摩擦材料是典型的復合材料，通常由粘結材料（橡膠或樹(shù)脂）、增強材料（有機或無(wú)機纖維）和填料（以礦物粉體為主）組成，其中礦物材料既可發(fā)揮增強功能，也可起填料作用，且占比最大，對摩擦材料使用效能的影響也最顯著(zhù)，是摩擦工程領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的對象。
石英、長(cháng)石、滑石、云母、螢石、硅藻土、重晶石、蛭石、沸石、冰晶石等等非金屬礦物是摩擦材料行業(yè)主要的增阻礦物材料，對摩擦材料的摩擦系數、磨損量、熱穩定性、強度等具有顯著(zhù)影響。
1、常用的增阻礦物材料
礦物填料在摩擦材料中主要起調節摩擦系數、硬度、密度和密實(shí)度，同時(shí)改善制品的制動(dòng)噪音，改變其外觀(guān)特征并降低成本的作用。
摩擦材料中常用作填料的非金屬礦物種類(lèi)繁多，包括石英、長(cháng)石、滑石、云母、蛭石、鋯石、沸石、蛇紋石、重晶石、石墨、白云石、石膏、菱鎂礦、剛玉、螢石、冰晶石等。此外，摩擦材料中也使用一些巖石填料，如陶土、硅藻土、石灰石、鋁礬土等。
?。?）重晶石
重晶石屬于硫酸鹽礦物，相對密度4.3-4.5g/cm3，是非金屬礦物中密度最大的礦種，具低磨損性，化學(xué)性質(zhì)穩定，在高溫下具有非常低的質(zhì)量損失和較低的熱膨脹率，在500-1300℃范圍內的質(zhì)量損失率僅為0.5%，線(xiàn)性膨脹系數為20×10-6（1/℃）。
作為摩擦材料，重晶石的摩擦系數較高且穩定，磨耗小，摩擦噪音低；在高溫下能形成穩定的摩擦界面，可以防止摩擦副表面擦傷，使摩擦副表面更光潔。
我國是重晶石生產(chǎn)大國，生產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的1/3。2014年，全球約生產(chǎn)重晶石915萬(wàn)噸，其中約2.7%被用作礦物填料。
?。?）螢石和冰晶石
螢石和冰晶石都屬于氟化物礦物，雖然其硬度不高，但作為摩擦填料都具有良好的增阻效果。特別是冰晶石，其分別在570℃、730℃和990℃存在明顯的相變或熔融吸熱反應，作為摩擦材料具有提高制品高溫穩定性的顯著(zhù)作用。螢石熔體的粘度較低，對其他顆粒填料具有膠結作用，也可以提高摩擦材料的高溫耐磨性。
我國是螢石生產(chǎn)、消費與出口大國，每年的螢石生產(chǎn)量約400萬(wàn)噸、國內消費量約600萬(wàn)噸。
?。?）鋯石與剛玉
鋯石屬于島狀硅酸鹽礦物，其線(xiàn)性熱膨脹系數低至5.0×10-6（1/℃），且耐熱震動(dòng)，穩定性良好；鋯石的抗壓強度高，易與其他填料以及有機或無(wú)機粘合劑相容，其次圓形外表僅需少量的粘合劑即可達到高強膠結，并獲得良好的光滑度。研究發(fā)現：鋯石粒度和形貌會(huì )明顯影響摩擦性能，表現在：細顆粒鋯石的摩擦系數較粗顆粒大；在高溫下，粗顆粒鋯石的抗熱震性；大顆粒鋯石對摩擦副的磨損率大于小顆粒者。
剛玉屬于氧化物礦物，不僅硬度高，其耐磨性能也好，研磨硬度是石英的8.33倍；剛玉的抗折強度很高，熱膨脹系數為5.4-6.2×10-6（1/℃），導熱性能良好。
鋯石和剛玉都屬于硬質(zhì)填料，少量添加即可產(chǎn)生良好的增阻效果，不僅摩擦系數高，且制動(dòng)噪聲低。
?。?）蛭石
蛭石是一種具有層狀結構的含水鎂鋁硅酸鹽礦物，膨脹蛭石不燃燒；在約1000℃高溫條件下使用，其性能不會(huì )改變；蛭石能經(jīng)受多次凍融交替作用而不破壞，強度無(wú)明顯下降；膨脹蛭石能在-30℃的低溫下保持體積密度和強度不變，也不發(fā)生任何變形。
作為摩擦材料，膨脹蛭石有很好的吸音性能，可降低制動(dòng)噪聲和制品密度，常用于制備盤(pán)式剎車(chē)盤(pán)。
研究發(fā)現，在汽車(chē)制動(dòng)片中添加蛭石，時(shí)速在20-40km/h時(shí)，摩擦系數隨蛭石添加量增加而增大；時(shí)速在60-120km/h區間時(shí)，摩擦系數隨蛭石添加量增加呈現出先增加后減少的變化。添加5%-10%蛭石時(shí)，摩擦系數增高；蛭石添加量超過(guò)10%時(shí)，摩擦系數隨時(shí)速增大而降低。隨蛭石添加量增加，磨損率出現先降低后增加的變化。時(shí)速高于100km/h后，磨損率變化顯著(zhù)。蛭石添加量在5%左右時(shí)，摩擦系數相對穩定，磨損率也較低。
?。?）沸石
沸石是一族具有架狀結構的含水的堿或堿土金屬鋁硅酸鹽礦物，在摩擦材料中添加沸石，可以充分吸收高溫下樹(shù)脂熱分解釋放的氣態(tài)或液態(tài)水分子、摩擦產(chǎn)生的熱量以及噪聲，具有顯著(zhù)降低熱衰退以及摩擦噪聲的作用。
?。?）硅藻土
硅藻土是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖，作為摩擦材料的填料，硅藻土的吸水、吸熱特點(diǎn)突出，可有效降低摩擦噪音和制品的熱衰退。
增阻（增摩）礦物（巖石）原料種類(lèi)繁多，除上述重點(diǎn)介紹的幾種外，其他還包括長(cháng)石類(lèi)礦物、鋁礬土、石灰巖、白云巖等。長(cháng)石類(lèi)礦物摩擦系數較高（0.6左右），增阻效果顯著(zhù)，但需合理控制添加量和粒度，否則制品的制動(dòng)噪音較高。石灰巖和白云巖作為增阻原料的最大優(yōu)勢是其價(jià)格較便宜、來(lái)源廣泛。
2、增阻礦物材料的發(fā)展方向
目前，使用的增阻（增摩）礦物中，螢石、冰晶石等在高溫工況下具有良好的摩擦學(xué)表現，但它們在高溫下分解會(huì )釋放Cl2或SO2等對環(huán)境有一定污染的氣體，性能優(yōu)異、環(huán)保、經(jīng)濟價(jià)值好的增阻（增摩）礦物原料將是是未來(lái)發(fā)展的方向。
隨著(zhù)我國逐步進(jìn)入汽車(chē)社會(huì )以及工業(yè)化程度的提高，對高性能增阻（增摩）礦物原料的需求會(huì )逐漸增加，要求也會(huì )越來(lái)越高。這對礦物摩擦材料加工產(chǎn)業(yè)既是機遇，同時(shí)也是挑戰，未來(lái)該產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域應該高度關(guān)注以下三個(gè)方面的問(wèn)題。
?。?）圍繞提高傳統礦物增阻材料性能和使用效能的目標，加快表面改性、粒度精準控制等新技術(shù)的研發(fā)以及裝備的技術(shù)配套與升級。
?。?）深化礦物摩擦增阻材料成分-結構-性能-使用效能內在關(guān)系及其綜合效益的分析研究，不斷發(fā)掘新的礦物增阻原料，最大程度地滿(mǎn)足摩擦材料領(lǐng)域對新材料的多樣化需求。
?。?）積極研發(fā)綜合功能好、增阻效果突出、環(huán)境友好的新材料及其加工技術(shù)，真正實(shí)現這一產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展。
資料來(lái)源：摩擦材料中增阻礦物原料的作用及其機理
編輯整理：中國粉體技術(shù)網(wǎng)
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