段亞萍，李國兵，張 振

（咸陽非金屬礦研究設計院有限公司，陜西 咸陽 712021）

1 混雜纖維在無石棉摩擦材料應用現(xiàn)狀

目前，我國在盤式片無石棉摩擦材料開發(fā)方面的進展比較快，但在中重型載重車鼓式制動器襯片無石棉化方面的進展較為緩慢，雖然很多摩擦材料廠家及各科研院所已經(jīng)做了很多卓有成效的工作[1]，但與小車盤式摩擦片無石棉進程相比，以及主機廠、維修市場對摩擦材料的要求相比，還有很大差距，主要表現(xiàn)在：①無石棉鼓式片穩(wěn)定性比較差；②鼓式片本身的性能有缺陷，不能滿足客戶的要求。

為了能較好地解決以上的一些問題，在充分論證的基礎上，采取以下解決辦法：工藝上選擇在鼓式片生產(chǎn)中應用較廣泛的干法筒模生產(chǎn)工藝。在增強材料上選擇以3～5種的混雜纖維為主，包括礦物纖維、玻璃纖維、碳纖維預氧絲等混雜，使纖維能取長補短，如玻璃纖維主要起產(chǎn)品增強沖擊強度；碳纖維預氧絲主要解決產(chǎn)品在整個過程特別是高溫使用狀態(tài)下的耐磨性；表面經(jīng)過活性處理的礦物纖維，一方面可以增加產(chǎn)品整體強度，另外又可以增加產(chǎn)品的摩擦系數(shù)及耐磨性能等。

2 試驗方案

2.1 摩擦材料配方設計

粘結劑主要為耐熱性比較好的腰果油改性樹脂輔以粉末丁腈橡膠，樹脂主要是解決產(chǎn)品粘結作用，保證產(chǎn)品能形成一個整體，耐高溫性能比較好，粉末丁腈橡膠能改善產(chǎn)品的柔軟性，降低產(chǎn)品的硬度[2]，樹脂設計的重量比13%～15%，粉末丁腈橡膠3%～5%，總的粘結劑重量比16%～20%，總的粘結劑體積比18%～24%。

增強材料主要以礦物纖維為主機纖維，輔以木質纖維素纖維、玻璃纖維、碳纖維預氧絲等[3]。總體增強纖維重量比30%～45%，體積比18%～30%。

增磨材料主要以重晶石、鋯英粉、a-氧化鋁等、重質碳酸鈣重量比25%～30%，體積比18%～23%。

減磨材料主要以天然石墨、焦炭粉作為減磨劑，主要作用：穩(wěn)定摩擦系數(shù)，降低產(chǎn)品的磨損?？偟闹亓勘?2%～20%，體積比15%～23%。

其他材料包括著色劑、蛭石、脫模劑等，主要是調節(jié)產(chǎn)品的顏色外觀，保證產(chǎn)品脫模?？偟闹亓勘?%～8%，體積比3%～8%。

在選擇材料時，性能及工藝性兩個要素同時考慮，使產(chǎn)品具有較理想的性能，同時產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中，要用現(xiàn)有生產(chǎn)工藝條件。在配方設計時，指定摩擦系數(shù)需確定為0.40～0.50。

2.2 摩擦材料制備工藝設計

為了進一步驗證混雜纖維的實際效果，設計一個基礎配方，生產(chǎn)工藝沿用現(xiàn)有的應用比較多的干法筒模生產(chǎn)工藝，也能穩(wěn)定高效大規(guī)模的生產(chǎn)；另外筒模工藝特別適用于增強纖維比較短的配方，熱壓成型比較容易，不用再增加新的設備和工序。工藝流程為：物料稱量——混拌——熱壓——熱處理——磨制加工——鉆孔——打碼——檢驗——包裝。

針對無石棉配方的特點，對不適應無石棉大規(guī)模生產(chǎn)的工藝參數(shù)進行調整，如混料過程中的加料順序、混合時間等參數(shù)進行調整(玻璃纖維混拌時間太久容易結團，在混拌時，玻璃纖維最后30s再加入)，另外，需對生產(chǎn)過程中的注意事項進行詳細說明。

工藝上，仍延用傳統(tǒng)摩擦材料干法工藝流程[4]，在混料時，加料順序及混合時間方面，與傳統(tǒng)的石棉片生產(chǎn)工藝有所不同，對相應的工藝參數(shù)進行調整。另外對無石棉生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)粘模的問題，在配方及工藝方面都進行了改進，如增加內脫模劑，提高模具的光潔度等。

3 試驗結果與討論

根據(jù)制訂的方案，在研發(fā)過程中逐一實施，并針對在實施過程中的問題進行改進，不斷地完善工藝，確定各工序的技術參數(shù)。如混合時間、加料順序、熱壓溫度、熱壓時間、單位壓力、熱處理工藝等，有針對性的進行調整，使這種混雜無石棉配方能夠大規(guī)模穩(wěn)定的生產(chǎn)。

經(jīng)過三個多月近幾十次的小樣試驗，初步研發(fā)出各項性能都比較滿意的小樣產(chǎn)品，同時在試驗的過程中，對理論上確定的工藝技術參數(shù)進行進一步的驗證，按GB 5763-2008《汽車用制動器襯片》[5]標準測試摩擦磨損性能，同時對產(chǎn)品的硬度、密度、沖擊強度等參數(shù)進行測試，在權衡各種性能指標的前提下，確定最終的產(chǎn)品配方，并進行小樣測試[6-7]。

為了驗證其配方的重復性及穩(wěn)定性，對上述配方進行了多次重復實驗，盡可能地消除研發(fā)過程中的偶然性，經(jīng)過多次的重復，結果如表1、表2所示。

表1 摩擦材料摩擦磨損性能試驗結果

表2 摩擦材料物理性能試驗結果

通過多次試驗數(shù)據(jù)對比情況分析，產(chǎn)品摩擦磨損性能以及各項物理性能，重復性再現(xiàn)性都比較好。為了進一步驗證產(chǎn)品在實際使用過程中的效果，量產(chǎn)了一小批產(chǎn)品，按照上面驗證好的配方及工藝，做成陜汽德龍產(chǎn)品后片，在載重車上做實際的裝車道路試驗，2018年8月初裝車，經(jīng)過兩個多月實際道路驗證，司機反饋產(chǎn)品在使用過程中，制動非常靈敏，使用過程中也沒有噪音，在汽車保養(yǎng)過程中，沒有出現(xiàn)傷轂的情況，摩擦材料外表面沒有龜裂的情形。用了兩個多月，產(chǎn)品磨損較小，按目前的磨損情況推算，估計能使用6～8個月，使用里程可達到5萬公里以上。

4 結論

(1) 無石棉配方主要是采用多種混雜纖維設計，特別是在部分吸附不好的纖維，如礦物纖維、玻璃纖維進行表面活性處理，改善纖維與摩擦材料以及其他原料的結合，提高摩擦材料的耐磨性及使用壽命，減少產(chǎn)品性能的波動；采用三種以上纖維混雜，取長補短，保證產(chǎn)品性能滿足客戶要求。

(2) 無石棉配方具有制動靈敏，使用壽命長的特點，非常適合我國中重型汽車實際需求，此配方及工藝選擇目前國內比較傳統(tǒng)的干法筒模熱壓工藝，也是目前國內應用最多的一種工藝，配方工藝成熟之后，能比較容易地轉化為生產(chǎn)力。

(3) 該配方符合GB 12676-2014《商用車輛和掛車制動系統(tǒng)技術要求及試驗方法》[8]國家標準要求，有較好的性價比，應該比較容易被市場接受。

(4) 該配方也存在不足之處，在無石棉配方中需用玻璃纖維來增強產(chǎn)品的沖擊強度，來保證滿足指標要求，由于玻璃纖維與人體皮膚接觸會產(chǎn)生難以忍受的痛癢刺激，這一點在生產(chǎn)過程中，要加強防護。