添加碳纤维废弃料的复合摩擦材料制备及性能

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随着我国碳纤维产业的发展壮大,碳纤维制品应用日趋广泛。与此同时,碳纤维废弃物也与日俱增,大量碳纤维废弃物的回收利用已成为亟待解决的问题。碳纤维增强复合摩擦材料具有优良的综合性能,拥有传统摩擦材料无法比拟的优势,但是由于其成本相对较高,在工业制动器中的应用受到很大局限。因而,利用碳纤维废弃料制备高性能制动摩擦材料,是一项具有实际意义和市场前景的应用技术。本文采用酚醛树脂与丁腈橡胶粉共混作为粘结剂,以碳纤维、钢纤维、芳纶纤维作为增强纤维,将碳纤维编织布废料和碳纤维鱼竿废料作为摩擦材料的组分之一,采用热压成型工艺制备了添加碳纤维废弃料的新型摩擦材料。利用扫描电镜研究了材料的微观组织结构,测试了材料的硬度、冲击韧性及摩擦磨损性能,分析了酚醛树脂种类、两种废弃料对摩擦材料性能的影响。主要结果如下:采用酚醛树脂作为主要粘结剂组分,制备并研究了四种不同酚醛树脂对复合摩擦材料性能的影响。结果表明,添加不同酚醛树脂制备的摩擦材料均呈现典型的“海岛”型特征,材料致密,各种纤维及填料颗粒分散均匀,碳纤维的分布和分散形态良好。采用不同酚醛树脂制备的摩擦材料其摩擦性能存在差异。利用诚汇PF211树脂制备的摩擦材料摩擦系数较高,且具有良好的耐磨性。研究了不同碳纤维编织布废料含量(0-10 wt%)对摩擦材料力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明,碳纤维编织布废料能够改善树脂基摩擦材料的力学性能,摩擦材料的冲击韧性和硬度均随着编织布废料含量增加而增加,最高可达0.283 J·cm-2和102.1HRL。添加碳纤维编织布废料对摩擦材料整体摩擦系数变化趋势影响小,摩擦系数有一定的降低。材料的摩擦系数稳定性提高,总磨损率下降。在试验设计的配方体系中,添加8 wt%碳纤维编织布废料的摩擦试样表现出较好的性能。研究了碳纤维鱼竿废料对摩擦材料力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明,碳纤维鱼竿废料含量增加,摩擦材料的冲击强度上升,最高可达0.274 J·cm-2,材料硬度表现为先下降后上升。材料的摩擦系数随鱼竿废料含量增加,当废料添加量达到10 wt%时摩擦系数反而下降,并且在高温阶段出现了较明显的热衰退。碳纤维鱼竿废料的加入使摩擦材料总磨损率降低,显著提高了摩擦材料的耐磨性能。材料的摩擦稳定性随着鱼竿废料的增加呈先增大后又减小。在试验研究的配方体系中,添加6 wt%的碳纤维鱼竿废料具有最好的综合性能。
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