新型碳纤摩擦材料

chenweicheng

1 两种摩擦材料
传统的湿式摩擦材料的制造是通过纸桨摩擦材料的配料混合制成。这种用传统工艺手段制成的纸基摩擦材料在高载荷的使用条件下显示出一些明显的缺点：
（1）与铜基摩擦材料相比，纸基材料在具有较高的摩擦系数的同时呈现出较差的耐温性；
（2）纸基材料比铜基材料有更好的油兼容性。但这种兼容性在实际使用中仍嫌不足；
（3）纸基材料的热传导性较差在载荷大的情况下较易在表面产生局部的热斑。
1 T! L* n) W2 T8 ~9 u针对上述问题，解决的办法是采用碳纤作为摩擦材料。
但是实际上人们并没有广泛地采用碳纤维作为摩擦村料，其主要原因是由于采用碳纤维后摩擦材料的成本太高，一般优质纸基摩擦材料的成本约为每公斤80元，若采用碳纤维，则每公斤的成本高达520元。
/ F5 h- M1 E. i以碳纤维作为摩擦材料能够满足变速器的制动系统的设计要求，它具有的特点：
  S9 n; B6 R7 D3 n; }（1）动摩擦系数高且恒定；（2）动、静摩擦系数之比接近1：1；（3）磨合周期短；（4）磨损小；（5）抗过载性好；（6）油兼容性好。
为此给制造者提出了这样的课题：要求改善摩擦材料的性能而又保持产品的原有价格。
2 技术上采取的措施
+ U0 u" A' w; D由于好的纸基摩擦层在达到它的使用寿命时所受到的磨损仅仅占整个厚度的10%-15%。摩擦层厚度的减少主要是由于摩擦材料的孔隙度减少和材料的致密度的增加；表面材料的磨损则主要是由于树脂在高温下的裂解造成的。树脂的作用是把纤维和颗粒固定在表面上，一旦树脂在高温下被破坏，表面上自由的纤维和颗粒便被油带走。
为此采用了新型的双层结构。摩擦材料的表面上有一层极薄的碳纤维具有优异的耐磨性和耐温性。下层为普通的纸基摩擦材料，碳纤维层与下层材料之间也有着结构上的连接，而不是仅依赖于树脂。碳纤维的良好的导热性和耐温性可以很好的保护下层的材料。
碳纤维摩擦材料良好的弹性特征也是它取得成功的一个生果原因。碳纤维的下层材料是同耐温纤维和吸油性好的粉末组成。通过使用特殊的树脂使之形成一层稳定的，疏松的，并且具有弹性的底层。在离合器的接合和分离过程中，底层材料中的油流出和吸入材料带走热量，从而使摩擦片的工作温度保持在较低水平。
2 V$ G4 e1 i" K5 w' Y8 I, x3 工艺上的措施
  M% l! i9 L, W# F$ U' P5 f事实上，仅仅需要很薄的一层碳纤维便能达到改善纸基摩擦特性的目的。我们的目标是在摩擦材料的表面上形成20-30g/m2的均匀的碳纤维层。在制造过程中这极薄的表层有仅要分布均匀而且须与基层材料牢固结合。底层材料选用耐高温的纤维。因对其摩擦特性的要求降低。价格也较为低廉。最终的目标是通过这种组合使整个摩擦片的价格与传统的纸基摩擦片的价格相接近。
2 `. }8 O4 l6 d( `图1a为传统的纸基摩擦材料制造方法的示意图。配料与水混合后均匀地撒布在丝网上，水通过丝网沥尽后留下上层均匀分布在配料在丝网的表面上，通过挤压后材料成型。残留的水份通过挤压和烘干工序后去除。
图1b为贺尔碧格使用的碳纤维摩擦材料的制造方法的示意图。底层材料的摊铺方法与图1a相似，碳纤维则又红又专过与水混合在底层上均匀地形成一薄层，通过振动使碳纤维穿入底层结构并形成与底层间牢固的连接。由此生成的双层结构与单层结构一样经挤压和脱水后成型。
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  r: L9 E( N2 M" k1 p另外的一些技术问题也几须在制造工艺过程中得以解决；
（1）碳纤维有水中和树脂粘合过程中的湿润度的控制；
（2）干燥过程中，上下层之间不同材料而引起的不同收缩度；
（3）相对平滑而且硬直的碳纤维与底层结构间的连接。
: T( m/ ~. j# D7 y) ^4 试验
& y8 r/ s: U+ I5 K* I9 g$ ~如图2所法。贺尔碧格的碳纤维磨擦材料的摩擦系数处在纸基和铜基磨擦片之间。但是其摩擦系数在其整个使用寿命周期内几乎不发生变化。而纸基摩擦片则会有相当大的下降。
: B4 F) f  d  k& Q2 a, [5 U
. X$ z% A5 {' @* Z% @1 [4 m1 X实验也证明，这种碳基摩擦片的磨擦系数在各种不同的油中相当稳定。而纸基和铜基摩擦片的摩擦系数则显示出较强的对油的依赖性。特别是当在油中加入不同的添加剂时，碳基的摩擦片的摩擦系数变化很小。通过试验反映出抗热斑的性能得以改善。纸基材料（四其他制造商提供）在0.85J/mm2和5W/mm2时产生热斑，而贺尔碧格的碳基材料能达到1.15J/mm2和5W/mm2。
碳基摩擦片具有相近的静，动摩擦系数。因此它能提供与纸基摩擦片一样的平滑的换挡。同时它又没有纸基摩擦片那样易磨损和在整个使用周期内摩擦系数不恒定的缺点，从而使得减少变速器的维护次数成为可能的。
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