第41卷第5期 非金属矿 Vol.41 No.52018年9月 Non-Metallic Mines September, 2018
杨 振 李玉红
（咸阳师范学院 化学与化工学院， 陕西 咸阳 712000）
摘 要 研究了不同含量硫酸钙晶须对增强树脂基摩擦材料摩擦磨损性能的影响， 采用干法热压工艺制备出5组摩擦材料试验片，对摩擦因数、磨损率和多项理化特性进行测定。结果表明，添加适量的硫酸钙晶须有助于改善材料的摩擦磨损性能和力学性能，当硫酸钙晶须质量分数为9%时，制得的试验片摩擦磨损性能稳定优良，摩擦制品的摩擦因数为0.45，磨损率在0.38×10-7 cm 3/ (N·m)以内，冲击强度为0.42 J/cm 2，硬度为65，密度为3.15 g/cm 3，符合 GB 5763-2008要求。
关键词 硫酸钙晶须；
摩擦片；摩擦磨损；摩擦材料中图分类号：
TB36 文献标识码：A 文章编号：1000-8098(2018)05-0104-02Effect of calcium sulfate whisker on friction and wear properties of friction plates
Yang Zhen Li Yuhong
(College of Chemistry and Chemical Engineering, Xianyang Normal University, Xianyang, Shaanxi 712000)
Abstract The effects of different contents of calcium sulfate whiskers on the friction and wear properties of reinforced resin base friction materials were studied, five sets of friction material test sheets were prepared by dry hot pressing process, the friction coefficient, wear rate and many physical and chemical properties were measured. The results showed that all products exhibit better friction and wear property and mechanical property when the mass content of calcium sulfate whisker was 9%, the average friction coefficient of friction plates was 0.45, the wear rate was within 0.38×10-7 cm 3/(N·m), the impact strength was 0.42 J/cm 2, the hardness was 65, the density was 3.15 g/cm 3, and the results accorded with GB 5763-2008.
Key words calcium sulfate whisker; friction plates; friction and wear; friction material
收稿日期：2018-07-15
基金项目：咸阳师范学院专项科研基金项目（11XSYK309）。
纤维状填料优于颗粒状填料，因其具有强度高、耐磨损、耐高温和化学稳定性好等优点。而硫酸钙晶须（CSW ）是纤维状晶体，是一种价格适中性能优良的新型功能材料，被用于摩擦材料中，可有效增加材料的稳定性、弹性及抗拉伸强度。张军凯等[1]研究了改性硫酸钙晶须作为填料填充改性聚四氟乙烯，得到的复合材料摩擦因数较低，耐磨性好。牛永平等[2]研究了硫酸钙晶须加入改性聚乙烯中，增强了材料的硬度及耐磨性。因此，采用晶须填充改性聚合物可以制备摩擦学性能优异的聚合物复合材料[3-4]。本研究选用逐步替代法，制备了一系列以硫酸钙晶须作为填充改性酚醛树脂基摩擦材料，通过分析测试材料摩擦磨损性能及物理性能，得到最佳晶须填充量，为硫酸钙晶须在摩擦材料中应用提供参考数据。
1 试验部分
数控分度头1.1 原料 硫酸钙晶须
（CSW ）是以单晶方式生长的硫酸钙纤维状单晶体，平均长径比为50~80，具有完整的晶体外观和内部结构，尺寸大小稳定，横截面规则，
强度和模量理论值接近晶体材料[5]。硫酸钙晶须外观特征，见图1。通过SEM 检测得到的硫酸钙晶须主要为50 μm 左右的纤维单晶体。
摩擦材料试验片主要原材料及来源为：酚醛树脂，山东圣泉化工股份有限公司； 芳纶纤维，晋州市嘉仕德纤维材料厂；海泡石纤维，河北明阳摩擦材料有限公司； 硫酸钙晶须，江西峰竺新材料科技有限司；硅酸铝纤维，晋州市嘉仕德纤维材料厂；钢纤维，山东德州同安金属纤维公司；云母，常州丰硕化工有限公司；蛭石，中山市日高润滑材料有限公司；铬铁矿，上海化学试剂公司；石油焦，天津天方建材有限公司；碳酸钙，常州丰硕化工有限公司；鳞片石墨，青岛腾盛达碳素机械有限公司。
a-×1 000；b-×3 000
图1 硫酸钙晶须外观特征图
a
b
1.2 仪器设备 XD-MSM型定速式摩擦试验机，咸阳新益摩擦密封设备有限公司；XLB-D400×400摩擦片压片成型-侧板式平板硫化机，西安市裕华橡胶机械厂；HR-150A洛氏硬度计，昆山市顺诺仪器有限公司；6202型高速粉碎机，北京环亚天元机械技术有限公司。
1.3 摩擦材料试样的制备为了研究硫酸钙晶须的不同配比对摩擦材料磨损性能的影响，运用逐步替代法，以步差质量分数为2%增加硫酸钙晶须含量，同时减少酚醛树脂的含量，保证两者质量分数为20%
不变。每组制备5个样品，测试其性能平均值。硫酸钙晶须摩擦材料试验片配方，见表1。
表1 硫酸钙晶须摩擦材料试验片配方/%
材料12345
酚醛树脂15131197
陶瓷纤维1313131313
钢纤维1818181818
芳纶纤维22222
铜纤维22222
硫酸钙晶须5791113填料4545454545
操作工艺为干法热压成型制备样品，即在已经加热到160 ℃的模具中直接加入提前按一定比例混匀的各种配料，在合模的加压作用下，经过设定好的时间后，混料就会在模具中固化成型，这样便制备出了酚醛树脂基摩擦材料的压片，之后用相关设备进行摩擦磨损性能和物理机械强度测试。摩擦材料试
样的制备及检测试验流程，见图2
。调节臂
图2 试样的制备及检测试验流程图
2 结果与讨论
2.1 试验片理化性能测试对不同配方试验片的密度、洛氏硬度及冲击强度进行测试，结果见表2。
表2 不同配方试验片理化性能检测结果
试验片冲击强度平均值/
（J/cm2）
密度平均值/
（g/cm3）
洛氏硬度
平均值
10.38 3.1364
20.41 3.1564
30.42 3.1565
40.42 3.1565
50.48 3.1765
2.2 试验片摩擦磨损性能测试运用XD-MSM型定速式摩擦试验机对不同配方的摩擦材料进行100~300 ℃升温摩擦磨损性能测试，结果见表3。
由表2、表3可见，其各组试验片表现出摩擦因数参数平稳，磨损率较低。试验结果表明，硫酸钙晶须制备的5组试验片密度、硬度、耐冲击强度等理化性能均良好，摩擦磨损性能较稳定，以3号试验片摩擦磨损性能及各项理化性能参数最优。其平均摩擦因数0.45，磨损率在0.38×10-7 cm3/(N·m)以内，摩擦因数和磨损率符合GB 5763-2008 要求。
表3 试验片的摩擦磨损性能测试值
试验片摩擦磨损性能
测试温度/℃
threadx操作系统100150200250300 1
摩擦因数0.440.430.460.430.41磨损率/（10-7 cm3/(N·m)）0.410.390.490.480.49 2摩擦因数0.430.440.450.420.40磨损率/（10-7 cm3/(N·m)）0.390.420.480.410.48 3摩擦因数0.450.450.450.450.44磨损率/（10-7 cm3/(N·m)）0.350.350.360.380.38 4摩擦因数0.420.450.430.410.46磨损率/（10-7 cm3/(N·m)）0.370.380.380.400.40 5摩擦因数0.400.410.420.400.39 磨损率/（10-7 cm3/(N·m)）0.360.390.360.380.35 3 结论博物馆展柜制作
1.摩擦材料加入适量的硫酸钙晶须，同时适度降低酚醛树脂的含量，可以提高其摩擦磨损性能，即试样的热稳定性能得到极大提高，耐磨性能增强，但硫酸钙晶须用量增大，材料的摩擦因数有所减少。
调速皮带轮
2.摩擦材料掺入适量的硫酸钙晶须，能使摩擦材料摩擦磨损显著提高。结果表明，当硫酸钙晶须掺入的质量分数为9%时，制得的产品综合性能最佳，表现为摩擦磨损性能平稳优良，摩擦因数为0.45，磨损率为 0.38×10-7 cm3/(N·m)，冲击强度和硬度分别为0.42 J/cm2和 65，密度为
3.15 g/cm3。
参考文献：
[1]张军凯，郑志武，汪小伟，等．硫酸钙晶须改性聚四氟乙烯的摩擦
磨损性能研究[J].塑料工业，2012，40(10)：41‐44．
[2]牛永平，甘立慧，杜三明，等．硫酸钙晶须填充UHMWPE复合材料
的摩擦磨损性能[J]. 润滑与密封，2010，35(2)：11‐14．
[3] MU L, CHEN J, SHI Y, et al. Durable polytet-rafluoroethylene
composites in harsh environments: Tribologyand corrosion investigation [J]. Journal of Applied Polymer Science, 2012, 124 (5):4307-4314．[4] W ANG H, MU B, REN J, et al. Mechanical and tribological behaviors of
PA66 / PVDF blends filled with calcium sulphate whiskers [J]. Polym Compos, 2009, 30 (9):1326-1332．
[5] 王力，马继红，郭增维，等. 水热法制备硫酸钙晶须及其结晶形态的
研究[J]. 材料科学与工艺，2006，13(6)：626-629.
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硫酸钙晶须对摩擦片摩擦磨损性能的影响杨振，李玉红
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