配方比例对汽车摩擦材料硬度与强度的影响研究
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【摘 要】本文应用正交设计实验，研究了酚醛树脂、橡胶粉、蛭石、纸纤维、石油焦粉对摩擦材料洛氏硬度和冲击强度的影响。试验表明：各组分对摩擦材料洛氏硬度及冲击强度的影响都不显著，单独改变一种组分的质量分数，摩擦材料的洛氏硬度和冲击强度均不会发生显著变化，但酚醛树脂对洛氏硬度的影响要远大于其它组分。
【关键词】摩擦材料 洛氏硬度 冲击强度 配方
引言
摩擦材料是汽车制动的关键材料，主要由增强体、填料、摩擦性能调节剂和基体粘结剂复合而成。随着我国汽车制造工业的高速发展，摩擦材料也得到了突飞猛进的发展。除了摩擦磨损性能之外，摩擦材料还有洛氏硬度、冲击强度、剪切强度、压缩性能等重要的指标。其中洛氏硬度对制动噪声、摩擦稳定性有显著的影响[1，2]。冲击强度是衡量摩擦材料在汽车高速、重载工况下安全性的重要指标。但从目前的研究来看，对于摩擦材料这两项的重要性能的研究比较有限。因此，本文采用正交设计试验，针对橡胶粉、蛭石、酚醛树脂、石油焦粉、纸纤维在配方中的比重变化对摩擦材料洛氏硬度和冲击强度的影响进行了研究，来找出组分变化引起摩擦材料洛氏硬度及冲击强度变化的规律，以期对摩擦材料的理论研究和配方设计提供一定的理论帮助。
1实验部分
1.1试样制备
所用原料的规格和生产商见表1。本研究选用摩擦材料的洛氏硬度与冲击强度为正交设计的试验指标。首先，选用L16（45）正交表为试验用表[3]，确定配方中酚醛树脂、蛭石、橡胶粉、石油焦粉、纸纤维的质量分数表2。
表1正交设计（质量分数，%）
Tab.2 orthogonal design （mass，%）
本文采用干法热压成型工艺制片，所有原料用犁耙式混料机（JF801SJ，吉利大学机电设备研究所）混合搅拌30min。然后倒入模具内，在热压机（JF60，吉利大学机电设备研究所）将混合料热压成型，温度为165±5℃，保压时间1.5min/mm，压力为15MPa；见图1。
配料混料热压成型热处理，150℃，8h
图1摩擦材料制作工艺流程
1.2试样测量
摩擦材料硬度采用电动塑料洛氏硬度计（XHRD-150，山东莱州华银试验仪器有限公司）按国标GB-T5766-1996摩擦材料洛氏硬度检测方法测得；摩擦材料冲击强度采用冲击强度试验机（XL141，武汉祥龙刹车片设备模具有限公司）按国标GB5763-2008摩擦材料冲击强度测定方法测得。
2结果与分析
2.1洛氏硬度结果分析
摩擦材料洛氏硬度测试结果见表2。
表2洛氏硬度
表3显著性概率
由表2可知2号试验摩擦材料洛氏硬度最低。对正交设计试验结果进行极差分析见表3，发现酚醛树脂对摩擦材料洛氏硬度的影响远远大于其它组分。方差分析试验结果见表3，得出各组分对摩擦材料洛氏硬度的影响无显著影响。
在一些研究中显示橡胶粉具有降低摩擦材料硬度的作用[4]，但是在本试验中，橡胶粉对摩擦材料的硬度影响十分有限，其它组分对硬度的影响也很小。虽然酚醛树脂在方差分析中，显示不显著。但其极差远比其它组分大，这可能因为酚醛树脂只在一个较低含量的范围内对摩擦材料的影响很大，而随着其含量的变化，其对摩擦材料洛氏硬度的影响会逐渐变小引起的。
2.2冲击强度结果分析
冲击强度测试结果见表4。
表4冲击强度（dJ/cm2）
由表4可知16号试验配方中的摩擦材料冲击强度最大。对正交设计试验结果进行直观分析，得出各组分的极差R见表5，发现只有纸纤维对冲击强度是最明显的，说明增强纤维对冲击强度的影响最大。同时蛭石的影响要大于别的组分，可能因为蛭石有增强摩擦材料的作用。方差得出各组分的显著性概率P>0.05见表5，各组分对摩擦材料冲击强度无显著影响。试验结果中极差很大，而显著率却不明显，可能是是因为本实验中各组分水平之间的质量分数跨度较大引起的。如果用极差除以各组分水平之间的质量分数跨度，则会发现极差会很小。因此，各组分对冲击强度的影响不显著。
表5显著性概率
3结论
各组分对摩擦材料洛氏硬度及冲击强度的影响都不显著，单独改变一种组分的质量分数，摩擦材料的洛氏硬度和冲击强度几乎不发生显著变化；但酚醛树脂对摩擦材料洛氏硬度的影响要远比其它组分大。
参考文献
[1]黄学文，张金换，董光能，等．汽车摩擦制动噪声研究进展与发展趋势[J]．汽车工程.2007年第5期
[2]于澍，张红波，熊翔，等．炭／炭刹车副表面硬度对摩擦磨损性能的影响[J]．功能材料.2006年09期
[3]刘文卿编著.实验设计[M].清华大学出版社．2005-2-1
[4]张西奎，杨桂生，王成国，等.制动摩擦材料基体树脂的改性研究[J].机械工程材料.2005，29（2）.-37-39，44