摩阻材料制备实验详解

4.2.1 实验目的

（1）了解摩阻材料的常用配方组成及制造工艺。

（2）了解摩阻材料中聚合物基体、增强纤维以及性能调节剂的作用。

（3）进一步巩固和熟悉模压成型的操作方法。

4.2.2 实验原理

摩阻材料是一种复合材料产品，一般以金属、陶瓷或聚合物为基体，加入各种增塑材料及性能调节剂而组成。摩阻材料具有高而稳定的摩擦系数，耐磨性能和磨合性能优良，导热性好，热容量大，且具有一定的高温机械强度等性能，它还能在工作中与对偶摩擦产生足够大的摩擦力达到传递动力、实现离合器的功能，以及产生足够大的阻力实现制动器减速停车的功能，目前广泛应用于车辆交通、工程机械离合器与制动器制造等领域。

聚合物基摩阻复合材料主要由树脂基体、增强纤维和填料组成，具有轻质、节能（摩擦系数小）、无润滑运动、耐磨性好等特点，近年来发展很快。

树脂基体的作用是将摩阻材料的不同组分牢固地粘结在一起，使载荷均匀分布、传递并分配到各种增强材料上。树脂必须有卓越的粘结性和一定的耐高温性以保证次摩擦层有足够的强度，同时应具有突出的柔韧性和适中的硬度；树脂分解后的残留物须具有一定的摩擦性能，以保证稳定的摩擦系数。目前，酚醛改性树脂被广泛用来作为基体材料。

增强纤维的性能与摩阻材料的摩擦磨损性能密切相关，其好坏直接影响对基体材料的增强效果。过去常用的增强材料为石棉，但由于石棉粉尘吸入肺中会导致矽肺甚至肺癌，因此石棉渐渐被淘汰。无石棉摩阻材料中的增强材料大多分为两大类，一类是天然或合成纤维，比如玻璃纤维、碳纤维、硅纤维、钢纤维、芳纶纤维等；另一类是几种纤维相混合形成的混杂纤维，比如碳纤维和有机纤维混杂、钢纤维和碳纤维混杂等。其中，混杂纤维能充分发挥各纤维的优点，更好地满足摩阻材料的性能要求，是近年来的发展方向。比如，碳纤维在低温下摩擦系数较小，但随着温度升高，其摩擦系数逐渐增大；而钢纤维在低温下摩擦系数较大，但随着温度升高，其摩擦系数逐渐减小。若将二者混杂，不仅可使材料具有较强的散热能力，而且还可对摩擦系数进行互补，确保材料从高温到低温都能保持稳定的摩擦系数。

填料是摩阻材料中不可缺少的组分，主要起改善材料的物理与力学性能、调节摩擦性能及降低成本的作用。根据摩阻材料对摩擦性能的要求，加入的填料成分有的起增加摩擦系数的作用，即作为增摩剂，如金属氧化物、石英粉、橡胶粉、腰果壳油摩擦粉等；有的起降低摩擦系数的作用，即作为减摩剂，如二硫化钼、铅、锡、硫酸钡等。

4.2.3 仪器与原料

本实验所用仪器有高速混料机、XLB-D平板硫化机、电子天平、模具、烧杯；所用原料有2123型酚醛树脂（含固化剂）、铜粉、Al2O3、Ba SO4（100目）、钢绒纤维、PAN基碳纤维。

4.2.4 实验步骤

（1）按照表3中的配方要求，称量各个组分原料。

表3 摩阻材料配方（份）

（2）将钢绒纤维和PAN基碳纤维在高速混料机内混合、开松打散，然后加入树脂粉末，搅拌3～5min后，将铜粉、Al2O3、Ba SO4（100目）等倒入其中，搅拌均匀后得到模压粉。

（3）将平板硫化机升温到165 ℃，在模具涂上脱模剂后将其放到平板硫化机的平板上预热10min。

（4）将模压粉称量后，先在80℃预烘8～10min，然后趁热将其装入模具中，在2～3min内起闭模具放气2～3次。

（5）加压至8～10MPa，并保温保压20～30min。(www.xing528.com)

（6）取出模具后，冷却、脱模、修边整形。

4.2.5 实验数据记录与处理

（1）配方表（见表4）

表4 阻材料配方（份）摩

（2）模压工艺条件（见表5）

表5 模压工艺条件

4.2.6 注意事项

（1）在使用平板硫化机的过程中应注意安全，避免被烫伤或机械伤害。

（2）固化剂的加入量要适当。加入固化剂过多会导致固化过快，不利于成型及制品的性能；加入固化剂过少则固化周期变长，影响实验进程，同时也会对制品性能产生不利影响。固化剂的具体用量，应根据整体配方适当调整。

4.2.7 思考题

（1）摩阻材料模压成型的工艺流程是什么？

（2）摩阻材料所用的增强纤维分为哪几种？和单一纤维相比，使用混杂纤维有何优点？

（3）聚合物基摩阻材料中，树脂基体的作用是什么？

4.2.8 预习要求

（1）复习平板硫化机（模压机）的结构、工作原理及粗操作方法。

（2）了解摩阻材料的基本配方及各组分的作用。

（3）了解摩阻材料模压成型的工艺流程。

（4）了解摩阻材料的应用范围。