汽车用纸基摩擦材料国外研究进展_任钢

・ 综
述 ・
汽车用纸基摩擦材料国外研究进展
任 钢 邓海金 李 明
（清华大学）
【摘要】 介绍了汽车用纸基摩擦材料的特点和用途。综述了近 !" 年来国外对于纸基摩擦材料的研究状况。从纤 维、 粘结剂、 摩擦性能调节剂和填料几方面总 结 了 国 外 纸 基 摩 擦 材 料 配 方 的 发 展 ， 同时对国外纸基摩擦材料的制造 工艺及发展方向进行了阐述。论述了近年来国外关于孔隙率和压缩变形性能对纸基摩擦材料性能影响的研究情况。
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等在专利中使用了腰果
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双层结构的纸基摩擦材料 近年来国外许多纸基摩擦材料都采用了双层
壳粉、树脂颗粒和橡胶颗粒同时作为摩擦性能调节 剂， 并使用硅藻土和粘土作为填料； -(.(/012134 的专利中加入了 !" !%5" !的层片状石墨， 另外加入 同时还加入少量 （少于 & !） & ! %$& ! 的 硅 藻 土 ， 的腰果壳粉、橡胶颗粒以及氧化铝和二氧化硅；
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前言
纸基摩擦材料主要用于各类重型车辆和工程机
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纤维 纸基摩擦材料中的纤维可增强摩擦材料的机械
强度，同时也对摩擦材料的摩擦性能起着非常重要 的作用。近 $" 年来， 纸基摩擦材料最常用的纤维有 芳纶纤维和酚醛纤维， 也有使用碳纤维、 玻璃纤维和 其它有机合成纤维的。 其中芳纶纤维以其高强度、 高 耐热性、 耐磨、 耐腐蚀、 能产生细小分枝、 密度小等优 点被广泛使用。由于酚醛纤维与粘结剂酚醛树脂结 合良好， 所以可为摩擦片提供更高的强度。 纸基摩擦 材料中纤维的含量随摩擦磨损性能要求的不同而变 化， 其含量通常为 #" !P)" !。 纸基摩擦材料中增强纤维的选择是对材料性能 和成本等因素的综合考虑结果。如用于轻载低速场 合的纸基摩擦材料通常采用单一的纤维素纤维， 而 用于重载高速场合的则采用混合高性能纤维（如芳 纶纤维和碳纤维） 。 由于对离合器摩擦片性能的要求 越来越高， 更多的摩擦材料是由多种纤维混杂形成， 以获得良好的综合性能。 近 !" 年来国外专利和文献中关于纸基摩擦材 料所用增强纤维如表 $ 所列。 — $ —
加入无机纤维
/012 938!$3!5$0 中使用岩棉纤维和玻璃纤维［>］ =012 &3#5%38>>0 中使用含有玻璃纤维的混合纤维［4］ *012 93#>83&8&0 中采用了含有铁纤维的混合纤维 （6#@ &A(@#） 晶须与芳纶纤维浆一起加到摩擦材料里。 钛酸钾晶须具有良好 ?0 将钛酸钾
［&］ 粉作为填料 。
硅藻土的加入可以最低的成本改进摩擦材料的摩擦 性能和耐磨性能， 其自身的多孔结构能促进油在纸基 摩擦材料内部的流动， 从而有利于控制使用中的摩擦 — # —
石墨是国外纸基摩擦材料中常用的摩擦性能调
汽 车 技 术
・ 综
述 ・ 国外专利和文献中关于纸基摩擦材料制造工艺的 发展情况如下。
械的湿式离合器和制动器中，特别是作为汽车自动 变速器中湿式离合器的摩擦片材料，更具有广阔的 应用前景。纸基摩擦材料主要由纤维、 粘结剂、 摩擦 性能调节剂、填料等组成，通常采用造纸的方式生 产， 因而被称为 “纸基” 。 随着对纸基摩擦材料配方和 生产工艺的不断改进，目前发达国家的纸基摩擦材 料已具有摩擦因数高、 摩擦性能稳定、 耐磨损性能良 好、 动静摩擦因数比可调、 能量吸收能力高等一系列 优良性能， 因而被广泛应用。目前， 国外某些公司已 具备大批量生产适用于各种场合的多个系列纸基摩 擦材料的能力，如美国的 N/KKG20 公司在 $)O, 年 就可年产 #"" 万片各类纸基摩擦材料摩擦片 。
的热稳定性和与树脂粘结剂较好的亲合性，它与芳纶纤维浆粕一起加入摩擦材料里， 可 以保持摩擦表面上形成的薄膜的强度和耐热性［8］
多种纤维混合
［%$］ 碳纤维和 :+7+)+(? 纤维 （一种芳纶纤维） /012 !3848358$0 中使用纤维素纤维、 ［%%］ 碳纤维和 :+7+)+(? 纤维 =012 93#!&34$%0 中也采用了纤维素纤维、 丙烯酸纤维和碳纤维组成的混合纤维［%#］ *012 !39>43&9#0 中采用由 6-7)/. 纤维、
一起，同时为整个摩擦材料提供一定的机械性能与 摩擦性能。随着对摩擦材料耐热性和负荷要求的提 高，过去采用的热塑性有机粘结剂已被具有较高耐 热性和较高强度的热固性有机粘结剂所取代。 虽然国外纸基摩擦材料使用的粘结剂已日趋多 样化，但由于酚醛树脂具有良好的耐热性能和机械 性能以及成本低等优点，因此酚醛树脂及其改性树
的专利则加入了 !" ! %5" ! 的
［5］ 用多次浸渍工艺。如 J(.(K:33 采用两次浸渍： 第$
国外纸基摩擦材料使用的摩擦性能调节剂和 填料还有 橡 胶 颗 粒 、 氧化铝、 二氧化硅、 焦炭、 活性 碳等。橡胶颗粒被用于增加摩擦材料弹性， 使之在 工作时能与对偶更好地接触。氧化铝和二氧化硅等 作为硬质点磨料用于提高摩擦材料的摩擦因数和 耐磨性。加入焦炭和活性碳等可以降低成本， 其中 的孔洞使其与树脂粘结得更好并且可以促进油的 流动， 从而使摩擦材料更耐热， 同时可以提高摩擦 材料的摩擦因数和能量吸收率。 加入多种摩擦性能调节剂和填料可以获得较好 的综合性能。 如 647819:7:
表! 粘结剂种类 酚醛树脂及其改性树脂
国外纸基摩擦材料粘结剂的使用情况 使 用 情 况
酚醛树脂与其它树脂混用
其它有机粘结剂
/012 &3#>>3>&80 和 12 93##&34%&0@*B+=-. >0 中使用的是单一的酚醛树脂 =012 &3#5%38>>0 中使用的是 CD壬基苯酚改性酚醛树脂［4］ ［%5 ］ 中采用的是一种改性酚醛树脂 EF)+GAH *0 文献 /0 使用酚醛树脂和环氧树脂［%9］ （一种酚醛树脂） 和 5!"%$! 的硅酮树脂 =012 !3!#83&&&0 中采用了 5!"%!! 的 :+7+)/* 树脂 &、 %!］ *012 &355%35!40 和 12 &3%4#34$90 中也使用了酚醛树脂和硅酮树脂［!、 /0IJ$>%$##9!DK 提到使用脲醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂作为粘结剂 =0IJ$9$458#8DK 提出使用一种 JD苯基苯酚与苯酚共聚物树脂 *012 &3%#%3%&4 中使用了一种环氧树脂 脲醛或三聚氰胺甲醛树脂组成的热固性树脂和由 ?0IJ#4#>%9$DL# 中使用的粘结剂包括由酚醛、
（ 商标） 等芳族聚酰胺纤维［#］ /012 !3$453&!$0 采用了 6-7)/.#8 和 6-7)/.98 或 :+;-< =012 !34#>3&%$0 中使用了单一的芳纶纤维 /012 93##&34%&0 中仅使用了木浆纤维 =012 93$9!3&$40 中使用硫酸盐木浆纤维和短棉绒纤维的混合纤维［5］ 12 &3#>>3>&80 中只使用了碳纤维
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粘结剂 粘结剂的作用是将纸基摩擦材料各组分粘结在
脂仍然是使用最多的粘结剂。常用的改性酚醛树脂 有橡胶改性酚醛树脂、双马来酰亚胺改性酚醛树脂 等。另外， 硅酮树脂 （’()(*+,- .-’(, ） 也是国外纸基摩 擦材料使用较多的粘结剂，它可以提高摩擦材料的 弹性和动摩擦因数。由于硅酮树脂有导致摩擦材料 剪切强度过低和分层的问题，因此在更多的情况下 是将其与酚醛树脂混用，得到的摩擦材料通常具有 较高的摩擦稳定性和耐热性。国外纸基摩擦材料粘 结剂的使用情况如表 # 所列。