本文選題：摩擦材料　切入點：硼改性酚醛樹脂　出處：《南京農(nóng)業(yè)大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：碳纖維增強復合摩擦材料是以碳纖維為主要增強纖維的復合耐摩材料,其在諸多運動機械和裝備中起傳動、減速、制動等作用,廣泛應用于飛機、賽車、摩托、高速列車等。碳纖維增強復合摩擦材料具有力學性能高、耐熱性好、質量輕、膨脹系數(shù)小、耐磨損等優(yōu)點,一直是人們研究的重點。本文分別以3廠家硼改性酚醛樹脂(FB樹脂)以及普通酚醛樹脂為基體,以碳纖維(CF)、陶瓷纖維、芳綸為增強劑,添加碳化硅粉(SiC)、碳酸鈣粉(CaCO3)、石墨、二氧化硅(SiO2)等填料,對增強劑和填料進行硅烷偶聯(lián)劑(KH550)與超聲波復合處理,利用熱壓成型的方法制備出不同種類的碳纖維增強樹脂基復合摩擦材料。對比分析摩擦材料的密度、硬度、壓縮強度、沖擊強度等物理力學性能,以及摩擦磨損性能和耐熱性能。用掃描電鏡對摩擦磨損的表面進行觀察,分析其磨損機理。具體研究內(nèi)容如下:(1)對比分析了3廠家的硼改性酚醛樹脂和普通酚醛樹脂為基體摩擦材料性能,結果表明:不同廠家的酚醛樹脂基體對摩擦材料的物理性能、力學性能、摩擦磨損性能和熱性能有明顯影響;且3廠家硼改性酚醛樹脂作為基體時摩擦材料的力學性能、摩擦磨損性能以及熱性能均優(yōu)于未改性的酚醛樹脂,其中C廠家硼改性酚醛樹脂基摩擦材料有最大的硬度、最大的壓縮強度以及最好的沖擊強度,分別為:93.42HRL、118.6MPa、3.46KJ/m2。200N載荷壓力下,C廠家硼改性酚醛樹脂制成的復合摩擦材料有穩(wěn)定的摩擦系數(shù),為0.65磨損率最低,且高溫下磨損較小。C廠家硼改性酚醛樹脂制成的復合摩擦材料有最穩(wěn)定的熱膨脹性能,在200℃時,其熱膨脹系數(shù)為11.689× 10-6/℃,比普通酚醛樹脂的復合摩擦材料熱膨脹系數(shù)減小了約38.60%。(2)對比分析了碳纖維與碳酸鈣配比(2%/21%、4%/19%、6%/17%、8%/15%、10%/13%)對摩擦材料性能的影響結果表明:隨著碳纖維含量增加,摩擦材料的密度逐漸減小,當碳纖維含量為2%時,摩擦材料密度較大,為1.733g/cm~3,而碳纖維含量為10%時,摩擦材料密度較小,為1.599 g/cm~3;隨著碳纖維含量的增加,材料的硬度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,其中當碳纖維含量在8%時,摩擦材料硬度較大,為79.46HRL,而當碳纖維含量在10%時,摩擦材料硬度較小,為58.93HRL;不同碳纖維含量試樣的壓縮強度和沖擊強度都呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,其中當碳纖維含量為6%時,摩擦材料的壓縮強度和沖擊強度較大,分別為:111MPa和3.87KJ/m2;隨著碳纖維含量的增加,摩擦材料的摩擦系數(shù)有少量變化,而磨損率則是隨著碳纖維含量的增加呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。當碳纖維含量在6%時,摩擦材料摩擦系數(shù)比較大,而且比較穩(wěn)定,200N載荷下僅為0.0087g,高溫下磨損較小。在100℃之前,五種摩擦材料的熱膨脹系數(shù)差距不大,100℃之后碳纖維含量越高,摩擦材料呈現(xiàn)熱膨脹系數(shù)越來越小的趨勢。200攝氏度時,B5的線膨脹系數(shù)為5.089× 10-6/℃,而B1的熱膨脹系數(shù)為7.663× 106/℃。隨著碳纖維含量的增大,復合摩擦材料的熱性能逐漸增強,當碳纖維含量為10%時,摩擦材料初始分解溫度為390℃,700℃時的剩余質量為75.6%。(3)對比分析了不同硅烷偶聯(lián)劑處理順序對摩擦材料性能影響結果表明:由偶聯(lián)劑先處理增強劑與填料的摩擦材料的密度較大,為1.699g/cm~3,未用偶聯(lián)劑處理的的摩擦材料密度較小,為1.653 g/cm~3;隨著偶聯(lián)劑處理方式不同,摩擦材料硬度、壓縮強度和沖擊強度均均有變化,當偶聯(lián)劑先處理增強劑與填料時,摩擦材料硬度、壓縮強度和沖擊強度均較大,分別為99HRL、146MPa和3.926kJ/m2;將偶聯(lián)劑先處理增強劑時,摩擦材料摩擦系數(shù)隨著壓力的增加變化不大,穩(wěn)定性高,其波動范圍為0.498～0.481,波動幅度△ u為0.017。隨著載荷的增加,摩擦材料的磨損量逐漸升高,四種摩擦材料不同壓力下(100N～200N)下總磨損率分別為:3.48× 10-2,2.56×10-2,3.15×10-2,3.37×10-2g,偶聯(lián)劑先處理增強劑的摩擦材料耐磨性能最好,且高溫下的磨損較小。偶聯(lián)劑先處理增強劑的摩擦材料熱膨脹性能最好。200攝氏度時,C2的線膨賬系數(shù)為5.844×106/℃,而C1的熱膨脹系數(shù)為8.711×10~(-6)/℃,C2的線膨脹系數(shù)比C1減小了約32.91%,同時比C3、C4分別減小約14.45%和25.53%。偶聯(lián)劑先處理增強纖維的摩擦材料耐熱性能較好,其初始分解溫度為362.5℃,700℃的殘余質量為 75.0%。(4)對比分析了樹脂基體含量對摩擦材料性能影響結果表明:當樹脂基體含量為10%時,摩擦材料有較大的密度,為1.723g/cm~3,當樹脂基體含量為30%時,摩擦材料有較小的密度,為1.633 g/cm~3;隨著樹脂基體含量不同,摩擦材料硬度、壓縮強度和沖擊強度均有變化,當樹脂基體含量為25%時,摩擦材料有較大的硬度、壓縮強度以及沖擊強度,分別為:90.5HRL、146.9MPa、4.028KJ/m2。當樹脂含量為20%時,此時樹脂基體能很好的將其他組分粘結,此時摩擦系數(shù)較小,200N載荷下為0.504。當樹脂基體含量繼續(xù)增大時,材料摩擦系數(shù)變化不大。還可以看出,樹脂含量為20%和25%的摩擦材料摩擦系數(shù)穩(wěn)定性較高,摩擦系數(shù)隨著載荷的增加變化不大,高溫下的磨損較小。200℃C時五種材料的線膨脹系數(shù)分別為:9.772×10~(-6)/℃、10.021×10~(-6)/℃C、18.622×10~(-6)/℃、23.473×10~(-6)/℃、22.168×10~(-6)/℃,線膨脹系數(shù)變化明顯。當樹脂基體含量為10%時,摩擦材料耐熱性能較好,其初始分解溫度為378.5℃,700℃時的殘余質量為81.7%;當樹脂基體含量在15-25%之間時,三種摩擦材料耐熱性能較接近,初始分解溫度為362.5℃,700℃時的殘余質量約為76.0%;當樹脂基體含量為30%時,摩擦材料初始分解溫度為350.5℃,700℃時的殘余質量為69.0%。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB39

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