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如何解決摩擦與磨損的難題?

 



摩擦材料是一種多元組分的復合材料,除三大主要組分(粘結劑、增強纖維和摩擦性能調節劑)外,還有其它配合劑等加工制備而成,其中主體構成為纖維、礦物填料、增摩和減摩材料。摩擦材料的核心部分是作為主要成分的粘結劑,用量通常占比為 8~25%。酚醛樹脂作為最為典型的熱固性樹脂之一,因其耐熱性高、力學強度優異、難燃和良好的加工性能而普遍用于摩擦材料粘結劑中,然而酚醛樹脂基摩擦材料在摩擦學應用方面還是受到一些限制,是由于相對低穩定性和耐磨性。


有效解決摩擦與磨損

酚醛樹脂基摩擦材料的摩擦磨損性能在很大程度上依賴于各相組分之間的相互作用以及協同效應提高摩擦材料的耐熱耐磨損性能,除了在粘結體系改性之外,還有摩擦調節組分方面的改性也至關重要。通過添加不同的增強劑,填充材料像增強纖維、磨蝕材料、粘結劑、填充料和摩擦調節劑(固體潤滑劑)進入酚醛樹脂基摩擦材料提高其穩定性和耐磨性是一種必要措施。 


類似蒙脫土結構的磷酸鋯(以下簡稱α-ZrP),是一類具有高表面能的二維層狀結構的材料。作為單斜晶系的α-ZrP是一種酸性層狀金屬鹽,具有晶格結構,每層α-ZrP 由ZrO6片層與四面體的 HPO42- 配位形成共價網狀結構,層與層之間通過范德華力連接,α-ZrP 具有離子交換性、吸附性、高的表面能、有很高的熱化學穩定性,這些特性使得 α-ZrP 有廣泛的應用  。相鄰層之間的相互作用在納米粒子的摩擦行為中起到關鍵作用。不同于石墨與二硫化鉬的層間弱的范德華力作用使得其在剪切作用下易剝落產生的滑動從而減小摩擦,二維層狀結構的 α-ZrP 的層間范德華力作用較強,不易剝離,其表現出比二硫化鉬和石墨更為優異的耐磨性。


磷酸鋯助力摩擦材料的開發

在酚醛樹脂基摩擦材料中加入層狀摩擦調節劑材料α-磷酸鋯(α-ZrP)、及聚醚胺插層改性的磷酸鋯衍生物(Jeffamine D230/α-ZrP 和Jeffamine D400/α-ZrP),均能有效調節摩擦材料的摩擦系數,同時顯著提高酚醛樹脂基復合材料(簡稱PF)的耐磨性能,當含量為 1 wt%時,能顯著提高酚醛樹脂基摩擦材料的耐磨性和承載能力,同時也能減少酚醛樹脂基摩擦材料對摩擦副表面相對滑動速度和溫度的敏感程度,增強其抗熱衰退性能。α-ZrP/PF 的磨損率相比未添加摩擦調節劑的下降約 88.41%,但其含量超過適當含量時,其磨損率反而隨含量的增加而增加。



(作為摩擦調節劑的 α-ZrP、Jeffamine D230/α-ZrP 和 Jeffamine D400/α-ZrP,其對酚醛樹脂基復合材料的摩擦磨損性能影響的不同,可能與它們和酚醛樹脂基質之間的粘合強度以及材料摩擦表面及摩擦副之間形成的轉移膜有關。當含量為1wt%時的摩擦調節劑α-ZrP、Jeffamine D230/α-ZrP 和 Jeffamine D400/α-ZrP易在摩擦界面形成摩擦薄膜和轉移膜,其中層間距最小且具自身潤滑效應的α-ZrP 最易形成。)

 
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