張 豪，侯彩紅，郭雪芳

（1石家莊碩若科技有限公司，河北 石家莊 050051；2 咸陽(yáng)非金屬礦研究設(shè)計(jì)院有限公司，陜西 咸陽(yáng) 712021）

增韌劑是具有降低復(fù)合材料脆性和提高復(fù)合材料抗沖擊性能的一類助劑。現(xiàn)在摩擦材料行業(yè)普遍使用的增韌劑主要有：丁腈橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠粉、復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉等。復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉主要成份為乙丙橡膠、丁基橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠（根據(jù)不同需要使用不同橡膠），以及系列橡膠配合劑、促進(jìn)劑、各種摩擦性能調(diào)節(jié)劑等功能材料，如阻燃劑，耐高溫材料、防老劑等，通過以上各種材料的比例配置使其綜合性能明顯優(yōu)于單獨(dú)使用橡膠的性能。

本研究將復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉和丁腈橡膠粉分別按5%和10%比例加入到摩擦材料配方中，用定速式摩擦試驗(yàn)機(jī)和沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)測(cè)試摩擦材料樣品的升溫摩擦系數(shù)、降溫摩擦系數(shù)、體積磨損率、重量磨損、洛氏硬度和沖擊強(qiáng)度性能。

1 試驗(yàn)裝置和方法

1.1 摩擦性能試驗(yàn)

本試驗(yàn)參照GB 5763-2008[1]中規(guī)定的方法，雖然GB 5763-2008已經(jīng)被GB 5763-2018所代替，但摩擦材料業(yè)內(nèi)專家一致認(rèn)為，定速式摩擦試驗(yàn)機(jī)是企業(yè)研究配方比較好的方式之一，因?yàn)镚B 5763-2008規(guī)定的測(cè)試方法的優(yōu)勢(shì)在于測(cè)試周期短、成本低、準(zhǔn)確度較高，尤其是摩擦性能的測(cè)試。

1.2 方法

用定速式摩擦試驗(yàn)機(jī)測(cè)試摩擦材料樣品的升溫摩擦系數(shù)、降溫摩擦系數(shù)、體積磨損率、重量磨損；用硬度計(jì)測(cè)試摩擦材料的洛氏硬度；用沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)測(cè)試摩擦材料的沖擊強(qiáng)度。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 丁腈橡膠粉和橡膠粉各加入5%

在摩擦材料配方中，加入5%丁腈橡膠粉，其他組分不變，經(jīng)過混料、稱料、熱壓、熱處理、磨削等工序制備的摩擦材料產(chǎn)品，樣品編號(hào)為6BP-J-07-01，對(duì)其進(jìn)行升溫摩擦系數(shù)、降溫摩擦系數(shù)、體積磨損率、重量磨損、洛氏硬度和沖擊強(qiáng)度性能的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 摩擦材料配方含有5%丁腈橡膠粉測(cè)試結(jié)果Table 1 Test results of friction material formula containing 5% NBR powder

在摩擦材料配方中，加入5%復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉，其他組分不變，經(jīng)過混料、稱料、熱壓、熱處理、磨削等工序制備的摩擦材料產(chǎn)品，樣品編號(hào)為BP-J-07-01，對(duì)其進(jìn)行升溫摩擦系數(shù)、降溫摩擦系數(shù)、體積磨損率、重量磨損、洛氏硬度和沖擊強(qiáng)度性能的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 摩擦材料配方含有5%復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉測(cè)試結(jié)果Table 2 Test results of friction material formula containing 5% composite elastic friction particles and noise reduction and wear-reducing rubber powder

2.1.1 升溫階段摩擦系數(shù)

為了將測(cè)試數(shù)據(jù)體現(xiàn)得更直觀，我們將配方中含5%丁腈橡膠粉和含5%復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉升溫摩擦系數(shù)做了趨勢(shì)對(duì)比圖，如圖1所示。從圖1可以清楚地看到，配方含有5%復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉升溫摩擦系數(shù)趨于平穩(wěn)，不會(huì)大起大落，配方含有5%丁腈橡膠粉升溫摩擦系數(shù)200℃之前差別不大，200℃之后摩擦系數(shù)衰退較為明顯。

圖1 5%丁腈橡膠粉和5%橡膠粉升溫摩擦系數(shù)對(duì)比趨勢(shì)圖Fig.1 Comparison trend of heating friction coefficient between 5% NBR powder and 5% rubber powder

2.1.2 降溫階段摩擦系數(shù)

為了將測(cè)試數(shù)據(jù)體現(xiàn)得更直觀，我們將配方中含5%丁腈橡膠粉和含5%復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉降溫摩擦系數(shù)做了趨勢(shì)對(duì)比圖，如圖2所示。從圖2可以清楚地看到，100℃和150℃二者摩擦系數(shù)很接近，差別不大。整體來看，配方含有5%復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉降溫摩擦系數(shù)趨于平穩(wěn)，最大摩擦系數(shù)和最小摩擦系數(shù)之差為0.03，然配方含有5%丁腈橡膠粉升溫摩擦系數(shù)最大摩擦系數(shù)和最小摩擦系數(shù)之差為0.05。

圖2 5%丁腈橡膠粉和5%橡膠粉降溫摩擦系數(shù)對(duì)比趨勢(shì)圖Fig.2 Comparison trend of cooling friction coefficient between 5% NBR powder and 5% rubber powder

2.1.3 體積磨損率

從表1和表2數(shù)據(jù)可以看出，配方中含5%丁腈橡膠粉的體積磨損率合計(jì)0.18×10-7cm3/(N·m)，配方中含5%復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉的體積磨損率合計(jì)0.15×10-7cm3/(N·m)。前者比后者體積磨損率高0.03×10-7cm3/(N·m)。后者比前者耐磨損?？梢?，在摩擦材料配方中加入后者可以起到預(yù)期的降摩、減磨效果。

2.1.4 重量磨損

從表1和表2數(shù)據(jù)可以看出，配方中含5%丁腈橡膠粉的重量共磨損0.48g，配方中含5%復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉的重量共磨損0.49g。前者比后者重量磨損低0.01g，二者的重量磨損幾乎一致，差別不大。在摩擦材料配方中加入二者都可以起到降低重量磨損的作用。

2.1.5 洛氏硬度

從表1和表2看出，配方中含5%丁腈橡膠粉的洛氏硬度為88.2，配方中含5%復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉的洛氏硬度為112.8。前者比后者洛氏硬度低24.6。丁腈橡膠粉耐高溫差但降低硬度效果好。

2.1.6 沖擊強(qiáng)度

從表1和表2看出，配方中含5%丁腈橡膠粉和復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉的沖擊強(qiáng)度均為0.342 J/cm3，測(cè)試結(jié)果無差別。通常情況下，配方中加入少量丁腈橡膠和橡膠粉，其目的和作用是增加產(chǎn)品韌性和強(qiáng)度。

2.2 丁腈橡膠粉和橡膠粉各加入10%

在摩擦材料配方中，加入10%丁腈橡膠粉，其他組分不變，經(jīng)過混料、稱料、熱壓、熱處理、磨削等工序制備的摩擦材料產(chǎn)品，樣品編號(hào)為6BP-J-07-02，對(duì)其進(jìn)行升溫摩擦系數(shù)、降溫摩擦系數(shù)、體積磨損率、重量磨損、洛氏硬度和沖擊強(qiáng)度性能的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 摩擦材料配方含有10%丁腈橡膠粉測(cè)試結(jié)果Table 3 Test results of friction material formulations containing 10% NBR powder

在摩擦材料配方中，加入10%復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉，其他組分不變，經(jīng)過混料、稱料、熱壓、熱處理、磨削等工序制備的摩擦材料產(chǎn)品，樣品編號(hào)為BP-J-07-02，對(duì)其進(jìn)行升溫摩擦系數(shù)、降溫摩擦系數(shù)、體積磨損率、重量磨損、洛氏硬度和沖擊強(qiáng)度性能的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表4。

表4 摩擦材料配方含有10%復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉測(cè)試結(jié)果Table 4 Test results of friction material formula containing 10% composite elastic friction particles and rubber powder for noise reduction and wear reduction

2.2.1 升溫階段摩擦系數(shù)

為了將測(cè)試數(shù)據(jù)體現(xiàn)得更直觀，我們將配方中含10%丁腈橡膠粉和含10%復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉升溫摩擦系數(shù)做了趨勢(shì)對(duì)比圖，如圖3所示。從圖3可以清楚地看到，配方含有10%復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉升溫摩擦系數(shù)趨于平穩(wěn)，不會(huì)大起大落，配方含有10%丁腈橡膠粉升溫摩擦系數(shù)250℃之前差別不大，300℃和350℃摩擦系數(shù)衰退較為明顯。

圖3 10%丁腈橡膠粉和10%橡膠粉升溫摩擦系數(shù)對(duì)比趨勢(shì)圖Fig.3 Comparison trend of heating friction coefficient between 10% NBR powder and 10% rubber powder

2.2.2 降溫階段摩擦系數(shù)

為了將測(cè)試數(shù)據(jù)體現(xiàn)得更直觀，我們將配方中含10%丁腈橡膠粉和含10%復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉降溫摩擦系數(shù)做了趨勢(shì)對(duì)比圖，如圖4所示。

圖4 10%丁腈橡膠粉和10%橡膠粉降溫摩擦系數(shù)對(duì)比趨勢(shì)圖Fig.4 Comparison trend of cooling friction coefficient between 10% NBR powder and 10% rubber powder

從圖4可以清楚地看到，二者摩擦系數(shù)很接近，差別不大。整體來看，配方含有10%復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉降溫摩擦系數(shù)趨于平穩(wěn)，最大摩擦系數(shù)和最小摩擦系數(shù)之差為0.04，然配方含有10%丁腈橡膠粉降溫摩擦系數(shù)最大摩擦系數(shù)和最小摩擦系數(shù)之差為0.05。

2.2.3 體積磨損率

從表3和表4看出，配方中含10%丁腈橡膠粉的體積磨損率合計(jì)0.14×10-7cm3/(N·m)，配方中含10%復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉的體積磨損率合計(jì)0.16×10-7cm3/(N·m)。前者比后者的體積磨損率低0.02×10-7cm3/(N·m)。前者和后者的差別不是很大，摩擦材料配方中加入二者都可以起到預(yù)期的降摩、減磨效果。

2.2.4 重量磨損

從表3和表4看出，配方中含10%丁腈橡膠粉的重量磨損合計(jì)0.46g，配方中含10%復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉的重量磨損合計(jì)0.49g。前者比后者重量磨損低0.03g。配方中加入前者可以起到明顯降低重量磨損的作用。

2.2.5 洛氏硬度

從表3和表4看出，配方中含10%丁腈橡膠粉的洛氏硬度為85.6，配方中含10%復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉的洛氏硬度為115.6。前者比后者洛氏硬度低30。丁腈橡膠粉耐高溫差但降低硬度效果好。

2.2.6 沖擊強(qiáng)度

從表3和表4的數(shù)據(jù)可以清楚看出，配方中含10%丁腈橡膠粉的沖擊強(qiáng)度為0.558 J/cm3，配方中含10%復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉的沖擊強(qiáng)度為0.31 J/cm3，前者比后者沖擊強(qiáng)度高0.248 J/cm3。對(duì)于摩擦材料來說，沖擊強(qiáng)度越大，容易產(chǎn)生噪音，損傷摩擦對(duì)偶。

3 結(jié)論

（1）增韌劑質(zhì)量的好壞決定著摩擦材料產(chǎn)品的摩擦系數(shù)、洛氏硬度、沖擊強(qiáng)度等性能。

（2）選擇合適的增韌劑會(huì)使摩擦材料產(chǎn)品具有耐熱衰退、穩(wěn)定摩擦系數(shù)，耐磨損、壽命長(zhǎng)、硬度適中、噪音小等優(yōu)點(diǎn)。

（3）丁腈橡膠粉耐高溫性能差，降低硬度效果好，沖擊強(qiáng)度好。

（4）復(fù)合彈性摩擦顆粒及減噪減磨橡膠粉顯示耐高溫性能好，降低磨損的作用好。