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湿式离合器用纸基摩擦片的研究进展

纸基摩擦片是一种多孔湿式摩擦材料，因其具有良好的摩擦特性而广泛应用

于车辆及工程机械的自动变速器和制动器中。简要介绍了纸基摩擦片的摩擦磨损

机理，综述了近年来通过改进原料配方、制备工艺和油槽结构提高纸基摩擦片性

能的进展，并对纸基摩擦片的发展趋势进行了展望。

标签：纸基摩擦片；多孔；摩擦磨损机理；摩擦性能

纸基摩擦材料出现于上世纪50年代末，至今经历了由早期的纤维素增强纸

基，石棉增强纸基和高品质纸基摩擦材料的3代发展[1]。该种材料已广泛应用

于汽车、船舶、工程机械、矿山机械等领域的离合器、制动器中。

随着纸基摩擦片的应用从轻载车辆向重载车辆过渡，对纸基摩擦片性能的要

求也有所提高。GB/T21955—2008《农林拖拉机和机械纸基摩擦片技术条件》对

纸基摩擦片的摩擦性能作出了严格规定，要求动摩擦系数0.11～0.14，静摩擦系

数0.12～0.17，磨损率小于5×10-8cm3/J。GB/T13826—2008《湿式（非金属类）

摩擦材料》规定：用于汽车、拖拉机和工程机械的纸基摩擦片的动摩擦系数0.15～

0.19，静摩擦系数大于0.15，磨损率小于6×10-5cm3/J，密度0.6～3.0g/cm3，孔

隙率25%～50%。

为了提高纸基摩擦材料的性能，保证机械的工作效率，研究者对纸基摩擦材

料的摩擦机理进行了大量研究。主要是通过原料配方、制备工艺和沟槽结构的改

进来提高纸基摩擦片的摩擦磨损性能和力学性能。

1摩擦磨损机理研究

在车辆的自动变速装置中，纸基摩擦材料通过与对偶片的相互作用而达到能

量传输的目的。根据接合压力的不同，可以将纸基摩擦材料与对偶片的接合过程

分为3个阶段：挤压段、混合表面接触段及压紧接触段。随着纸基摩擦材料和对

偶盘之间的润滑油被逐渐挤压出接触面，润滑状态由流体润滑过渡到混合接触润

滑，最后形成边界润滑。实际接触面积和润滑状态是影响纸基摩擦材料性能的重

要因素。

H.Gao[2]利用Weibull密度分布建立了纸基湿式摩擦材料的微观接触模型，

并用此模型研究了摩擦材料在接合过程中的实际接触面积，研究发现摩擦材料的

表面粗糙度和偏斜度对实际接触面积都有较大影响。YuboYang等[3]利用热力学

知识建立了纸基摩擦材料热传递的数学模型，并分析了纸基摩擦材料表面在接合

过程中的温度分布和衰退机理。研究发现接合过程中90%的热量被摩擦片吸收，

并在摩擦片厚度的方向形成温度梯度，衰退速率是温度的函数。

磨损是2个相互接触的固体表面在滑动、滚动或冲击运动中的表面损伤或脱

落。在大多数情况下，磨损是表面微凸体相互作用而引起的。纸基摩擦材料的磨

损机理与其他材料类似，即主要由粘着磨损（咬合磨损）、磨粒磨损及疲劳磨损

组成。在磨损过程中，微凸体的局部温度会升高，如果热量来不及被带走，会使

耐热性差的组分发生热分解或碳化，引起材料的热衰退，进而导致摩擦材料更容

易发生磨损。

钟新林等[4]以剑麻纤维、芳纶纤维、酚醛树脂为原料，通过造纸工艺制备

纸基摩擦材料，并在湿式摩擦试验机上进行磨损试验。将磨损样品用扫描电子显

微镜（SEM）观察，纸基摩擦材料磨损后，其表面发生纤维磨损、界面分离，并

形成磨屑、磨粒。纸基摩擦材料的磨损机理主要为粘着磨损和疲劳磨损，这2

种机理通过组分磨损、界面破坏和磨屑及磨粒形成表现出来。而磨粒磨损不构成

该材料的有效磨损。热性能分析结果表明，摩擦材料在摩擦过程中发生了明显的

热降解。

粘着磨损和热衰退是纸基摩擦材料老化的主要机理。OmpusungguAP等[5]

分别研究了粘着磨损和热降解对纸基摩擦材料性能的影响。研究发现，随粘着磨

损的进行纸基摩擦材料的表面形貌发生变化，实际接触面积增大，摩擦系数随之

增大；另一方面，热降解会导致纸基摩擦材料的结构发生变化，材料性能下降，

进而摩擦系数降低。

2原料配方的优化

纸基摩擦材料是纤维增强树脂基复合材料，一般由纤维、粘合剂、摩擦性能

调节剂、填料等组分构成。因其采用造纸的方式生产坯体，之后经过浸渍树脂、

热压固化而成，所以被称为纸基。纸基摩擦材料的组成是影响材料性能的主要因

素。为了提高纸基摩擦材料的摩擦磨损性能，国