随着科技的快速发展，近十年来汽车工业不断向安全、低耗、节能、环保和可靠的方向发展，相应地对汽车用刹车片的性能要求也在不断提高[1-3]。但就有机摩擦材料目前的发展状况而言还存着一些问题，如：(1)粘结剂品种单一，长期以来依赖酚醛树脂，使得摩擦材料的抗热衰退性能不理想，不能满足高端市场对摩擦材料的性能要求[4-5]；(2)摩擦材料性能检测的相关技术和标准更新换代较为缓慢，和发达国家还有一定差距[6]；(3)摩擦材料配方设计方法多依赖于经验，高性能配方数量少[7-8]。上述三个方面严重阻碍了我国摩擦材料行业的快速发展。针对上述问题，本研究拟开展粘结剂方面的研究工作。粘结剂是摩擦材料配方设计的主要成分，作用效果是以粘结薄膜的形式将原料中的增强纤维、填料和性能调节剂均粘结在一起，使其成为构造致密、且能满足使用要求的摩擦材料整体[9-10]。众所周知，车辆在制动过程中由于短时间内速度的急剧变化，使刹车片的瞬时温度可达到350℃以上，远远超过了粘结剂的热分解温度，会在材料内部引起“三热”现象(热衰退、热膨胀、热龟裂)现象[11-12]，从而导致摩擦制动作用效果降低，因此在配方设计时必须采取措施进行避免。

本研究拟利用第二粘结剂(丁腈橡胶)对酚醛树脂进行改性，借助丁腈橡胶的柔性和弹性达到调节摩擦材料性能的目的。实验方法是以酚醛树脂为第一粘结剂，丁腈橡胶为第二粘结剂，研究丁腈橡胶的的添加量对摩擦材料摩擦磨损性能、物理性能和力学性能的影响，并获得一个性能优良的摩擦材料配方。

协方差矩阵[7]Mjk，其中 pi=pi-O，qi=qi-O，ri=ri-O，计算Mjk的特征向量并且归一化，处理后作为包围盒的方向轴，以此进行新坐标轴计算，将物体投影到上面，计算顶点在新坐标系下各轴上的投影区间长度，以此来确定OBB的大小。OBB包围盒适合刚体的碰撞检测，包络性较好。

1 实验部分

1.1 原材料及配方

粘结剂：酚醛树脂(山东圣泉材料有限公司)、丁腈橡胶(常熟市琼海橡塑制品有限公司)；增强材料：硅酸铝纤维、矿物复合纤维、碳酸钙晶须(均为清远市博尔纤维有限公司)、芳纶浆粕(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)；填料：长石、铬铁矿、硫酸钡、氧化铝、碳酸钙(均为河北宁宇化工有限公司)、萤石、石墨、石油焦、蛭石、云母、碳黑(均为常州丰硕化工有限公司)。

采用的实验配方如表1所示。

 

表1 摩擦材料实验配方(质量分数)Table 1 Experiment formulation of friction material

  

配方1号样2号样3号样4号样5号样酚醛树脂1514131211丁腈橡胶01234硅酸铝纤维1010101010矿物复合纤维55555碳酸钙晶须1010101010芳纶浆粕22222钢纤维55555长石44444铬铁矿99999硫酸钡1010101010氧化铝22222碳酸钙55555

 

续表1

  

配方1号样2号样3号样4号样5号样萤石1010101010石墨44444石油焦33333蛭石44444云母11111碳黑11111

1.2 实验设备

若兼职工作侵犯了马普学会作为雇主的利益，则不予批准。主要情况有以下几种：兼职时间超过本职工作的1/5；所长级别以下雇员一项或多项兼职总收入超过最终基本年薪的40%；在缔结顾问协议后研究所的科研工作以不希望发生的方式受到外界支配；在学会担当本职工作时须完成的出版物，受兼职影响未能完成、篇幅缩短或者出于非客观原因（是指科研人员顾及商业企业利益而从事或搁置研究、结果损害了学会利益的情况）延迟提交等。

1.3 样品制备

Step 3：Learning the past subjunctive mood based on Situation 2:Michael’s regrets.情景二中学习过去时的虚拟语气。教师通过ppt再现电影中主人公在得到一支神奇的人生遥控器之后生活发生了翻天覆地的变化，让主人公错过了生命中很多精彩而重要的时刻。教师尝试发问：(a)Why Michael’s life has changed so much?(b)Was Michael satisfied with his life here?Any regrets?

按表1称取原料，将各种原料投入混料机内，混料时间3min，使原料分散均匀，外观无白点，无结团现象。将混匀的原料按投料量要求加入模具中热压成型，成型温度170℃，压力10MPa。

1.4 性能测试

图1所示为丁腈橡胶改性的摩擦材料样品升温过程中摩擦系数随测试温度的变化关系图谱，从图中可以看到：(1) 随着测试温度的升高，各试样的摩擦系数均在0.4以上，说明各试样均达到工业使用要求；(2) 1号样的摩擦系数出现先小幅降低后大幅升高的趋势，在250℃ 时达到最大值0.53；而添加丁腈橡胶后的2号样、3号样和4号样与1号样保持相似的变化趋势，但其摩擦系数均有小幅降低的趋势；(3) 随着丁腈橡胶含量的增加，5号样的摩擦系数随着温度升高先小幅增加、后保持稳定的趋势。在不同温度段，样品的摩擦系数均保持在0.42～0.44，没有出现热衰退现象，说明5号样的耐热稳定性能优异。

发布会当天，在工作人员的带领下，参会者参观了安特威展厅、新产线、研发试验区等，全面感受了安特威的智能化生产，柔性生产线，一键一码生产，标准化工装、夹具以及全数字化检验等先进的生产方式，让参观者深感赞叹。

图2给出丁腈橡胶改性的的摩擦材料样品磨损率随测试温度的变化关系，从图中可看出：(1) 随着测试温度的升高，各摩擦材料样品的磨损率随之增加，说明各样品的高温抗磨损性能变差。进一步观察可知在不同测试温度下，添加丁腈橡胶试样的磨损率均高于1号样，原因可解释为橡胶的硬度较低，导致试样的耐磨性降低；(2) 5号试样在100℃～300℃温度范围内磨损率数值在(0.18～0.36)×10-7cm3/N·m之间，波动较小，抗磨损性能较好，原因可解释为由于丁腈橡胶加入量的增加，试样的硬度减小，但试样制动过程中，试样和对偶盘的接触面积增大，摩擦性能增强，因此磨损率数值反而下降。

2 结果与讨论

2.1 摩擦磨损性能

实验样品摩擦磨损性能测试、冲击强度测试、洛氏硬度测试均按照国家标准GB 5763-2008汽车用制动器衬片的规定进行。

  

图1 丁腈橡胶含量变化对摩擦材料升温摩擦系数的影响Fig.1 Influence on friction coefficient by nitrile rubber content of friction materials

毕业实习是对大学生基础理论和实践能力检验和提高的过程，对于学生完善自我和挑选工作单位以及提高我国教育水平具有重要的作用。毕业实习远比课堂教学问题复杂，学校的规章制度及具体实施办法及成绩评定方法是保障实习效果的决定因素，实习指导老师和学生本身应该对毕业实习引起足够的重视。对于毕业实习体系及实习证明的种种乱象，教育部门应高度重视，国家应制定相关政策鼓励社会各界对高校的“大学生实习基地”进行支持。

  

图2 丁腈橡胶含量变化对摩擦材料磨损率的影响Fig.2 Influence on wear rate by nitrile rubber content of friction materials

2.2 恢复性和热稳定性

为了进一步研究丁腈橡胶的加入对摩擦材料力学性能的影响，表2给出了不同配方制备的摩擦材料试样的的耐冲击强度数值，从表中可看出：样品的冲击强度随着丁腈橡胶含量的变化在一定范围内进行波动。未添加丁腈橡胶的样品，耐冲击性能最差。随着丁腈橡胶的加入，各样品的耐冲击性能明显增强，当丁腈橡胶的添加量为4%时，样品的抗冲击性能最好，表明丁腈橡胶的加入可以改善摩擦材料的耐冲击性能，原因可解释为：当橡胶与树脂为混合粘结剂时，因为橡胶粒子拥有一定的弹性，当材料受到冲击力时，材料中产生的裂纹会被橡胶粒子吸收掉，阻止裂纹的继续扩大，使材料被破坏的程度变慢[13-15]。因此，宏观的说橡胶可以提高产品的抗冲击强度。

实验仪器：6202高速混料机(北京环亚天元机械技术有限公司)；XLB-D400×400平板硫化机(青岛亚华机械有限公司)；XDZ-B摩擦材料制样机(咸阳新益摩擦密封设备有限公司)；XD-MSM定速摩擦试验机(咸阳新益摩擦密封设备有限公司)；2BC1251型冲击强度试验仪(扬州正艺试验机械有限公司)；洛氏硬度计(济南方圆试验仪器有限公司)。

  

图3 (a)平均摩擦系数随丁腈橡胶含量和温度的变化关系和(b)波动系数随丁腈橡胶含量和温度的变化关系Fig.3 (a) Average friction coefficient changes with nitrile rubber content and temperature，(b) Fluctuation coefficient changes with nitrile rubber content and temperature

2.3 物理性能和机械性能

2.3.1 冲击强度

为了进一步研究摩擦材料样品的使用性能，图3(a)和图3(b)分别给出了试样的平均摩擦系数和波动系数随着丁腈橡胶含量的变化关系图谱。由图3(a)中可以看出：不同测试温度下，样品1的平均摩擦系数波动较大，其数值在0.42～0.53之间波动。而样品2、样品3、样品4和样品5的平均摩擦系数波动范围减小，说明丁腈橡胶的加入，使摩擦材料样品的摩擦性能更为稳定。由图3(b)可以看出，未添加丁腈橡胶的1号试样波动系数在-0.015～0.04之间，而添加丁腈橡胶后，摩擦材料样品的波动系数显著降低，综合分析，5号样的使用性能更为优异。

 

表2 丁腈橡胶含量变化对摩擦材料冲击强度的影响(单位：kJ/m2)Table 2 Impact strength changes with the content of nitrile rubber on friction materials (unit：kJ/m2)

  

次数1号样(ω=0%)2号样(ω=1%)3号样(ω=2%)4号样(ω=3%)5号样(ω=4%)106340634072507860816206640634072507250725306340755072506940755406640755072507250755506640756072507260755平均值06520707072507310761

2.3.2 密度

采用阿基米德法测得各摩擦样品的密度数据如表3所示，从表中数据可看出：随着丁腈橡胶的引入，试样的密度值有小幅降低，基本稳定在2.30g/cm3，说明丁腈橡胶在改善摩擦材料性能的同时，并没有明显改变摩擦材料样品的密度，对制品的使用没有显著影响。

 

表3 丁腈橡胶含量变化对摩擦材料密度的影响(单位：g/cm3)Table 3 Density changes with the content of nitrile rubber on friction materials (unit：g/cm3)

  

次数1号样(ω=0%)2号样(ω=1%)3号样(ω=2%)4号样(ω=3%)5号样(ω=4%)123023323222422522332282322182293232230231221226平均密度232230232221227

2.3.3 洛氏硬度

摩擦材料试样的洛氏硬度数值如表4所示，从表中数值可观察出：当丁腈橡胶含量逐渐增加时，试样的硬度值反而逐渐降低。当丁腈橡胶含量为0%时，样品的硬度达到了最大值80HRM。实验证明，在摩擦材料配方中引入丁腈橡胶可以降低试样品的硬度。考虑到摩擦材料使用时和对偶盘的摩擦及噪音，配方设计时应该控制丁腈橡胶的添加量，以将硬度值调节到一个合适的范围。

 

表4 丁腈橡胶含量变化对摩擦材料硬度的影响(单位：HRM)Table 4 Hardness changes with the content of nitrile rubber on friction materials(unit：HRM)

  

次数1号样(ω=0%)2号样(ω=1%)3号样(ω=2%)4号样(ω=3%)5号样(ω=4%)181807671642807875706237979757163平均硬度807975370763

3 结论

采用干法工艺制备了丁腈橡胶改性酚醛树脂基摩擦材料，通过对样品进行摩擦磨损性能、物理性能和机械性能测试，得到以下结论：(1)在摩擦材料中引入复合粘结剂(酚醛树脂和丁腈橡胶)可有效改善摩擦材料的综合性能；(2)当丁腈橡胶添加量为4%，摩擦材料样品的综合性能最佳，其数值分析为：摩擦系数μ=0.44，磨损率为0.33×10-7 cm3/N·m，冲击强度为0.763kJ/m2，硬度为63HRM，密度为2.27g/cm3。

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