橡胶粉对摩擦材料性能的影响研究

张 豪，侯彩红，郭雪芳

（1石家庄硕若科技有限公司，河北 石家庄 050051；2 咸阳非金属矿研究设计院有限公司，陕西 咸阳 712021）

增韧剂是具有降低复合材料脆性和提高复合材料抗冲击性能的一类助剂。现在摩擦材料行业普遍使用的增韧剂主要有：丁腈橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶粉、复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉等。复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉主要成份为乙丙橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶（根据不同需要使用不同橡胶），以及系列橡胶配合剂、促进剂、各种摩擦性能调节剂等功能材料，如阻燃剂，耐高温材料、防老剂等，通过以上各种材料的比例配置使其综合性能明显优于单独使用橡胶的性能。

本研究将复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉和丁腈橡胶粉分别按5%和10%比例加入到摩擦材料配方中，用定速式摩擦试验机和冲击强度试验机测试摩擦材料样品的升温摩擦系数、降温摩擦系数、体积磨损率、重量磨损、洛氏硬度和冲击强度性能。

1 试验装置和方法

1.1 摩擦性能试验

本试验参照GB 5763-2008[1]中规定的方法，虽然GB 5763-2008已经被GB 5763-2018所代替，但摩擦材料业内专家一致认为，定速式摩擦试验机是企业研究配方比较好的方式之一，因为GB 5763-2008规定的测试方法的优势在于测试周期短、成本低、准确度较高，尤其是摩擦性能的测试。

1.2 方法

用定速式摩擦试验机测试摩擦材料样品的升温摩擦系数、降温摩擦系数、体积磨损率、重量磨损；用硬度计测试摩擦材料的洛氏硬度；用冲击强度试验机测试摩擦材料的冲击强度。

2 试验结果及分析

2.1 丁腈橡胶粉和橡胶粉各加入5%

在摩擦材料配方中，加入5%丁腈橡胶粉，其他组分不变，经过混料、称料、热压、热处理、磨削等工序制备的摩擦材料产品，样品编号为6BP-J-07-01，对其进行升温摩擦系数、降温摩擦系数、体积磨损率、重量磨损、洛氏硬度和冲击强度性能的测试，测试结果见表1。

表1 摩擦材料配方含有5%丁腈橡胶粉测试结果Table 1 Test results of friction material formula containing 5% NBR powder

在摩擦材料配方中，加入5%复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉，其他组分不变，经过混料、称料、热压、热处理、磨削等工序制备的摩擦材料产品，样品编号为BP-J-07-01，对其进行升温摩擦系数、降温摩擦系数、体积磨损率、重量磨损、洛氏硬度和冲击强度性能的测试，测试结果见表2。

表2 摩擦材料配方含有5%复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉测试结果Table 2 Test results of friction material formula containing 5% composite elastic friction particles and noise reduction and wear-reducing rubber powder

2.1.1 升温阶段摩擦系数

为了将测试数据体现得更直观，我们将配方中含5%丁腈橡胶粉和含5%复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉升温摩擦系数做了趋势对比图，如图1所示。从图1可以清楚地看到，配方含有5%复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉升温摩擦系数趋于平稳，不会大起大落，配方含有5%丁腈橡胶粉升温摩擦系数200℃之前差别不大，200℃之后摩擦系数衰退较为明显。

图1 5%丁腈橡胶粉和5%橡胶粉升温摩擦系数对比趋势图Fig.1 Comparison trend of heating friction coefficient between 5% NBR powder and 5% rubber powder

2.1.2 降温阶段摩擦系数

为了将测试数据体现得更直观，我们将配方中含5%丁腈橡胶粉和含5%复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉降温摩擦系数做了趋势对比图，如图2所示。从图2可以清楚地看到，100℃和150℃二者摩擦系数很接近，差别不大。整体来看，配方含有5%复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉降温摩擦系数趋于平稳，最大摩擦系数和最小摩擦系数之差为0.03，然配方含有5%丁腈橡胶粉升温摩擦系数最大摩擦系数和最小摩擦系数之差为0.05。

图2 5%丁腈橡胶粉和5%橡胶粉降温摩擦系数对比趋势图Fig.2 Comparison trend of cooling friction coefficient between 5% NBR powder and 5% rubber powder

2.1.3 体积磨损率

从表1和表2数据可以看出，配方中含5%丁腈橡胶粉的体积磨损率合计0.18×10-7cm3/(N·m)，配方中含5%复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉的体积磨损率合计0.15×10-7cm3/(N·m)。前者比后者体积磨损率高0.03×10-7cm3/(N·m)。后者比前者耐磨损。可见，在摩擦材料配方中加入后者可以起到预期的降摩、减磨效果。

2.1.4 重量磨损

从表1和表2数据可以看出，配方中含5%丁腈橡胶粉的重量共磨损0.48g，配方中含5%复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉的重量共磨损0.49g。前者比后者重量磨损低0.01g，二者的重量磨损几乎一致，差别不大。在摩擦材料配方中加入二者都可以起到降低重量磨损的作用。

2.1.5 洛氏硬度

从表1和表2看出，配方中含5%丁腈橡胶粉的洛氏硬度为88.2，配方中含5%复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉的洛氏硬度为112.8。前者比后者洛氏硬度低24.6。丁腈橡胶粉耐高温差但降低硬度效果好。

2.1.6 冲击强度

从表1和表2看出，配方中含5%丁腈橡胶粉和复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉的冲击强度均为0.342 J/cm3，测试结果无差别。通常情况下，配方中加入少量丁腈橡胶和橡胶粉，其目的和作用是增加产品韧性和强度。

2.2 丁腈橡胶粉和橡胶粉各加入10%

在摩擦材料配方中，加入10%丁腈橡胶粉，其他组分不变，经过混料、称料、热压、热处理、磨削等工序制备的摩擦材料产品，样品编号为6BP-J-07-02，对其进行升温摩擦系数、降温摩擦系数、体积磨损率、重量磨损、洛氏硬度和冲击强度性能的测试，测试结果见表3。

表3 摩擦材料配方含有10%丁腈橡胶粉测试结果Table 3 Test results of friction material formulations containing 10% NBR powder

在摩擦材料配方中，加入10%复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉，其他组分不变，经过混料、称料、热压、热处理、磨削等工序制备的摩擦材料产品，样品编号为BP-J-07-02，对其进行升温摩擦系数、降温摩擦系数、体积磨损率、重量磨损、洛氏硬度和冲击强度性能的测试，测试结果见表4。

表4 摩擦材料配方含有10%复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉测试结果Table 4 Test results of friction material formula containing 10% composite elastic friction particles and rubber powder for noise reduction and wear reduction

2.2.1 升温阶段摩擦系数

为了将测试数据体现得更直观，我们将配方中含10%丁腈橡胶粉和含10%复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉升温摩擦系数做了趋势对比图，如图3所示。从图3可以清楚地看到，配方含有10%复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉升温摩擦系数趋于平稳，不会大起大落，配方含有10%丁腈橡胶粉升温摩擦系数250℃之前差别不大，300℃和350℃摩擦系数衰退较为明显。

图3 10%丁腈橡胶粉和10%橡胶粉升温摩擦系数对比趋势图Fig.3 Comparison trend of heating friction coefficient between 10% NBR powder and 10% rubber powder

2.2.2 降温阶段摩擦系数

为了将测试数据体现得更直观，我们将配方中含10%丁腈橡胶粉和含10%复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉降温摩擦系数做了趋势对比图，如图4所示。

图4 10%丁腈橡胶粉和10%橡胶粉降温摩擦系数对比趋势图Fig.4 Comparison trend of cooling friction coefficient between 10% NBR powder and 10% rubber powder

从图4可以清楚地看到，二者摩擦系数很接近，差别不大。整体来看，配方含有10%复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉降温摩擦系数趋于平稳，最大摩擦系数和最小摩擦系数之差为0.04，然配方含有10%丁腈橡胶粉降温摩擦系数最大摩擦系数和最小摩擦系数之差为0.05。

2.2.3 体积磨损率

从表3和表4看出，配方中含10%丁腈橡胶粉的体积磨损率合计0.14×10-7cm3/(N·m)，配方中含10%复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉的体积磨损率合计0.16×10-7cm3/(N·m)。前者比后者的体积磨损率低0.02×10-7cm3/(N·m)。前者和后者的差别不是很大，摩擦材料配方中加入二者都可以起到预期的降摩、减磨效果。

2.2.4 重量磨损

从表3和表4看出，配方中含10%丁腈橡胶粉的重量磨损合计0.46g，配方中含10%复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉的重量磨损合计0.49g。前者比后者重量磨损低0.03g。配方中加入前者可以起到明显降低重量磨损的作用。

2.2.5 洛氏硬度

从表3和表4看出，配方中含10%丁腈橡胶粉的洛氏硬度为85.6，配方中含10%复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉的洛氏硬度为115.6。前者比后者洛氏硬度低30。丁腈橡胶粉耐高温差但降低硬度效果好。

2.2.6 冲击强度

从表3和表4的数据可以清楚看出，配方中含10%丁腈橡胶粉的冲击强度为0.558 J/cm3，配方中含10%复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉的冲击强度为0.31 J/cm3，前者比后者冲击强度高0.248 J/cm3。对于摩擦材料来说，冲击强度越大，容易产生噪音，损伤摩擦对偶。

3 结论

（1）增韧剂质量的好坏决定着摩擦材料产品的摩擦系数、洛氏硬度、冲击强度等性能。

（2）选择合适的增韧剂会使摩擦材料产品具有耐热衰退、稳定摩擦系数，耐磨损、寿命长、硬度适中、噪音小等优点。

（3）丁腈橡胶粉耐高温性能差，降低硬度效果好，冲击强度好。

（4）复合弹性摩擦颗粒及减噪减磨橡胶粉显示耐高温性能好，降低磨损的作用好。