis of influencing factors of new type green automobile brake friction material［J］. Automobile Applied Technology， 2020， 4（16）：164⁃167.
5	郭客，张志强，宋仁伯，等. 芳纶浆粕和纳米钛酸钠晶须在汽车摩擦材料中的协同效应［J］. 材料研究学报， 2020， 34（4）：304⁃310.
	GUO K， ZHANG Z Q， SONG R B， et al. Synergistic effect of aramid pulp and nano sodium titanate whisker in friction materials for automotive［J］. Chinese Journal of Materials Research， 2020， 34（4）：304⁃310.
6	费杰，屈蒙，张立洁，等. 碳纤维莫来石晶须协同增强树脂基摩擦材料的研究［J］. 陕西科技大学学报， 2020， 38（2）：131⁃146.
	FEI J， QU M， ZHANG L J， et al. Study on carbon fiber/mullite whiskers synergistic reinforced resin⁃based friction materials［J］. Journal of Shaanxi University of Science & Technology， 2020， 38（2）：131⁃146.
7	BYUNG S J， YEON H C， HYUNG J S， et al. Effects of binder resin on tribological properties and particle emission of brake linings［J］. Wear， 2019， 434⁃435.
8	CHEN J， YIZHUO G U， YANG Z， et al. Effects of elevated temperature treatment on compositions and tensile properties of several kinds of basalt fibers［J］. Journal of Materials Engineering， 2017， 45（6）： 61⁃66.
9	岑继周，朱荣海，蒋朝阳. 玄武岩综合利用研究进展［J］.化工设计通讯， 2021， 47（1）：188⁃189.
	CEN J Z， ZHU R H， JIANG C Y. Research progress of comprehensive utilization of basalt［J］. Chemical Enginee⁃ring Design Communications， 2021， 47（1）：188⁃189.
10	刘伯威，张小英，杨阳. 钢纤维含量对汽车摩擦材料性能的影响［J］. 粉末冶金材料科学与工程， 2016， 21（5）：738⁃745.
	LIU B W， ZHANG X Y， YANG Y. Influences of steel fiber content on the performance of automobile brake materials［J］. Materials Science and Engineering of Powder Metallurgy， 2016， 21（5）：738⁃745.
11	邓小强. 碳纤维增强树脂基摩擦材料的研究进展［J］. 现代制造技术与装备， 2019（8）：81⁃82.
	DENG X Q. Research progress of carbon fiber reinforced resin based friction materials［J］. Modern Manufacturing Technology and Equipment， 2019（8）：81⁃82.
12	AHMADIJOKANI F， SHOJAEI A， ARJMAND M， et al. Effect of short carbon fiber on thermal， mechanical and tribological behavior of phenolic⁃based brake friction materials［J］.Composites Part B， 2019， 18（3）：98⁃105.

[1]	于昌永, 辛忠. 基于六氢邻苯二甲酸盐的α/β复合成核剂对聚丙烯性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 121-128.
[2]	谭立钦, 刘伟区, 梁利岩, 王硕, 冯志强, 林家明. 含巯基聚硅氧烷改性环氧树脂的制备及性能[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 21-29.
[3]	徐杰, 钟进福, 童晓茜, 李广富, 付栋梁, 李城城. 端羧基修饰单宁酸/没食子酸环氧树脂复合材料的制备与性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 44-50.
[4]	李凯泽, 辛勇. 改性碳纳米管增强热塑性聚氨酯复合材料的性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 1-5.
[5]	王帅, 张玉迪, 杨富凯, 徐新宇. 聚酰亚胺/多壁碳纳米管泡沫材料的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 39-45.
[6]	王金业, 唐博虎, 杨立宁, 谢猛, 郭泽朝, 杨光. PA12试件多射流熔融成型工艺研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 81-86.
[7]	孙文博, 信春玲, 何亚东, 翟玉娇, 闫宝瑞. 玻璃纤维增强PBT微发泡工艺对其制品泡孔结构的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 1-7.
[8]	王轲, 龙春光. PE⁃UHMW/海泡石纤维复合材料的力学性能与摩擦学性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 19-23.
[9]	陈胜, 梁颖超, 吴方娟, 方辉, 范新凤, 陈晖, 王永刚. 聚酰胺6/双向经编玻璃纤维复合材料的制备及其界面改性研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 24-28.
[10]	何和智, 徐力, 杨以科. 预应力对PC/CF层合板力学性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 1-5.
[11]	李素圆, 刘会鹏, 龚舜, 黄国桃, 李玉才, 吴鑫, 邓建平, 潘凯. 热塑性聚酰胺弹性体改性EVA复合发泡材料的制备及性能表征[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 6-14.
[12]	张九夫, 罗开强, 徐军, 郭宝华. 长玻璃纤维增强PA66复合材料的综合性能及其影响因素研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 1-8.
[13]	王富玉, 郭金强, 张玉霞. 聚合物原位成纤方法及其在PP共混体系中的应用[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 146-156.
[14]	李泽洋, 岑兰, 陈胜, 陈伟杰, 杜兵华, 张二帅. 羧基丁腈橡胶/PA12热塑性弹性体的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 15-20.
[15]	孙滔, 杨青, 胡健, 王洋样, 刘博, 云雪艳, 董同力嘎. 聚（乳酸⁃乙醇酸）薄膜制备及其性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 33-40.

玄武岩纤维和钢纤维含量对树脂基摩擦材料性能的影响研究

Effects of basalt fiber and steel fiber contents on properties of resin⁃based friction materials

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 10

参考文献 12

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价