钛酸钾在制动中的摩擦性能

钛酸钾在制动材料的中的摩擦性能研究摘要：包含有不同形状的钛酸钾制动摩擦材料的摩擦特性目前正处于研究中。它们是含有非 石棉有机物这种典型成分的摩擦材料。钛酸钾的形状包括晶须状、板状和碎片状。使用克劳 斯型摩擦测试仪可以测量摩擦材料在较高温度下的热稳定性和耐磨性。结果表明，钛酸钾形 态在摩擦表面上薄膜的形成和转换的过程中起着重要的作用，这与摩擦性能有着密切的关 系。与那些有较多的在薄膜表面有稳定的摩擦片的其他类型钛酸钾相比，分裂形状的钛酸钾 具有较好的稳定性和改善摩擦磨损性能。另一方面，带有小板和晶须状钛酸钾的摩擦材料所 产生的转换片在高温下是不能持续的，因为它们很容易在滑动的过程中脱落，最终导致很差 的耐磨性。关键词：钛酸钾 摩擦材料 摩擦性能 制动器磨损率1.前言在曼斯菲尔德等人的第一份报告之后，钛酸钾被广泛应用于非石棉有机物的 制作中。他们认为，在制动摩擦中，晶须状的钛酸钾可作为石棉纤维的可能替代 品。通过将粘结剂树脂和晶须状钛酸钾的相对数量最优化可以提高耐磨性。然而， 因为它可能危害健康，在早期的发展阶段，并不鼓励钛酸钾在商业制动摩擦材料 中的应用。尽管在美国市场中，致癌石棉已经从商业摩擦产品中消除，但是晶须 状的钛酸钾却更多地用于非钢型有机摩擦材料，因为它在高温下可以增强摩擦的 稳定性，并且提高缓冲器和磁盘的耐磨性。最近，欧共体（欧盟法规）和环境保护局已经颁布禁令制动摩擦材料中对环 境有害物质的新条例。在商业制动摩擦材料中使用的几种成分，如锑化合物、铜、 耐火陶瓷纤维和无机纤维被列入危害健康的物质清单中。为了替代危害健康的物 质，人们给予了很多努力，而且替代原料预计将更加环保，国际癌症研究所不可 能将其列入致癌物质。尤其是针状陶瓷纤维，如晶须状的钛酸钾很容易符合这种 规定。原材料制造商已经尽力的去用非纤维形式取代摩擦材料中的晶须状钛酸 钾，他们认为，板状钛酸钾与纤维状钛酸钾有相似的磨损和防衰退能力。然而， 对于商业制动摩擦材料，加强协同能力和其他重要的问题还没有得到证实。通过在先驱体中增加正离子，拥有低长宽比的非纤维钛酸钾已经被生产出 来。在生产过程中和最终决定钛酸钾形状的阶段，镁、锂等正离子可以改变晶体 结构和生长方向。改性后，钛酸钾的形状一般是小板或者碎片。小板和碎片状的 钛酸钾可以看成是非纤维度的加强，而且因为相对较低的莫式硬度（4）。然 而，通过改变小板和碎片的形态，带有芳纶纸浆晶须状钛酸钾的独特加强能力或 协同作用似乎大大降低。在这项研究中，为了研究摩擦特性中形态的影响，分别对 3 个含有晶须状、 小板状、碎片状钛酸钾的摩擦材料进行了研究。我们主要研究了在 100 到 450C 的高温下其摩擦磨损特性以及在滑动界面上摩擦层的形成，这与摩擦材料的衰退 和磨损率有密切的关系。2.实验在本研究中使用的摩擦材料是在一种包含 16 种成分（见表 1）的商业非石 棉有机物，通过预成型、热压和固化生产出来的。其详细的生产流程中可以在以 前的出版物中找到。研究中使用了钛酸钾的三种不同形状（晶须状，小板状和碎 片状），他们的形貌可以在图1中看到。晶须状钛酸钾针头的平均长度为10-20 微米，平均直径为0.3-0.6微米，小板状和碎片状的钛酸钾平均尺寸分别为3X5 和65 X 13平方微米。三种不同类型钛酸钾的性能可以在表2中看到，并且用W、 P、S 分别来表示晶须状、小板状、碎片状的三种摩擦材料。1 IngredieciLs of the base frtiulatioii of the frictiDEi iiattriaJ used in this workIngredientsVol.%Aramid pulp. RockwoolPoLllsmui LiiEuKLic (whisker ir plaie)Ptieciolic icsiiiGniphite- MoS2? SbiSiZfSK)4, MgO, 1 c：iO4Cashes, Rubber. Cu chip, Ca(OH)2J alik 2 PnipcrLies of poLassiLLin LicanaLCn2016審7241止:used in this sLiidyFormtilsWhiskerKQ ST1O2PlateletMriO)ttOI7SplinterK2TO13Average length (un)10-2065A verage dianiCLCiyidih0.3-0.6313(pm)Specific gnivit一33.6Bulk gniYiiyecific sLiriacc area一I1.5(Mg)Mobs hardness44Melting point (DC)1300-13501 邛0- h400IJ10-IJ50pHS-M10-11l alik 3 Ttic coiiipiLi jiki die fi Likn 悅幻、(li.)丁b jrfatdci3.2 磨损采用高温拖曳试验研究了钛酸钾形态对耐磨性摩擦材料的影响。图 6 显示的 磨损率是从含有 3 个不同形状钛酸钾的试样中获得的，通过在每个温度下使用新 的样品获得磨损数据，试样总数为 36，磨损率的评估重复了 3-7 次。为了在服 务中与磨损制动摩擦材料相比，在拖曳试验中，磨损率考虑到摩擦能源磨损量被 以正常化计算。这个数字表明，不论什么类型的钛酸钾用于摩擦材料，类似的磨 损率都低于150 g。另一方面，根据用于样样的不同形状的钛酸钾，磨损率随着 气温的升高迅速变化。磨损率在 W 试样中相对是高的，而在 S 试样中相对是较低 的。在持续的间断试验中，磨损率在300-350 g 温度范围内的三个试样中发现有 较大差异，温度在 300-350 摄氏度变化显示出 COF 发生了急剧的下降。Flju 6 The洛羽t uaaes 迅 a fuiLO.ii&jt of 记忙梓個uw fiw 11论ijijtie sjiecuciLs 起站liajiin电 djffeieiij 曲壬理5, of jxvia-j uj:i Liludiije pan込魁玄_EZ.-三-0_-A m而H羽衣垦呂dm我们在W中观测到了过度磨损。试样W在高温下摩擦稳定性获得良好的维护， 这是一个令人惊讶的结果。同样的结果被 Addona 和 Konna 所报告。他们还发现， 摩擦材料中钛酸钾纤维增加了刹车片和磁盘磨损量。试样W严重磨损与5A型滑 动面图有关， 5A 型滑动面图没有展示任何建立起的显著的界面。这是因为晶须 植入了复合材料并且不协助建立界面。另一方面，试样p表明：在摩擦表面通过 产生耐磨接触界面，可以使耐磨性略有改善。然而，在温度超过400oC时，试样 P 的磨损率增加很多，这表明在高温度范围内，钛酸钾不能够被很好的保存。我们发现试样S的高温耐磨性是很优异的，在300和350oC时，试样S中磨 损率大约是试样W中磨损率的一半，这一点特别有趣，因为商业制动摩擦材料在 类似的温度范围内由于热分解的有机粘结剂作用，通常表现出的过度磨损无论在 树脂类型中使用什么刹车片，急剧增加的磨损率都归因于在类似的温度范围内树 脂，香港报导。因此，耐磨性的显著改善，显然归因于分裂形成的钛酸钾及其对 可冲抵热降解树脂粘结剂高原形成的影响。5?(b) platelet(a) whisker(b) pluEckE(c splinterFl* A Typiwd J-d 知也de (nobles of 由己Gljti 訝血內cd ii11 te 日础 iin如亡卫 u.as ikhl diski对k】*e liil.T uJiiLU.】辰 llLiE电 djfTieiLI创町点he也区4.结论通过使用晶须,小板和碎片形状的钛酸钾，研究钛酸钾形态对摩擦材料摩擦 学性能的影响。克劳斯测试结果表明：与小板状摩擦材料相比，含有钛酸钾晶须 和碎片的摩擦材料具有更好的高温摩擦稳定性。摩擦材料的磨损率和高温耐磨性 受钛酸钾形态很大的影响，并且通过使用分裂形成钛酸钾，磨损率大大改善。表 面形貌测试表明，转移膜厚度可以影响摩擦材料的耐磨性。