硫化锑在摩擦材料中的运用

日期:2017-01-03 16:01
        硫化锑在摩擦材料中的运用
                劳伦次卢卡斯黄石摩擦材料公司   胡庆
                  湖南桃江虎山锑锌制品厂         徐仁泉* 胡南秋
   随着汽车工业的迅速发展,对车辆的安全性和舒适性的要求越来越高。摩擦材料对车辆的安全性和舒适性有非常大的影响,因此对现代制动材料的要求越来越高,特别强调摩擦材料要具有稳定的摩擦系数,其中包刮摩擦系数对压力的稳定性,盘式刹车片在制动时压力可高达到50Mpa。摩擦系数对速度的稳定性,其制动速度高达225公里/小时。摩擦系数对温度的稳定性,由于频繁的连续制动,其刹车鼓表面恒定温度高达700度。许多大的摩擦材料公司都用台架试验制动时刹车鼓变为红色的图片作为其技术水平高的象征。以宣传其刹车片高温时的制动性能。由于这样的工况,对摩擦材料的摩擦性能提出了非常高的要求。另一方面,由于车辆的增加,高速公路的大量建成。车辆的噪音严重污染环境,高速制动时的摩擦稳定性和震动对安全也有非常重要的影响。硫化锑在现代摩擦材料中为改善摩擦材料的上述性能起到了非常重要的作用。
十多年来,硫化锑在摩擦材料中的使用迅速发展。可谓异军突起。几乎欧美等各国的摩擦材料制造商都广泛使用。是制造现代摩擦材料中特别重要的原料之一,特别是负荷较重的盘式刹车片.。硫化锑SB2S3,,比重4.12-4.64克/厘米3,松散容重2000克/升,熔点548度。为黑色固体粉末。有金属光泽,由辉锑矿经过精选和化学提纯得到的。硫化锑是重要的工业原料广泛用于冶金工业,高级陶瓷,火柴,烟火,塑料和橡胶工业用阻燃剂和硫化剂等。
湖南桃江虎山锑锌制品厂多年来从事锑制品的研究开发,具有硫化锑,氧化锑,金属锑等多种品种,和6项锑冶炼专利其产品深受国内外客商的关注.。目前,我公司生产的露尖牌硫化锑已经在国内多个著名摩擦材料生产厂广泛使用,并大量出口.目前已有劳伦次公司和其他进出口公司出口到丹麦,英国,美国,德国,波兰等。
桃江虎山锑锌制品厂生产的硫化锑的基本技术指标如下:
1.密度         Density              4.5±0.2 g/cm3                
2.含水量:     Moisture:            最高(Max.)             1.5%      
3.ASTM筛析:-S120 (Sieve analysis  )                              最小(Min.)             98%             
4.硫化锑含量:Sb2S3   content:       最小(Min )             90%       
5镉含量:     Cd  content            最大(MIX)                                  50ppm     
试验部分:试验用具有代表性的盘式刹车片对比样品来源于市场的盘式刹车片。
一:用硫化锑的-盘式刹车片基本配比如下:
各种纤维:                  10-30% 硫化锑等金属硫化物           5-20%
黏合剂                       5-10% 高碳材料                     5-30
其他摩擦性能调整剂和填料     适量
二:基本工艺:混料---压制----热处理
三:试验结果:
1:按照国标GB5763-1998 的试验结果见图1和图2
2:按照欧洲摩擦材料协会的标准AK TEST [1]与市售的OES试验结果比较见图3 –6。
作者介绍:
胡庆 : 劳伦次卢卡斯黄石摩擦材料公司中方经理,工程师,长期从事摩擦材料的开发。
徐仁泉:高级工程师,长期从事摩擦材料的开发研究,厂特约顾问。
胡南秋:高级工程师:长期从事锑制品的研究开发在锑冶金方面有6项专利。锑杂废料提炼超细三氧化二锑为2000年国家新产品开发项目。



3:试验结果讨论:
从试验结果看,使用硫化锑等金属硫化物可以改善摩擦磨损性能,从各种试验的结果看,其摩擦性能都比较稳定,由于硫化锑的熔点比较低,(548度)这一温度时有机黏合剂已经开始分解和失效,或者由于有机黏合剂高温的炭化使摩擦性能发生异常,硫化锑恰好能弥补这一不足,起到 了高温
无机黏合剂和润滑摩擦调整剂的作用。由于硫化锑等高温易熔硫化物的加入保证了重负荷摩擦材料的最重要的温度区间的摩擦磨损性能。
众所周知有机黏合剂在高温时由于有机物的分解容易产生液体或气体,使摩擦材料在高温时产生热衰退,使材料的摩擦性能不稳定,如果减少有机黏合剂用量,由于有机黏合剂的耐温性不好,使高温磨损急剧增加。金属硫化物或熔点低的软金属,能在高温时起到无机黏结作用,这类无机黏合剂的加入改善了摩擦材料的高温磨损。
由于硫化锑属于软金属的硫化物,硫化物在高温时与其他材料如碳产生置换反应,以及在高温时分解的游离硫还能和摩擦材料中的其他金属反应产生新的金属硫化物,如硫化铜,硫化铁,这类硫化物产生表面膜起到保护对偶和减少摩擦副磨损的作用[2]硫化锑的高温分解后生成氧化锑以及在还原剂存在时生产生成金属锑。氧化锑是非常好的阻燃剂 和热稳定剂
,能防止在高温时材料氧化,燃烧,保持摩擦材料的摩擦稳定性,和提高摩擦材料的抗烧蚀性能。能降低有机黏合剂在高温时的分解速度,提高材料的使用寿命。而金属锑属于低熔点的软金属。因此可以降低摩擦材料的高温磨损。在通常的情况下,摩擦材料的磨损随着温度的升高,按几何级数的比例增加,但从图2 可以看到,加入硫化锑的试样高温时体积磨损和重量磨损都明显低于对比的刹车块,台架试验结果也相类似。我们也对国外一些高质量的样品进行试验,其结果也相似。
目前市售的 盘式刹车片大多为半金属的摩擦材料,为了提高耐磨性一般树脂含量比较高,有的还加入大量的有色金属粉末如铜粉。以提高耐磨性,但树脂含量高会影响摩擦材料的高温性能,有色金属粉末价格昂贵。硫化锑的加入,可以明显减少有机黏合剂的用量。代替一部分昂贵的金属粉末。改善摩擦材料的高温摩擦磨损性能。这是其他一般的原料无法替代的。从经济角度看,硫化锑的价格低于目前的其他有色金属粉末和有机黏合剂。
另一方面,由于硫化锑以及在制动过程中高温反应产物硬度都比较低,可以减少摩擦材料制动时的噪音和震动。低的噪音噪音和震动都是现代摩擦材料的重要性能。
摩擦材料的工作机理是一个非常复杂的物理化学过程,一个好的配方往往有许多种原料组成。开发和研究适合中国国情的摩擦材料原材料非常重要,近几年来,虽然国内已经有不少经营摩擦材料原材料的公司。但对于摩擦材料的开发人员,研究摩擦材料原料的机理,例如:研究摩擦材料在高温时的反应机理,高温时材料的表面烧结层,采用金属硫化物,氟化物[3]和其他易烧结的无机材料作为高温无机黏合剂;从原材料方面保证摩擦材料具有合适的密度和气孔率以减少工作中的噪音和震动,特别是选好关键的原材料的定点或国产化。中国地大物博,中国陶瓷闻名于世界,摩擦材料高温时的烧结和陶瓷烧结有类似的机理。由于中国的金属矿和非金属矿种类特别多。特别象硫化锑等金属硫化物,其储藏量和产量均为世界前列。目前已经有多种作为摩擦材料原料大量出口,例如硫化锑,硅灰石,石墨,金属氟化物等。
另一方面:在工艺上的多样化也很重要,例如研究冷压法[4],等体积模压法,辊压法;根据特别需要二次加工的颗粒料等。以及专用的各种摩擦材料设备。有些关键的原材料往往在特定的工艺条件下才会起到特别的作用。
结论:
1:硫化锑在摩擦材料中明显改善了高温摩擦磨损性能。是现代摩擦材料的重要原料之一
2:应进一步加强对摩擦材料摩擦机理,以及摩擦材料原材料工艺和装备的综合研究
参考 文献
[1]:AK-standard friction material   EURO-SPEC2 1998
[2] 张宁等:低温离子渗硫层的摩擦学性能的研究[摩擦学报] 1999第4期
[3] 徐仁泉:有机摩擦材料中石棉代用品的试验研究[摩擦磨损]1989(3)
[4]徐仁泉冷压盘式刹车片摩擦磨损性能的研究[摩擦学报]1998(3)

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