關(guān)鍵詞：無石棉摩擦材料，纖維素纖維
內(nèi)容提要：本文作者通過加入纖維素纖維的各類摩擦材料樣品與其他樣品的對比試驗，試驗表明，纖維素纖維在摩擦材料中有良好的工藝性能和摩擦特性，提高摩擦材料的綜合性能：增加摩擦材料氣孔率，降低制動噪音，減少環(huán)境污染等都有很好的作用。是石棉纖維的優(yōu)良代用品之一。
概述
眾所周知，石棉是一種危害人類健康的至癌物質(zhì)。石棉粉塵對環(huán)境的污染令人擔(dān)憂，特別是人口和車輛集中的城市。另一方面，石棉制品廠和礦山的職工由于長期接觸石棉粉塵，其至病的可能更大。因此，八十年代以來，尋找石棉代用品成為各國研究人員關(guān)注的問題，由于石棉在摩擦材料中有非常優(yōu)良的綜合性能，如強(qiáng)度高，表面活性好，摩擦磨損性能好，混合料中分散均勻，因此到目前為止，沒有任何一種纖維能單獨(dú)代替石棉，因此，多種代用纖維混合代替石棉仍舊是無石棉摩擦材料制造商關(guān)注的問題。
幾種代用纖維基本情況見表1，纖維素纖維的基本技術(shù)參數(shù)見表2，，纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和在混合料中 的分布情況見圖1 和圖2。
表1：代用纖維的基本情況
| 纖維名稱 | 基本組分 | 密度 | 價格元 | 使用特點(diǎn) |
| 鋼纖維 | 低碳鋼 | 7．8 | 5-7 | 散熱好，耐磨性好，容易腐蝕生銹，價格中等 |
| 玻璃纖維 | 硅酸鹽 | 2．5 | 8-12 | 強(qiáng)度好，表面活性差，價格中等 |
| 硅灰石纖維 | 硅酸鈣 | 2.8-3.1 | 0，7-1．5 | 強(qiáng)度接近六級石棉，價格低，表面活性差 |
| 海泡石纖維 | 硅酸鹽 | 2．5 | 3-5 | 活性較差 |
| 芳倫漿粕 | 芳倫 | 1．4 | 160-300 | 各種性能較好，價格太高。 |
| 丙稀氰予氧絲 | 丙稀氰 | 1．2 | 50-100 | 耐磨性好，分散困難。 |
| 纖維素纖維 | 纖維素 | 1．4 | 4-6 | 分散性好，價格低綜合性能較好，耐溫性稍差 |
表2纖維素纖維的技術(shù)參數(shù)
| 外觀 | 白色纖維 | 比重 | 1.4-1.5克/厘米3 |
| 揮發(fā)份% | 小于12% | 容重 克/升 | 50 |
| 含灰量 | 小于15% | PH值 | 7 |
| 主體纖維 | 小于800微米 | 外觀 | 白色纖維 |
| 纖維素含量 | 大于85% | 揮發(fā)份% | 小于12% |
二：試驗樣品和試驗結(jié)果
1、試驗用樣品：
我們用纖維素纖維與其他纖維復(fù)合用于制造無石棉摩擦材料其基本情況見表3。
表3纖維素纖維用于摩擦材料的情況
| 摩擦材料名稱 | 基本配比 | 用途 |
| 鼓式剎車片 | 纖維素纖維1-6%，其他無機(jī)纖維30-40 | 小車和卡車鼓片 |
| 盤式剎車片 | 纖維素纖維1-4%，芳倫0.5-3%其他纖維5-15% | 轎車盤式剎車片 |
| 碳基摩擦片 | 纖維素纖維5-15%其他纖維10-30%,碳素材料10-30% | 模壓濕式離合器,和剎車片用于摩托車,工程機(jī)械 |
| 紙基摩擦片 | 纖維素纖維10-20%,其他纖維20-30-% | 用于高摩擦的濕式離合器和剎車. |
2．試驗結(jié)果
（1）按照表3 制造的摩擦材料,其有關(guān)的物理性能見表4
表4:加入纖維素纖維的摩擦材料的有關(guān)物理性能
| 摩擦材料名稱 | 密度克/厘米3 | 沖擊強(qiáng)度 | 氣孔率% | 備注 |
| 鼓式剎車片 | 1.7-2 | 3-5 | 2-10 | |
| 盤式剎車片 | 2-2.5 | 2.5-5 | 10-20 | |
| 碳基摩擦片 | 1.2-1.5 | 15-30 | ||
| 紙基摩擦片 | 0.7-1.1 | 25-50 |
（2）摩擦性能試驗：
加入纖維素纖維的盤式剎車片和鼓式剎車片的摩擦磨損性能曲線見圖3到圖6按照GB5763-1998。濕式摩擦材料的摩擦性能試驗結(jié)果見表5
表5濕式摩擦材料的臺架試驗結(jié)果
| 編號 | mj 靜摩擦 |
磨損率 10-8cm3/j |
md -p（速度15m/s） Mpa | md-v（比壓1Mpa）m/s | ||||||
| 0.7 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 7.3 | 14.5 | 22 | 30 | |||
| 紙基 | 0.14 | 9.8 | 0.1 | 0.08 | 0.09 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.09 | |
| 碳基 | 0.12 | 11 | 0.08 | 0.08 | 0.07 | 0.07 | 0.08 | 0.09 | 0.09 | |
| 銅基 | 0.12 | 0.043 | ||||||||
三 試驗結(jié)果討論
1從試驗結(jié)果看試驗材料加入纖維素纖維，與石棉鼓式剎車片比較，見圖3，4
摩擦磨損性能并沒有多大區(qū)別，盤式剎車片結(jié)果也相同。纖維素纖維并沒有因為被炭化而高溫磨損增大，含鋼纖維量較大的半金屬摩擦材料高溫時磨損反而較大。當(dāng)然與不同的配方設(shè)計有關(guān)。目前歐洲市場上的盤式剎車片和鼓式剎車片向著少金屬含量或不用鋼纖維的陶瓷型無石棉摩擦材料的方向發(fā)展，這樣，選擇復(fù)合纖維就極為重要。紙基摩擦材料早就使用纖維素纖維如木漿型和棉漿型的漿粕。在編織型摩擦材料如石油鉆機(jī)剎車塊和編織型離合器面片中人們早就使用進(jìn)一步精制的纖維素纖維如粘膠纖維來提高石棉等礦物纖維的可紡性。減少玻璃纖維的在高溫時的表面結(jié)珠。從表5可見，在濕式摩擦材料中使用纖維素纖維同樣有較好的摩擦性能，動摩擦系數(shù)比銅基粉末冶金摩擦片高得多。從此可見，在使用溫度較低的摩托車和輕型車上纖維素纖維同樣會有較好的使用效果。
由于纖維在300度左右直接炭化，起到類似于碳纖維的穩(wěn)定摩擦的作用。而不同于其它有機(jī)纖維在高溫時軟化或熔化而使摩擦性能發(fā)生特變。改善了材料的摩擦穩(wěn)定性。選擇合適的成型方法可以改善材料的氣孔率。提高材料的抗摩擦熱衰退從圖3，4也可以看出這一點(diǎn)。
由于纖維的三維結(jié)構(gòu)，能穩(wěn)定并且減少材料的收縮和膨脹，改善制動效能穩(wěn)定性。由于纖維素纖維化學(xué)穩(wěn)定性較好，可以避免摩擦材料表面的腐蝕，特別是鋼纖維等受環(huán)境影響而產(chǎn)生電化銹蝕。同時在制造時容易產(chǎn)生較高的氣孔率，，較高的氣孔率可以降低制度噪音。
2：纖維素纖維來源于植物纖維，因此無環(huán)境污染，從生理和毒性方面是無害的“綠色材料”。
3：從圖1 和圖2 可見，由于纖維良好的分散性，可以改善混合料混合性能，促進(jìn)其它原料的分散，作為填料和其他纖維懸浮的載體。特別是需要進(jìn)行冷壓成型后再進(jìn)行熱壓的材料。是石棉纖維的優(yōu)良的代用品。由于無石棉摩擦材料往往要使用多種纖維復(fù)合使用，在和其他石棉代用纖維混合時，纖維素纖維有其特別的作用，它能改善其他無機(jī)纖維的混合性能，僅用玻璃纖維，硅灰石，陶瓷纖維，礦棉纖維等無機(jī)纖維，混合料工藝性能很差，用纖維素纖維和其混合使用，可以明顯改善混合料性能 。減少或完全取代芳倫纖維，這樣，可以大大降低無石棉摩擦材料的成本。
纖維素纖維價格僅為芳倫纖維的40-80分之一，為丙稀氰予氧絲的十分之一，但丙稀氰予氧絲加工為漿粕型比較困難。而且也比較貴。在改善混合料工藝性能方面，纖維素纖維有些方面可以取代芳倫和丙稀氰予氧絲漿粕。是代替芳倫的理想材料。和芳倫有相同的作用。與石棉纖維比，由于密度只有石棉的百分之六十，因此單位體積價格相近。這樣可以提高在市場上的競爭能力。纖維素纖維比重低，（1.5克/厘米3）可以減少纖維用量，減輕摩擦材料比重。如紙基摩擦材料一般比重不到1，這樣能減少主機(jī)轉(zhuǎn)動慣量。
當(dāng)然，摩擦材料是很多原料的復(fù)合材料，纖維素纖維僅僅是其中的一種原料，因此，對于摩擦復(fù)合材料的配方的研究極為重要，這也是廣大摩擦材料研究人員最關(guān)注的課題。
四．結(jié)論
1從試驗結(jié)果可以認(rèn)為，纖維素纖維在無石棉摩擦材料中，是石棉的優(yōu)良代用品之一 2．纖維素纖維的比重輕，氣孔率高，腐蝕小，摩擦性能穩(wěn)定，可以降低噪音等，這些都是現(xiàn)代摩擦材料的重要性能指標(biāo)，因此，應(yīng)該進(jìn)一步深化研究。
(本論文發(fā)表于中國石棉制品,二000年(第一期)(’99中國摩擦材料工業(yè)技術(shù)交流曁發(fā)展戰(zhàn)略研討會論文集)