加载中…用于摩擦密封材料的新原料集锦（三-3）
(2011-07-04 11:19:29)
标签：
矿物纤维岩棉摩擦材料密封材料摩擦密封协会刹车片密封垫片杂谈 |
分类： 原料之窗 |
用于摩擦密封材料的新原料集锦
中国摩擦密封材料协会特聘顾问
谭康
《摩擦密封材料》编 辑 部 主任
第三章
功能填料
1、TIMREX®人工石墨
TIMREX®人工石墨由瑞士物密高集团（TIMCAL
GROUP）公司生产，在我国江苏常州市建有分厂，直接生产和经营该项产品业务。就摩擦材料的技术要求而言，由于石墨作为碳质原料，具有很高的热容和导热系数，所以能较多地吸收由摩擦功转化的热量，并顺利地散发出去，有助于提高摩擦材料的耐温性能；石墨为鳞片层叠结构，硬度又很低，可以作为减磨材料以调整摩擦系数；石墨颗粒富含微孔，且具弹性恢复作用，所以被赋予良好的阻尼功能，在摩擦材料中起到减小震动、遏制噪音的效果。于是很早以来石墨就在摩擦材料中得到普遍应。不过早先应用研究的是天然石墨，除少数矿山的石墨纯度很高以外，大多数天然石墨的灰分含量较高，结晶状态和颗粒尺寸不规则，不符合当代摩擦材料高性能化及配方设计精细化的应用要求。此后国外首先开发出人工石墨供应市场，现在我国常州市武进化东特种纤维制造有限公司、常州宏泰摩擦材料有限公司等企业也能生产销售此类产品。瑞士特密高集团公司生产的TIMREX®牌人工石墨是以严格控制的石墨化工艺制造的，具有规范的颗粒分布，极高的石墨含量和完美的晶体结构，因而表现出杰出的应用效果。该公司人工石墨共有T型和KS型两个产品系列，对它们的技术参数、应用方向及性能优点分另介绍如下：
1T型人工石墨
表3—6
T型人工石墨的技术参数
|
牌号
|
颗粒规格
（µm）
|
灰分
（%）
|
水分
（%）
|
微晶高度LC
（nm）
|
轻拍密度
（g/cm³）
|
DBP吸收
(g/100g)
|
|
T-75
|
75
|
0.07
|
0.1
|
>100
|
0.21
|
103
|
|
T-15-75
|
15~75
|
0.03
|
0.02
|
>100
|
0.33
|
70
|
|
T150
|
150
|
0.09
|
0.05
|
>100
|
0.51
|
59
|
|
T150-600
|
150~600
|
0.09
|
0.05
|
>100
|
0.59
|
23
|
|
T-800
|
800
|
0.08
|
0.05
|
>100
|
0.64
|
33
|
|
T200-2000
|
200~2000
|
0.08
|
0.03
|
>100
|
0.73
|
21
|
片体形状:
有尖角的鳞片,富含微孔.
应用范围:
特别适用于有机粘结型离合器面片(纸基、纤维基)和有机粘结型制动器衬片（半金属、无金属、低金属）。
性能优点：
*润滑性能好；
*可减小磨损，稳定摩擦系数
*导热性好；
*弹性恢复及散热性好，可抑制热焊点和厚度差震动（DTV）的发生；
*即使在石墨比例很低的情况下，对刹车片的减磨作用级较明显；
*具有自润滑作用含有大量微孔，可降低噪音、减小震动；
*很容易被有机粘结剂浸润，而且其颗粒与粘结剂的粘结强度很高。
2KS型人工石墨
表3—7
KS型人工石墨的技术参数
|
牌 号
|
颗粒
(µm)
|
灰分
（%）
|
水分
（%）
|
微晶高度LC
（nm）
|
轻拍密度
（g/cm³）
|
DBP吸收
（g/100g）
|
|
KS75
|
75
|
0.07
|
0.1
|
>100
|
0.24
|
98
|
|
KS5-75TT
|
5~75
|
0.04
|
0.02
|
>100
|
0.41
|
45
|
|
KS150
|
150
|
0.06
|
0.05
|
>100
|
0.60
|
52
|
|
KS500
|
500
|
0.06
|
0.04
|
>100
|
0.80
|
25
|
|
KS150-600SP
|
150~600
|
0.06
|
0.04
|
>100
|
0.77
|
17
|
|
KS300-1250
|
300~1250
|
0.06
|
0.04
|
>100
|
0.72
|
14
|
片体形状：
不规则的球面三角形。
应用范围：
特别适用于烧结合金属型离合器面片和制动器衬垫。
性能优点：
*具有良好的润滑性；
*具有良好的转移膜形成性能；
*在规定指标内的摩擦系数比较稳定；
*热传导性好；
*可抑制热焊点和DTV的发生；
*与金属屑的混合性好；
*即使在中等使用比例下也能达到充足的机械强度。
2、TIMREX®天然石墨
该产品虽然属于天然矿物材料，但是由于原矿来自优质矿山，又经过物密高公司的精细选分、加工和检验，所得到的产品在片径分布、化学成分和碳含量等方面达到了相当高的质量水平，可与人工石墨相媲美。TIMREX®天然鳞片石
墨的技术参数、应用方和性能优点分别介绍如下:
表3—8
TIMREX®天然石墨的技术参数
|
牌 号
|
颗粒规格
或细度
|
灰分
（%）
|
水分
（%）
|
微晶高度LC
（nm）
|
轻拍密度
（g/cm³）
|
DBP吸收
（g/100g）
|
|
GA95/75
|
75~95µm
|
<5
|
<0.5
|
>350
|
0.5
|
91
|
|
-150目FR
|
150目
|
<7
|
<0.5
|
>350
|
0.65
|
41
|
|
-100目FR
|
100目
|
<7
|
<0.5
|
>350
|
0.75
|
42
|
|
-80目FR
|
80目
|
<7
|
<0.5
|
>350
|
0.69
|
37
|
|
80×150目FR
|
110~180µm
|
<7
|
<0.5
|
>350
|
0.74
|
16
|
|
50×100目FR
|
130~300目
|
<7
|
<0.5
|
>350
|
0.78
|
11
|
|
50×80目FR
|
180~300目
|
<7
|
<0.5
|
>350
|
0.82
|
10
|
|
20×50目FR
|
300~830目
|
<7
|
<0.5
|
>350
|
0.77
|
10
|
片体形状
鳞片状。
应用范围：
适用于制造一切有机粘结型摩擦材料尤其适合制造鼓式制动器衬片和火车制动器衬垫。
性能优点：
*具有良好的转移膜形成性能；
*热传导性好；
*润滑性能优异。
3、TIMREX®石油焦炭
焦炭粉作为高纯度的碳质原料，近年在摩擦材料中也得到了较为普遍的应用。焦炭分为3种：煤炭焦炭、煤气焦炭和石油焦炭。冶金煤炭焦炭和煤气焦炭脆而易碎，不能用于摩擦材料；只有石油焦炭的弹性及颗粒稳定性好，非常适用于摩擦材料。石油焦炭的性能取决于石油原料的质量、成焦技术以及煅烧的时间和温度。TIMREX®石油焦炭是经适当温度焙烧并以特殊工艺加工制造的焦炭粉，以灰分、硫含量很低和不含挥发分著称，而且颗粒具有有向流动性及晶体镶嵌结构，能在摩擦材料中起到润滑、减震、耐磨等作用，如果与TIMREX®人工石墨配合使用，效果更佳。我国常州市武进华东特种纤维制造有限公司和常州宏泰摩擦材料有限公司也能生产此种产品，称作煅烧焦炭或柔性焦炭。TIMREX®石油焦炭的技术参数、应用方向和性能优点介绍于下：
表3—9
TIMREX®石油焦炭技术参数
|
牌 号
|
颗粒规格
µm
|
灰分
（%）
|
水分
（%）
|
微晶高度LC
（nm）
|
轻拍密度
（g/cm³）
|
DBP吸收
（g/100g）
|
|
FC250
|
250
|
0.07
|
0.02
|
-2.5
|
0.91
|
6.0
|
|
FC800
|
800
|
0.07
|
0.02
|
-2.5
|
1.00
|
6.0
|
|
FC250-1500
|
250~1500
|
0.07
|
0.02
|
-2.5
|
0.90
|
5.6
|
颗粒形状：
不规则形状
应用范围：
适用于各种烧结型和有机粘结型摩擦材料。
性能优点：
*由于灰分低，所以磨损较小；
*摩擦系数稳定衰退小；
*热稳定性好；
*可降低噪音特别是降低中频或高频噪音。
TIMREX®碳质产品对于摩擦材料的性能优点综述
1低密度和内微孔
石墨的理论密度为2.26
g/cm³。煅烧石油焦炭约为2.05
g/cm³。如此已述，TIMREX®牌产品的轻拍密度却低得多，均不足1.00
g/cm³。碳质颗粒材料的密度通常使用比色计以二甲苯法测定。TIMREX®石墨中的微孔为内封闭微孔，如果颗粒的粒径大。颗粒里极小及中等微孔的孔径一般在100nm以内。TIMREX®石墨可以赋予摩擦材料以下性能：
*粗糙的颗粒表面有利于使它牢固地粘结于树脂基质中；
*以较低的重量比例就可以在摩擦材料中达到所需的体积含有率；
*封闭的细小及中等微孔能促使摩擦接触表面声波的消散，同时显示出优异的震动阻尼作用衰减系数高达0.7-0.8,满足了摩擦材料所需的宝贵降噪、减震作用。
2吸油性
借鉴碳黑吸油法的测定法，通过石墨对油或酞酸二丁酯（DBP）的吸收值，可以确定添加填料的复合材料（如有机粘结型摩擦材料）对树脂的消耗量，以此作为配方设计都采用的重要依据。试验结果显示，石墨中细粒比例低者DBP吸收量小，细粒比例高都DBP吸收量大。相应地，前者对树脂的消耗量就小，使增加其也细粒填料（如氧化物、硫化物）用量的努力成为可能，反之亦然。某些牌号石墨粉的DBP吸收值列于下表：
表3—10
几种石墨的DBP吸收值
|
KS5-75TT
|
KS150-600SP
|
RI50-600
|
50×100目FR
|
FC250-1500
|
|
45
|
17
|
23
|
11
|
6
|
3导热性
石墨的导热性取决于其结晶性和颗粒大小。首先TIMREX®人工石墨的热容很高，随着温度的增大该数值大幅度上升。在20℃~100℃内的比热为0.5J/(g·K),在200℃时的比热则升到0.99
J/(g·K)。其次是导热系数，石墨颗粒越大的导热系数越高。导热性测定采用的是稳态科劳氏（Kohlrasch）法。各种石墨（包括焦炭）的导热系数列于下表：（单位：λ=W/m.k,在密度2.23
g/cm³、温度25 ℃下测得。）
表3—11
各等级石墨的导热系数
|
天然级
|
KS级
|
T级
|
小片级
|
焦炭
|
|
190
|
140
|
130
|
110
|
12
|
综合考虑石墨的各种性能，最适合于摩擦材料的TIMREX®人工石墨是KS级和T级产品，既然它们具有如此好的导热性，因此应用于摩擦材料会给用户带来以下感兴趣的优点：
*衬片上的温度分布更为均匀，可最大限度地减少应力龟裂；
*可减少热焊点和过热区，保障刹车片的热-弹稳定性；
*摩擦系数随温度升高发生的衰减很小，可减轻摩擦震颤、噪音和剪切应力的发生；
*摩擦片温度负荷的降低，可大大减少烧蚀和熔焊磨损。
4负荷-变形性能
石墨的负荷-变形性能可以定性反映颗粒的机械性能如强度、脆性、弹性等，有助于解释摩擦过程的变形与磨损机理。TIMREX®石墨和焦炭具有良好的负荷-变形性能，有关数据列于下表：
表3-12
TIMREX®石墨和焦炭的负荷-变形性能
|
材料名称
|
塑性变形（%）
|
弹性变形（%）
|
弹性+塑性变形（%）
|
|
T级石墨
|
2.6
|
1.1
|
3.7
|
|
KS级石墨
|
1.4
|
1.4
|
2.8
|
|
小片石墨
|
0.47
|
0.22
|
0.69
|
|
TIMREX®焦炭
|
0.21
|
0.1
|
0.31
|
|
天然石墨FR
|
5.2
|
1.2
|
6.4
|
这些优良的变形性能给摩擦材料带来以下好处：
*颗粒良好的塑性变形可使刹车片形成平没的摩擦表面稳定、密实、光滑的转移膜；
*相对较高的弹性可降低颗粒棱边疲劳破坏的风险，因而减少刹车片的粉尘形成及磨损；
*石墨颗粒的弹性有助于增加摩擦副之间的有效接触面积，并降低由粗糙质点引起的噪音。
4、美国艾斯博瑞石墨公司的石墨和焦炭&活性炭
美国艾斯博瑞石墨公司在世界上率先将优质石墨和碳素产品运用于摩擦工业，在过去的110年里，其产品行销全球30多个国家。产品种类齐全，常规产品有天然石墨、人造石墨、石墨化焦、冶金焦、石油焦；特殊专业产品有碳纤维、活性碳、硬质碳和碳黑等，广泛应用于制动衬片、离合器面片和其他专业摩擦材料。美国艾斯博瑞公司产品由青岛中孚行贸易有限公司在化总经销。
表3-13
美国艾斯博瑞人造石墨的性能参数
|
规格
|
4955
|
4957
|
A60
|
A625
|
4071
|
4110
|
|
|
%含碳量
|
99.71
|
99.84
|
99.89
|
99.02
|
99.78
|
99.83
|
|
|
%水分
|
0.1
|
0.1
|
0.103
|
/
|
/
|
/
|
|
|
%挥发性
|
/
|
/
|
0.503
|
/
|
/
|
/
|
|
|
实际密度（g/ml）
|
1.8Min
2.2Max
|
2.21
|
/
|
2.19Min
2.33Max
|
/
|
/
|
|
|
比表面积（m²/g）
|
/
|
8.94
|
4.07
|
5.55
|
/
|
/
|
|
|
粒度分析
|
+10目
|
/
|
/
|
/
|
/
|
/
|
0
|
|
+16目
|
0
|
/
|
/
|
/
|
0.05
|
/
|
|
|
+20目
|
2.33
|
/
|
/
|
/
|
0.39
|
/
|
|
|
+40目
|
/
|
/
|
/
|
/
|
43.59
|
/
|
|
|
+60目
|
81.4
|
/
|
/
|
/
|
37.95
|
/
|
|
|
+80目
|
9.73
|
/
|
/
|
/
|
13.32
|
/
|
|
|
+100目
|
4.2
|
0.01
|
0.79
|
0.05
|
1.97
|
2.46
|
|
|
-100目
|
2.35
|
/
|
/
|
/
|
2.78
|
/
|
|
|
+140目
|
/
|
/
|
/
|
/
|
/
|
39.3
|
|
|
+200目
|
/
|
2.21
|
12.34
|
0.88
|
/
|
39.87
|
|
|
-200目
|
/
|
/
|
/
|
/
|
/
|
18.35
|
|
|
+325目
|
/
|
14.93
|
26.02
|
8.66
|
/
|
/
|
|
|
-325目
|
/
|
82.85
|
60.85
|
90.46
|
/
|
/
|
|
表3-14
美国艾斯博瑞公司焦炭&活性碳的性能参数
|
规格
|
4079
|
4249
|
4705
|
5562
|
|
|
种类
|
煅烧海绵焦炭
|
煅烧海绵焦炭
|
石油焦
|
活性碳
|
|
|
%含碳量
|
99.86
|
99.08
|
99Min
100Max
|
96.81
|
|
|
%含水量
|
0.22
|
0.58
|
0.06
|
2.42
|
|
|
%含硫量
|
1.93
|
2.6
|
/
|
/
|
|
|
%灰分
|
0.14
|
2Max
|
0.2
|
/
|
|
|
实际密度（g/ml）
|
/
|
/
|
1.95
|
/
|
|
|
粒度分析
|
+18目
|
/
|
/
|
7
|
/
|
|
+20目
|
0.01
|
/
|
/
|
/
|
|
|
+35目
|
/
|
/
|
57
|
/
|
|
|
+40目
|
18.99
|
/
|
/
|
/
|
|
|
+60目
|
/
|
/
|
33
|
/
|
|
|
+70目
|
60.14
|
/
|
/
|
/
|
|
|
+100目
|
13.66
|
0.05
|
/
|
0.01
|
|
|
+120目
|
/
|
/
|
3
|
/
|
|
|
-120目
|
/
|
/
|
0.5
|
/
|
|
|
+200目
|
5.76
|
2.12
|
/
|
4.27
|
|
|
-200目
|
1.45
|
/
|
/
|
/
|
|
|
+325目
|
/
|
17.19
|
/
|
26.03
|
|
|
-325目
|
/
|
80.7
|
/
|
68.35
|
|
最近润滑剂家族又增添了一名新成员—氟化石墨。它是科技含量很高的石墨深加工产品，大大拓宽了石墨的应用领域，介入了许多尖端用途。例如它的润滑性能达到了一个全新的水平，获得了“减摩五”的美誉。该产品由成都市心缘化工开发有限公司开发成功，并申请服国家专利。
氟化石墨最突出的优点是它的卓越润滑性能。其层状结构由键能大而极性小的C-F官能团构成，表面能和单层之间的作用力都很小，热稳定性和化学稳定性非常好。可耐400℃~500℃高温，在干燥及潮湿环境下的润滑性能均佳，摩擦系数小，使用寿命长，优于石墨和二硫化钼等润滑剂，在摩擦材料中能够起到减磨和调节高温摩擦系数等作用。
此外它还可以用一密封材料。将它加入碳纤维复合材料中，可增强产品的负荷能力，降低表面产生的摩擦热。例如日本碳素公司以石墨纤维浸渍氟化石墨和聚四氟乙烯制造的高级盘根，被用于高速、高温、高压场合。由于氟化石墨的表面很小，又不具腐蚀性，把它涂覆在密封材料的表面，可以大大改善防粘连效果，便于机器部件及密封材料的拆卸和更换。
注：本文摘录于《回顾与展望——纪念中国摩擦密封材料协会成立二十周年》
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