Page 68 - 《摩擦学学报》2020年第4期

478 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

material. The formation of oil film and friction film effectively reduced the micro-cutting effect on the material, and
hereby reduced the wear of the material.
Key words: paper-based friction material; lubricating state; hardness of the matching material; tribological properties;
friction mechanism

纸基摩擦材料(Paper-based Friction Material)通常 对摩擦材料性能的影响 [22-23] ，但不能排除配副材料的
采用湿法成型的造纸方式抄造出纸基摩擦材料原纸， 差异对试验结果产生的干扰. 此外，研究发现润滑油
再经树脂浸渍固化而成，其组分主要包括纤维增强 能有效降低摩擦材料的磨损，稳定摩擦系数 [24-25] ，因此
体、摩擦性能调节剂和树脂粘合剂等 [1-3] . 由于纸基摩 研究纸基摩擦材料在不同润滑状态下的摩擦行为，揭
擦材料具有机械性能良好、动摩擦系数稳定、摩擦噪 示润滑状态（无油和富油）对纸基摩擦材料的作用机
音小以及使用寿命长等优异特性，被广泛应用于各类 理具有重要意义.
[4]
车辆和工程机械、机床、船舶等湿式离合制动装置中 . 基于以上研究背景，本试验拟选择含碳量不同的
近年来，纸基摩擦材料因其在高转速、大压力和高温 钢作为摩擦配副材料，考察纸基摩擦材料与不同摩擦
等苛刻工况条件下的显著优势，已开始逐渐替代传统 配副之间在不同润滑条件下的摩擦学性能，探讨纸基
摩擦材料，成为绿色环保、可持续发展的一种新型摩 摩擦材料与钢作为摩擦配副时的摩擦适配性，并揭示
擦材料. 纸基摩擦材料在不同润滑条件下的失效机理.
目前对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的研究主要
1 试验部分
集中在组分的选择和比例调控上，例如增强纤维的种
类和尺寸、粘合剂的类型和含量，以及其他增强填料 1.1 纤维纸基摩擦材料的制备
和性能改进剂的选择和含量等，并探索其对纸基摩擦 本试验中采用长度为3~5 mm的PAN基短切碳纤
材料动摩擦系数、摩擦稳定性和磨损率的影响和作用 维和长度为3~6 mm的芳纶纤维作为基体纤维，其中
机制 [5-14] . 研究表明：增强纤维、粘合剂以及填料的种 碳纤维的主要指标如下：拉伸强度3.0 GPa，密度1.76~
3
类、相对含量、纤维和颗粒尺寸以及性能改进剂对纸 1.78 g/cm ，应变值1.76%~1.78%. 以硅藻土、氧化铝、
基摩擦材料机械性能和摩擦性能均有显著的影响. 此 二氧化硅和碳酸钙为增强填料；选择石墨作为主要的
外，纸基摩擦材料孔隙率、表面微结构和油温等对摩 摩擦性能调节剂. 整体制备过程如图1所示：将表面改
擦磨损性能和制动性能的影响也进行了大量研究 [15-21] . 性处理后的碳纤维和芳纶纤维基体材料分别与增强
针对材料组分、气孔率等微结构对纸基摩擦材料 填料、摩擦性能调节剂、分散剂和水按照一定的配比
摩擦学性能影响的研究已相对比较完善，而对纸基摩 进行均匀分散并混合，然后用打浆机制成纤维浆液，
擦材料与不同摩擦配副之间的适配性，以及摩擦工况 再经过滤、干燥处理后初步制备成纸基摩擦材料原
条件对纸基摩擦材料摩擦学性能的影响鲜有报道. 现 纸，最后采用改性酚醛树脂溶液浸渍并热压固化后形
有研究多以钢配副与铜配副对比研究配副材料硬度 成纸基摩擦材料，其中热固化参数为热压温度170 ℃、

Carbon fiber
Aramid fiber
Cellolose fiber
Drying
Filler Vacuum filtration
Stiring

P

Phenolic resin
Paper-based Dipping
P
friction material
Hot-pressing

Fig. 1 Schematic diagram of paper-based friction material fabrication
图 1 纸基摩擦材料制备示意图