钛酸钾晶须改性纤维编织制动带的摩擦磨损性能研究.pdf 4页

袁玉敏，等：钛酸钾晶须改性纤维编织制动带的摩擦磨损性能研究65钛酸钾晶须改性纤维编织制动带的摩擦磨损性能研究袁玉敏，丁旭潘阳游明琳(1．贵州大学机械工程学院，贵阳550003；2．贵州工业职业技术学院，贵阳550003)摘要利用钛酸钾晶须浸涂于玻璃纤维复合编织制动带表面来改善制动带性能，采用定速式摩擦试验机对制动带摩擦磨损性能进行测试。结果表明，钛酸钾晶须使制动带的摩擦系数稳定性增加，抗热衰退性能提高，磨损率降低，并且明显地提高了制动带在高温下的抗变形及抗破损性能。关键词钛酸钾晶须编织制动带摩擦磨损性能钛酸钾晶须是新一代高性能复合材料增强剂，1．2仪器、设备具有高强度、高模量、耐磨耗、耐高温、隔热、高电气定速摩擦磨损试验机：XD—MSM型，咸阳新益绝缘性及优异的红外线反射性能，而且硬度适中，尤实验机厂；其是钛酸钾晶须对树脂的显微填充和增强性特别扫描电子显微镜(SEM)：JSM一6490LV型，日好，与有机、无机类材料能够保持极好的相容性，可本电子株式会社。用于开发各种新型高性能的轻质、高比强、耐磨的增1．3试样制备强树脂基复合材料。以自制的质量分数为45％的纳米坡缕石与桐玻璃纤维(GF)复合编织制动带是一种用于工油复合改性酚醛树脂(图1为该树脂的热失重曲程机械及其它特殊场合的制动材料，其一般由GF线)的酒精溶液作为粘接剂。及少量其它纤维经三维编织后，再经浸渍液态粘接剂、烘烤固化等工序而制成。某企业在生产外商订零＼做的7mm厚非标准GF复合制动带时，其初期摩擦褂迎性能不理想，特别是磨损率偏大。若所用粘接剂浓基度过高，过量树脂包裹纤维，树脂的减摩作用增加，而GF的增摩作用下降，则摩擦系数偏低，高温热衰退明显，热恢复性能也差；如所用粘接剂浓度偏低，则又使制动带的高温强度较低，易产生剪切变形及图1纳米坡缕石与桐油复合改性酚醛树脂的热失重曲线边缘破碎，并使制动带及对偶件的磨损率偏高，使摩试样的制作工艺过程大致如下：擦性能不理想。(1)下料笔者采用钛酸钾晶须作为增强改性材料，填充切下3块相同尺寸的编织白带，尺寸比试验机于薄型纤维复合编织“白带”(即未浸渍粘接剂的纯要求的试样尺寸25mm×25mm稍大。编织带)表面而制成制动带，以期解决薄型编织制(2)浸渍编织白带动带摩擦性能不足的问题，并简述其摩擦磨损机理。将经IO0~C干燥后的编织白带浸渍粘接剂溶液1实验部分约10h，以使其浸透。1．1原材料(3)配制钛酸钾晶须混合液GF复合编织白带：厚度约71Tlnq，主要由GF、适钛酸钾晶须烘干后，加入粘接剂溶液中，配成钛量的芳纶纤维及直径为0．2mm的黄铜丝编织而酸钾晶须质量分数为25％的混合液。成，贵州天龙摩擦材料有限公司；(4)编织带表面浸涂钛酸钾晶须钛酸钾晶须：长径比约3～20，堆密度约0．4～取出l片已浸渍的编织带，反复用钛酸钾晶须0．5g／cm，莫氏硬度为4，平均直径约1．4Ixm，宜昌混合液淋涂并刮压于编织带的一面，以尽可能使表晶须复合材料有限公司；面充填饱满，再刮去浮在表面的多余晶须，记为纳米坡缕石与桐油复合改性酚醛树脂：自制E2]收稿日期：2009—11—10 66工程塑料应用2010年，第38卷，第1期A片；同样地，取出另一片已浸渍的编织带制成B能量的反射和能量的缓慢传递，致使制动片的温度片，但其表面的钛酸钾晶须的充填量约为A片的升高速度较为缓慢，从而保持了摩擦系数的稳定性，50％；未浸涂钛酸钾晶须混合液的编织带则记为c也减小了磨损量。；在300~C以上时，除上述粘接片。剂分解及GF性能衰退因素外，还有因表层钛酸钾(5)低温烘烤及压制晶须的不断磨损使其充填密度不断减少，导致高温将A、B、C片置于60℃烘箱中烘干，当稍用力增强作用不断下降而使摩擦系数下降，但二者的综手压变形时即趁热进行压制，压制厚度约为6mm。合作用使试样A、B摩擦系数的下降较试样c平缓经约10h缓慢分段升温至160~C后，断电自然冷却。得多。最后经轻微打磨及边缘修整后制得试样A、B、c。图3示出试样A、B、C降温过程中在不同温度1．4性能测试下的摩擦系数。由图3可见，试样A、B的摩擦系数摩擦磨损性能按GB5763—1998中的第4类别恢复性能较好。其中在较低温度下的摩擦系数随温测试，测试温度分别为100、150、200、250、300、度的升高而缓慢升高可看作是摩擦接触面的粘接剂350~C。所用摩擦盘材质为HT250灰铸铁(金相组磨耗及分解后而暴露出富纤维层的结果⋯。织为珠光体，硬度为180～220HBS)，测试转速为500r／rain。2结果与讨论2．1钛酸钾晶须对编织制动带摩擦系数的影响疑始避图2示出试样A、B、C升温过程中在不同温度OOO0O下的摩擦系数。由图2可见，未浸涂钛酸钾晶须的1UUJ，U2UU2UUUj，U试样C的摩擦系数在温度较低时比试样A、B的高，温度／℃在约270~C时开始衰减，在300~C时已降到0．3以1一试样A；2一试样B；3一试样C下。这是由于GF的硬度(莫氏硬度为6)高于钛酸图3试样A、B、C降温过程中在不同温度下的摩擦系数钾晶须的硬度(莫氏硬度为4)J，对摩擦对偶件的图4为试样A在摩擦测试前的局部SEM照片。刻划作用明显，使摩擦系数较高，显然也使对偶件的由图4可以看出，钛酸钾晶须在纤维表面有较好的磨损增大；而在约270~C以上高温时，GF的强度、硬显微填充性。图5为试样A经300~C摩擦测试后的度开始下降j，且易于剥离及拔出，加上粘接剂的局部SEM照片。由图5可以看出，试样表面存在热分解(实际摩擦接触面的温度比测试温度高)、流动疲劳磨损和热氧化磨损而形成的炭化层、流变层，并界面膜及炭化层的形成导致摩擦系数下降j。存在GF的脱落和条状晶须的附着形貌。O-6O5。一4O．201l00l50200250300350图4试样A在摩擦测试前的局部SEM照片(×200)温度／℃1一试样A；2-试样B；3-试样C图2试样A、B、C升温过程中在不同温度下的摩擦系数由图2还可见，浸涂钛酸钾晶须的A、B试样摩擦系数较为稳定，在约300012以上才有一定的衰减，其中含钛酸钾晶须较多的试样A在350％时的摩擦一系数仍约为0．3。这是钛酸钾晶须的高温性能较为图5试样A经300℃摩擦测试后的局部SEM照片(×1000)稳定及其对试样增强的结果，同时钛酸钾晶须对红2．2钛酸钾晶须对编织制动带高温强度的影响外线的反射能力强，导热系数较低，其对摩擦过程中GF编织制动带一般在约250~C以上进行摩擦 袁玉敏，等：钛酸钾晶须改性纤维编织制动带的摩擦磨损性能研究67试验时，由于粘接剂的分解炭化、GF强度的下降，会一巨使试样产生剪切变形及边缘破碎(在摩擦接触面最●Z明显)，磨损率明显增高。温度越高则变形及破碎一量越明显，磨损率越大。试验发现，未浸涂钛酸钾晶须的制动带试样C一＼褂在250℃时就有少量剪切变形，在300oC时有明显的莲{剪切变形及边缘破碎(见图6)，磨损率明显增高；而在300以上时，试样须修磨后才能放人试验机中，1一试样A；2一试样B：3一试样C试验的准确性已降低。而浸涂了钛酸钾晶须的试样图7试样A、B、C在不同温度下的磨损率变化情况A、B在300℃时未有明显剪切变形及边缘破碎现3结论象，经350c《=摩擦试验后，才有少量变形及破碎(其(1)GF复合编织制动带经表面浸涂钛酸钾晶中浸涂较少钛酸钾晶须的试样B的变形及破碎稍须后，有助于提高编织带的高、低温摩擦系数稳定性明显些)。这是由于钛酸钾晶须的高温性能较GF及抗热衰退性，使磨损率降低，并明显提高编织带在更加稳定，强度及耐磨性远高于GF。同时因钛酸钾高温下的抗变形及边缘抗破损性能，能适应更恶劣晶须对红外线的反射能力强，导热系数较低，致使制工况的要求。动片的温度升高缓慢，加上晶须的填充使编织带的(2)因钛酸钾晶须的硬度比GF的硬度小，耐磨致密度及强度提高，从而减小了试样的变形量及磨性更好，因而GF复合编织制动带经表面浸涂钛酸损率。条状钛酸钾晶须与炭化基体的附着性好于钾晶须后，有助于降低对偶件的磨损率。GF，这也是其使磨损率减少的原因之一。(3)钛酸钾晶须对GF复合编织制动带纤维束问有较好的显微填充性，而GF复合编织制动带单面浸涂适量的钛酸钾晶须使成本增加也不多，但能较明显地提高制动带的使用寿命及摩擦性能稳定性■■■(特别是初始摩擦性能稳定性)，特别适用于改善薄而编织较疏松的GF编织制动带的摩擦磨损性能，(a)(b)(e)有一定的实际应用价值。a一试样A；b-试样B；c一试样C参考文献图6试样A、B、C经3OO℃摩擦试验后的照片[1]李导民．钛酸钾晶须的应用及开发[J]广东化工，1993，29图7示出试样A、B、c在不同温度下的磨损率(2)：24—27．[2]王佳佳．纳米坡缕石改性酚醛树脂基体的制备及摩擦性能的变化情况。由图7可见，三者在300℃以上时的磨研究[D]．贵阳：贵州大学，2009．损率均急剧升高。对浸涂钛酸钾晶须的GF编织制[3]吴训锟晶须状填料对酚醛树脂摩擦材料性能的影响[J]．润动带的试样A、B而言，主要是因GF高温强度的下滑与密封，2007，32(11)：123—124．降、粘接剂的高温分解及磨损到此层时钛酸钾晶须[4]高惠民．矿物复合摩擦材料[M]．北京：化学T业出版社，的含量减少所致。而对试样C而言，则还包含有试2007．[5]郭新涛．复合材料摩擦片热衰退机理初步研究[J]．玻璃钢／复样因强度降低而导致的剪切变形，所以表现为磨损合材料，2002(6)：15—16率明显偏大。[6]车剑飞，宋哗，陆怡平，等．无石棉摩擦材料磨损性能的研究虽然钛酸钾晶须的高温强度大于GF，但其莫氏[J]．非金属矿，1999，22(5)：40—42．硬度为4，小于GF的6．5，涂有钛酸钾晶须的试样[7]王红侠．混杂纤维增强汽车制动器摩擦材料的研究[J]．非金A、B使对偶件的磨损率降低¨’。属矿．2009．32(3)：73—75．STUDYoNFRICTIoNANDWEARBEHAVIoRoFPoTASSIUMTITANATEWHISKERIMPROVEDWoVENBRAKEBANDYuanYumin’DingXu，PanYang’YouMinglin，，(1．SchoolofMechanicalEngineering，GuizhouUniversity，Guiyang550003，China；2．Guizhoulndust~PolytechnicCollege，Guiyang550003，China) 68工程塑料应用2010年，第38卷，第1期ABSTRACTThewovenbrakebandwasmodifiedbyfillingwithpotassiumtitanatewhiskers，andthefrictionandwearbehaviorwastestedbyconstantspeedfrictiontester．Theresultsshowedthatthewovenbrakebandfilledwithpotassiumtitanatewhiskershadmorestablecoeficientoffriction，higherheatfadingresistanceandlowerwearrate，anditscapabilitiesofdeformationproofingandbreakingproofingathightemperatureweresignificantlyincreased．KEYWORDSpotassiumtitanatewhiskers，wovenbrakeband，frictionandwearbehavior我国塑料机械行业与国际水平尚存六大差距值低、品种少、能耗高、控制水平低、性能不稳定等方面。由中国塑料机械工业协会秘书长粟东平日前在接受记者于国产设备在经济效益和竞争力等方面的差距，因而我国对采访时表示，我国塑机行业的发展虽然已能够满足国内市场国外先进水平的高端塑机设备具有较高的依存度。例如，大的需求，但与工业发达国家和地区相比，还存在六方面的差型乙烯工程中的塑料造粒机组、电子和通信工程中所需的生距：①发展理念及模式上存在差距。按照国际流行的模式，产其载体光盘的精密注塑机、汽车工业领域中所需的大型注先进的塑料机械制造厂商的触角，早已深入到了直接消费市塑机、大型多层中空成型机、包装行业中多层中空成型机、医场。他们不断研究、寻找和发现消费市场的需求，自行开发疗卫生领域中所需的精密挤出机等长期依靠进口，这与我国新型的塑料制品，然后为此而设计机器、安排工艺配方，直至是塑料机械生产大国的地位形成强烈的反差。⑥设备更新为设备的使用者提供一套包括加工装备在内、能成功地制成观念存在差距。与我国企业动辄花费数十万、上百万外汇购一种新型产品的交钥匙工程。这种方式已完全不同于传统进国外先进设备相比，国外企业的自身装备更新并非总是花的“用户需要什么，就生产什么”的消极模式，而是一种主动钱买新装备，而是在条件许可时不断地对老旧设备进行改引导市场消费的积极模式。要达到这一步需要大量具有创造，其改造内容主要是控制系统。他们将老旧设备的控制系新精神的高素质管理人才；需要大量跨学科、跨行业的高素统和关键部件不断更新。这样，不仅提高了企业现有设备的质科技人才；需要有效的、广泛的、跨行业的社会信息流通体加工精度和水平，而且花费的成本较低。(中聚)系。②设计理念上存在差距。目前，国外塑料机械流行的设玻纤行业去库存化进度计是以所要加工制品的需求为原则，让用户在市场中取胜为2008年全国玻纤产量约2l1万t，同比增长31．9％，其理念，为设备的使用者设计制造专用设备。由此而涌现出大中60％出口，40％内销，进口约2O万t，表观消费量约105万量新技术，如三维回路技术、双泡管膜法、金属塑料加工技t，同比增长39．8％。预计2009年全年产量约210万t，与术、混炼与注射结合技术、同向双螺杆直接挤出技术、熔体泵2008年基本持平，其中50％出口，50％内销，进口20万t，表及热流道技术等，并因而引出了所谓“模块化”的设计方法。观消费量约125万t，同比增长19．0％。2009年玻纤需求主当前我国塑料机械的大部分企业，还在沿用传统的标准机型要来自国内，包括基建、汽车、风机的拉动等，国外需求未见加改进的套路，试图来适应千变万化的市场需求，缺少灵活明显起色。玻纤价格2009年下半年开始起色，库存依然较应变的市场竞争能力。③效益、节能方面存在差距。高速、多。目前无碱粗纱含税价约6000～7000t，中碱粗纱约高效、节能一直是近年来国际塑料机械发展的主旋律。而在3000～4000Yr／t，细纱约9500元／t。目前全行业库存约30这方面，我国大多数塑料机械存在能耗大，多为国外同类型万t，相当于2个月的产量。开工率方面，玻纤行业从2008机的2倍，速度一般为国外设备的一半；产品开发周期约为年年中开始大幅减产，目前行业开工率约80％，预计2009年国外的3倍，产品寿命却比国外低一半。高生产效率挤出技全年池窑平均开工率约75％。产能方面，预计到2010年末，术、高速高效的塑化系统研制以及节能、高效、响应速度快的全国已建成池窑产能达到280万t。根据玻纤协会“十二五”双轴伺服控制系统等，都有待于进一步提高。④控制水平存规划的指导意见，原则上不再新上池窑产能，这280万t产在差距。在国际上，为使设备更加高速、高效，相继采用了高能已可保证未来几年的需求。(工程塑料网)级的电脑控制系统。例如，汽车工业中曾使用的CANbus总美国开始淘汰十溴联苯醚线布置、先进的数字图线控制、车间多台设备的网络化控制经过与美国环保局的几轮沟通后，雅保、科聚亚及以色及通过互联网建立远程服务体系等。国内的测量和控制技列死海溴集团同意3年内在多数应用领域逐步淘汰含溴阻术则要落后国外10～15年，控制精度、制品重复精度等，与燃剂十溴联苯醚，不再生产和销售该产品。雅保公司和科聚国外先进水平存在较大的差距。⑤竞争力存在差距。目前亚公司在美国生产十溴联苯醚，以色列死海溴集团公司则是我国塑机产品年产量约占世界总产量的25％，但是产值却该产品的美国最大进口公司。3家公司表示到2013年底，只占9％左右。按照国际上公认的对企业竞争力评价方法，完全停止销售该产品。按照3家公司与美国环保局的协议，从销售额、投资回报率、研究开发投入及生产规模和能力四十溴联苯醚的淘汰将先从消费领域开始，随后是运输和工业个表现企业竞争力的参数来看，我国企业的整体水平明显低用途。某些特定运输和军事用途由于需要更多的时间才能于国际同行。在设备产品方面，与工业发达国家如德国、日找到合格的替代品，因此其淘汰时间可延长1年。本、意大利相比，我国塑料机械产品的差距主要表现在附加(工程塑料网)