碳纤维增强酚醛树脂基复合摩擦材料的制备及性能研究

发布时间：2018-03-15 20:44

本文选题：摩擦材料　切入点：硼改性酚醛树脂　出处：《南京农业大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：碳纤维增强复合摩擦材料是以碳纤维为主要增强纤维的复合耐摩材料,其在诸多运动机械和装备中起传动、减速、制动等作用,广泛应用于飞机、赛车、摩托、高速列车等。碳纤维增强复合摩擦材料具有力学性能高、耐热性好、质量轻、膨胀系数小、耐磨损等优点,一直是人们研究的重点。本文分别以3厂家硼改性酚醛树脂(FB树脂)以及普通酚醛树脂为基体,以碳纤维(CF)、陶瓷纤维、芳纶为增强剂,添加碳化硅粉(SiC)、碳酸钙粉(CaCO3)、石墨、二氧化硅(SiO2)等填料,对增强剂和填料进行硅烷偶联剂(KH550)与超声波复合处理,利用热压成型的方法制备出不同种类的碳纤维增强树脂基复合摩擦材料。对比分析摩擦材料的密度、硬度、压缩强度、冲击强度等物理力学性能,以及摩擦磨损性能和耐热性能。用扫描电镜对摩擦磨损的表面进行观察,分析其磨损机理。具体研究内容如下:(1)对比分析了3厂家的硼改性酚醛树脂和普通酚醛树脂为基体摩擦材料性能,结果表明:不同厂家的酚醛树脂基体对摩擦材料的物理性能、力学性能、摩擦磨损性能和热性能有明显影响;且3厂家硼改性酚醛树脂作为基体时摩擦材料的力学性能、摩擦磨损性能以及热性能均优于未改性的酚醛树脂,其中C厂家硼改性酚醛树脂基摩擦材料有最大的硬度、最大的压缩强度以及最好的冲击强度,分别为:93.42HRL、118.6MPa、3.46KJ/m2。200N载荷压力下,C厂家硼改性酚醛树脂制成的复合摩擦材料有稳定的摩擦系数,为0.65磨损率最低,且高温下磨损较小。C厂家硼改性酚醛树脂制成的复合摩擦材料有最稳定的热膨胀性能,在200℃时,其热膨胀系数为11.689× 10-6/℃,比普通酚醛树脂的复合摩擦材料热膨胀系数减小了约38.60%。(2)对比分析了碳纤维与碳酸钙配比(2%/21%、4%/19%、6%/17%、8%/15%、10%/13%)对摩擦材料性能的影响结果表明:随着碳纤维含量增加,摩擦材料的密度逐渐减小,当碳纤维含量为2%时,摩擦材料密度较大,为1.733g/cm~3,而碳纤维含量为10%时,摩擦材料密度较小,为1.599 g/cm~3;随着碳纤维含量的增加,材料的硬度呈现先增加后降低的趋势,其中当碳纤维含量在8%时,摩擦材料硬度较大,为79.46HRL,而当碳纤维含量在10%时,摩擦材料硬度较小,为58.93HRL;不同碳纤维含量试样的压缩强度和冲击强度都呈现先增大后减小的趋势,其中当碳纤维含量为6%时,摩擦材料的压缩强度和冲击强度较大,分别为:111MPa和3.87KJ/m2;随着碳纤维含量的增加,摩擦材料的摩擦系数有少量变化,而磨损率则是随着碳纤维含量的增加呈现先减小后增大的趋势。当碳纤维含量在6%时,摩擦材料摩擦系数比较大,而且比较稳定,200N载荷下仅为0.0087g,高温下磨损较小。在100℃之前,五种摩擦材料的热膨胀系数差距不大,100℃之后碳纤维含量越高,摩擦材料呈现热膨胀系数越来越小的趋势。200摄氏度时,B5的线膨胀系数为5.089× 10-6/℃,而B1的热膨胀系数为7.663× 106/℃。随着碳纤维含量的增大,复合摩擦材料的热性能逐渐增强,当碳纤维含量为10%时,摩擦材料初始分解温度为390℃,700℃时的剩余质量为75.6%。(3)对比分析了不同硅烷偶联剂处理顺序对摩擦材料性能影响结果表明:由偶联剂先处理增强剂与填料的摩擦材料的密度较大,为1.699g/cm~3,未用偶联剂处理的的摩擦材料密度较小,为1.653 g/cm~3;随着偶联剂处理方式不同,摩擦材料硬度、压缩强度和冲击强度均均有变化,当偶联剂先处理增强剂与填料时,摩擦材料硬度、压缩强度和冲击强度均较大,分别为99HRL、146MPa和3.926kJ/m2;将偶联剂先处理增强剂时,摩擦材料摩擦系数随着压力的增加变化不大,稳定性高,其波动范围为0.498～0.481,波动幅度△ u为0.017。随着载荷的增加,摩擦材料的磨损量逐渐升高,四种摩擦材料不同压力下(100N～200N)下总磨损率分别为:3.48× 10-2,2.56×10-2,3.15×10-2,3.37×10-2g,偶联剂先处理增强剂的摩擦材料耐磨性能最好,且高温下的磨损较小。偶联剂先处理增强剂的摩擦材料热膨胀性能最好。200摄氏度时,C2的线膨账系数为5.844×106/℃,而C1的热膨胀系数为8.711×10~(-6)/℃,C2的线膨胀系数比C1减小了约32.91%,同时比C3、C4分别减小约14.45%和25.53%。偶联剂先处理增强纤维的摩擦材料耐热性能较好,其初始分解温度为362.5℃,700℃的残余质量为 75.0%。(4)对比分析了树脂基体含量对摩擦材料性能影响结果表明:当树脂基体含量为10%时,摩擦材料有较大的密度,为1.723g/cm~3,当树脂基体含量为30%时,摩擦材料有较小的密度,为1.633 g/cm~3;随着树脂基体含量不同,摩擦材料硬度、压缩强度和冲击强度均有变化,当树脂基体含量为25%时,摩擦材料有较大的硬度、压缩强度以及冲击强度,分别为:90.5HRL、146.9MPa、4.028KJ/m2。当树脂含量为20%时,此时树脂基体能很好的将其他组分粘结,此时摩擦系数较小,200N载荷下为0.504。当树脂基体含量继续增大时,材料摩擦系数变化不大。还可以看出,树脂含量为20%和25%的摩擦材料摩擦系数稳定性较高,摩擦系数随着载荷的增加变化不大,高温下的磨损较小。200℃C时五种材料的线膨胀系数分别为:9.772×10~(-6)/℃、10.021×10~(-6)/℃C、18.622×10~(-6)/℃、23.473×10~(-6)/℃、22.168×10~(-6)/℃,线膨胀系数变化明显。当树脂基体含量为10%时,摩擦材料耐热性能较好,其初始分解温度为378.5℃,700℃时的残余质量为81.7%;当树脂基体含量在15-25%之间时,三种摩擦材料耐热性能较接近,初始分解温度为362.5℃,700℃时的残余质量约为76.0%;当树脂基体含量为30%时,摩擦材料初始分解温度为350.5℃,700℃时的残余质量为69.0%。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB39

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