剪切溫度對樹脂基摩擦材料黏結性的影響

樹脂基摩擦材料是由粘度（樹脂）、纖維和摩擦性能添加劑充分混合而成的一種多元化的材料。在摩擦制動過程中，設備的動能大部分會轉化為熱能1實驗部分1.1短切碳纖維與瀝青基碳纖維的混雜體系摩擦材料:黏結劑選用腰果殼油改性酚醛樹脂，粒徑小于74μm;增強體采用PAN基短切碳纖維(直徑6～8μm)與瀝青基碳纖維的混雜體系;摩擦性能調節(jié)劑為氧化鋁(粒徑小于44μm)和鱗片狀石墨(粒徑小于74μm);空間填料為碳酸鈣、硫酸鈣(粒徑小于37μm)?；?表面未經過處理和表面經過噴砂處理的45黏結劑:熱固性樹脂。1.2模壓成型工藝精神的應用摩擦材料制備工藝:按一定比例稱取混雜纖維、摩擦性能調節(jié)劑、填料、黏結劑，將其混合均勻后，稱取一定質量混料，采用模壓成型工藝基板處理:用浸滲丙酮的布擦拭基板表面，將油污擦去，然后用黏結劑在基板表面涂刷一次薄層，自然晾干20min左右，再次在黏結面上涂刷一次膠液薄層，控制膠層厚度為0.1mm左右，最后在一定壓力和溫度下將其和摩擦材料黏接在一起。1.3試驗力及試驗材料采用深圳三思科技有限公司生產的微機控制電子萬能試驗機CMT5304-30kN測試試樣的黏結強度，試驗機主要性能指標:最大試驗力為30kN，精度等級為0.5級，試驗力測量范圍為0.2%～100%(滿量程)試驗力示值誤差為±0.5%以內。參照標準GB/T22309-2008測試材料的剪切強度，每組測試選取5個平行試樣，黏結剪強度計算公式為式中:τ為剪切強度，MPa;F為失效剪切力，MPa;A為試樣面積，mm采用LeicaDMLP偏光顯微鏡(PLM)觀察試樣剪切破壞時的微觀形貌。2結果與討論2.1溫度對粘結劑變形的影響圖1為表面未經噴砂處理的基板與摩擦材料的黏接強度和溫度的關系散點圖?？梢钥闯觯敿羟袦囟葟氖覝厣叩?00℃時，摩擦材料的黏結強度由原來的12.6MPa升高到14.0MPa增加了11.1%;當溫度進一步升高時，黏結強度開始下降;溫度升高到300℃時，剪切強度降低到2.2MPa，下降了84.3%。這主要是因為表面未經噴砂處理的基板和膠黏劑的界面結合較弱，適當地提高溫度，會增加基板和黏結劑的貼合度和浸潤性，進而增加基板和黏結劑的結合強度，因此當溫度從25℃升高到100℃時摩擦材料的黏結強度增加;當溫度進一步升高時，會破壞黏結劑的三維網狀結構，降低了黏結劑的層間結合強度，造成了黏結劑的熱衰退，從而降低了摩擦材料的黏結強度。圖2示出了加載速率為0.5mm/min和不同剪切溫度下，加載力和位移之間的關系曲線?？梢钥闯?，隨著剪切溫度的提高，試樣剪切的變形量也增大，100℃時達到最大為4.1%;當溫度繼續(xù)增加到300℃時，其變形量減小到最小為1.9%。這主要是因為當溫度增加時黏結劑的韌性提高，使其變形量增加;但當溫度升高到300℃時，黏結劑的三維網狀結構受到破壞，從而降低了其變形量。圖3為表面經過噴砂處理的基板與摩擦材料的黏接強度和溫度的關系散點圖?？梢钥闯?，當剪切溫度從室溫升高到200℃時，摩擦材料的黏結強度由原來的11.9MPa升高到15.5MPa，增加了30.3%;當溫度進一步升高時，其黏結強度開始下降，如溫度升高到300℃時，其剪切強度降低到3.2MPa，下降了79.4%。和未經噴砂處理的基板表面相比，在較低的剪切溫度下黏接強度相差不大;但在較高的剪切溫度下其表現(xiàn)出了較高的剪切強度。這主要是因為表面經過噴砂處理的基板和膠黏劑的界面結合較強，在較低剪切溫度下，基板和膠黏劑的界面結合情況不是影響其黏結強度的主要因素，因而其黏結強度相差不是很大。但當剪切溫度升高時基板和膠黏劑的界面結合情況對其黏結強度影響較大，因而基板表面經過噴砂處理表現(xiàn)了較大的黏結強度。2.2不同剪切溫度對斷裂面的影響圖4示出了未經噴砂處理基板表面在不同剪切溫度下的斷裂形貌?？芍敿羟袦囟葹?5℃時，基板表面有纖維和黏結劑，斷裂面為摩擦材料和黏結劑的界面靠近摩擦材料一側;當剪切溫度為100℃時，基板表面有較多的黏結劑和少量的纖維，斷裂面為摩擦材料和黏結劑的界面靠近黏結劑一側，這也是剪切強度最大的剪切面;隨著剪切溫度的進一步提高，基板表面沒有纖維，只有少量的黏結劑，剪切斷裂面由摩擦材料和黏結劑的界面轉向基板和黏結劑的界面。這主要是因為當剪切溫度較低時，黏結劑和基板的界面結合強度大于摩擦材料和黏結劑的界面結合，所以斷裂面會發(fā)生在摩擦材料和黏結劑的界面;當溫度升高時，黏結劑的層間結合強度減弱，降低了黏結劑和基板的界面結合強度，而摩擦材料和黏結劑相似相容性較強，在高溫下的界面吸附力較基板強，導致斷裂面由摩擦材料和黏結劑的界面轉向基板和黏結劑的界面。這也是導致摩擦材料黏結強度降低的主要原因。圖5示出了經噴砂處理基板表面在不同剪切溫度下的斷裂形貌?？芍敿羟袦囟葹?5和100℃時，基板表面不僅有纖維還有黏結劑，斷裂面為摩擦材料和黏結劑的界面;當剪切溫度增加到200℃時，基板表面只有黏結劑，斷裂面為基板和黏結劑的界面;隨著剪切溫度的進一步提高，基板表面黏結劑的含量也進一步降低，如當溫度增加到300℃時，剪切斷裂面雖然還含有黏結劑，但黏結劑的黏結塊明顯變小了許多。這主要是因為當剪切溫度較低時，經過表面處理的基板和黏結劑的界面結合強度大于摩擦材料和黏結劑的界面結合強度，因而斷裂面會發(fā)生在摩擦材料和黏結劑的界面。當溫度升高200℃時，黏結劑的硬度降低，其流動性增加，黏結劑和基板的結合強度降低。但由于表面經過噴砂處理的基板表面粗糙度較大，黏結劑和基板在200℃的機械嚙合力較大，導致摩擦材料黏結強度進一步增加，但在其表面也會發(fā)現(xiàn)較多的黏結塊和溝壑。當溫度進一步升高時，黏結劑的層間結合能力進一步減弱，其流動性繼續(xù)增加，降低了黏結劑和基板表面的機械嚙合作用，使其剪切強度降低，同時導致其斷面的黏結塊變小。3剪切溫度對摩擦學性能的影響(1)基板經過噴砂處理后，與摩擦材料的黏結強度和未經噴砂處理基板相比在較低剪切溫度下差別不大，但在較高的剪切溫度下具有較大的黏結強度。(2)摩擦材料與基板的黏結強度均隨剪切溫度的增加先增大后減小，表面未經噴砂處理的基板在100℃達到最大為14.0MPa，表面經過噴砂處理的基板在2