根据汽车工业规划,2010年我国汽车保有量将达到4800万辆,按万辆汽车平均用摩擦材料60t计,届时,年需摩擦材料将达到28.8万t。自汽车问世以来,石棉一直是汽车制动器和离合器用摩擦衬片的主要原料。但职业病医学研究证明,使用和生产石棉制品会对人类带来巨大的危害。国家质量技术监督局早在1999年就颁布了GB12676—99新国标“汽车制动系统结构、性能和试验方式”,文中明确规定“自2003年10月1日起,汽车刹车片不能再使用石棉”。因此,寻找新型摩擦材料以替代有害的石绵已迫在眉睫。硅灰石(CaSiO3)是一种钙的偏硅酸盐类矿物,理论化学成分(质量百分数)CaO 48.3%、SiO251.7%。天然产出的硅灰石常呈针状、放射状、纤维集合体。由于其无毒,具有低吸油性、低吸水性、热稳定性和化学稳定性、白度高等物化性质,硅灰石被广泛应用在建筑陶瓷、涂料、塑料、橡胶、冶金和耐火材料等工业部门。我国硅灰石的储量居世界之首,年开采量为23×104t,占世界总量的54.7%,年出口量为12×104t,占世界贸易量的55%。目前已广泛用作节能原料,替代造纸原料及有机聚合物的填料,高长径比(>15∶1)的超细硅灰石,可替代昂贵的玻璃纤维制备性能优异的增强塑料,替代石棉纤维做摩擦和绝热材料等,其潜在的用途与日俱增。海泡石是一种富镁的纤维状硅酸盐粘土矿物,其结构中“网状”和“束状”纤维纵横交错,而且随机取向,具有良好的填充性能,在国内外已被广泛应用于各个工业部门。以天然针状硅灰石和海泡石代替石棉作为增强材料制备无石棉汽车刹车片,可提高产品的各项性能。为此,我们对针状硅灰石和纤维状海泡石在摩擦材料中的应用做了较深入研究。
　　一、硅灰石的改性研究
　　对硅灰石的改性已做过大量工作,从四种改性剂(WD-硅烷,KH-72硅烷,NDZ-101钛酸酯和硬脂酸)对比实验结果可知,其中硬脂酸最好,钛酸酯次之[10,11]。因此,选择硬脂酸(jz)和钛酸酯(tz)作为针状硅灰石改性剂。为了取得最佳改性工艺条件,按正交实验法共进行了25组实验。实验方法如下:每次称取100g未改性的干燥后的硅灰石放在容积为250mL的三口烧瓶中,用水浴锅加热,保持恒温,温度在40~100℃之间,硬脂酸及钛酸酯的含量在1%~ 3%之间,用JB180-D型电动高速搅拌机搅拌(转速700~900r/min)物料,时间在10~30min之间。实验评价方法为:称取改性好的硅灰石5g,放入装有25mL航空煤油的量筒中,用玻璃棒搅拌30s,然后静置30s,测其沉降高度(mL)。www.qianniankuangye.com
　　二、 摩擦材料试验的基本工艺
　　1、 试验采用的材料及配方
　　增强材料为硅灰石和海泡石。硅灰石使用的是粒度325目,长径比≈10;海泡石使用的是粒度在60目左右,后经jz改性。基体和填料基体主要是腰果油树脂,填料有硫酸钡、铜丝等。基本配方为:基体材料15%~20%,增强材料40%~60%,填料20%~40%。实验共做了12个样,基体材料和填料的配方以及比例基本不变,只是在增强材料的选料上有一些改变,这12个样分别以下列原料作为增强材料:
　　(1)石棉;
　　(2)未改性的硅灰石;
　　(3)jz改性后的硅灰石;
　　(4)tz改性后的硅灰石;
　　(5)未改性的海泡石;
　　(6)jz改性后的海泡石;
　　(7)jz改性后的硅灰石与海泡石以1∶6的比例混合;
　　(8)jz改性后的硅灰石与海泡石以1∶2的比例混合;
　　(9)jz改性后的硅灰石与海泡石以1∶1的比例混合;
　　(10)tz改性后的硅灰石与jz改性后的海泡石以1∶6的比例混合;
　　(11)tz改性后的硅灰石与jz改性后的海泡石以1∶2的比例混合;
　　(12)tz改性后的硅灰石与jz改性后的海泡石以1∶1的比例混合。
　　2、摩擦材料试验基本工艺
　　试验工艺采用干法工艺,即将各种原料放在高速混料机中搅拌5~6min,再经热压成型,成型压力为2.8~4.1MPa,在104~160℃下热压3~10min,最后经热处理6h而制成,热处理的温度为180℃。工艺流程为:各种原料→高速混合→热压成型→热处理→产品。
　　三、产品(刹车片)性能测试
　　摩擦磨损性能测试按国标GB5763-86“汽车用制动器衬片”,在D—MS型定速式摩擦试验机上测试;冲击强度的测试方法按照国标GB5765-86“摩擦材料冲击强度测定法”在“简支架梁式摆锤冲击试验机”上进行测试。
　　
　　四、结 论
　　从上述试验结果看,可初步得出如下结论:
　　1.石棉、纤维状海泡石和针状硅灰石三种增强材料摩擦系数均达到国标;在一定温度范围内,磨损率亦达到国标;从冲击强度看,石棉(见表1中1。下列括号中数值均为表1中的编号,并与3.1节试样序号相同。)>纤维海泡石(5、6)>针状硅灰石(2、3、4)。
　　2.纤维状海泡石增强材料的强度已达到国标(5、6),且改性的(6)比未改性的(5)更好，表明纤维状海泡石可作为摩擦材料的增强材料替代石棉。
　　3.当针状硅灰石与纤维状海泡石混合使用且比例小于1∶2时(7、8、9)可达到或接近国标,表明针状硅灰石可作为摩擦材料的增强材料替代石棉。