四种改性酚醛树脂(PF)摩擦材料摩擦学性能对比分析.doc

四种改性酚醛树脂（PF）摩擦材料摩擦学性能对比分析 张大斌1， 1、（贵州大学 机械工程学院，贵阳 550025） 2(上海交通大学，贵阳 550023） 摘要：PF编织摩擦材料PF编织摩擦材料原位法制备纳米坡缕石PF编织摩擦材料SP）和用共混制备纳米坡缕石改性的PF编织摩擦材料（MP）对P0.0、BP、SPMP摩擦试样进行摩擦测试摩擦系数和磨损率的对比试验在DMS-1摩擦磨损试验机上进行热衰退测试在CHASE-M600试验机上进行摩擦试样表面形貌分析在日本岛津EPM1600电子探针上利用二次电子成像技术进行结果表明：通过改性后，PF的耐热性和热稳定性均得到不同程度的提高。SP摩擦材料的热稳定性最好，高温制动能力最强，BP次之，P0.0最差。BP、SP和MP的耐热性均比P0.0强。以纳米坡缕石/桐油PF为基体的编织摩擦材料的热衰退临界温度提高了40~50℃。摩擦系数和磨损率方面，SP、BP、MP的摩擦系数十分稳定，其中SP最高，BP次之，P0.0最差。SP、BP和MP的磨损率随温度变化趋势基本一致。P0.0磨损率随温度升高而加剧，大大高于SP、BP和MP同温度下的磨损率。 关键词：改性酚醛树脂；编织摩擦材料耐热性摩擦系数磨损率0 引言 通过对摩擦材料基体酚醛树脂进行纳米坡缕石复合改性可提高树脂的耐热性，进而改善摩擦材料的摩擦学性能，获得较稳定的摩擦因数，低磨损率和高抗热衰退能力[1]。文献[2]研究了坡缕石矿物纳米的制备和原位合成的坡缕石纳米复合酚醛树脂S-P/TPF的性能。人们对于原位法制备S-P/TPF及其摩擦材料的性能已经做了研究【1】，研究结果表明，原位复合的S-P/TPF及其摩擦材料具有满意的耐热性和摩擦学性能。原位合成方法有利于纳米粒子的分散，获取较好的复合改性效果，但由于该法过程较为繁琐，同时，在预聚物中添加坡缕石纳米量的大小直接影响后续合成反应速度的快慢，使反应控制变得困难，而采用共混复合法可以使聚合过程变得简单易控，共混时可拓宽对坡缕石纳米投入量的范围，适于树脂的规模生产。 本文用共混法制备了纳米坡缕石复合酚醛树脂M-P/TPF，并对比分析了M-P/TPF的热性能及其对摩擦材料主要性能的影响规律。 试验部分 1.1 原料与仪器 M-P/TPF合成的主要原料：产于贵州大方的坡缕石矿，纯度为96.96 wt .%；酚醛树脂（PF）合成原料：苯酚、多聚甲醛（化学纯 重庆川江化学试剂厂生产）；桐油（ 工业品，市购）；硅烷偶联剂KH-550。 主要仪器设备：PF合成回流聚合反应系统，TG-DSC92-16热分析仪，JEM-2000FXⅡTEM透射电镜，DMS-1定速摩擦磨损试验机。 1..2树脂的合成 1.2.1共混法合成坡缕石纳米-桐油-酚醛树脂（M-P/TPF） 1）纳米坡缕石的前处理 坡缕石矿物经过初步粉碎至100目粒度后，离心提纯、收集烘干。将收集的粗粉状粒子再以干-湿法球磨60h即获得针状或球状纳米坡缕石粉体。将纳米坡缕石粉体与一定量的硅烷偶联剂KH-550在80℃下混合搅拌成半液态，烘干备用。 2）桐油-酚醛树脂（TPF）的合成 ①酯化：在装有电动搅拌器、分水回流凝管及温度计的三口烧瓶中投入一定量的摩尔比为10：1的苯酚与桐油，在高速搅拌下加热并保持温度在100℃~110℃范围内，回流分水反应1.5小时即获得桐油-苯酚缩合物。②聚合： 将上述桐油-苯酚缩合物的温度降至60℃左右，边低速搅拌边缓慢加入与体系中苯酚的摩尔比为1.2：1的多聚甲醛及催化剂等，加热温升至100℃~110℃保温回流反应2小时，然后抽真空脱去低分子、低沸点物质，使温度逐渐升至120℃，出料即获得热固性桐油改性的酚醛树脂TPF。 3）溶液共混：取一定量的TPF用乙醇溶解稀释制备成60%固体含量的TPF溶液。按照投入量比与原位法最终量比相同的原则，取固体TPF质量分数0.7%的纳米坡缕石投入一定量的乙醇中搅拌，配制成悬浮液后再与TPF溶液混合并高速搅拌30分钟，再超声分散处理45分钟。将共混体系的乙醇溶剂加热蒸发镏去乙醇溶剂形成M-P/TPF。 1.2.2原位合成坡缕石纳米-桐油-酚醛树脂（S-P/TPF） S-P/TPF的制备按照文献[1]的方法进行。纳米坡缕石的前处理和酯化反应与M-P/TPF方法相同。将上述酯化得到的桐油-苯酚缩合物中添加质量份数为1%的经过KH-550处理过的纳米坡缕石粉末并搅拌均匀，然后经过45min的超声分散，得到预聚物体系。将该体系加热至60℃左右，按照与上述TPF聚合反应所需的多聚甲醛等的添加量和反应条件，进行合成反应获得纳米坡缕石复合的酚醛树脂S-P/TPF。该S-P/TPF中纳米量为0.7%。 1.2.3 硼酸B-TPF 制备方法按照王满力、周元康的研究文献[74]进行。分为酯化反应和缩聚反应两大步。