玄武岩纤维和钢纤维含量对树脂基摩擦材料性能的影响研究

玄武岩纤维和钢纤维含量对树脂基摩擦材料性能的影响研究

徐希亮

烟台市标准计量检验检测中心

摘要：玄武岩纤维由苏联于1960—1970年开始研制生产，主要应用于航空航天及军工领域。玄武岩纤维同碳纤维、芳纶和超高分子量聚乙烯并称为四大高技术纤维，其生产过程中无污染，作为天然矿石制成的纤维，使用后可自然降解，是一种高性能绿色纤维。玄武岩纤维具有优良的力学性能，其拉伸强力大于E玻璃纤维，而且价格相对较低，应用前景十分广阔。此外，玄武岩纤维熔点高、耐腐蚀性较好，还具有优良的减震性，可广泛应用于高温隔热、化学过滤、建筑、隔音等领域。通过对钢纤维的使用能较大程度的提升混凝土的强度，相当于普通混凝土技术的好几倍，还能提高抗拉能力。与普通的混凝土技术比较来看，钢纤维混凝土技术的强度更高一些，所以才有更佳的冲击性能。基于此，本篇文章对玄武岩纤维和钢纤维含量对树脂基摩擦材料性能的影响进行研究，以供参考。

关键词：玄武岩纤维；钢纤维含量；树脂基摩擦材料；性能影响

引言

玄武岩纤维(BF)是以天然玄武岩在1450~1500C熔融后拉制的连续纤维，具有强度高、电绝缘、耐腐蚀、耐高温等特性。BF是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料，产品废弃后可直接在环境中降解，无任何危害。钢纤维混凝土技术指的就是在结合混凝土和钢纤维的基础上所形成的抗拉能力极强的混凝土技术。

1玄武岩纤维表面结构及成分

玄武岩纤维是由天然的、耐多种酸腐蚀的二氧化硅及其它氧化物组成的,经高温熔融拉制成的无机连续纤维。纤维外表光滑,有金属光泽,以层状结构单元为主,链状结构单元和岛状结构单元为辅,属“类平面结构”。地球熔岩形成的玄武岩纤维,含多种化学成分,不同矿床,化学成分含量变化大,同时玄武岩纤维的性能受化学成分含量的影响。玄武岩纤维中含量最高也是最主要的成分是SiO₂,其次是Al₂O₃,而后是含铁氧化物(FeO、Fe₂O₃)等。其中二氧化硅和氧化铝的含量是影响纤维的机械性能和化学稳定性,含铁氧化物是影响纤维的导热性能和使用温度,氧化钙、氧化镁的含量影响纤维的耐腐蚀性和化学稳定性,而二氧化钛的含量对熔化材料制备细纤维有影响。所以不同地区的玄武岩其性会随化学成分含量的不同而不同。

2钢纤维

2.1钢纤维混凝土的性能

钢纤维混凝土是硬化普通混凝土，由于其性能特殊，这类混凝土被大规模用于道路铺面、桥梁结构和住宅结构的施工。与常规混凝土材料相比，钢纤维混凝土可以满足目前道路所需的各种特性。钢纤维混凝土的材料特征在路桥施工应用中非常有效，特别是其物理和机械性能，即优异的可压缩性和抗弯强度。与常规的建筑材料比较，在混凝土中添加钢纤维不但在一定程度上提高了抗压强度和抗弯强度，而且可以提高抗冲击性。良好的物理性能和机械性能对路桥工程中由于温度等原因引起的结构变形十分有效，也可以显著提高其抗收缩性能。钢纤维混凝土不仅有物理力学的优点，还具有优于普通混凝土的其他优点，例如，优于普通混凝土好的抗开裂性和抗冻性。

2.2钢纤维混凝土特点

相比于传统普通的混凝土结构，钢纤维材料的加入能够形成一种新型复合材料，这种新型钢纤维混凝土材料有着更强的抗外界冲击力和抗裂性能，能够有效减少传统道路桥梁混凝土结构裂缝发生概率。可见，在道路桥梁工程项目中，钢纤维混凝土技术有着良好的特点和应用价值。具体来讲，其特点主要体现在强度高、抗裂性好、冲击能力强等方面。

2.2.1强度较高

很多道路桥梁出现的严重裂缝问题都是由于混凝土缺乏足够高的强度、延展性有待进一步提升。现代道路桥梁建设规模不断扩大，结构功能逐渐增多，传统的普通混凝土材料已经难以充分满足工程要求。相比于传统的混凝土结构，钢纤维混凝土有着更高的强度。钢纤维混凝土是一种混合材料，融合应用了混凝土材料和短钢纤维。相比于传统混凝土，钢纤维混凝土在同等重量货物下的抗变形作用更强。通过对实际应用情况进行分析可知，在道路桥梁中应用钢纤维混凝土结构可以将结构裂缝出现的概率大大降低。不过该技术虽然能够显著提升道路桥梁的强度，但是也会大大增加桥梁自身的重量。

2.2.2抗外界冲击能力强

钢纤维混凝土比传统混凝土的抗冲击能力和抗压能力更强。通过相关研究可知，按照2%含量控制短钢纤维得到的钢纤维混凝土的抗冲击能力是普通混凝土的50倍，这对道路桥梁整体结构的抗冲击能力有很大的提升。在地震等自然灾害发生时，道路桥梁的抗冲击能力更强，如果没有钢纤维的辅助，道路桥梁很可能会发生裂缝、破损甚至坍塌。可见，钢纤维混凝土在提升道路桥梁结构整体抗冲击能力和抗压能力方面效果显著，有助于提升路桥整体性能。

3实验部分

3.1主要原料

酚醛树脂；丁腈橡胶粉，粒径约为187μm；玄武岩纤维，长度为0.3~0.5mm；钢纤维；石墨，粒径约为150μm；二硫化钼；氧化铝，粒径为13~44μm；二氧化硅，粒径约为2μm；石油焦炭，粒径为300~850μm，粒径约为44μm；高温耐磨剂。

3.2样品制备

按照表1配比，利用热压烧结技术制备出不同摩擦样品。在高速搅拌机中对不同配比的原料进行混合，混合时间为4min；然后将干燥后的混合料放入预热好的模具中，在平板硫化机上进行热压。其成型在160℃和30MPa下进行，热压时间为15min。为使树脂充分固化并消除残余应力，将试样放入高温电炉中进行固化热处理，在170℃温度下保温7h，随炉冷却后得到成品。

4结果与讨论

对于轨道刹车片来说，摩擦因数的高低直接影响着制动性能的反应速度与制动效果，摩擦因数过高会导致摩擦盘抱死，加剧摩擦盘制动盘的磨损；摩擦因数过低会导致制动距离变长，造成制动失效带来安全隐患，因此需要摩擦因数稳定且适宜。因数，我们可以看出随着钢纤维含量与玄武岩纤维含量的增加，平均摩擦因数呈现先增加后减小的趋势，对于单个试样来说，随着制动初速度的增加，平均摩擦因数在增加。其原因是随着钢纤维含量增加，在摩擦磨损过程中钢纤维被剥离、拉拔和剪切的可能性提高，脱落后在摩擦面上形成磨粒，犁削作用加大，所提供的摩擦力矩增大，导致摩擦因数升高。另一方面，随着玄武岩纤维含量减少，摩擦过程中断裂的玄武岩纤维在摩擦材料表面形成的磨粒减少，磨粒所导致的犁沟效应逐步减少，因此摩擦因数逐渐减小。

结束语

玄武岩纤维因其优异的热学、力学、电磁学等特性,再加之较其他高性能纤维成本低,玄武岩纤维未来的应用领域十分广阔。无论是军工、民工还是基建,无论是作为滤袋、军事设备的结构材料还是过滤材料、隔音隔热材料,玄武岩纤维及其复合材料都有用武之地。目前在产业用纺织品上,玄武岩纤维开始展露,但在日常服饰中,玄武岩纤维使用很少,未来可以利用其电磁学、耐热性等性能,朝着智能纺织品方向应用,为服装纺织品注入新的生机。

参考文献

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