摩擦材料是典型的復(fù)合材料，通常由粘結(jié)材料（橡膠或樹脂）、增強(qiáng)材料（有機(jī)或無(wú)機(jī)纖維）和填料（以礦物粉體為主）組成，其中礦物材料既可發(fā)揮增強(qiáng)功能，也可起填料作用，且占比最大，對(duì)摩擦材料使用效能的影響也最顯著，是摩擦工程領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。
石英、長(zhǎng)石、滑石、云母、螢石、硅藻土、重晶石、蛭石、沸石、冰晶石等等非金屬礦物是摩擦材料行業(yè)主要的增阻礦物材料，對(duì)摩擦材料的摩擦系數(shù)、磨損量、熱穩(wěn)定性、強(qiáng)度等具有顯著影響。
1、常用的增阻礦物材料
礦物填料在摩擦材料中主要起調(diào)節(jié)摩擦系數(shù)、硬度、密度和密實(shí)度，同時(shí)改善制品的制動(dòng)噪音，改變其外觀特征并降低成本的作用。
摩擦材料中常用作填料的非金屬礦物種類繁多，包括石英、長(zhǎng)石、滑石、云母、蛭石、鋯石、沸石、蛇紋石、重晶石、石墨、白云石、石膏、菱鎂礦、剛玉、螢石、冰晶石等。此外，摩擦材料中也使用一些巖石填料，如陶土、硅藻土、石灰石、鋁礬土等。
?。?）重晶石
重晶石屬于硫酸鹽礦物，相對(duì)密度4.3-4.5g/cm3，是非金屬礦物中密度最大的礦種，具低磨損性，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在高溫下具有非常低的質(zhì)量損失和較低的熱膨脹率，在500-1300℃范圍內(nèi)的質(zhì)量損失率僅為0.5%，線性膨脹系數(shù)為20×10-6（1/℃）。
作為摩擦材料，重晶石的摩擦系數(shù)較高且穩(wěn)定，磨耗小，摩擦噪音低；在高溫下能形成穩(wěn)定的摩擦界面，可以防止摩擦副表面擦傷，使摩擦副表面更光潔。
我國(guó)是重晶石生產(chǎn)大國(guó)，生產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的1/3。2014年，全球約生產(chǎn)重晶石915萬(wàn)噸，其中約2.7%被用作礦物填料。
（2）螢石和冰晶石
螢石和冰晶石都屬于氟化物礦物，雖然其硬度不高，但作為摩擦填料都具有良好的增阻效果。特別是冰晶石，其分別在570℃、730℃和990℃存在明顯的相變或熔融吸熱反應(yīng)，作為摩擦材料具有提高制品高溫穩(wěn)定性的顯著作用。螢石熔體的粘度較低，對(duì)其他顆粒填料具有膠結(jié)作用，也可以提高摩擦材料的高溫耐磨性。
我國(guó)是螢石生產(chǎn)、消費(fèi)與出口大國(guó)，每年的螢石生產(chǎn)量約400萬(wàn)噸、國(guó)內(nèi)消費(fèi)量約600萬(wàn)噸。
?。?）鋯石與剛玉
鋯石屬于島狀硅酸鹽礦物，其線性熱膨脹系數(shù)低至5.0×10-6（1/℃），且耐熱震動(dòng)，穩(wěn)定性良好；鋯石的抗壓強(qiáng)度高，易與其他填料以及有機(jī)或無(wú)機(jī)粘合劑相容，其次圓形外表僅需少量的粘合劑即可達(dá)到高強(qiáng)膠結(jié)，并獲得良好的光滑度。研究發(fā)現(xiàn)：鋯石粒度和形貌會(huì)明顯影響摩擦性能，表現(xiàn)在：細(xì)顆粒鋯石的摩擦系數(shù)較粗顆粒大；在高溫下，粗顆粒鋯石的抗熱震性；大顆粒鋯石對(duì)摩擦副的磨損率大于小顆粒者。
剛玉屬于氧化物礦物，不僅硬度高，其耐磨性能也好，研磨硬度是石英的8.33倍；剛玉的抗折強(qiáng)度很高，熱膨脹系數(shù)為5.4-6.2×10-6（1/℃），導(dǎo)熱性能良好。
鋯石和剛玉都屬于硬質(zhì)填料，少量添加即可產(chǎn)生良好的增阻效果，不僅摩擦系數(shù)高，且制動(dòng)噪聲低。
?。?）蛭石
蛭石是一種具有層狀結(jié)構(gòu)的含水鎂鋁硅酸鹽礦物，膨脹蛭石不燃燒；在約1000℃高溫條件下使用，其性能不會(huì)改變；蛭石能經(jīng)受多次凍融交替作用而不破壞，強(qiáng)度無(wú)明顯下降；膨脹蛭石能在-30℃的低溫下保持體積密度和強(qiáng)度不變，也不發(fā)生任何變形。
作為摩擦材料，膨脹蛭石有很好的吸音性能，可降低制動(dòng)噪聲和制品密度，常用于制備盤式剎車盤。
研究發(fā)現(xiàn)，在汽車制動(dòng)片中添加蛭石，時(shí)速在20-40km/h時(shí)，摩擦系數(shù)隨蛭石添加量增加而增大；時(shí)速在60-120km/h區(qū)間時(shí)，摩擦系數(shù)隨蛭石添加量增加呈現(xiàn)出先增加后減少的變化。添加5%-10%蛭石時(shí)，摩擦系數(shù)增高；蛭石添加量超過(guò)10%時(shí)，摩擦系數(shù)隨時(shí)速增大而降低。隨蛭石添加量增加，磨損率出現(xiàn)先降低后增加的變化。時(shí)速高于100km/h后，磨損率變化顯著。蛭石添加量在5%左右時(shí)，摩擦系數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，磨損率也較低。
（5）沸石
沸石是一族具有架狀結(jié)構(gòu)的含水的堿或堿土金屬鋁硅酸鹽礦物，在摩擦材料中添加沸石，可以充分吸收高溫下樹脂熱分解釋放的氣態(tài)或液態(tài)水分子、摩擦產(chǎn)生的熱量以及噪聲，具有顯著降低熱衰退以及摩擦噪聲的作用。
?。?）硅藻土
硅藻土是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖，作為摩擦材料的填料，硅藻土的吸水、吸熱特點(diǎn)突出，可有效降低摩擦噪音和制品的熱衰退。
增阻（增摩）礦物（巖石）原料種類繁多，除上述重點(diǎn)介紹的幾種外，其他還包括長(zhǎng)石類礦物、鋁礬土、石灰?guī)r、白云巖等。長(zhǎng)石類礦物摩擦系數(shù)較高（0.6左右），增阻效果顯著，但需合理控制添加量和粒度，否則制品的制動(dòng)噪音較高。石灰?guī)r和白云巖作為增阻原料的最大優(yōu)勢(shì)是其價(jià)格較便宜、來(lái)源廣泛。
2、增阻礦物材料的發(fā)展方向
目前，使用的增阻（增摩）礦物中，螢石、冰晶石等在高溫工況下具有良好的摩擦學(xué)表現(xiàn)，但它們?cè)诟邷叵路纸鈺?huì)釋放Cl2或SO2等對(duì)環(huán)境有一定污染的氣體，性能優(yōu)異、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)價(jià)值好的增阻（增摩）礦物原料將是是未來(lái)發(fā)展的方向。
隨著我國(guó)逐步進(jìn)入汽車社會(huì)以及工業(yè)化程度的提高，對(duì)高性能增阻（增摩）礦物原料的需求會(huì)逐漸增加，要求也會(huì)越來(lái)越高。這對(duì)礦物摩擦材料加工產(chǎn)業(yè)既是機(jī)遇，同時(shí)也是挑戰(zhàn)，未來(lái)該產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)該高度關(guān)注以下三個(gè)方面的問(wèn)題。
?。?）圍繞提高傳統(tǒng)礦物增阻材料性能和使用效能的目標(biāo)，加快表面改性、粒度精準(zhǔn)控制等新技術(shù)的研發(fā)以及裝備的技術(shù)配套與升級(jí)。
?。?）深化礦物摩擦增阻材料成分-結(jié)構(gòu)-性能-使用效能內(nèi)在關(guān)系及其綜合效益的分析研究，不斷發(fā)掘新的礦物增阻原料，最大程度地滿足摩擦材料領(lǐng)域?qū)π虏牧系亩鄻踊枨蟆?br />
（3）積極研發(fā)綜合功能好、增阻效果突出、環(huán)境友好的新材料及其加工技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)這一產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展。
資料來(lái)源：摩擦材料中增阻礦物原料的作用及其機(jī)理
編輯整理：中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng)
更多精彩！歡迎掃描下方二維碼關(guān)注中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng)官方微信（粉體技術(shù)網(wǎng)）
|
