【摘 要】
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离合器接合时产生的摩擦热会引起摩擦副温度上升,其中耐热性差的组分发生热解并诱发热衰退现象,从而导致摩擦磨损性能降低和材料失效。纳米二氧化硅和碳纳米管（Carbon Nanotube,CNTs）等纳米材料具有优异的导热和/或耐热性能,可以提高摩擦材料的抗热衰退性能。本文主要研究了摩擦材料有机组分的热解特性及其纳米颗粒改性,为提高湿式纸基摩擦材料抗热衰退性能提供了理论基础和实践依据。本研究选取了剑麻纤
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离合器接合时产生的摩擦热会引起摩擦副温度上升,其中耐热性差的组分发生热解并诱发热衰退现象,从而导致摩擦磨损性能降低和材料失效。纳米二氧化硅和碳纳米管（Carbon Nanotube,CNTs）等纳米材料具有优异的导热和/或耐热性能,可以提高摩擦材料的抗热衰退性能。本文主要研究了摩擦材料有机组分的热解特性及其纳米颗粒改性,为提高湿式纸基摩擦材料抗热衰退性能提供了理论基础和实践依据。本研究选取了剑麻纤维（Sisal fibers,SFs）、酚醛树脂（Phenolic resin,PR）、芳纶纤维（Kevlar fibers,KFs）和摩擦粉（Friction powder,FP）等四种有机组分,分别采用热重（Thermogravimetric analysis,TG）、热重红外联用（Thermogravimetry infrared spectrometer,TG-IR）和红外光谱（Infrared spectrum,FTIR）技术分析了其热解过程中质量、挥发分和固体残余物的变化。结果表明,剑麻纤维TG曲线的特征温度如起始温度、拐点温度和终止温度均小于其他三种组分。TG-IR分析得出,当温度达到200℃时,剑麻纤维和摩擦粉释出CO2,酚醛树脂开始释出CO2和CH4,芳纶纤维未发生热解。基于Coats-Redfern（C-R）方程建立了各组分热解动力学模型,结果表明,热解反应均符合一级反应,升温速率为10℃/min时,剑麻纤维在270～400℃阶段的活化能为166.5 kJ/mol,酚醛树脂在500～640℃阶段的活化能为77.7 kJ/mol,摩擦粉在500～640℃阶段的活化能为82.6 kJ/mol,芳纶纤维在544～700℃阶段的活化能为306.6 kJ/mol。因此,四种有机组分的热稳定性大小为:剑麻纤维<酚醛树脂<摩擦粉<芳纶纤维。为提高剑麻的抗热衰退性能,本研究采用纳米SiO2和CNTs对其进行改性。首先采用溶胶凝胶法在剑麻纤维表面原位沉积纳米SiO2（粒径为266 nm）,当纳米SiO2的沉积量为60%时,改性剑麻TG曲线的起始点温度从329.6℃提升至334.4℃;经浸胶得到的SF@SiO2树脂复合材料的最大失重速率由9.25%/min降低至5.65%/min,初始热解温度T10%由352.2℃提升至366.0℃,导热系数由0.346 W/（m·K）提升至0.526 W/（m·K）。其次探究了CNTs沉积量对剑麻纤维和SF@CNTs树脂复合材料微观形貌和性能的影响。结果表明,当CNTs的沉积量为2%时,T10%从309.0℃提升至324.0℃,最大失重时温度从360.0℃提升至360.7℃;经浸胶得到的SF@CNTs树脂复合材料的最大失重速率和T5%基本不变,T10%由330.0℃提升至337.0℃,导热系数由0.355 W/（m·K）升至0.777 W/（m·K）。
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