亚龙股票投资公司
您所在的位置:首頁 > 新聞資訊 > 研發動態 > 正文
研發動態

摩擦材料配方設計研究探討

作者: 來源: 日期:2016/1/21 9:43:59 人氣:40 評論:0 標簽:

摘要:本文介紹了摩擦材料組元熱工藝密度、摩擦系數的測定方法,簡要分析了配方組元與產品摩擦性能間的關系,提出了設計摩擦材料配方的基本思想。

關鍵詞:配方組元,摩擦材料,熱工藝方法,熱工藝密度的測定,摩擦系數測定

 

一、引言

    對摩擦材料配方設計理論研究和實踐指導一直是研發者十分關心的課題,這方面公開發表的文章并不多[1~3],因為是各制造摩擦材料公司的“專利”和產品開發的秘密。這里,我們“拋磚引玉”,對摩擦材料配方設計的思路和方法作一些探討,供大家參考和討論。

摩擦材料是由許多原料配方材料所組成,這些配方原料它們多是以物理結合方式、通過熱壓成型組合在一起的。因此,摩擦材料的主要性能基本上應該反映制造中所用全部配方材料的綜合性能,并由全部配方材料的性能對其貢獻的總和來決定。可見,要研發摩擦材料產品必須首先全面掌握配方所使用的各種原材料的基本性能數據,特別要測試出各種配方原材料反映在整體摩擦材料上的實際性能數據,并找出配方組元材料的性能數據與整體摩擦材料間的正確關系(即表達式),這樣才能使摩擦材料配方設計工作有依據、有成效,從而達到縮短研發周期,降低研發成本。

二、研究方法的理論根據及可行性

2.1 用定速試驗機數據可以推定大臺架試驗數據

由于用戶對摩擦材料產品的不同要求,要用各種試驗機對摩擦材料進行各種標準性能試驗,如用蔡斯(CHASE)KRAUSSLINK試驗機等進行ASE J661VW- TL110FMVSS 135 (S-13763400C)VP3212標準試驗等。雖然測試的條件、數據各有不同,但最基本的還是測量兩個重要參數:摩擦系數和磨耗量。只不過是通過變化溫度、速度或壓力條件來測試,摩擦試驗的本質——通過摩擦表面的相對運動測定摩擦性能數據是一致的。而這些數據都可以通過JF150D定速試驗機試驗基本反映出來,定速試驗機按GB-5763/98國標測試摩擦速度、壓力基本恒定下,試樣在不同溫度(100℃、150℃、200℃、250℃、300℃和350℃)下的摩擦系數和磨耗情況,我們只要認真的試驗、仔細的分析試驗結果,就會找出被試驗材料摩擦性能的規律和本質。

可以證明:試片的總摩擦系數與試片的面積大小無關,而決定于各配方組元材料的自身摩擦特性及以其在摩擦材料中所占體積分數,通過體積分數對整體摩擦材料的性能所作貢獻的總和。

設總正壓力為P總,總摩擦力為F總,總摩擦系數為μ總;第i組元的摩擦系數為μi、 摩擦力為Fi、正壓力為Pi 、在摩擦表面所占面積分數為Bi,所占摩擦材料的體積分數為Ai。從統計學的觀點看若是理想均勻分布,應該Bi=Ai    

因為 μ= F/ P, Fi =μi *Pi =μi * P * B I      為乘號)

μ= F/ P = F1 + F2 +……+Fn / P

      = (μ1 * P * B1 +μ2* P * B2 +……+μn * P* Bn ) / P

      = μ1 * B1 +μ2 * B2 +……+μn * Bn

      = μ1 * A1 +μ2 * A2 +……+μn * An    ……….. 

    由上式的推導結果,可明顯看出摩擦材料的總摩擦系數,僅與各配方組元的摩擦系數和其所占體積分數有關,而與被測樣品的面積大小無關。

2.2. 定速試驗機與KRAUSS試驗機測試條件比較

分析比較JF150D定速試驗機與KRAUSS試驗機的測試條件,如表1所示:

1. 定速試驗機與KRAUSS試驗機測試驗條件比較

JF150D定速試驗機測試條件

KRAUSS試驗機測試條件

制動程序

5000/次,(人工調節定溫)

試驗機轉速:420- 450 /

 

摩擦片的線速度規定: 7-7.5/

 

試片尺寸25 X25 mm2 兩片

摩擦盤的摩擦中心尺寸直徑 300mm

 

摩擦片壓力規定: 10 Kg/Cm2

 

 

制動程序每次制動5秒,間隔10秒,連續100次(摩擦自動升溫)

試驗機轉速:660/

 

制動線速度7.18/

 

剎車片面積47cm2

制動盤尺寸:直徑208mm,周長:653.5mm

 

制動壓力: 2.14MPa

制動片壓力: 10Kg/cm2

 

由表1可明顯看出,基本測試條件:試片所受的壓力和摩擦的線速度定速試驗機和KRAUSS試驗機的比較,是一致的,只是溫度條件有差異。

上面的分析可以得出結論,用小試驗機、小樣試驗,所采集數據的結果是有使用價值的。

三、關于體積理論的計算方法

3.1. 如何由配方組元的重量百分比,換算為體積百分比

在傳統的配方設計中,通常采用重量比,用該參數無法正確反映配方組元性能與整體摩擦材料性能間的直接關系。必須轉化為體積比代入表達式才能進行正確計算。可用下列方法計算出已知重量的任一配方組元(如第i組元)所占的體積分數Ai :

Wi i組元的重量,Vi i組元的實際體積;Di i組元的工藝熱壓縮密度。

因為在由n個配方組元構成的整體摩擦材料(剎車片)中,各配方組元所占體積分別為:

Vi =Wi / Di(其中i =123……n),

所以在一個單位體積中,各組元所占體積分數可用下列表達式分別計算出。第i組元體積分數Ai為:

Ai= Vi / (V1+V2+V3+……+Vn) (其中i =123……n

3.2. 如何確定配方各組元材料的熱壓縮密度(Di

該密度(Di)應該是制作成摩擦材料(即按工藝標準條件熱壓)后的實際密度。確定單組元材料的熱壓密度的方法可以這樣考慮:

A. 首先要準確測定樹脂在工藝標準條件下的熱壓密度D=W/V樹(W樹表樹脂的重量,V樹 表樹脂的熱壓縮體積)。

B. 對二元混合物:按標準工藝條件制備二組元材料試樣,被測組元材料重量Wi g)和樹脂重量 W樹(g),測得該二元混合物的總密度D總。

從而可求出熱壓狀態第 i組元材料的密度為:

Di=Wi/(V-V)= Wi/[ (Wi + W )/ D- W/ D]

C. 對三元混合物:如加了已知密度的第三組元,W3D3,則有計算式:

Di=Wi/(V-V-V3)= Wi/[ (Wi+ W+ W3 )/ D- W/ D- W3/ D3]

在得到配方各單組元材料的熱壓密度數據后,要代入多組元摩擦材料(剎車片或試片)的相關數據中,進行驗算和修正,以求得單組元在摩擦材料中實際的熱壓密度。

3.3. 如何確定配方組元的摩擦性能

測定方法基本與上述測定熱壓縮密度的方法相似:

1. 首先準確測定實際制作摩擦材料條件(即工藝標準熱壓)下的樹脂的摩擦性能(摩擦系數μ磨耗δ樹);

2. 對于配方單組元材料摩擦性能的確定,應考慮到在制備試片中所含粘合樹脂(或其它添加材料)對測試性能的貢獻,要按材料的配方比例,分析、計算出被測組元的性能參數,并經反復驗證后確定。

具體計算方法參考如下:

1. 首先測定出樹脂的摩擦系數μ

2. 制備二組元材料試樣:

已知被測配方組元材料的重量為Wi,熱壓密度為Di;樹脂的重量為W樹,熱壓密度為D樹,已測定出試樣總摩擦系數為μ總,求配方單組元的摩擦系數μi

因樹脂摩擦系數已測定出為μ樹,令體積百分數分別為A樹、Ai

有:μ*A+μi*Ai  μi =μ*A樹)/Ai

因體積  Vi=Wi/Di V=W/D樹;

Ai=Vi/( V+ Vi) = (Wi/Di) /W/D+ Wi/Di=Wi* D/(W*Di+ Wi*D)

A= V/V+ Vi= W* Di / (W*Di+ Wi*D)

經推導最后令R= ( W* Di) / (Wi*D)

可計算出μi = μ*1+R- μ* R

3.4. 如何由摩擦材料配方各單組元的性能推算和預測摩擦材料的性能

設想整體摩擦材料(剎車片)的性能是由配方各組元的摩擦性能通過其所占的面積分數的大小和貢獻來決定的。

從統計學的觀點看,可以認為在摩擦材料的應用表面(即摩擦表面)上,各配方組元材料的分布是均勻的,其各組元所占面積分數基本與其所占體積分數相同,因此,整體摩擦材料(剎車片)的性能可用下列數學式來表達:

μ總=A1*μ1 + A2*μ2 + A3*μ3+ … + An*μn    ……… 

δ總=A1* δ1 + A2* δ2 + A3* δ3+ … + An* δn    … 

(式中, μ總、δ總分別表示摩擦材料(剎車片或試片)的總摩擦系數和總磨耗;μ1、μ2、μ3……μn分別表示第123……n各配方組元材料的摩擦系數;

δ1、 δ2、 δ3…… δn 分別表示第123……n各配方組元材料的磨耗;

A1 A2 A3……An 分別代表第123..n等各配方組元在摩擦表面所占面積分數)。(表示乘法運算符)

值得注意的是:在計算總磨耗時,還要考慮各配方組元的機械性能如硬度對磨耗貢獻的影響。為正確表達磨耗量,要按標準測試磨下的厚度重量兩個參數,以便在實驗研究中,修正上述②式,建立更接近實際情況的正確磨耗表達式。

四、建立計算機程序數據庫

在分別測定計算出各配方組元的摩擦性能數據并得到驗證確定后,就可以考慮進行建立數據庫的工作了。

1、將各種配方組元材料的熱壓密度數據、摩擦性能數據分別存儲于計算機數據庫中;

2、將產品配方中的組元材料含量數據輸入計算機,調用數據庫中的相關數據,計算出結果,并與實際產品測出的結果相比較,進行驗證、分析,對上述計算式進行修正,最后得出正確合理的表達式,再存入計算機以待應用;

3、根據設計產品要求的性能指標數據,選定配方材料輸入計算機,調用數據庫的相關數據,進行試算、分析,進行配方設計研究;

4、編制出全部計算機運算程序和數據庫置入光盤,成為完整的摩擦材料產品配方理論設計軟件資料,推廣應用。

五、計算實例

    下表所列是一種摩擦材料產品密度和摩擦系數的實際測量值與配方設計計算值比較記錄。

2. 配方設計密度綜合計算與產品實測值比較表

材料名稱

材料體積壓縮密度(g/cm3)

配方組元材料的重量(g)

材料壓縮體積cm3

配方設計材料的Vol.%

單位體積1cm3中含重(g)

產品實測密度g/cm3

密度誤差  %

樹脂

1.2084

9.0000

7.4481

21.3105

0.2575

2.8993

0.46

1#

1.0074

1.0000

0.9927

2.8402

0.0286

2#

1.1061

3.0000

2.7121

7.7600

0.0858

3#

1.4322

0.3000

0.2095

0.5993

0.0086

4#

1.7319

4.0000

2.3095

6.6081

0.1144

5#

1.9361

4.0000

2.0660

5.9113

0.1144

6#

2.2441

10.0000

4.4561

12.7499

0.2861

7#

2.6782

10.0000

3.7339

10.6835

0.2861

8#

2.6947

4.0000

1.4844

4.2472

0.1144

9#

3.5602

0.5000

0.1404

0.4018

0.0143

10#

4.2283

9.0000

2.1285

6.0901

0.2575

11#

4.8159

14.0000

2.9071

8.3177

0.4006

12#

7.1140

9.0000

1.2651

3.6198

0.2575

13#

7.7501

24.0000

3.0967

8.8604

0.6867

合計

 

101.8000

34.9501

100.0000

2.9127

3. 配方設計摩擦系數綜合計算與產品實測值比較表

材料名稱

材料體積壓縮密度(g/cm3)

配方組元材料的重量(g)

材料壓縮體積cm3

配方設計材料的Vol.%

單組元的平均摩擦系數

單組元對總配方摩擦系數的貢獻

產品實測摩擦系數

摩擦系數誤差  %

樹脂

1.2084

9.0000

7.4481

21.3965

0.2000

0.0428

0.3700

0.41

1#

1.0074

1.0000

0.9927

2.8517

0.7889

0.0225

2#

1.1061

3.0000

2.7121

7.7913

0.3496

0.0272

3#

1.4322

0.3000

0.2095

0.6017

0.4962

0.0030

4#

1.7319

4.0000

2.3095

6.6348

0.1248

0.0083

5#

1.9361

4.0000

2.0660

5.9351

0.1324

0.0079

6#

2.2441

10.0000

4.4561

12.8013

0.0999

0.0128

7#

2.6782

10.0000

3.7339

10.7266

0.3628

0.0389

8#

2.6947

4.0000

1.4844

4.2643

0.4648

0.0198

9#

4.2283

9.0000

2.1285

6.1147

0.6183

0.0378

10#

4.8159

14.0000

2.9071

8.3513

0.5884

0.0491

11#

7.1140

9.0000

1.2651

3.6344

0.7198

0.0262

12#

7.7501

24.0000

3.0967

8.8962

0.8457

0.0752

合計

 

101.3000

34.8097

100.0000

 

0.3715

由上表的理論計算數據與實測數據相差都小于1%,完全符合設計允差3%的要求。這一事實的證明了配方設計的“體積理論”的正確性和計算方法的可行性。初步證明了用這種方法建立的數據庫是有參考適用價值的。

六、結束語

當然,上述摩擦材料配方設計思想并非完善,討論的是理想的、單一靜態的情況,實際的摩擦情況要復雜的多。由于物質間的相互摩擦和溫度的多重作用,加之各配方組元材料性能的差異,在摩擦表面的組元會發生相互流動,使摩擦表面狀態不斷發生變化,如磨下的粉粒的作用、表面劃傷、潤滑情況的變化等,都會影響摩擦機制和性能數據。不能用一成不變的簡單表達式來計算。然而,這些影響因素的變化規律是可以通過試驗逐步摸清,并通過表達式的不斷按照實際情況進行修正,得到解決。我們可以通過分析,建立配方組元的影響權重等計算方法。對于不同溫度下的動態模擬表達式,也可以根據實驗建立起來并通過計算機進行計算。如正確分析和測試試樣的“衰退”現象、考慮各種摩擦機制對摩擦表面及摩擦性能的影響等,都必須對上述諸表達式進行修正,這里我們只是提出一個基本的設計思路。

但不管怎么說,這是一個開始。希望能通過建“數據庫”,進一步了解和掌握摩擦材料配方原材料的性能,如何選擇最佳材料,并正確的應用它們。合理的調用這些數據,定能幫助研發者思考如何設計配方,少走彎路。以達到節約人力、物力,提高研發效率,保證研發質量。

由于水平所限,不足之處,歡迎批評指正。讓我們共同為提高我們的研發水平、多、快、好、省的開發出新型摩擦材料產品而努力。

 

* 本文根據山東信義集團公司研究所和沈陽奧巴摩擦材料公司的試驗數據經分析總結寫成,作者對他們表示衷心感謝。對文中提出的觀點歡迎同行交流、批評指正。有建議和意見可與作者聯系。

Email: [email protected] 中國科學院金屬研究所 隗學禮

                                             信義集團公司 巴遂忠 

 

 

參考文獻

 [1] 巴遂忠等,摩擦材料基礎理論和計算研究課題(續篇一),《摩擦密封材料》200548113-16

[2] 呂亞非,“組合摩擦材料研究”, 世界科技研究與發展,2004,26(3): 22-26.

    [3] 巴遂忠、隗學禮等,摩擦材料基礎理論和計算研究課題(續篇三),《摩擦密封材料》2007594):P15-17

    本文網址:http://www.vwol.icu/html/yanfadongtai/8.html
    更多>>評論信息
    我要評論
    新聞資訊
    聯系我們

    山信新型材料有限公司

    聯系人:山信新型材料
    電 話:0546-6858791
    手 機:0546-6858791
    郵 箱:[email protected]
    地 址:山東省東營市大王經濟技術開發區
    亚龙股票投资公司 足球十四场胜负比分直播 福建时时龙虎和规则 棋牌 江西时时被停 重庆时时彩fc登录网址 意甲联赛在线观看 qq南昌麻将作弊 时时开奖开结果 体育彩票大乐透几点开奖时间 网上赛车是骗局吗 okooo澳客竞彩网 吉林时时开奖票控 武汉麻将算番 北京pk赛车开结果走势 31此选7走势图 捕鱼怎样才能打死大鱼