武紅霞的論文定稿(2)

1、107221008034107TB36公開分類號(hào)密級(jí) 學(xué)校代碼 學(xué)號(hào)利用黃金分割原則優(yōu)化摩擦優(yōu)化摩擦材料 材料的配方 Optimization the Formula of the Friction Material by the Principle of Golden Section 武 紅 霞作者姓名 材料化學(xué)專業(yè)名稱工 學(xué)學(xué)科門類王 曉 芳指導(dǎo)教師 2014年5月 提交論文日期第 1 頁 成 績(jī) 評(píng) 定第 1 頁摘要摘 要本文采用熱壓成型法制備了混雜纖維增強(qiáng)樹脂基摩擦材料，在配方設(shè)計(jì)中采用黃金分割原則對(duì)增強(qiáng)纖維含量進(jìn)行優(yōu)化，通過對(duì)樣品進(jìn)行摩擦磨損性能測(cè)試，力學(xué)性能測(cè)試和物理性能測(cè)試，結(jié)果

2、表明：配方1在0.764處，即碳纖維占0.16，礦物纖維占0.05點(diǎn)為此配方纖維配比的最優(yōu)點(diǎn)；其摩擦系數(shù)為0.40，磨損率為0.26×10-7 cm3/N·m，沖擊強(qiáng)度為5.21 J/cm2，硬度為85 HRM，密度為1.88 g/cm3。配方2在0.382處，即礦物纖維占0.076，硅酸鋁纖維占0.124點(diǎn)為此配方纖維配比的最優(yōu)點(diǎn)；其摩擦系數(shù)為0.40，磨損率為0.23×10-7 cm3/N·m，沖擊強(qiáng)度為5.64 J/cm2，硬度為72 HRM，密度為1.79 g/cm3。研究結(jié)果表明利用黃金分割原則優(yōu)化摩擦材料的配方可以改善摩擦材料的性能。關(guān)鍵字：

3、摩擦材料；黃金分割；試驗(yàn)點(diǎn)；優(yōu)化IIIabstractAbstract By hot pressing molding in the preparation of the hybrid fiber reinforced polymer matrix friction materials, in the formula design of the reinforced fiber content by principle of golden section optimization, through the study of the friction and wear performance t

4、est of the sample, the mechanical properties testing and physical testing, the results show that the formula 1 in 0.764, the carbon fiber accounts for 0.16, mineral fibre the most advantages of 0.05 points for this formula ratio of fiber. Its friction coefficient is 0.40, the wear rate is 0.26×

5、10-7 cm3/N·m, the impact strength of 5.21 J/cm2, hardness is 85 HRM, density of 1.88 g/cm3. Formula 2 at 0.382, namely the mineral fibre accounts for 0.076, aluminum silicate fiber optimal point of 0.124 points for this formula ratio of fiber. Its friction coefficient is 0.40, the wear rate is

6、0.26×10-7 cm3/N·m, the impact strength of 5.64 J/cm2, hardness is 72 HRM, density of 1.79 g/cm3. The results show that the golden principle was used to optimize the friction material formula can improve the performance of friction materials.Keywords: Friction material; Golden section; Test

7、 point; Optimize目錄目 錄摘 要I前 言11 文獻(xiàn)綜述21.1 摩擦材料2 1.1.1 摩擦材料的分類2 1.1.2 摩擦材料的技術(shù)要求21.2 摩擦材料發(fā)展簡(jiǎn)史2 1.2.1 世界摩擦材料的發(fā)展簡(jiǎn)史2 1.2.2 國(guó)內(nèi)摩擦材料的發(fā)展簡(jiǎn)史31.3 摩擦材料的研究趨勢(shì)41.4 本次研究?jī)?nèi)容的提出42 實(shí)驗(yàn)部分52.1 試驗(yàn)方法52.2 試驗(yàn)配方62.3 實(shí)驗(yàn)部分7 2.3.1 制片7 2.3.2 摩擦片性能測(cè)試83 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論93.1 摩擦性能分析10 3.1.1 配方1及優(yōu)化配方摩擦性能10 3.1.2 配方2及優(yōu)化配方摩擦性能113.2 磨損性能分析12 3.2.1 配方

8、1及優(yōu)化配方磨損性能12 3.2.2 配方2及優(yōu)化配方磨損性能133.3 機(jī)械性能分析14 3.3.1 沖擊強(qiáng)度分析14 3.3.2 硬度分析15 3.3.3 密度分析16結(jié) 論18參考文獻(xiàn)19致 謝20利用黃金分割原則優(yōu)化摩擦材料的配方前 言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們物質(zhì)需求的日益提高，車輛成為了人類生活中不可或缺的交通工具。然而車輛的增多必將導(dǎo)致交通事故的頻繁發(fā)生，因而人們對(duì)汽車零部件的穩(wěn)定性和安全性提出了更高的要求。眾所周知的是摩擦材料制得的剎車片和離合器是汽車的核心零部件，因而提高摩擦材料的性能就成了解決這些問題的根本途徑。由摩擦材料制得的剎車片主要起制動(dòng)作用，而離合器則主要起傳動(dòng)作

9、用，其功能對(duì)汽車的運(yùn)行來說都是非常重要的。所以，如何制出高性能的摩擦材料就成為了我們摩擦行業(yè)值得深究的重大課題。摩擦材料作為汽車的零部件，它是由粘結(jié)劑、增強(qiáng)纖維、填料這三大基本組分以及摩擦性能調(diào)節(jié)劑經(jīng)過一系列的制造加工工藝而得的一種多元復(fù)合材料。摩擦材料制品具有適宜、穩(wěn)定的摩擦系數(shù)和很好的耐磨性，同時(shí)還具有一定的耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度。對(duì)摩擦材料性能的提高已經(jīng)成為一種必然的趨勢(shì)，利用黃金分割原理優(yōu)化摩擦材料的配方，該實(shí)驗(yàn)次數(shù)少，較為方便，適合推廣。 1 文獻(xiàn)綜述1.1 摩擦材料 摩擦材料是由礦物為主的有機(jī)材料與無機(jī)材料復(fù)合而成，以橡膠與樹脂等高聚物為粘結(jié)劑，無機(jī)纖維和有機(jī)纖維作為增強(qiáng)材料，有機(jī)粉體和

10、礦物粉體為填料，經(jīng)過復(fù)合、加工等工序而制成的功能材料1。1.1.1 摩擦材料的分類 1、按工作功能分 摩擦材料可分為傳動(dòng)和制動(dòng)兩大類2。2、按產(chǎn)品形狀分 平面狀有盤式片；弧形的有鉚接型鼓式制動(dòng)片、粘結(jié)型鼓式制動(dòng)片和制動(dòng)瓦；長(zhǎng)條狀有制動(dòng)帶；平面狀有離合器片；盆形、錐形、鞍座形等異型摩擦片3。3、按產(chǎn)品材質(zhì)分石棉摩擦材料、半金屬摩擦材料、混合纖維摩擦材料、粉末冶金摩擦材料、碳纖維摩擦材料4。1.1.2 摩擦材料的技術(shù)要求1、 適宜而穩(wěn)定的摩擦因數(shù) 摩擦因數(shù)是評(píng)價(jià)任何一種摩擦材料的一個(gè)最重要的性能指標(biāo)，關(guān)系到摩擦片執(zhí)行傳動(dòng)和制動(dòng)功能的好壞，它不是一個(gè)常數(shù)，它是受溫度、壓力、摩擦速度或表面狀態(tài)及周圍介

11、質(zhì)因數(shù)等影響而發(fā)生變化的一個(gè)系數(shù)。理想的摩擦因數(shù)應(yīng)具有理想的冷摩擦因數(shù)和可以控制的熱衰退。2、 良好的耐磨性 摩擦材料的耐磨性是其使用壽命的反映，也是衡量摩擦材料耐用程度的重要技術(shù)指標(biāo)。3、 一定的機(jī)械強(qiáng)度和物理性能 要求摩擦材料必須具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以保證在加工或使用過程中不出現(xiàn)破損與碎裂。4、低的制動(dòng)噪聲 制動(dòng)噪聲關(guān)系到車輛行駛時(shí)的舒適性，而且關(guān)系到是否對(duì)周圍環(huán)境特別是對(duì)城市環(huán)境造成噪聲污染5。5、對(duì)偶面磨損較小1.2 摩擦材料發(fā)展簡(jiǎn)史1.2.1 世界摩擦材料的發(fā)展簡(jiǎn)史 世界上出現(xiàn)運(yùn)載機(jī)械和動(dòng)力機(jī)械后，在其制動(dòng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中就使用了摩擦材料。世界上最早是利用一些棉花、棉布或者是皮革來作為摩

12、擦材料的基本原料的6。然而，伴隨著車輛的不斷發(fā)展，由于其所受負(fù)荷的增加以及車速的加快，導(dǎo)致了車輛的零部件中剎車片的溫度急劇升高，磨損量增大，那么先前的摩擦材料制品已經(jīng)難以滿足人類使用的功能需求，因此，對(duì)摩擦材料性能的提高也成為了一種迫切形式7。經(jīng)過人們的不斷研究發(fā)現(xiàn)，石棉對(duì)摩擦材料性能有著很好的改善作用，它有著一定的機(jī)械強(qiáng)度，高耐熱性，耐化學(xué)和熱侵蝕以及具有可紡性8。1905年石棉制動(dòng)帶開始被使用，其制品的摩擦性能、使用壽命、機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性均有較大的提高。1918年開始，人們用石棉短纖維與瀝青混合后制成模壓制動(dòng)片9。20世紀(jì)20年代初酚醛樹脂開始工業(yè)化應(yīng)用，由于其耐熱性明顯高于橡膠，所以很快

13、就取代了橡膠成為摩擦材料中主要的粘結(jié)劑材料。 20世紀(jì)60年代，人們逐漸認(rèn)識(shí)到石棉對(duì)人體健康有一定的危害性10。20世紀(jì)70年代，在發(fā)達(dá)國(guó)家中首先出現(xiàn)了以鋼纖維為主的金屬型摩擦材料。至20世紀(jì)80年代末至90年代初，在摩擦材料的整個(gè)領(lǐng)域中，半金屬型的已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，對(duì)那些要求有很好的機(jī)械強(qiáng)度的離合器面片和鼓式制動(dòng)片來說，它們主要使用的纖維則是具有很高耐熱性的混合有機(jī)纖維11。20世紀(jì)90年代后，歐洲國(guó)家廣泛使用的卻是NAO型摩擦材料，并且這一趨勢(shì)的發(fā)展完全有取代半金屬型摩擦材料的可能。1.2.2 國(guó)內(nèi)摩擦材料的發(fā)展簡(jiǎn)史 20世紀(jì)60年代初，我國(guó)一些企業(yè)和研究所合作進(jìn)行干法生產(chǎn)工藝研究開發(fā)，

14、使用粉狀酚醛樹脂為粘結(jié)劑，以石棉纖維為骨架材料，在干式條件下，混合、模壓加工成產(chǎn)品。20世紀(jì)70年代末期，我國(guó)汽車的不斷增多及行業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)原有的汽車摩擦行業(yè)提出了更高的要求12。20世紀(jì)70年代末至80年代初，因?yàn)槭拊谏a(chǎn)加工過程對(duì)人體有危害的，我國(guó)開始對(duì)無石棉摩擦材料進(jìn)行研究。20世紀(jì)80年代末至90年代初，是我國(guó)摩擦材料行業(yè)發(fā)展最快，也是最關(guān)鍵的一段時(shí)期13。它表現(xiàn)在：1、企業(yè)開始從國(guó)外引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)；2、由于我國(guó)轎車數(shù)量的不斷增長(zhǎng)，我國(guó)的盤式制動(dòng)片的產(chǎn)量在摩擦材料行業(yè)中占著主要地位；3、20世紀(jì)90年代后期，我國(guó)已慢慢的轉(zhuǎn)為無石棉化；4、我國(guó)部分摩擦材料制品可以出口到國(guó)外；

15、5、20世紀(jì)90年代末，我國(guó)摩擦材料行業(yè)已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)無石棉化。1.3 摩擦材料的研究趨勢(shì)1、產(chǎn)品耐磨性和摩擦因數(shù)穩(wěn)定性機(jī)理的研究 影響產(chǎn)品耐磨性和摩擦因數(shù)的因素很多，除去材質(zhì)和生產(chǎn)工藝外，在摩擦過程中形成的界面膜是關(guān)鍵因數(shù)。因此研究界面膜的形成、形態(tài)、組成、性能及結(jié)構(gòu)，才能從根本上解決產(chǎn)品的耐磨性及摩擦因數(shù)穩(wěn)定的問題。2、摩擦制動(dòng)熱力學(xué)研究從能量的觀點(diǎn)出發(fā)，摩擦制動(dòng)過程就是熱能的產(chǎn)生及耗散的過程。摩擦副元件吸收熱量溫度升高，其表面會(huì)發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化，進(jìn)而影響摩擦副的摩擦磨損性能，致使制動(dòng)性能熱衰退14?？梢酝ㄟ^對(duì)摩擦熱的產(chǎn)生和摩擦副的溫度分布研究，從而對(duì)制動(dòng)器設(shè)計(jì)和摩擦材料選用提供依據(jù)

16、。3、配方優(yōu)化以摩擦學(xué)理論和現(xiàn)代材料設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，在研究摩擦件結(jié)構(gòu)、工藝與性能的相關(guān)性基礎(chǔ)上，進(jìn)行混雜復(fù)合體系摩擦材料的配方設(shè)計(jì)。4、納米摩擦材料的研究納米摩擦材料高溫綜合性能特別好，有利于提高摩擦材料的摩擦磨損性能、熱性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，具有廣闊的市場(chǎng)和較高的經(jīng)濟(jì)效益。5、新工藝的研發(fā)研發(fā)“低耗、高效、優(yōu)質(zhì)、少或者無污染、節(jié)能”的摩擦材料制品生產(chǎn)工藝，對(duì)提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益意義重大15。6、摩擦材料表面工程研究通過對(duì)摩擦材料表面的研究，能夠提高摩擦副的耐磨性并且能減小磨損，這對(duì)減小摩擦和控制磨損起到了重要作用16。1.4 本次研究?jī)?nèi)容的提出纖維增強(qiáng)材料的作用是賦予產(chǎn)品一定的摩擦性能和足夠的機(jī)械強(qiáng)度

17、，是摩擦片能夠承受一定的沖擊強(qiáng)度、剪切力、壓力，避免發(fā)生破壞和破裂。本次研究是通過黃金分割原則優(yōu)化摩擦材料配方，確定增強(qiáng)纖維在配方中的比例，從而使產(chǎn)品的性能達(dá)到最優(yōu)。2 實(shí)驗(yàn)部分2.1 試驗(yàn)方法 本次試驗(yàn)主要應(yīng)用的是黃金分割原則。黃金比，我們又將其叫作黃金律，它是指所有的事物之間的一種比例關(guān)系，也就是將一條線段一分為二，其中較長(zhǎng)的一部分比上較短的部分，或者是總的線段長(zhǎng)比上較長(zhǎng)的線段，它們的比值是相等的，都是1:0.618或者0.618:1。人們都普遍認(rèn)為這是最具有審美意義的數(shù)字，所以也把它叫做黃金分割17。 在配方的試驗(yàn)范圍A，B的0.618點(diǎn)作第一次試驗(yàn)，再在其對(duì)稱點(diǎn)（試驗(yàn)范圍在0.382處

18、）做第二次試驗(yàn)，比較兩點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（指制品的物理機(jī)械性能），去掉“壞點(diǎn)”以外的部分。在剩下的部分繼續(xù)取已經(jīng)做過實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的對(duì)稱點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，再比較，再取舍，逐步縮小試驗(yàn)范圍。使用此方法，每次可以去掉試驗(yàn)范圍的0.328，因此，可以用較少的試驗(yàn)方法，迅速找出最佳變量范圍，即 x1=A+0.618×(B-A) （式2-1） x2=A+B-x1 （式2-2）如果A為試驗(yàn)范圍的小點(diǎn)，B為試驗(yàn)范圍的大點(diǎn)，式2-1可以通俗的寫成 第1點(diǎn)=小點(diǎn)+0.618×（大點(diǎn)-小點(diǎn)） （式2-3） 第2點(diǎn)=大點(diǎn)+小點(diǎn)-第1點(diǎn)式2-1和式2-3稱為對(duì)稱公式。 用f（x1）和f（x2）分別表示在x1和x2兩個(gè)

19、實(shí)驗(yàn)點(diǎn)上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如果f（x1）比f（x2）好，則x1是好點(diǎn)，于是把實(shí)驗(yàn)范圍的x2，B消去，剩下A,x2。線段示意: A x1 x2 B 如果f（x1）比f（x2）差，則x2是好點(diǎn)，就應(yīng)消去A，x1,剩下x1，B。線段示意： A x1 x2 B 對(duì)上述判斷剩下的部分繼續(xù)應(yīng)用對(duì)稱公式點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果再比較，再取舍，逐步縮小試驗(yàn)范圍直到找出最佳點(diǎn)。如果f（x1）與f（x2）一樣，則可以同時(shí)消去A，x1和x2 ，B，留下中間段的x1 ，x2,然后在范圍x1 ，x2繼續(xù)應(yīng)用對(duì)稱公式取點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。線段示意： A x1 x2 B 黃金分割法的每一步實(shí)驗(yàn)都要根據(jù)上次配方實(shí)驗(yàn)結(jié)果而決定取舍，所以每次

20、實(shí)驗(yàn)的原材料及工藝條件都要嚴(yán)格控制，不得有差異，否則無法決定取舍方向，使實(shí)驗(yàn)陷入混亂。這種試驗(yàn)方法次數(shù)少，比較方便，適用推廣。2.2 試驗(yàn)配方1、配方1：樹脂18%、碳纖維12%、硅酸鋁復(fù)合纖維4%、礦物纖維9%、芳綸2%、硫酸鋇30%、高嶺土10%、氧化鋁33%、石墨5%。其中碳纖維和礦物纖維的含量為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，共含量為21%。取區(qū)間為0,1實(shí)驗(yàn)，a為碳纖維，b為礦物纖維。結(jié)果如下：第一次試驗(yàn)點(diǎn)配比為：X1=0+0.618×（1-0）=0.618a1=21%×0.618=0.130 b1=21%×（1-0.618）= 0.080 X2=0+1-0.618=0.38

21、2a2=21%×0.382=0.080 b2=21%×（1-0.382）=0.130經(jīng)過測(cè)試，可以看出X1比X2性能好，則舍去不包括X2的區(qū)間，進(jìn)行優(yōu)化。第二次試驗(yàn)點(diǎn)配比為：X3=0.382+1-0.618=0.764a3=21%×0.764=0.160 b3=21%×（1-0.764）=0.05經(jīng)過測(cè)試，可以看出X3比X1性能好，則舍去不包括X1的區(qū)間，繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化。第三次試驗(yàn)點(diǎn)配比為：X4=0.618+1-0.764=0.854a4=21%×0.854=0.18 b4=21%×（1-0.854）=0.03經(jīng)過測(cè)試，可以看出X3比X

22、4性能好，則舍去不包括X4的區(qū)間，繼續(xù)優(yōu)化。第四次試驗(yàn)點(diǎn)配比為：X5=0.854+0.618-0.764=0.708a5=21%×0.708=0.15 b5=21%×（1-0.708）=0.06經(jīng)過測(cè)試，可以看出X3比X5性能好，則確定X3為最優(yōu)配方組分，停止優(yōu)化。 2、配方2：樹脂18%、硅酸鋁復(fù)合纖維2%、礦物纖維18%、芳綸2%、硫酸鋇22%、碳酸鈣10%、石墨6%、石油焦3%、云母3%、蛭石3%、鉻鐵礦粉3% 其中以硅酸鋁復(fù)合纖維和礦物纖維為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，共含20%。取區(qū)間為0,1實(shí)驗(yàn)，c為礦物纖維，d為硅酸鋁纖維。結(jié)果如下： 第一次試驗(yàn)點(diǎn)配比為：Y1=0+0.618&

23、#215;（1-0）=0.618c1=20%×0.618=0.124 d1=20%×（1-0.618）=0.086Y2=0+1-0.618=0.382c2=20%×0.382=0.076 d2=20%×（1-0.382）=0.134經(jīng)過測(cè)試，可以看出Y2比Y1性能好，則舍去不包括Y1的區(qū)間，進(jìn)行優(yōu)化。第二次試驗(yàn)點(diǎn)配比為：Y3=0.618-0.382=0.236c3=20%×0.236=0.047 d3=20%×（1-0.236）=0.153經(jīng)過測(cè)試，可以看出Y2比Y3性能好，優(yōu)化結(jié)束。2.3 實(shí)驗(yàn)部分2.3.1 制片1、流程圖 稱料混

24、料熱壓成型熱處理制樣2、操作步驟（1）每次按混合330 g計(jì)算出各種原料的質(zhì)量，用電子天平準(zhǔn)確稱量各種原料的用量。 （2）混料 打開小型高速混料機(jī)進(jìn)料倉(cāng)口，將稱量好的原料投放入混料機(jī)內(nèi)，關(guān)閉好進(jìn)料倉(cāng)門，啟動(dòng)混料機(jī)工作，開機(jī)約為10秒鐘后停止，關(guān)閉電源開關(guān)，打開混料機(jī)出料倉(cāng)門，觀察配料是否混勻（混合料外觀均勻，無白點(diǎn)，纖維分散均勻，無結(jié)團(tuán)現(xiàn)象），取出混合料進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)操作。（3）熱壓成型 熱壓成型在熱壓機(jī)中進(jìn)行。將熱壓機(jī)加熱到規(guī)定的壓制溫度（150-160），在模板、模腔內(nèi)和相關(guān)部位涂刷脫模劑，開始進(jìn)行壓制操作。將經(jīng)過預(yù)成型得到的冷坯放入模腔內(nèi)（若有底層料，底層料一面朝上），再放上鋼背，涂膠面

25、朝下。加料完畢后，閉合上下模，并按規(guī)定壓力加壓。在前1分鐘內(nèi)放氣2-3次，然后，閉合模具，在規(guī)定壓力下進(jìn)行保壓固化操作。 熱模具涂刷脫模劑加料閉模加壓排氣保壓脫模清理模具硫化（4）熱處理 將壓好的壓制片放入烘箱，按下表設(shè)定時(shí)間-溫度條件進(jìn)行升溫和保溫操作。 表2-1烘箱溫度與時(shí)間的調(diào)整溫度（）室溫-140140140-160160160-180180操作方式升溫保溫升溫保溫升溫保溫時(shí)間（h）1-211316 熱處理結(jié)束后，壓制片已完成固化，停止加熱，待壓制片自然冷卻至60以下，出片，獲得完全固化的摩擦片制品，作為后序?qū)嶒?yàn)有關(guān)摩擦材料摩擦磨損性能檢測(cè)的樣品。2.3.2 摩擦片性能測(cè)試1、摩擦材料

26、摩擦磨損性能測(cè)試（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備電動(dòng)制樣機(jī)、定速摩擦試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺、千分尺 、純棉線手套、活扳手、樣品冷卻金屬板 、待測(cè)摩擦片（2）定速摩擦試驗(yàn)機(jī)工作原理定速試驗(yàn)機(jī)采用小樣品（即從原樣件上按規(guī)定制取的小樣品）的實(shí)驗(yàn)方法，通過試樣與摩擦盤表面的摩擦，測(cè)定試樣的摩擦性能。定速摩擦試驗(yàn)機(jī)的基本原理是：被測(cè)試的樣品通過施加一個(gè)恒定的正壓力，將其壓在摩擦盤的表面，且該摩擦盤具有一定的轉(zhuǎn)速，那么，在被測(cè)樣品與摩擦盤接觸的表面上將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)沿切線方向的摩擦力，通過測(cè)定這個(gè)摩擦力的值從而得出改被測(cè)樣品的摩擦系數(shù)(=f/N,其中：f獲為摩擦力，N為壓力)18。摩擦系數(shù)： （式2-4）其中： 摩擦力 正壓力（定值

27、1225N）2、摩擦材料沖擊強(qiáng)度的測(cè)定（1）儀器設(shè)備沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)、摩擦材料小樣電動(dòng)制樣機(jī)、待測(cè)摩擦片、砂紙（2）沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)原理試驗(yàn)機(jī)是對(duì)水平放置的試樣加沖擊彎曲負(fù)荷，使試樣斷裂，試樣斷裂所消耗的沖擊能量與試樣斷裂處橫截面積的比值。當(dāng)懸掛在高處的擺錘以自然速度下擺，沖擊到試樣上并擊斷試樣后，擺錘又揚(yáng)升到另一個(gè)方向的高度。試樣的強(qiáng)度愈高，則消耗擺錘的沖擊能量愈大，而擺錘擊斷試樣后揚(yáng)升的高度則愈低；反之，抗沖擊強(qiáng)度愈低，擺錘沖斷試樣后的揚(yáng)升高度越高。公式： （式2-5）式中：k 試樣沖擊強(qiáng)度，J/cm2 ； Ak試樣所消耗的沖擊能量，J ； 試樣中間部位寬度，cm ； 試樣厚度，cm 。試驗(yàn)結(jié)

28、果取算術(shù)平均值為試驗(yàn)結(jié)果。3、摩擦材料的硬度的測(cè)定（1）儀器設(shè)備自動(dòng)洛氏硬度計(jì)、摩擦材料小樣電動(dòng)制樣機(jī)、待測(cè)摩擦片、砂紙（2）洛氏硬度計(jì)原理硬度測(cè)定是在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下，將鋼球壓入材料內(nèi)，將負(fù)荷除掉后，測(cè)量壓痕直徑或深度。硬度測(cè)試有多種方法，在摩擦材料中主要應(yīng)用布氏硬度和洛氏硬度。洛氏硬度計(jì)用規(guī)定的鋼壓頭，在規(guī)定的條件下，對(duì)摩擦材料表面先后施加初試壓力和主試壓力，然后卸除主試壓力，保留初試壓力。用前后兩次初試壓力作用下的鋼壓頭壓入深度殘余增量e求得的值。e的單位為0.002 mm。洛氏硬度HR=130-e4、 摩擦材料的密度的測(cè)定（1）儀器設(shè)備靜水力學(xué)密度測(cè)量天平、電動(dòng)制樣機(jī)、待測(cè)摩擦片、砂紙

29、、電熱恒溫烘箱、干燥器、干燥劑、（硅膠）、溫度計(jì)、浸液用蒸餾水、（可加入約0.01%浸潤(rùn)劑：六偏磷酸鈉）（2）原理密度是衡量同一材質(zhì)摩擦材料一致性的重要指標(biāo)。密度可以直接反映出在摩擦材料生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制水平（混料、壓制、熱處理等工藝的穩(wěn)定性）。摩擦材料密度按下式計(jì)算： （式2-6）式中： 試樣密度，單位為克每立厘米，g/cm3 ； 試樣在空氣中的總質(zhì)量（包括細(xì)絲質(zhì)量在內(nèi)）, 單位為克，g ； 試樣在水中的總質(zhì)量（包括細(xì)絲質(zhì)量在內(nèi)），單位為克，g ； 試驗(yàn)水溫t 時(shí)水的密度，單位為克每立方厘米，g / cm3。 3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論3.1 摩擦性能分析3.1.1 配方1及優(yōu)化配方摩擦性能 圖3

30、-1為配方1及優(yōu)化配方制備的摩擦材料摩擦系數(shù)隨溫度升高的變化關(guān)系圖，從圖中可看出，配方1摩擦系數(shù)在0.33到0.45，優(yōu)化配方1摩擦系數(shù)在0.36到0.42，優(yōu)化配方2摩擦系數(shù)在0.38到0.43，優(yōu)化配方3摩擦系數(shù)在0.39到0.41，優(yōu)化配方4摩擦系數(shù)在0.37到0.43，優(yōu)化配方5在0.34到0.41；優(yōu)化配方3的波動(dòng)最小，原因是在升溫過程中，材料中的分子量斷裂，造成松弛現(xiàn)象。碳纖維含量增多有助于減少摩擦系數(shù)對(duì)溫度的敏感性，當(dāng)碳纖維含量過多時(shí)，會(huì)抑制礦物纖維對(duì)摩擦材料性能的調(diào)節(jié)，所以碳纖維和礦物纖維配比在優(yōu)化配方3合適。 圖3-1 配方1及優(yōu)化配方制備的摩擦材料摩擦系數(shù)隨溫度升高的變化關(guān)

31、系圖 圖3-2 為配方1及優(yōu)化配方制備的摩擦材料摩擦系數(shù)隨溫度降低的變化關(guān)系圖，從圖3-2可以看出：隨著溫度降低，摩擦系數(shù)隨溫度的降低而降低，配方1摩擦系數(shù)在0.36到0.45，優(yōu)化配方1在0.37到0.42，優(yōu)化配方2在0.38到0.43，優(yōu)化配方3在0.39到0.43，優(yōu)化配方4在0.35到0.40，優(yōu)化配方5在0.35到0.41；在降溫過程中摩擦系數(shù)的變化都基本相同，優(yōu)化配方3的波動(dòng)最小。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是高溫時(shí)礦物纖維調(diào)節(jié)能力下降，易失去結(jié)晶水而使其性能不穩(wěn)定，溫度降低時(shí)碳纖維和礦物纖維對(duì)溫度的敏感度下降，所以差別不大。 圖3-2 配方1及優(yōu)化配方制備的摩擦材料摩擦系數(shù)隨溫度降低的變

32、化關(guān)系圖3.1.2 配方2及優(yōu)化配方摩擦性能 圖3-3 為配方2及優(yōu)化配方制備的摩擦材料摩擦系數(shù)隨溫度升高的變化關(guān)系圖，由圖3-3可以看出：不同配方具有不同的摩擦系數(shù)；配方2的摩擦系數(shù)在0.35到0.42，優(yōu)化配方1在0.37到0.43，優(yōu)化配方2在0.39到0.42，優(yōu)化配方3在0.36到0.41,；其中優(yōu)化配方2的波動(dòng)最小，原因是硅酸鋁纖維在低溫時(shí)具有良好的熱穩(wěn)定性，隨著溫度升高，礦物纖維性能下降，硅酸鋁纖維含量增加對(duì)摩擦系數(shù)的調(diào)節(jié)加大。 圖3-3 配方2及優(yōu)化配方制備的摩擦材料摩擦系數(shù)隨溫度升高的變化關(guān)系圖 圖3-4 為配方2及優(yōu)化配方制備的摩擦材料摩擦系數(shù)隨溫度降低的變化關(guān)系圖，從圖3

33、-4可以看出：配方2的摩擦系數(shù)在0.36到0.42，優(yōu)化配方1在0.37到0.43，優(yōu)化配方2在0.38到0.42，優(yōu)化配方3在0.35到0.41；其中優(yōu)化配方2的變化最小，原因是在降溫過程中硅酸鋁的熱穩(wěn)定性和礦物纖維的調(diào)節(jié)性能越來越好。 圖3-4 配方2及優(yōu)化配方制備的摩擦材料摩擦系數(shù)隨溫度降低的變化關(guān)系圖3.2 磨損性能分析3.2.1 配方1及優(yōu)化配方磨損性能 圖3-5 為配方1及優(yōu)化配方定速式摩擦磨損試驗(yàn)?zāi)p率隨溫度變化曲線，由圖3-5可以得出：磨損率與溫度成線性關(guān)系，溫度越大磨損越嚴(yán)重。配方1磨損率在0.22到0.47，優(yōu)化配方1在0.16到0.39，優(yōu)化配方2在0.21到0.33，優(yōu)

34、化配方3在0.25到0.31，優(yōu)化配方4在0.21到0.35，優(yōu)化配方5在0.24到0.37；其中優(yōu)化配方3的磨損率最小，原因是碳纖維表面粗糙，礦物纖維比較細(xì)小，兩者在一起結(jié)合時(shí)相輔相成，在優(yōu)化配方3配比時(shí)混合制成的摩擦材料表面較平，超過其他配比點(diǎn)時(shí)摩擦材料表面粗糙，所以磨損率較大。 圖3-5 配方1及優(yōu)化配方定速式摩擦磨損試驗(yàn)?zāi)p率溫度曲線3.2.2 配方2及優(yōu)化配方磨損性能 圖3-6 為配方2及優(yōu)化配方定速式摩擦磨損試驗(yàn)?zāi)p率隨溫度變化的曲線，由圖可看出：溫度越高樣品的磨損率越大，配方2的磨損率在0.21到0.41，優(yōu)化配方1在0.13到0.32，優(yōu)化配方2在0.19到0.29，優(yōu)化配方3

35、在0.29到0.33；其中優(yōu)化配方2的磨損率最小，原因是硅酸鋁纖維的耐磨性能好，含量越多，耐磨性越好；隨著溫度的升高，礦物纖維性能降低，從而磨損加大。 圖3-6 配方2及優(yōu)化配方定速式摩擦磨損試驗(yàn)?zāi)p率溫度曲線3.3 機(jī)械性能分析3.3.1 沖擊強(qiáng)度分析1、 配方1及優(yōu)化配方?jīng)_擊強(qiáng)度 圖3-7 為配方1及優(yōu)化配方所制備樣品的沖擊強(qiáng)度，由圖可看出：配方1的沖擊強(qiáng)度最低，優(yōu)化配方1比優(yōu)化配方2沖擊強(qiáng)度大，優(yōu)化配方3的沖擊強(qiáng)度最大。原因是碳纖維具有惰性，在礦物纖維結(jié)合，使其在優(yōu)化配方3配比時(shí)抗沖擊能力較大，碳纖維含量繼續(xù)增大時(shí)，塑性增大，抗沖擊能力下降。 圖3-7 配方1及優(yōu)化配方所制備樣品的沖擊強(qiáng)

36、度2、 配方2及優(yōu)化配方?jīng)_擊強(qiáng)度 圖3-8為配方2及優(yōu)化配方所制備樣品的沖擊強(qiáng)度，由圖可看出：配方2的沖擊強(qiáng)度最小，優(yōu)化配方2的沖擊強(qiáng)度最大。原因是硅酸鋁纖維抗機(jī)械振動(dòng)好，增大含量，使其發(fā)揮到最大作用；礦物纖維的與硅酸鋁纖維在優(yōu)化配方2配比點(diǎn)時(shí)相互作用最好，抗沖擊強(qiáng)度最大。 圖3-8 配方2及優(yōu)化配方所制備樣品的沖擊強(qiáng)度3.3.2 硬度分析1、配方1及優(yōu)化配方硬度 圖3-9 為配方1及優(yōu)化配方所制備樣品的洛式硬度，由圖可看出：配方1的硬度最小，優(yōu)化配方3的硬度最大。原因是碳纖維表面是惰性的，碳纖維與樹脂基體之間產(chǎn)生化學(xué)鍵，從而提高強(qiáng)度。 圖3-9 配方1及優(yōu)化配方所制備樣品的洛式硬度2、 配方

37、2及優(yōu)化配方硬度 圖3-10 為配方2及優(yōu)化配方所制備樣品的洛式硬度，由圖3-10可以看出：配方2的硬度最大，優(yōu)化配方2的硬度最小。原因是礦物纖維較硅酸鋁纖維細(xì)小，含量增加形成的表面致密度大，硬度增加。 圖3-10 配方2及優(yōu)化配方所制備樣品的洛式硬度3.3.3 密度分析1、 配方1及優(yōu)化配方密度 圖3-11 為水溫為20時(shí)配方1及優(yōu)化配方所制備樣品的密度，由圖3-11可以得出：配方1的密度最大，優(yōu)化配方3的密度較小。原因是碳纖維一般為長(zhǎng)纖維，在和其他材料結(jié)合時(shí)，需要樹脂才能是其與其他材料充分粘結(jié)，所以含量越多，空隙越大。會(huì)產(chǎn)生結(jié)合不牢固或者碳纖維結(jié)合不均勻。 圖3-11 水溫為20時(shí)配方1及

38、優(yōu)化配方所制備樣品的密度2、 配方2及優(yōu)化配方密度 圖3-12 為水溫為20時(shí)配方2及優(yōu)化配方所制備樣品的密度，由圖3-12可以看出：配方2的密度最大，優(yōu)化配方2的密度最小。原因是礦物纖維易于其他材料進(jìn)行結(jié)合并且緊密，含量太多會(huì)使其在摩擦材料中分布不均，從而致使組分之間不能充分接觸，密度變小。 圖3-12 水溫為20時(shí)配方2及優(yōu)化配方所制備樣品的密度結(jié) 論本實(shí)驗(yàn)利用黃金分割原則優(yōu)化摩擦材料的配方，采用干法工藝制備了摩擦材料，通過對(duì)摩擦材料進(jìn)行性能測(cè)試，得到如下結(jié)論：1、本試驗(yàn)制備的摩擦材料的摩擦系數(shù)在0.40左右，磨損率在0.30×10-7 cm3/N·m左右，沖擊強(qiáng)度在5

39、.3 J/cm2左右，硬度在79 HRM左右，密度在1.86 g/cm3左右，都符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。2、配方1在0.764處，即碳纖維占0.16，礦物纖維占0.05點(diǎn)為此配方纖維配比的最優(yōu)點(diǎn)；其摩擦系數(shù)為0.40，磨損率為0.26×10-7 cm3/N·m，沖擊強(qiáng)度為5.21 J/cm2，硬度為85 HRM，密度為1.88 g/cm3。配方2在0.382處，即硅酸路復(fù)合纖維占0.124，礦物纖維占0.076點(diǎn)為此配方纖維配比的最優(yōu)點(diǎn)；其摩擦系數(shù)為0.40，磨損率為0.23×10-7 cm3/N·m，沖擊強(qiáng)度為5.64 J/cm2，硬度為72 HRM，密度為1.

40、79 g/cm3。3、利用黃金分割原則優(yōu)化摩擦材料配方后制得的制品性能比沒有進(jìn)行優(yōu)化的摩擦材料配方制得的摩擦材料性能好。參考文獻(xiàn)1申榮華, 何林. 擦材料及其制品生產(chǎn)技術(shù)M. 2010, 7: 2102陳東等. 用正交設(shè)計(jì)優(yōu)化半金屬摩擦材料的配方J. 機(jī)械工程材料, 2004, 5: 35373曹獻(xiàn)坤, 楊曉燕. 新型摩擦材料配方設(shè)計(jì)及優(yōu)化J. 非金屬礦, 2004: 344陳東等. 用正交設(shè)計(jì)優(yōu)化半金屬摩擦材料的配方J. 機(jī)械工程材料, 2004, 5： 35375李大潛. 黃金分割漫話M. 北京：高等教育出版社, 2007: 28646呂亞非. 組合摩擦材料研究J. 世界科技研究與發(fā)展, 2004, 6: 2552647馬玉寧. 硅酸鋯