中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心知识库

树脂基摩擦材料因具有比重小、对对偶盘损伤小、制动噪音低、生产工艺简单以及价格低廉等特点而在交通运输、工业机械、航空航天等领域得到了广泛的应用。但是随着工业发展的高速化和重载化，对树脂基摩擦材料的性能要求也日益提高。传统的树脂基摩擦材料在高速、高载和高温条件下因存在衰退现象严重、摩擦系数波动较大等问题而难以满足工业发展的要求。因此，如何提高树脂基摩擦材料的抗衰退性和摩擦稳定性已成为当前研究的热点。

本文以硼酚醛树脂基摩擦材料为研究对象，考察了摩擦材料摩擦系数对速度和载荷的敏感性，探讨了影响树脂基摩擦材料摩擦学性能的主要因素，并对其比热容、导热及压缩性能与摩擦稳定性的相关性进行了研究，发展了提高树脂基摩擦材料摩擦稳定性的方法。具体得出以下几方面的结论：

1. 以硼酚醛树脂为粘结剂制备树脂基摩擦材料，系统考察了树脂、纤维、固体润滑剂种类对摩擦材料力学、热力学和摩擦学性能的影响。结果表明，当丁腈改性树脂与硼改性树脂的比例为1:3时，摩擦材料的耐热性能最好，其初始分解温度达到了415.8 ℃。同时其摩擦系数提高了18%，但其磨损也是最严重的，主要是因为其较差的力学性能；当芳纶浆粕的含量增加至10%时，摩擦材料的摩擦磨损性能最好，其摩擦系数提高了3.6%，磨损率降低了17.7%。芳纶浆粕的加入对填料起到了锚固作用，阻止了材料的片状剥离。石墨、PTFE和MoS₂三种固体润滑剂中，石墨的综合性能最好。添加12.5%石墨时，摩擦材料的磨损率降低了94%，而摩擦系数仅降低了16%。

2. 采用黄金分割法优化了硼酚醛树脂基摩擦材料的配方，并考察了优化后的摩擦材料在干摩擦和水润滑条件下速度和载荷对其摩擦学性能的影响。结果表明，与干摩擦相比，在水润滑条件下，水的润滑和冷却作用降低了摩擦材料的摩擦系数对速度和载荷的敏感性。无论是在干摩擦还是水润滑条件下，速度对摩擦材料摩擦系数的影响要大于载荷对其的影响。

3. 利用莫来石和碳纤维分别提高了摩擦材料的比热容和热导率，研究了摩擦材料的承载能力、比热容和热导率与摩擦系数稳定性的相关性。结果表明：高压缩性能的具有高的抗载荷变形能力，因而在载荷变化时其摩擦系数稳定性较高；而高比热容和热导率的摩擦材料在吸收相同热量时其温升较小，因而在速度变化时其摩擦系数稳定性较高。当莫来石的含量增加至10%时，摩擦材料的压缩强度和模量分别提高了35.4%19.6%，同时其比热容提高了40%左右。因此，其摩擦系数的稳定性显著改善。在载荷变化条件下，其摩擦系数的稳定系数和变化系数分别提高了10.2%和23.1%；在速度变化条件下，其分别提高了18.4%和36.6%。同样，添加9%碳纤维时，摩擦材料具有高的摩擦系数稳定性和良好的抗磨性能。