硼改性树脂为基体的摩擦材料的优越性

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High Quality Friction Material Based on Boron Modifed ResinLi Zhangyi Hu Yiqiang Zhang Yangkun2(1 EastChinaUniversityofScience andTechnology，Shanghai 200237；2 HuaqiangResinCo.，Ltd.，Haiyan，Zhejiang 314300)Abstract The research is about the boron modified resin and its content influence to the brake friction material friction and wear performance。

The experiments of normal resin show that use the boron modifed resin as binder of brake pad in high temperature and high speed will not turn upthe heat recession phenomenon.And in the process has good friction coefficient and lower wear rate，with the increase of resin measurement andtest intensity increase，the boron modifed resin as a matrix of the brake pad manifests excellent high temperature performan ce and lower wear rateapparently。

Key words boron modified heat recession perform an ce of friction wear酚醛树脂由于具有高耐热性、良好的粘缘I生和强度，已成为高性能摩擦材料和耐烧蚀材料最基本的基体树脂[1-2]o随着我国汽车工业的迅猛发展，人民生活水平的提高，以及高速公路的四通八达，家庭轿车及高速重载的城际大巴所用制动材料正面临着高速化、高性能化和舒适化的发展趋势[3，汽车车速越高其制动时产生的热量也越多，以普通轿车为例，当车速在 50 km/h、100 km/h、200 km/h的情况下制动时，制动热负荷为 67.527-1080 kW 4，制动片将要瞬间承受很高的温度。纯酚醛树脂使摩擦材料硬度过高，脆性大，耐热极限温度约为250℃，当超过 300℃时，热分解现象相当严重 [5]，相应的以其作为粘结剂的摩擦材料高温时就会出现热衰退现象。因此需要对树脂进行改性以使其具有更高的耐热性能和更好的耐烧蚀性能[6-7]o硼改性酚醛树脂(BPR)是目前最成功的酚醛树脂改性品种之-[8-91它是由碱催化剂生产液体酚醛树脂，脱水至黏度 1500～2500 mPa·s，按配方要求加入硼酸锌催化剂制备而成的树脂。其存在硼氧酯键 C-O-B及共配位键，C-O-B键能高达774kJ/mo1，远大于c-C键的335 kJ/mol，这样就使得树脂热分解温度大幅提高，而且在高温时树脂表面易生成蜂窝收稿 日期 ：2012-11-29结构的碳化硼绝热层，阻止热量继续向内部扩散和传导，从而使制品表现出很好的热稳定性，适于摩阻材料的基本要求[1 。因此硼改性酚醛树脂较适合作为高温制动摩擦材料和耐烧蚀材料的基体树脂。本研究主要通过普通酚醛树脂与硼改性树脂的对比实验，得出棚改性树脂确实能够将自身优良的高温性能结合到汽车制动片上，同时研究了不同含量的硼改性树脂对汽车制动片性能的影响。

1 实验部分1.1 配方设计 本实验选用酚醛树脂和硼改性酚醛树脂分别作为基体粘结剂；增强纤维选用碳纤维、陶瓷纤维、铜纤维、芳纶、预氧丝；填料使用铬铁矿粉、硫铁矿粉、人造石墨等。各组分的具体含量见表 1。

表1 树脂配方设计成分 芳纶六套 基填料嚣 磊 鼻曩磊质/量o/比 和 2 3 0.5 65.5 9 12 3 10 6注：填抖分别是铬铁矿粉、硫铁矿粉、人造石墨、泡沫铁粉、摩擦粉、石油焦、重碳酸钙、复合摩擦粒。硼改性树脂和酚醛树脂出自海盐华强树脂有限公司。

将上述配方中的材料在高速搅拌机下搅拌3 min，使各组分均匀混合，采用2种不同的树脂和含量进行实验，对应的实验编号见表2。

. 81-第36卷第1期 非金属矿 2013年1月表2 不同树脂编号以下用实验编号A1、A2、A3、A4来代替不同树脂及不同树脂含量。

1.2 实验工艺参数 将混好的料在液压机压力作用下成型，压力设定为 301V[Pa，压制的温度为 175℃，保压时间为 10min，放气 4次分别是 40 s、30 s、20 S、10 s；热处理起始温度 90℃，l0℃阶梯升温，220℃下保温 4h，其余温度下保温 l h，后随炉自然冷却。

1.3 测试方法 根据 国家试验标准 GB 5763-2008汽车用制动衬片 摩擦磨损性能测定法制作试样。

然后采用XD-MSM定速式摩擦试验机和QDM150可调速调压干式摩擦材料试验机 (陕西咸阳国家非金属矿检测中心)对摩擦材料的主要参数(摩擦因数、磨损率)进行摩擦性能的全面测试。

2 结果与讨论2.1 XD.MSM定速式试验机测试 XD-MSM定速式试验机测得的摩擦因数 ( )及磨损率 (△ ，分别见表 3、表 4。

表3 XD-MSM定速试验机测得摩擦因数( )表4 XD-MSM定速试验机测得磨损率(△ /(10- cm/(N·m)单从表3看，A1、A2、A3、A4不同温度下的摩擦因数都维持在-个较好较稳定的水平。从表4可看出，虽然A1、A2、A3、A4在不同温度下的摩擦因数都稳定在-个较好的数值，但总体磨耗却有很大差别。

A3总体磨耗是 1.71×10-7 ·m)，而A4则是 1.36x10-7crn/(N-rn)，这说明硼改性树脂比普通酚醛树脂作为基体粘结剂具有更好的效果，但A1、A2总体磨耗差别不大 推测是因为A1、A2含树脂量较少，实验强. 82。

2.2 变速试验机测试 为了进-步证明硼改性的优良高温I生能，再对A1、A2、A3、A4在变速试验机上进行-系列实验，其结果见表 5、表 6。测试条件：压力0.98 MPa，转速 1000 r/min。

表5 QDM1 50可调速调压干式摩擦材料试验机测得的摩擦因数( )为了便于观察，将表5实验数据绘制成图，见图0360.34籁 032圜赣 0.30措 0.28O260 24luu lbU U0 ZbU UU bU温度/C图1 不同树脂摩擦因数在可调速调压干式摩擦材料试验机上随温度变化情况表6 QDM1 50可调速调压干式摩擦材料试验机测得的磨损率(Al，0/(10-7cnl3/(N·m)从图 1A3、A4曲线可看出，硼改性树脂高温性能 明显优于酚醛树脂。从表 5数据可看出，在300-350℃过程 中，A3摩擦 因数 由0.290跌到 了0.248，热衰退现象很明显，A4摩擦因数从0.301降到0.298，几乎没有热衰退现象，可见硼改性树脂高温性能很好，能够很好地解决刹车片高温热衰退现象。

从磨耗方面继续分析，表6中A3、A4在 350℃下磨耗分别为 1.271×10- cm3/fN-m)与 1.32710 cm3/·m)，差距不大，而摩擦因数分别为 0.248与 0.298，差距很大。出现这种反差是因为酚醛树脂在高温高速的恶劣环境下很可能出现融化，接触面的液化使摩擦因数变低，而这种液化又使树脂粘结作用削弱，整李张义，胡以强，张杨坤 硼改性树脂为基体的摩擦材料的优越性个材料可能都被拉出来，磨耗也随之增大。这也说明硼改性树脂在高温高速恶劣环境下更能体现其耐高温性能。表 5、表 6中A1、A2未见很明显差别，是因为树脂含量较少时实验强度不够，因此继续将实验环境恶劣化，将转速上升到1500 r/min，得出的实验结果见表 7、表 8。

表7 QDM1 50可调速调压干式摩擦材料试验机测得的摩擦因数( )注 ：压力0.98 MPa，转速 1500 r/min。

n380.360.34圜 0.32蔷o300 280261uu 10U Zuu 2bU uu bU温 度/℃图2 不同树脂摩擦因数在可调速调压干式摩擦材料试验机上随温度变化情况(压力0.98 MPa。转速1500 r/min)表8 QDM1 50可调速调压干式摩擦材料试验机测得的磨损率(△ /(10-Tcm3/(N.m)注 ：压 力 0.98 MPa，转 速 1500 r/min。

从图2可明显看出，A1与A3在 350℃时摩擦因数骤降，而 A2、A4在 350℃的摩擦因数比较平稳。

从表7、表8具体分析A1、A2区别，A1在300-350C的过程中摩擦因数由0.337骤降到0.269，热衰退明显，A2摩擦因数由0.336降到0.332，几乎保持不变，稳定性能很好。A1、A2在 1000 r/min时两者的摩擦磨损几乎没有差别；到 1500 r/min时摩擦磨损差别较大，说明普通树脂作为粘结剂的刹车片会随树脂含量的增加在高温高速情况下易发生严重热衰退现象，但. 83。

硼改性树脂作为粘结剂的刹车片没有这种现象。有文献 指出，轿车盘式刹车片使用树脂作为粘结剂的含量应该在 10%以下。从表 8也可看出，当使用树脂含量为9%时总磨耗较小，由A1与A3、A2与A4比较能进-步看出，树脂含量小于 10%时刹车片摩擦磨损性能较好。从整个实验数据来看，9%树脂含量的刹车片摩擦磨损性能较好，因此建议用9%硼改性酚醛树脂作为粘结剂，可以很好地提高刹车片的摩擦磨损性能。

3 结论1.利用硼改性树脂能够提高汽车刹车片的摩擦磨损性能，特别是抗高温热衰退的性能较好，在环境条件越恶劣的情况下这种效果越明显。

2.随着粘结剂计量的增加和实验环境的恶劣化，2种树脂作为粘结剂都会-定程度影响汽车刹车总体磨耗，但硼改性树脂在计量为 9%和 12%时两者的摩擦磨损性能变化不大，普通酚醛树脂在计量为9%和 12%时摩擦因数差别很大，进-步说明了硼改性树脂作为基体的优越性，推荐硼改陆树脂合适用量为 9%。