纤维素纤维在无石棉摩擦材料中的应用

关键词:无石棉摩擦材料,纤维素纤维
内容提要:本文作者通过加入纤维素纤维的各类摩擦材料样品与其他样品的对比试验,试验表明,纤维素纤维在摩擦材料中有良好的工艺性能和摩擦特性,提高摩擦材料的综合性能:增加摩擦材料气孔率,降低制动噪音,减少环境污染等都有很好的作用。是石棉纤维的优良代用品之一。

概述

众所周知,石棉是一种危害人类健康的至癌物质。石棉粉尘对环境的污染令人担忧,特别是人口和车辆集中的城市。另一方面,石棉制品厂和矿山的职工由于长期接触石棉粉尘,其至病的可能更大。因此,八十年代以来,寻找石棉代用品成为各国研究人员关注的问题,由于石棉在摩擦材料中有非常优良的综合性能,如强度高,表面活性好,摩擦磨损性能好,混合料中分散均匀,因此到目前为止,没有任何一种纤维能单独代替石棉,因此,多种代用纤维混合代替石棉仍旧是无石棉摩擦材料制造商关注的问题。

几种代用纤维基本情况见表1,纤维素纤维的基本技术参数见表2,,纤维素纤维的结构和在混合料中 的分布情况见图1 和图2。

表1:代用纤维的基本情况

纤维名称基本组分密度价格元使用特点
钢纤维低碳钢7.85-7散热好,耐磨性好,容易腐蚀生锈,价格中等
玻璃纤维硅酸盐2.58-12强度好,表面活性差,价格中等
硅灰石纤维硅酸钙2.8-3.10,7-1.5强度接近六级石棉,价格低,表面活性差
海泡石纤维硅酸盐2.53-5活性较差
芳伦浆粕芳伦1.4160-300各种性能较好,价格太高。
丙稀氰予氧丝丙稀氰1.250-100耐磨性好,分散困难。
纤维素纤维纤维素1.44-6分散性好,价格低综合性能较好,耐温性稍差

表2纤维素纤维的技术参数

外观 白色纤维 比重 1.4-1.5克/厘米3
挥发份% 小于12% 容重 克/升 50
含灰量 小于15% PH值 7
主体纤维 小于800微米 外观 白色纤维
纤维素含量 大于85% 挥发份% 小于12%

二:试验样品和试验结果

1、试验用样品:
我们用纤维素纤维与其他纤维复合用于制造无石棉摩擦材料其基本情况见表3。

表3纤维素纤维用于摩擦材料的情况

摩擦材料名称 基本配比 用途
鼓式刹车片 纤维素纤维1-6%,其他无机纤维30-40 小车和卡车鼓片
盘式刹车片 纤维素纤维1-4%,芳伦0.5-3%其他纤维5-15% 轿车盘式刹车片
碳基摩擦片 纤维素纤维5-15%其他纤维10-30%,碳素材料10-30% 模压湿式离合器,和刹车片用于摩托车,工程机械
纸基摩擦片 纤维素纤维10-20%,其他纤维20-30-% 用于高摩擦的湿式离合器和刹车.

2.试验结果

(1)按照表3 制造的摩擦材料,其有关的物理性能见表4

表4:加入纤维素纤维的摩擦材料的有关物理性能

摩擦材料名称 密度克/厘米3 冲击强度 气孔率% 备注
鼓式刹车片 1.7-2 3-5 2-10  
盘式刹车片 2-2.5 2.5-5 10-20  
碳基摩擦片 1.2-1.5   15-30  
纸基摩擦片 0.7-1.1   25-50  

(2)摩擦性能试验:
加入纤维素纤维的盘式刹车片和鼓式刹车片的摩擦磨损性能曲线见图3到图6按照GB5763-1998。湿式摩擦材料的摩擦性能试验结果见表5

表5湿式摩擦材料的台架试验结果

编号 mj
静摩擦
磨损率
10-8cm3/j
md -p(速度15m/s) Mpa md-v(比压1Mpa)m/s
0.7 1.0 1.5 2.0 7.3 14.5 22 30
纸基 0.14 9.8 0.1 0.08 0.09   0.08 0.08 0.08 0.09
碳基 0.12 11 0.08 0.08 0.07 0.07 0.08 0.09 0.09  
铜基 0.12         0.043        

三 试验结果讨论

1从试验结果看试验材料加入纤维素纤维,与石棉鼓式刹车片比较,见图3,4

摩擦磨损性能并没有多大区别,盘式刹车片结果也相同。纤维素纤维并没有因为被炭化而高温磨损增大,含钢纤维量较大的半金属摩擦材料高温时磨损反而较大。当然与不同的配方设计有关。目前欧洲市场上的盘式刹车片和鼓式刹车片向着少金属含量或不用钢纤维的陶瓷型无石棉摩擦材料的方向发展,这样,选择复合纤维就极为重要。纸基摩擦材料早就使用纤维素纤维如木浆型和棉浆型的浆粕。在编织型摩擦材料如石油钻机刹车块和编织型离合器面片中人们早就使用进一步精制的纤维素纤维如粘胶纤维来提高石棉等矿物纤维的可纺性。减少玻璃纤维的在高温时的表面结珠。从表5可见,在湿式摩擦材料中使用纤维素纤维同样有较好的摩擦性能,动摩擦系数比铜基粉末冶金摩擦片高得多。从此可见,在使用温度较低的摩托车和轻型车上纤维素纤维同样会有较好的使用效果。
由于纤维在300度左右直接炭化,起到类似于碳纤维的稳定摩擦的作用。而不同于其它有机纤维在高温时软化或熔化而使摩擦性能发生特变。改善了材料的摩擦稳定性。选择合适的成型方法可以改善材料的气孔率。提高材料的抗摩擦热衰退从图3,4也可以看出这一点。
由于纤维的三维结构,能稳定并且减少材料的收缩和膨胀,改善制动效能稳定性。由于纤维素纤维化学稳定性较好,可以避免摩擦材料表面的腐蚀,特别是钢纤维等受环境影响而产生电化锈蚀。同时在制造时容易产生较高的气孔率,,较高的气孔率可以降低制度噪音。


2:纤维素纤维来源于植物纤维,因此无环境污染,从生理和毒性方面是无害的“绿色材料”。

3:从图1 和图2 可见,由于纤维良好的分散性,可以改善混合料混合性能,促进其它原料的分散,作为填料和其他纤维悬浮的载体。特别是需要进行冷压成型后再进行热压的材料。是石棉纤维的优良的代用品。由于无石棉摩擦材料往往要使用多种纤维复合使用,在和其他石棉代用纤维混合时,纤维素纤维有其特别的作用,它能改善其他无机纤维的混合性能,仅用玻璃纤维,硅灰石,陶瓷纤维,矿棉纤维等无机纤维,混合料工艺性能很差,用纤维素纤维和其混合使用,可以明显改善混合料性能 。减少或完全取代芳伦纤维,这样,可以大大降低无石棉摩擦材料的成本。

纤维素纤维价格仅为芳伦纤维的40-80分之一,为丙稀氰予氧丝的十分之一,但丙稀氰予氧丝加工为浆粕型比较困难。而且也比较贵。在改善混合料工艺性能方面,纤维素纤维有些方面可以取代芳伦和丙稀氰予氧丝浆粕。是代替芳伦的理想材料。和芳伦有相同的作用。与石棉纤维比,由于密度只有石棉的百分之六十,因此单位体积价格相近。这样可以提高在市场上的竞争能力。纤维素纤维比重低,(1.5克/厘米3)可以减少纤维用量,减轻摩擦材料比重。如纸基摩擦材料一般比重不到1,这样能减少主机转动惯量。

当然,摩擦材料是很多原料的复合材料,纤维素纤维仅仅是其中的一种原料,因此,对于摩擦复合材料的配方的研究极为重要,这也是广大摩擦材料研究人员最关注的课题。

四.结论

1从试验结果可以认为,纤维素纤维在无石棉摩擦材料中,是石棉的优良代用品之一 2.纤维素纤维的比重轻,气孔率高,腐蚀小,摩擦性能稳定,可以降低噪音等,这些都是现代摩擦材料的重要性能指标,因此,应该进一步深化研究。

(本论文发表于中国石棉制品,二000年(第一期)(’99中国摩擦材料工业技术交流曁发展战略研讨会论文集)

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