目前世界上已经禁止在摩擦材料中使用石棉纤维，替代材料主要有无机晶须、天然植物纤维、矿物纤维和有机纤维。

碳酸钙晶须具有制备工艺简单、可操作性强、成本低等优点。适合大规模生产，使用过程中不会造成污染。属于绿色环保材料。碳酸钙晶须具有良好的物理性能、力学性能、抗热衰退性能和热恢复性能，高耐磨性和耐热性，此外还具有优异的高温摩擦磨损性能。

碳酸钙晶须在摩擦材料中的应用研究进展:

1碳酸钙晶须增强橡胶基摩擦材料试验

随着摩擦复合材料基体材料的不同，碳酸钙晶须的最佳用量也会不同。采用半湿法密炼和热压工艺制备了碳酸钙晶须增强橡胶基摩擦材料，研究了碳酸钙晶须含量对其力学性能和摩擦磨损性能的影响。

表1制备橡胶基摩擦材料的配方(质量分数)

2碳酸钙晶须对橡胶基摩擦材料性能的影响

(1)对物理和机械性能的影响

图1添加碳酸钙晶须对橡胶基摩擦材料硬度和密度的影响

从图1可以看出，随着碳酸钙晶须的增加，橡胶基摩擦材料的硬度有降低的趋势。硬度下降的主要原因是碳酸钙晶须的长度仅为20-30μ；M，其莫氏硬度较低。随着晶须含量的增加，钢纤维等纤维与粘结剂的直接粘结被破坏，材料中出现孔隙的可能性增加，导致晶须与粘结剂的粘结性能下降。

随着碳酸钙晶须质量分数从0增加到25%，橡胶基摩擦材料的密度逐渐降低，碳酸钙晶须添加量越大，密度降低越明显。这说明碳酸钙晶须加入量越多，团聚现象越明显，晶须之间的间隙越大，因此密度越小。

图2添加碳酸钙晶须对橡胶基摩擦材料拉伸强度和冲击强度的影响

拉伸强度和冲击强度的实验数据用二次回归方程拟合。从图2可以看出，橡胶基摩擦材料的拉伸强度和冲击强度随着碳酸钙晶须的增加而逐渐降低，拉伸强度的变化相对稳定。

碳酸钙晶须含量高容易造成团聚，这是碳酸钙晶须含量增加拉伸强度和冲击强度降低的原因。随着碳酸钙晶须含量的增加，碳酸钙晶须与粘结剂的粘结性能下降，导致材料中孔隙率逐渐增加，拉伸强度和冲击强度逐渐降低。因此，改善碳酸钙晶须的表面润湿性是提高摩擦材料力学性能的有效方法。

(2)对摩擦磨损性能的影响

图3添加碳酸钙晶须对橡胶基摩擦材料摩擦系数和磨损的影响

从图3(a)可以看出，当制动速度为3300 r/min时，随着碳酸钙晶须的质量分数从0增加到25%，橡胶基摩擦材料的摩擦系数先增加后减小，当质量分数为5%时，摩擦系数达到最大值(0.44)。制动速度为4200r/min时，摩擦系数的变化趋势与3300r/min时基本一致，但曲线变化更平缓。当碳酸钙晶须的质量分数为5%时，摩擦系数达到最大值(0.38)。当制动速度为5400r/mm时，随着碳酸钙晶须质量分数从0增加到25%，橡胶基摩擦材料的摩擦系数变化趋势与前两种速度下大致相同，即随着碳酸钙晶须的增加先增加后减小，但总体上摩擦系数的变化也是平稳的。

从图3(b)可以看出，在不同的制动速度下，随着碳酸钙晶须的增加，橡胶基摩擦材料的磨损明显降低。高含量的碳酸钙晶须会导致树脂基摩擦材料的整体密度降低，孔隙率合适。这些孔隙可以吸附橡胶、树脂和其他有机材料在高温下分解的分子。另外，碳酸钙晶须具有较高的强度和稳定性，所以树脂基摩擦材料的磨损会随着碳酸钙晶须的增加而降低。

另外，随着制动速度的增加，磨损量逐渐增加。这是因为随着制动速度的提高，摩擦后温度升高，所以工作温度也是影响材料磨损的重要因素之一。当温度达到有机粘结剂的分解温度时，橡胶和树脂会热分解碳化，导致摩擦材料的磨损增加。这种现象也叫& ldquo热磨损& rdquo现象。

因为碳酸钙晶须是单晶材料，其热分解温度为640 & degc、高温性能稳定，抗热衰退和热恢复性能好，高温摩擦磨损性能优越。因此，摩擦系数在中高制动速度下变化平缓，有效解决了摩擦材料的高温热衰退问题。

对偶件的磨损也是摩擦材料研究中应该注意的问题。摩擦材料本身性能优异，但如果双零件磨损过大，就得不偿失了。从图4中可以看出，当碳酸钙晶须的质量分数增加到10%以上时，摩擦副的磨损量几乎都低于0.05克，这表明本实验制备的树脂基摩擦材料对摩擦副的损伤很小。

图4添加碳酸钙晶须对双零件磨损的影响

通过分析碳酸钙晶须增强橡胶基摩擦材料的力学性能和摩擦磨损性能，可以看出当碳酸钙晶须的质量分数为15%时，摩擦材料的综合性能最佳。

(3)对磨损表面形貌的影响

不同橡胶基摩擦材料磨损表面的SEM形貌。

从图5可以看出，碳酸钙晶须均匀分布在每个样品中。从右上角或左上角的局部放大图可以看出碳酸钙晶须与粘结剂结合不紧密，有较大的空空隙。碳酸钙晶须增强橡胶基摩擦材料的力学性能，如硬度、密度、冲击强度、拉伸强度等。，都低于非碳酸钙晶须增强的橡胶基摩擦材料，只是因为碳酸钙晶须与胶粘剂之间粘结不紧密，存在空的间隙。随着碳酸钙晶须质量分数的增加，碳酸钙晶须增强橡胶基摩擦材料的力学性能下降幅度更大，进一步证实了摩擦材料的性能。

另外，随着碳酸钙晶须添加量的增加，碳酸钙晶须在摩擦过程中的暴露表面积相对增加。由于碳酸钙晶须具有良好的高温热稳定性，它充当& ldquo在制动过程中。负荷转移& rdquo还有& ldquo桥裂& rdquo摩擦系数的稳定性提高。

3结论

(1)随着碳酸钙晶须含量的增加，橡胶基摩擦材料和对偶件的磨损逐渐减小，摩擦材料的摩擦系数先增大后减小。当碳酸钙晶须的质量分数为5%时，摩擦系数达到最大值0.44；随着制动速度的增加，摩擦系数降低。

(2)高含量的碳酸钙晶须导致摩擦材料与粘结剂的粘结性能下降，导致摩擦材料的孔隙率较大。因此，随着碳酸钙含量的增加，摩擦材料的硬度、密度、冲击强度和拉伸强度等力学性能均下降。

(3)制备的碳酸钙晶须增强橡胶基摩擦材料摩擦性能稳定，碳酸钙晶须的最佳添加量为15%。

来源:碳酸钙晶须含量对橡胶基摩擦材料性能的影响，作者:文、王秀飞、尹等

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