探究吸水率碳纤维含量以与形态对树脂基摩擦材料部分性能影响科技

摘要：碳纤维作为一种新型材料，在诸多领域都有广泛的运用。我国自上世纪60年始进行碳纤维的探讨，80年始涉及高强度碳纤维领域。我国靠自己的力量经历了多年的科研历程，虽然进展缓慢但也取得了一定的成果。如我国吉林省吉林市因进展碳纤维产业而被誉名为“碳谷”。碳纤维具有多方面优良的性能。高强度、低密度、硬度高、耐酸碱腐蚀、尺寸稳定性好、导电性好等，在航空航天以及军事领域都得到了运用。目前，碳纤维在民用领域也有实例，如运动器械、交通工具、桥梁建筑等领域。本论文采取聚丙烯腈基碳纤维作为增强体，普通酚醛树脂作为粘结剂，高岭土、氧化铝、硫酸钡为填料制备摩擦材料。主要探讨碳纤维的含量以及形态对摩擦材料摩擦系数以及磨损率的影响。也对摩擦材料的吸水率、致密度、硬度以及冲击强度性能进行了实验。此外，通过光学显微镜、电子扫描显微镜等设备对摩擦材料的摩擦磨损机理进行了探讨。了解了碳纤维的加入对摩擦材料摩擦磨损机理的影响。本实验采取实验用微型球磨机将高岭土、氧化铝、硫酸钡、酚醛树脂按照相同质量百分比混合均匀，之后添加经过预处理的碳纤维。制备工艺为普通热压工艺，压制参数为40MPa、140°C，并且保压至模具温度降至70°C。碳纤维表面预处理采取液态氧化法，增加了碳纤维表面的粗糙度，可以改善碳纤维与树脂基体的结合强度。摩擦系数磨损率以及硬度、冲击强度、吸水率、致密度是摩擦材料的几项重要量能。本实验采取盘式摩擦机对摩擦材料的摩擦系数以及磨损率进行了测试。发现，碳纤维的高硬度以及自润滑性能会改善摩擦系数的稳定性并且影响摩擦材料的摩擦系数。同时碳纤维的加入还可以起到减少摩擦材料磨损率的作用。另外，碳纤维在摩擦材料中能够发挥纤维增韧的作用，增大摩擦材料的冲击强度。并且碳纤维的加入提升了摩擦材料的硬度。在摩擦材料的致密度方面，碳纤维的加入使得摩擦材料内部孔隙率增加，降低了摩擦材料的致密度，增加了摩擦材料的吸水率。本实验采取的碳纤维增强体分为两种形态。一种是采取球磨机研磨的碳纤维粉，另一种是保持出厂状态的连续长纤维。实验发现，碳纤维以长纤维形式加入时，碳纤维在推动滑移膜形成方面的作用并不大。碳纤维以碳纤维粉的形式加入时，碳纤维的高硬度推动了滑移膜的生成减少了摩擦材料的磨损率。在摩擦系数方面，碳纤维以长纤维的形式添加时高硬度对摩擦材料的影响程度高，而以碳纤维粉的形式加入时，碳纤维的自润滑性对摩擦材料的影响程度高。在摩擦磨损机理方面，碳纤维的高硬度以高耐磨性可以推动滑移膜在摩擦历程中生成，降低了摩擦材料的磨损率。并且碳纤维的有着转变了在摩擦历程中摩擦材料表面的裂纹分布，使得裂纹多集中在碳纤维附近。碳纤维也可以起到减少剥层磨损的作用。关键词：碳纤维论文树脂基摩擦材料论文摩擦系数论文磨损率论文致密度论文吸水率论文

摘要4-6

Abstract6-11

第一章 绪论11-25

1.1 刹车材料的进展历史11-13

1.1.1 石棉刹车材料阶段11

1.1.2 石棉替代品刹车材料阶段11-12

1.1.3 新型刹车材料阶段12-13

1.2 碳纤维增强树脂基复合材料13-18

1.2.1 碳纤维材料概述13-15

1.2.2 碳纤维表面活化15-16

1.2.3 碳纤维表面活化处理策略16-18

1.3 碳纤维增强树脂基摩擦材料18-21

1.3.1 摩擦材料用酚醛树脂概述18-19

1.3.2 酚醛树脂的改性策略19

1.3.3 碳纤维增强树脂基摩擦材料19-20

1.3.4 复合材料界面20-21

1.4 碳纤维增强树脂基摩擦材料探讨近况21-22

1.5 立项及探讨内容22-25

第二章 实验策略25-31

2.1 工艺以及组分的确定25-26

2.2 实验策略26-29

2.2.1 样品制备27-28

2.2.2 性能检测以及机理浅析28-29

2.2.3 碳纤维增强树脂基摩擦材料的摩擦实验案例设计29

2.3 小结29-31

第三章 碳纤维预处理以及在摩擦材料中的分布31-37

3.1 碳纤维的表面预处理31-32

3.2 碳纤维粉的长度32

3.3 碳纤维在摩擦材料中的形态32-35

3.4 小结35-37

第四章碳纤维粉增强树脂基摩擦材料的冲击性能及硬度37-43

4.1 摩擦材料的冲击性能37-41

4.1.1 冲击实验结果37-38

4.1.2 碳纤维增韧效果论述浅析与计算38-39

4.1.3 冲击断口显微浅析39-41

4.2 摩擦材料的硬度41-42

4.3 小结42-43

第五章 摩擦材料的摩擦性能以及致密度43-61

5.1. 长纤维增强树脂基摩擦材料的摩擦性能44-48

5.1.1 长纤维增强树脂基摩擦材料的摩擦系数44-47

5.1.2 长纤维增强树脂基摩擦材料的磨损率47-48

5.2 碳纤维粉增强树脂基摩擦材料的摩擦性能48-53

5.2.1 碳纤维粉增强树脂基摩擦材料的摩擦系数49-51

5.2.2 碳纤维粉增强树脂基摩擦材料的磨损率51-53

5.3 摩擦材料的致密度以及吸水率53-59

5.3.1 摩擦材料的致密度53-56

5.3.2 摩擦材料的吸水率56-59

5.4 小结59-61

第六章 摩擦材料摩擦面的微观形貌以及浅析61-69

6.1 摩擦论述以及磨损论述的进展61-63

6.1.1 磨粒磨损与犁沟磨损62

6.1.2 疲劳磨损62

6.1.3 粘着磨损62-63

6.1.4 剥层磨损63

6.2 摩擦论述63

6.3 摩擦形貌的浅析63-67

6.4 小结67-69

第七章 结论69-71