謝茂青，王雷剛

六鈦酸鉀晶須增強(qiáng)汽車(chē)干式離合器摩擦片的熱衰退和振顫特性

謝茂青1, 2，王雷剛1

(1. 江蘇大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，鎮(zhèn)江 212013；2. 浙江鐵流離合器股份有限公司，杭州 311101)

汽車(chē)離合器用摩擦片是影響離合器使用壽命、動(dòng)力傳遞效率和舒適性的關(guān)鍵零件，提高其在滑磨過(guò)程中摩擦因數(shù)穩(wěn)定性和對(duì)振顫的衰減特性是避免傳遞扭矩不穩(wěn)定，汽車(chē)發(fā)生振顫的重要技術(shù)手段。本文制備一種六鈦酸鉀晶須增強(qiáng)離合器摩擦片，研究該類(lèi)材料的熱衰退特性，并進(jìn)行振顫臺(tái)架試驗(yàn)。結(jié)果表明：添加8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))六鈦酸鉀晶須的汽車(chē)離合器摩擦片在400 ℃時(shí)摩擦因數(shù)大于等于0.2，優(yōu)于德國(guó)大眾3101程序熱衰退測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)350 ℃的要求；其在20 000個(gè)循環(huán)后在500 r/min和800 r/min的平均阻尼因數(shù)小于等于0.05 N?m?s，滿足德國(guó)3102程序振顫測(cè)試規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)；在20 000個(gè)循環(huán)后在500 r/min的最大阻尼因數(shù)小于等于0.1 N?m?s規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)振顫有明顯衰減作用。

離合器；摩擦片；六鈦酸鉀晶須；熱衰退；振顫

近十年來(lái)，全球汽車(chē)工業(yè)向高速、重載、舒適、節(jié)能、環(huán)保方向發(fā)展，對(duì)汽車(chē)傳動(dòng)和制動(dòng)摩擦材料提出了更高要求[1]。目前實(shí)際生產(chǎn)的纏繞式離合器摩擦片大多數(shù)是復(fù)合線作增強(qiáng)材料，而這些復(fù)合線中，除有機(jī)纖維和無(wú)機(jī)纖維外，為達(dá)到增強(qiáng)、導(dǎo)熱、耐磨的作用，幾乎都含有金屬纖維尤其是銅絲，如很多中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)的無(wú)石棉離合器摩擦片，其骨架材料均有金屬纖維尤其是銅絲[2?3]。使用銅絲可使摩擦片抗熱衰退性和耐磨性增加，但是大量使用銅將造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[4?5]。歐美一些國(guó)家已就限制摩擦材料中有害重金屬組分及銅的含量進(jìn)行立法[6]。目前凱芙拉纖維、碳纖維等一些高端纖維材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)和優(yōu)異的耐腐蝕性和耐高溫性能和抗振顫性能，成為先進(jìn)復(fù)合材料的典型代表，《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》指出，“十二五”將重點(diǎn)發(fā)展高性能復(fù)合材料，并將加快發(fā)展碳纖維等高性能增強(qiáng)纖維[7?8]。但目前凱芙拉纖維和碳纖維價(jià)格昂貴，制造難度大，在市場(chǎng)推廣非常困難，只用于少數(shù)高端領(lǐng)域，無(wú)法在汽車(chē)離合器摩擦片領(lǐng)域進(jìn)行全面普及。

鈦酸鉀晶須是一種新型短針狀纖維，鈦酸鉀晶須具有高熔點(diǎn)(1 350 ℃)、低硬度(莫氏4 HM)、低密度(3.3 g/cm3)、高反射(紅外線反射率達(dá)到90%以上)、高彈性模量(280 GPa)、低導(dǎo)熱率(0.05 W/m·K)、化學(xué)性能穩(wěn)定、高溫吸音強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[9]，并且鈦酸鉀無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)污染，其中間體是農(nóng)作物的化肥，可用于制備具有良好耐磨損性和滑動(dòng)性的無(wú)石棉有機(jī)摩擦材料。研究表明鈦酸鉀晶須在摩擦材料中能夠替代重金屬銻、鉛、銅的作用[10]。KIM等[10?11]認(rèn)為鈦酸鉀晶須具有穩(wěn)定的表面摩擦膜，可提高摩擦因數(shù)的穩(wěn)定性，降低磨損能力；吳訓(xùn)錕等[12]研究發(fā)現(xiàn)，添加鈦酸鉀晶須可以明顯提高復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量，有利于摩擦材料擁有穩(wěn)定的摩擦因數(shù)，較低的熱衰退性[13?14]。劉蓓蓓等[15]研究表明，添加8%～12%的六鈦酸鉀晶須可獲得性能優(yōu)異的制動(dòng)系統(tǒng)無(wú)石棉有機(jī)摩擦材料。因此，針對(duì)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)離合器摩擦材料迫切需求，本文通過(guò)對(duì)汽車(chē)離合器摩擦片添加8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))六鈦酸鉀晶須增強(qiáng)材料，開(kāi)發(fā)一款六鈦酸鉀晶須增強(qiáng)汽車(chē)干式離合器摩擦片，研究其熱衰退和振顫特性，分析六鈦酸鉀晶須的作用機(jī)理，為今后汽車(chē)離合器摩擦片的研發(fā)、離合器系統(tǒng)摩擦副的研究和離合器摩擦材料的選擇提供理論指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

摩擦材料的組分包含粘結(jié)劑、增強(qiáng)纖維、摩擦性能調(diào)節(jié)劑和填料等。橡膠(德國(guó)朗盛化工)和酚醛樹(shù)脂(日本住友化工)為粘結(jié)劑；玻璃纖維(浙江巨化)、腈綸纖維(上海石化)和芳綸纖維(韓國(guó)可隆)為增強(qiáng)纖維；六鈦酸鉀晶須(上海晶須)、云母(大冶都鑫)、石墨(山東金濤石墨)、二硫化鉬(大冶都鑫)、炭黑(江西黑貓?zhí)亢?、氧化鋁(大冶都鑫)作為摩擦性能調(diào)節(jié)劑；填料主要以硫酸鋇(青島紅蝶)為主，通過(guò)熱壓燒結(jié)工藝制備而成，屬于高分子多組分復(fù)合材料。

1.2 配方與制備

根據(jù)摩擦片原材料的組成，結(jié)合配方設(shè)計(jì)要求，制備不同樣品的原材料配方如表1所列。

離合器摩擦片的制備流程如圖1所示。本文采用的是環(huán)保擠膠工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)浸膠工藝。

離合器摩擦片的制備工藝流程如下：

表1 離合器摩擦片的原料配比

圖1 離合器摩擦片的制備工藝

1) 配料：根據(jù)原材料中填料的配方設(shè)定組分，采用自動(dòng)稱(chēng)重配料系統(tǒng)進(jìn)行配料，再用犁耙式混料機(jī)混料，混料時(shí)間為2 min，混料機(jī)轉(zhuǎn)速為5 000 r/min。

2) 煉膠：根據(jù)配方中的比例，將丁腈橡膠和混合填料投入密煉機(jī)中煉膠，丁腈橡膠經(jīng)過(guò)塑煉放置24 h以上。密煉機(jī)溫度控制不超過(guò)90 ℃，時(shí)間5 min。煉好的膠料再經(jīng)過(guò)開(kāi)煉機(jī)和造粒機(jī)，造成顆粒料備用。

3) 擠膠：將已經(jīng)混合好的復(fù)合紗與顆粒料通過(guò)螺桿擠出機(jī)混合，將顆粒料包裹在復(fù)合紗上，這個(gè)工序控制螺桿溫度在90 ℃，擠出速度在45 m/min。

4) 稱(chēng)量：根據(jù)摩擦片外徑210 mm、內(nèi)徑134 mm、厚度3.5 mm的摩擦片投料量稱(chēng)取膠線質(zhì)量，每片0.143 kg。

5) 纏繞：纏繞花紋控制為5.3等級(jí)，進(jìn)行制坯。

6) 壓制：壓力20 MPa，溫度(180±5) ℃；保壓時(shí)間90 s；排放空氣2次；放氣時(shí)間20 s。

7) 硫化：硫化的時(shí)間較長(zhǎng)，首先用4 h時(shí)間升到170 ℃，恒溫4 h，再用2 h時(shí)間升到190 ℃，恒溫4 h，再用1 h時(shí)間升到210 ℃，恒溫3 h，再用1 h時(shí)間升到230 ℃，恒溫2 h，一共21 h。

8) 磨片：采用40目的砂帶進(jìn)行粗加工，再采用60目的砂帶進(jìn)行中度加工，最后采用80#的砂帶進(jìn)行精細(xì)加工。保證平面度在0.05 mm之內(nèi)。

9) 鉆孔：根據(jù)圖紙要求的孔位尺寸，使用德國(guó)進(jìn)口的全自動(dòng)鉆孔機(jī)進(jìn)行加工孔位。制備完成的六鈦酸鉀晶須增強(qiáng)離合器摩擦片如圖2所示，其外徑為210 mm，內(nèi)徑為134 mm，厚為3.5 mm。

圖2 六鈦酸鉀晶須增強(qiáng)離合器摩擦片照片

1.3 組織與性能表征

1.3.1 臺(tái)架試驗(yàn)

1.3.1.1 熱衰退試驗(yàn)

將制備的摩擦片組裝成離合器總成，進(jìn)行熱衰退試驗(yàn)。離合器熱衰退臺(tái)架測(cè)試能夠比較真實(shí)地模擬離合器實(shí)際使用情況和考核摩擦片摩擦因數(shù)高溫狀態(tài)下熱衰退情況，可直接測(cè)試離合器熱衰退時(shí)的溫度，進(jìn)而判斷出離合器摩擦片熱衰退的好壞[16]。

熱衰退測(cè)試采用ZL-TLHQ300綜合性能試驗(yàn)臺(tái)，其主要組成部件有電機(jī)、儲(chǔ)能飛輪、被試離合器、慣量盤(pán)、制動(dòng)器，測(cè)扭矩力矩的傳感器以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。測(cè)試條件(按德國(guó)大眾測(cè)試程序3101條件)：每次離合產(chǎn)生的功為37 kJ；慣量為3.11 kg?m2；速度為 1470r/min；離合頻次為2.4次/分鐘；夾緊力為 (4 000±300) N；在100個(gè)循環(huán)測(cè)試后，測(cè)定摩擦片溫度在350 ℃時(shí)摩擦因數(shù)的大小。

1.3.1.2 振顫試驗(yàn)

離合器振顫臺(tái)架測(cè)試能夠比較真實(shí)地模擬離合器實(shí)際使用情況和測(cè)試出離合器摩擦片振顫阻尼因子的過(guò)程，阻尼因子是離合器摩擦片振顫重要衡量指標(biāo)。離合器摩擦片在起步滑磨時(shí)的振顫在常規(guī)試驗(yàn)臺(tái)上是無(wú)法直觀觀察到，只有通過(guò)特殊的阻尼系統(tǒng)和測(cè)試方法，測(cè)量并放大因摩擦因數(shù)變化引起扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)在滑磨過(guò)程中產(chǎn)生的扭擺來(lái)衡量。離合器振顫特性是離合器舒適性的重要指標(biāo)。

利用C2-266振顫臺(tái)架測(cè)量離合器的自激振顫，即摩擦片的起步振顫性能[16]。C2-266振顫臺(tái)架的原理：電動(dòng)機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)速和扭矩通過(guò)試驗(yàn)工件(摩擦片)傳遞到從動(dòng)部分：經(jīng)過(guò)固定支架、阻尼器、副阻尼器、角加速度傳感器、固定支架，最后作用于扭振桿。此時(shí)扭振桿會(huì)產(chǎn)生與扭桿的扭轉(zhuǎn)剛度，相對(duì)應(yīng)的角位移來(lái)得出振顫因子表示振顫程度。

測(cè)試條件(按德國(guó)大眾測(cè)試程序3102條件)：離合器蓋總成采用210 mm的膜片彈簧結(jié)構(gòu)，壓緊力(1 500±100)N；離合器摩擦片振顫試驗(yàn)中每次離合產(chǎn)生的功為15 kJ；飛輪和離合器壓盤(pán)的質(zhì)量相同；兩個(gè)匹配板之間的最大溫差為80 ℃；熱電偶在有效半徑的表面下方0.5 mm處安裝。20 000個(gè)循環(huán)后，在500 r/min和800 r/min的平均阻尼因數(shù)小于等于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.05 N?m?s；在500 r/min的最大阻尼因數(shù)小于等于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.1 N?m?s時(shí)，汽車(chē)系統(tǒng)振幅會(huì)衰減，振動(dòng)會(huì)消失，顯然，平均阻尼因數(shù)和最大阻尼因數(shù)越小，振顫越小，對(duì)振顫有明顯衰減作用。反之，汽車(chē)系統(tǒng)振幅逐漸增強(qiáng)，此時(shí)振動(dòng)加劇。

1.3.2 微觀形貌表征

通過(guò)LEO-1450型掃描電子顯微鏡 (SEM)表征材料熱衰退試驗(yàn)后的微觀形貌。

1.3.3 熱衰退層有機(jī)物分析

用GC-MS6800S氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)分析摩擦片表面熱衰退層有機(jī)物元素變化；用TG-209- F1熱質(zhì)量分析儀(TG)分析摩擦片表面熱衰退層有機(jī)物熱質(zhì)量損失大小。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面微觀形貌

圖3所示為臺(tái)架試驗(yàn)后的摩擦片表面微觀形貌。圖3(a)為摩擦片已燒蝕出現(xiàn)柱狀粉末形貌；圖3(b)為摩擦片局部潤(rùn)滑膜和氧化膜的微觀形貌。圖3(c)除了柱狀粉末，還觀察到部分顆粒狀粉末物質(zhì)的微觀形貌；圖3(d)除局部潤(rùn)滑膜、氧化膜還觀察到氣墊膜和轉(zhuǎn)移膜的微觀形貌。在摩擦過(guò)程中所有表面膜的形成?破裂?再生都將影響到其傳動(dòng)性能和摩擦副的使用壽命。

2.2 摩擦片表面熱衰退層有機(jī)物變化

采用GC-MS分析R1N3摩擦片，在熱衰退實(shí)驗(yàn)后，其表面層未檢測(cè)出己內(nèi)酰胺、鄰苯二甲酸正丁異辛酯、十六烷基腈、十六酸甲酯、十七烷腈、鄰苯二甲酸正丁異辛酯等有機(jī)物。

圖4所示為R1N3摩擦片表面熱衰退層有機(jī)物熱質(zhì)量變化。由圖4可見(jiàn)，熱衰退層(細(xì)實(shí)曲線1)的質(zhì)量損失率為22.4%；正常層(粗實(shí)曲線2)的質(zhì)量損失率為29.3%；熱衰退層處的熱質(zhì)量損失小，這表明熱衰退層處的有機(jī)物含量減少。

因此，通過(guò)熱衰退臺(tái)架試驗(yàn)后對(duì)R1N3摩擦片燒蝕處和未燒蝕處表面的微觀形貌觀察可知：燒蝕處表面衰退層：纖維突出摩擦表面，摩擦碎屑堆積，主要有柱狀和顆粒狀，通過(guò)GC-MS和TG熱質(zhì)量損失分析發(fā)現(xiàn)熱衰退層處的熱質(zhì)量損失小，有機(jī)物含量少，試驗(yàn)前表面含有大分子的腈類(lèi)和酯類(lèi)，經(jīng)過(guò)200 ℃試驗(yàn)后，表面層未發(fā)現(xiàn)腈類(lèi)和酯類(lèi)。因?yàn)?00 ℃是摩擦片中有機(jī)物橡膠及酚醛樹(shù)脂的熱分解溫度，腈類(lèi)和酯類(lèi)在高溫分解生成少量的液體和氣體逸出，超過(guò)300 ℃后腈類(lèi)和酯類(lèi)完全分解消失。因此可以得出酚醛樹(shù)脂的高溫?zé)岱纸馐悄Σ疗瑹崴ネ说闹饕颉?/p>

2.3 熱衰退試驗(yàn)

對(duì)R1N1、R1N3摩擦片進(jìn)行熱衰退臺(tái)架試驗(yàn)，其熱衰退曲線對(duì)比如圖5所示。

按德國(guó)3101熱衰退試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，在溫度等于350 ℃時(shí)，摩擦片的摩擦因數(shù)大于等于0.2為判定標(biāo)準(zhǔn)。由圖5可見(jiàn)：R1N1試樣的摩擦因數(shù)在100 ℃時(shí)趨于穩(wěn)定，在200 ℃時(shí)急劇下降，在300 ℃時(shí)摩擦因數(shù)在0.1左右。這主要是因?yàn)樵?00 ℃時(shí)摩擦片中樹(shù)脂和橡膠開(kāi)始分解，生成大量的液體和氣體，這些液體起著潤(rùn)滑膜的作用，氣體在摩擦副間形成局部氣墊，并在摩擦表面上形成液態(tài)與氣態(tài)隔膜的第三體，減少了摩擦片和壓盤(pán)間的正壓力，導(dǎo)致摩擦因數(shù)突然下降。當(dāng)溫度超過(guò)300 ℃時(shí)，部分樹(shù)脂和橡膠在高溫分解蒸發(fā)后產(chǎn)生一定的顆粒狀碳化物，能提升試樣的摩擦因數(shù)，回升到0.2左右。離合器摩擦片是第一體，摩擦片對(duì)偶件壓盤(pán)是第二體，氧化膜、轉(zhuǎn)移膜、潤(rùn)滑膜和氣墊膜形成摩擦副的摩擦層第三體，第三體的形成和組成決定了離合器摩擦片在高溫時(shí)高磨損伴隨低摩擦因數(shù)的摩擦磨損性能[9]。

圖3 R1N3的摩擦片表面燒蝕處和未燒蝕處的表面SEM照片

(a), (c) Ablated area; (b), (d) Non-ablated area

圖4 R1N3的熱衰退層和未衰退層的熱重分析曲線

圖5 熱衰退臺(tái)架試驗(yàn)后R1N1、R1N3的摩擦片摩擦因數(shù)對(duì)比

R1N3摩擦片的摩擦因數(shù)在溫度達(dá)到200 ℃時(shí)有所下降。這主要也是因?yàn)樵?00 ℃時(shí)摩擦片中的樹(shù)脂和橡膠開(kāi)始分解。但是由于六鈦酸鉀晶須的熔點(diǎn)高，熱傳導(dǎo)率低，同時(shí)能對(duì)紅外線反射率達(dá)到90%以上等物理特性，使得摩擦片表面將熱量傳導(dǎo)給對(duì)偶件壓盤(pán)和飛輪，摩擦片本身深層次的樹(shù)脂和橡膠溫升很小，可減少內(nèi)部橡膠和樹(shù)脂的熱分解，從而提升基體對(duì)摩擦表面的支持，穩(wěn)定摩擦片的摩擦因數(shù)，因此摩擦因數(shù)穩(wěn)定在0.3以上。當(dāng)繼續(xù)升高到350 ℃左右后，表面溫度傳導(dǎo)到摩擦片更深層次，使得內(nèi)部樹(shù)脂和橡膠再次分解，摩擦因數(shù)開(kāi)始下降，當(dāng)達(dá)到400 ℃后摩擦因數(shù)開(kāi)始急驟下降，表面腈類(lèi)和酯類(lèi)有機(jī)物完全分解，出現(xiàn)大量柱狀粉末和顆粒狀粉末物質(zhì)堆積，主要是碳元素為主的無(wú)機(jī)物。另外溫度、相對(duì)滑動(dòng)速度以及離合器循環(huán)次數(shù)對(duì)離合器摩擦片的摩擦因數(shù)以及磨損量有著重要的影響。R1N3摩擦片通過(guò)變速變壓試驗(yàn)和離合器臺(tái)架試驗(yàn)證明，由于配方中六鈦酸鉀增強(qiáng)纖維含量不同，其對(duì)溫度敏感性存在較大差異，摩擦因數(shù)隨溫度的升高呈緩慢增大，再緩慢減小，最后急劇減小的趨勢(shì)；摩擦因數(shù)隨相對(duì)滑動(dòng)速度的增加逐漸減??；隨離合器循環(huán)次數(shù)增加，摩擦因數(shù)先增大后減小。所以不同滑動(dòng)速度、不同離合器循環(huán)次數(shù)、單次滑磨產(chǎn)生熱量和熱量的傳遞方向也不同，導(dǎo)致摩擦片摩擦因數(shù)差異大[17]。

2.4 振顫試驗(yàn)

振顫試驗(yàn)在設(shè)定怠速工況條件下，同時(shí)在不同的溫度區(qū)間范圍，離合器掛擋模擬汽車(chē)起步，并測(cè)量從動(dòng)盤(pán)總成滑磨階段的扭振，再進(jìn)行分析和計(jì)算扭振衰減系數(shù)，并且判斷該摩擦片裝車(chē)時(shí)是否會(huì)產(chǎn)生振顫 現(xiàn)象。

對(duì)R1N1、R1N3摩擦片進(jìn)行振顫臺(tái)架試驗(yàn)，分別得到在20 000個(gè)循環(huán)實(shí)驗(yàn)后，在500 r/min和800 r/min的平均阻尼因數(shù)和在500 r/min的最大阻尼因數(shù)。具體結(jié)果見(jiàn)圖6、7和表2。圖6所示為R1N1摩擦片在 20 000個(gè)循環(huán)后在500 r/min和800 r/min的阻尼因數(shù)曲線，表2為R1N1振顫測(cè)試的阻尼因數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)。

根據(jù)圖6和表2可知，在20 000個(gè)循環(huán)后，R1N1試樣在500 r/min的平均阻尼因數(shù)為0.04 N?m?s，在800 r/min的平均阻尼因數(shù)為0.02 N?m?s，均符合小于0.05 N?m?s的德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。但其在500 r/min的最大阻尼因數(shù)為0.12 N?m?s，不符合小于0.1 N?m?s德國(guó)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)樽约ふ耦澥怯捎谀Σ烈驍?shù)隨滑磨速度的變化而引起的，R1N1的滑動(dòng)摩擦因數(shù)是隨滑磨速度下降，系統(tǒng)振幅逐漸增強(qiáng)，此時(shí)振動(dòng)加劇，說(shuō)明R1N1摩擦片對(duì)振顫有加強(qiáng)作用。

圖6 R1N1在20 000個(gè)循環(huán)后在500和800 r/min的阻尼因數(shù)曲線

圖7 R1N3在20 000個(gè)循環(huán)后在500和800 r/min的阻尼因數(shù)曲線

表2 R1N1和R1N3振顫試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由圖7所示為R1N3摩擦片在20 000個(gè)循環(huán)后在500 r/min和800 r/min的阻尼因數(shù)曲線，表2為R1N3振顫測(cè)試的阻尼因數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)。

根據(jù)圖7和表2可知，R1N3摩擦片在20 000個(gè)循環(huán)后，在500 r/min的平均阻尼因數(shù)為?0.01 N?m?s，在800 r/min的平均阻尼因數(shù)為?0.05 N?m?s，均小于0.05 N?m?s。在500 r/min的最大阻尼因數(shù)為0.07 N?m?s，也小于0.1 N?m?s測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)振顫試驗(yàn)證明：R1N3的平均阻尼因數(shù)為負(fù)，滑動(dòng)摩擦因數(shù)是隨滑磨速度遞增，對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)呈現(xiàn)出很強(qiáng)的衰減作用，振動(dòng)會(huì)明顯衰減或消失，能夠穩(wěn)定地傳遞扭矩，說(shuō)明R1N3摩擦片對(duì)振顫有明顯衰減作用。雖然RIN1、 RIN3摩擦片在500 r/min和800 r/min平均阻尼因數(shù)都小于或等于0.05 N·m·s標(biāo)準(zhǔn)要求，但R1N3平均阻尼因數(shù)為負(fù)，數(shù)值更??；另外只有RIN3在500 r/min最大阻尼因數(shù)小于0.1 N·m·s，達(dá)到測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明R1N3抗振顫性能明顯優(yōu)于R1N1。

3 結(jié)論

1) 不含六鈦酸鉀晶須離合器摩擦片在200 ℃時(shí)摩擦因數(shù)開(kāi)始小于0.2，添加8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))六鈦酸鉀晶須離合器摩擦片在400 ℃時(shí)摩擦因數(shù)開(kāi)始小于0.2，可承受溫度提高了200 ℃。說(shuō)明添加8%六鈦酸鉀晶須后離合器摩擦片耐高溫性能明顯提升。

2) 樹(shù)脂和橡膠的高溫?zé)岱纸馐悄Σ疗瑹峤到獾闹饕蛑?。提高?shù)脂和橡膠的熱分解溫度，能減緩離合器摩擦片熱衰退。

3) 不含鈦酸鉀晶須的摩擦材料有加劇振顫作用，而添加8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))六鈦酸鉀晶須離合器摩擦片對(duì)振顫有明顯衰減作用。

4) 通過(guò)振顫臺(tái)架測(cè)試數(shù)據(jù)分析，為了減輕或消除汽車(chē)起步振顫，需要開(kāi)發(fā)、選用阻尼因數(shù)為負(fù)的摩擦片，且摩擦片的平均阻尼因數(shù)和最大阻尼因數(shù)負(fù)值越小，此摩擦片對(duì)振顫的衰減作用越明顯。相反，則可能導(dǎo)致較強(qiáng)的起步振顫。

[1] 張清海. 有機(jī)摩擦材料學(xué)[M]. 北京: 中國(guó)摩擦密封材料學(xué)會(huì), 2008: 15?16. ZHANG Qinghai. Organic Friction Materials Science[M]. Beijing: Chinese Society of Friction and Sealing Materials, 2008: 15?16.

[2] 姚為, 吳其勝, 候貴華, 等. 超細(xì)γ-Al2O3/銅纖維對(duì)樹(shù)脂基摩擦材料摩擦性能的影響[J]. 材料導(dǎo)報(bào), 2010, 24(9): 57?60.YAO Wei, WU Qisheng, HOU Guihua, et al. The effect of ultrafine γ-Al2O3/copper fiber on the friction properties of resin- based friction materials[J]. Materials Review, 2010, 24(9): 57? 60.

[3] 蔡仁華, 陳光富, 魯葉中. 多銅線無(wú)石棉離合器面片, CN200920350485.1[P]. 2010?09?15.CAI Renhua, CHEN Guangfu, LU Yezhong. Multi-copper wire non-asbestos clutch facings: CN200920350485.1[P]. 2010?09? 15.

[4] 周平, 唐金榮, 施俊法, 等. 銅資源現(xiàn)狀與發(fā)展態(tài)勢(shì)分析[J]. 巖石礦物學(xué)雜志, 2012, 31(5): 750?756.ZHOU Ping, TANG Jinrong, SHI Junfa, et al. Analysis on the status and development trend of copper resources[J]. Journal of Rock and Mineralogy, 2012, 31(5): 750?756.

[5] WANG C, ZUO L S, HU P J, et al. Evaluation and simulation analysis of China’s copper security evolution trajectory[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2013(23): 2465?2474.

[6] WECKWERTH G. Verification of traffic emitted aerosol components in the ambient air of Cologne (Germany)[J]. Atmos Environ, 2001, 35: 5525?5536.

[7] 楊麗, 肖丹. 碳纖維應(yīng)用前景預(yù)測(cè)及我國(guó)的實(shí)施戰(zhàn)略[J]. 中國(guó)科技縱橫, 2013(19): 179, 181.YANG Li, XIAO Dan. The application prospect of carbon fiber and my country’s implementation strategy of China[J]. China Science and Technology, 2013 (19): 179, 181.

[8] 羅益鋒, 羅晰旻. 碳纖維及其復(fù)合材料的最新市場(chǎng)發(fā)展及前景[J]. 紡織導(dǎo)報(bào), 2013(11): 42?48.LUO Yifeng, LUO Ximin. The latest market development and prospects of carbon fiber and its composite materials[J]. Textile Herald, 2013(11): 42?48.

[9] BIJWE J J, KUMAR M, GURUNATH P, et al. Optimization of brass contents for best combination of tribo-performance and thermal conductivity of non-asbestos organic (NAO) friction composites[J]. Wear, 2008, 256(5/6): 699?712.

[10] 吳訓(xùn)錕, 王浩, 王昌松, 等. 摩擦材料中鈦酸鉀應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題[C]// 第八屆(北京)國(guó)際摩擦密封材料技術(shù)交流暨產(chǎn)品展示會(huì)論文集, 2006, 3: 13?16. WU Xunkun, WANG Hao, WANG Changsong, et al. Main problems of adding potassium in friction material[C]// Eighth (Beijing) International Exhibition Proceedings of Friction Sealing Materials Technology and Product Exchange, 2006, 3: 13?16.

[11] KIM Y C, CHO M H, KIM S J, et al. The effect of phenolic potassium titanate, and CNSL on the tribological properties of brake friction on materials[J]. Wear, 2008, 264(3/4): 204?210.

[12] 吳訓(xùn)錕, 王昌松, 馮新. 晶須狀填料對(duì)酚醛樹(shù)脂摩擦材料性能的影響[J]. 潤(rùn)滑與密封, 2007, 32(11): 122?126. WU Xunkun, WANG Changsong, FENG Xin. Effect of whiskers-like fillers on the phenolic resin-based friction material [J]. Lubrication Engineering, 2007, 32(11): 122?126.

[13] OSTERMEYER G P, GRAF M. Influence of wear on thermoelastic instabilities in automotive brakes[J]. Wear, 2013, 308(1/2): 113?120.

[14] BODE K, OSTERMEYER G P. A comprehensive approach for the simulation of heat and heat-induced phenomena in friction materials[J]. Wear, 2014, 311(1/2): 47?56.

[15] 劉蓓蓓, 劉伯威, 熊翔, 等. 鈦酸鉀晶須對(duì)無(wú)石棉有機(jī)摩擦材料性能的影響[J]. 粉末冶金材料科學(xué)與工程, 2009, 14(5): 326?330. LIU Beibei, LIU Bowei, XIONG Xiang, et al. The effect of potassium titanate whiskers on the properties of non-asbestos organic friction materials[J]. Materials Science and Engineering of Powder Metallurgy, 2009, 14(5): 326?330.

[16] 林曉華, 趙亦農(nóng). 干式離合器摩擦片摩擦因數(shù)測(cè)試臺(tái)架設(shè)計(jì)[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2017, 36(5): 48?52.LIN Xiaohua, ZHAO Yinong. Design of the friction coefficient measurement bench for dry clutch facings[J]. Research and Exploration in Laboratory, 2017, 36(5): 48?52.

[17] 羅曉曄, 李雅嫻, 陳錫偉, 等. 離合器摩擦片摩擦性能影響因素研究[J]. 汽車(chē)制造技術(shù), 2011(3):148?153.LUO Xiaoye, LI Yaxian, CHEN Xiwei, et al. Influence factors of friction performance of clutch friction facings[J]. Automobile Manufacturing Technology, 2011(3): 148?153.

Thermal degradation and judder characteristics of the friction facing for automobile dry clutch enhanced by potassium hexatitanate whisker

XIE Maoqing1, 2, WANG Leigang1

(1. School of Materials Science and Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China;2. Zhejiang Tieliu Clutch Co., Ltd., Hangzhou 311101, China)

Friction facings for automobile clutches are the key parts that affect the service life, power transmission efficiency and comfort of the clutch. Improving the stability of the friction factor and the attenuation characteristics of judder during the sliding process is an important technical mean to avoid the unstable transmission torque and vehicle judder. In this paper, a kind of potassium hexatitanate whisker reinforced clutch friction facing was prepared. The thermal decay characteristics of the modified materials were studied and the judder bench test was carried out. The results show that the addition of 8% (mass fraction) potassium hexatitanate whiskers to enhance the friction coefficient of the automobile clutch friction facing at 400 ℃ is greater than or equal to 0.2, which is better than the requirement of the German Volkswagen 3101 program thermal decay test standard at 350 ℃. Its average damping factor at 500 r/min and 800 r/min after 20 000 cycles is less than or equal to 0.05 N?m?s, which meets the German 3102 procedure judder test regulations. After 20 000 cycles, the maximum damping factor of 500 r/min is less than or equal to the specified standard of 0.1 N?m?s, which has a significant damping effect on judder.

clutch; friction facing; potassium hexatitanate whisker; thermal decay; judder

U456.6

A

1673-0224(2020)06-520-07

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51775249)

2020?10?12；

2020?11?20

王雷剛，教授，博士，博導(dǎo)。電話：13606646047；E-mail: lgwang@ujs.edu.cn

(編輯 譚彥妮)