硅灰石和海泡石作为刹车片增强材料的研究

硅灰石和海泡石作为刹车片增强材料的研究
传统的汽车刹车片中的石棉对环境有负面影响并且对人类健康有潜在威胁，因此有必要研究性能更为优越而又环保的刹车片。

本次实验以硅灰石和海泡石作为增强材料，利用热压成型法制备刹车片试样并进行相关性能测试。

得到了摩擦系数在0.4以下，试样密度为2.082.38g/cm3，硬度为15.918.8HV，主要成分为Si、MoS2等的环保刹车片。

标签：硅灰石和海泡石；刹车片；热压成型法；摩擦性能
1897年，Herbert Frood使用棉线作为增强纤维发明了第一块刹车片，并用于马车和早期的汽车；1909年发明了世界上第一个固化石棉基刹车片；1968年世界上第一个半金属基刹车片“诞生”。

此后，摩擦材料开始向无石棉化发展。

国内外开始研究各种石棉替代纤维如钢纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维等在刹车片上的应用。

增强纤维种类繁多，但相比较石棉的成本和性能，却没有一种纤维能够完全取代，基于此原因，国内外的研究逐渐从单一纤维转向了混杂纤维。

我国刹车片的研究比国外起步晚，与世界发达国家还有较大差距，面对如此庞大的汽车市场，研究性能更为优越的刹车片是很有必要，本实验研究了硅灰石和海泡石作为汽车刹车片增强材料对刹车片性能的影响。

一、实验过程
采用酚醛树脂（E20 济南恣硕化工有限公司）作为基体，以硫酸钡（广州荣粤化工原料有限公司）、二硫化钼（325-400目郑州鑫通化工有限公司）石墨作为摩擦性能调节剂。

采用经表面处理的硅灰石和海泡石（济南泰星精细化工有限公司）代替石棉作为增强材料。

采用热压法制备汽车刹车片试样，试样配方为：基体材料20%，增强材料60%，其他填料20%。

在其他变量保持不变的条件下，改变试样中增强材料海泡石与硅灰石的配比，制备出三组刹车片试样如表1。

二、结果与分析
（一）密度测试
样品1、2、3密度测试结果分别为2.08、2.38、2.42 g/cm3，在保持其他变量一定的条件下，硅灰石质量增加，刹车片的密度更大。

（二）硬度测试
样品1、2、3显微硬度测试结果分别为15.9、
18.5、18.8（kgF/10s），硅灰石增多，硬度有所增加，通过三个样品的比较，样品3的硬度最好。

（三）XRD检测
三试样的XRD谱图分析结果表明所制得的样品基本为各原材料的物理混合，热压成型温度较低，各组分基本不发生化学反应。

（四）（光学）金相显微镜图像
图1a、b 、c分别为样品123在金相显微镜400倍下的微观形貌图。

从图中可以样品中存在晶体，可能是硫酸钡；图1a、b中还可以明显看到纤维结构，可能是海泡石纤维，在刹车片材料中作为增强材料，可以提高刹车片的耐磨损和耐冲击性能。

（五）摩擦性能测试
采用MM-200型摩擦磨损试验机测得三个试样在不同时间下的摩擦系数。

通过对不同试样进行摩擦性能的测试，各刹车片的摩擦系数会增加，除了第一份样品摩擦系数为初始值，其他刹车片试样因为在机器运行时产生热量，所以对初始值摩擦性能的测试产生了一定的影响。

总的来说，刹车片的摩擦系数能保持在0.4以下，表明海泡石和硅灰石作为刹车片的增强材料有很高的应用前景。

三、结论
本实验通过对以硅灰石和海泡石作为增强材料的刹车片试样进行硬度、密度、X射线衍射仪（XRD）定性分析、金相显微镜分析、摩擦性能的性能测试。

在保持制备条件不变，只改变试样中增强材料硅灰石和海泡石的配比的情况下，总的化学药品质量为100g，其中基体材料20%，增强材料60%，其他填料20%。

通过对三个样品进行测试，当海泡石为25g，硅灰石为35g时，刹车片的性能最佳。

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