于国内纸基摩擦材料的发展现状分析

关于国内纸基摩擦材料的发展现状分析

纸基摩擦材料具有静、动摩擦系数比值小，运转平稳柔和、低噪音、无震动、吸收能量强和环保低成本等特点。克服了传统粉末冶金铜基摩擦材料动摩擦系数低，静、动摩擦系数比值大，运转震动大等缺点。由于纸基摩擦材料的居多优点，从70年代开始摩擦材料生产厂家大多数都先后纷纷研制或挖人才效仿制造。经历三十多年的漫长过程，虽然已经形成一定规模的生产量，逐渐被用户接受，已经广泛应用于摩托车、自行车、汽车、叉车、拖拉机、工程机械、船舶、起重机械、民用家电等的湿式离合器或制动器中。但是大多数产品还处于小批量生产阶段，生产设备简陋，以手工操作为主或借用传统的粉末冶金摩擦片的加工方法，产品的机械性能和摩擦磨损性能稳定性、统一性较差，如尺寸公差、外观、色差、空隙率、均匀度等方面与国外先进产品相比还存在着一定差距。本人多年关注纸基摩擦材料的发展，并且参与纸基摩擦材料的生产设备和生产工艺的研究，对近几年来我国纸基摩擦材料的发展状况有比较浅草了解，提出个人看法仅供参考。

一．纸基摩擦材料的成本优势

粉末冶金铜基摩擦材料由于生产厂家不断发展和扩大，竞争日趋激烈，加之有色金属是不可再生资源，价格不断上涨，以铜粉为例2000年后平均每年涨幅在15%以上，而成品价格由于各生产厂家的竞争因素基本不变，随着社会发展近年来工厂某些运作成本不断提高，所以粉末冶金摩擦材料的生产成本不断提高。利润空间越来越小，目前铜基摩擦材料大多数产品基本上不存在技术知识产权价格因素和品牌价格因素。近年来生产摩擦材料的民营个私企业不断涌现，而且迅速形成规模生产，这类企业相对运作成本较低对市场的冲击较大。所以对规模型生产摩擦材料的老企业经受着越来越严谨的考验，必须重视企业的内功修炼，一方面保持和提高产品质量占居行业的品牌地位，进行设备

改造提高生产效率减少用工量降低生产成本。另一方面研究开发新材料、新产品，注入新的活力，开发推广应用纸基摩擦材料就是一个很好的选择项目。

纸基摩擦材料所用的原材料大多是国产的低价材料，很容易采购到，而且资源非常丰富，下表所列是纸基摩擦材料的主要使用材料。

纸基摩擦材料的主要使用材料

从表中看出1、2项骨架和填料都是价格低廉的材料，而且是整个配方中的主要份额，与铜粉价格相比不到5%。第3项特种纤维有国产和进口，价格较贵，特别是方纶纤维主要靠进口，但是由于该纤维是国家环保禁止使用物质，因为方纶纤维是永久性环境污染物质，所以有关单位在努力研究以其他纤维来取代方纶纤维，目前已经有新的廉价纤维代替方纶纤维应用于生产，效果良好，这样不但有利于环境保护，而且可以明显降低纸基摩擦材料的生产成本。

由于纸基摩擦材料的有机树脂和胶水是在低温烘道中固化，它不需要大能耗的电炉，所以低温固化与高温烧结电能耗要节约60%以上。

从以上分析对比纸基摩擦片的摩擦层成本与铜基相比要低的多，有明显的价格优势。但是纸基摩擦材料的制造，到目前为止属于高科技技术，技术含量较高，所以纸基摩擦材料产品价格不能按常规产品核算价格，应当考虑科研成本和技术含量因素。

二．纸基摩擦材料应用状况

纸基摩擦材料产品制造在国外已经是非常成熟的技术，早已应用到各个领域，以摩

托车离合器片和轿车自动档变速箱离合器片为例，主机配套量和维修配件使用量非常大，但是几乎全部被国外企业垄断。我们国内汽车业的兴起，轿车手动挡逐渐被自动档取代，主机配套量和维修配件使用量越来越大，但是除少数国产配套几乎全部进口，外国企业看到中国的市场商机，已有多家独资或合资企业生产纸基摩擦片以反销形式供应国内市场。

大多数企业以低价战略占领市场，而国际上的产品销售价格比国内产品销售价格高出3~5倍，甚至更高。面对国外的技术封锁，国内的低价战略也无计可施。美国、日本的先起步企业对纸基摩擦材料的技术进行严密封锁，特别是纸基摩擦材料的关键造纸技术有一套非常完善的保密措施，对外不开放、技术不转让、不办分厂、甚至对主要工程技术人员实行终身供养，以防技术扩散。

美国、日本的纸基摩擦材料纸张制造商可以向中国企业出售纸张，但价格非常高，江苏有家合资贸易公司，掌握纸基摩擦片的后道加工技术，专门从事进口纸基摩擦材料纸张的销售和技术咨询、技术服务业务，几年下来虽然有小批量纸张卖出，但是一直没有批量成交，原因是进口纸张的价格太高。两片纸片的价格超过了一片成品摩擦片的国内市场销售价格。

国内完全国产化生产纸基摩擦材料的厂家很多，打开各粉末冶金摩擦材料生产企业网页，几乎每个企业的产品介绍中都有生产纸基摩擦材料的内容。但是生产量都不大，应用领域还没有得到很好扩展。有极少数企业虽然投入了机械造纸设备，但主要产品还是停留在摩托车片等小型产品上。虽然很多厂家已经能生产叉车、拖拉机、工程机械、船舶等领域的纸基摩擦片，而大多主机厂家基本上还在试探性使用阶段，还没有完全放开使用，更没有完全取代铜基摩擦片。

三．制约纸基摩擦材料发展的主要原因

有些报告和资料中称纸基摩擦材料具有耐高温，传热快可以完全取代铜基摩擦材料。

其实这种说法不切合实际，也不尊重科学，是毫无价值的虚假宣传。纸基摩擦材料虽然在静、动摩擦系数比值小，运转平稳柔和、低噪音、无震动、吸收能量强等方面优于铜基摩擦材料。但是也有与铜基摩擦材料不能相比的缺点，特别是机械冲击强度和传热性能方面，尤其是传热性能比较差，有数据表明含有非金属合金铜的导热系数为55千卡/㎡·ｈ·℃左右，而含有大量非金属杂质的纤维纸的导热系数不到１千卡/㎡·ｈ·℃。两者的的导热系数相差几十倍，所以纸基摩擦材料的传热性能要比铜基摩擦片要差得多。这就是纸基摩擦材料不适合用于干式摩擦的主要原因。另一方面由于纸基摩擦材料的导热系数较低，当与对偶片长时间强烈动摩擦时所产生的高温没有得到快速热传递就会伤害摩擦层，因为有机胶水和植物纤维当温度超过摄氏３00度时会逐渐碳化，由于湿式离合器的机油在高速运转中起到了冷却、传热、散热的作用。从而起到保护摩擦层的作用。所以纸基摩擦材料不能完全取代铜基摩擦材料。由于纸基摩擦材料的居多优点，应用领域还是非常广泛的，市场前景非常广阔。

制约纸基摩擦材料发展的主要原因还是没有攻克技术难点，纸基摩擦材料的制造技术比较复杂。它不像铜基摩擦片的制造技术，经过冲压成型、烧结（热加工）、机械加工，除了配方和烧结工艺的性能研究以外所有工艺技术都属于机械行业技术。而纸基摩擦材料的制造技术除了机械行业技术以外，还需要造纸行业的技术和有机高分子领域的技术，可以说纸基摩擦材料的制造技术是一种需要多行业技术合作的交叉技术。俗话说隔行如隔山，从事粉末冶金技术的工程技术人员要同时研究造纸技术和有机高分子技术，而且三者技术要有机完美的结合确实有一定难度。那么只有把三种技术融合在一起，形成综合性交叉技术才能得到突破性进展。

大多数企业造纸以后的后续工艺都基本掌握，虽然对选料、粘结剂性能和固化工艺以及自动化生产等方面没有达到最佳效果，但是基本上能满足使用要求。所以纸基摩擦材料的制造技术关键还在造纸。

四．纸基摩擦材料的造纸技术分析

手工造纸具有设备简单，资金投入少，对小批量生产更换品种灵活等优点。但是也存在生产不能上规模，纸张厚薄均匀度差，非金属粉末偏析严重等缺点。所以手工造纸只适用于实验性造纸或小批量试产之用。

机械自动化造纸基本上能克服手工造纸的不足。目前设备经过不断实践改进和研究完善，设备和工艺日趋成熟，基本上接近或达到纸基摩擦材料用纸的技术要求。

由于纸基摩擦材料所用纸张属于特种纸，造纸工艺与一般的造纸工艺有很大区别，因为在造纸过程中加入大量的高比重粉末（容易沉淀物质）和低比重的石墨粉（加入时漂浮在水面物质），所以从打浆到抄纸的全过程都在高速搅拌或流动中进行，少有停顿或有静止死角粉末就会沉淀，一旦发生沉淀现象纸张中的某些成分达不到配方要求。所以纸基摩擦材料的纸张制造工艺是一种特殊造纸工艺。为了符合特殊工艺的要求造纸机械设备的设计、布局结构都有特殊的要求。

由于常规的造纸机械的生产量非常大，相对投资也大，而用于摩擦材料的用纸量相对较小，特别是初期发展阶段造纸机都是在间息性运作状态，所以适用于纸基摩擦材料的造纸机在设计时应当考虑小型化、耐腐蚀、易维护、低能耗、自动化程度高、投资低等特点。一般选择班生产量500平方米就能满足规模化生产的需要。

纸基摩擦材料的制造技术关键是造纸技术，而造纸技术的关键是打浆技术，在造纸行业中有句俗话叫做“七分打浆，三分抄纸”，这说明打浆是造纸过程的关键工序，打浆看上去比较简单，一般不受到重视，但是影响纸张质量的主要是打浆质量。如果我们仔细的对打浆过程进行微观分析，在打浆时打浆辊刀片与底刀间的合理间隙在高速运转中对纤维进行切割，使较长的纤维切割成短纤维，从而达到纤维完全打开的目的。如果经过一定时间的打浆纤维仍然没有充分打开，就要用磨浆来进行补充切割。

另一方面由于打浆机长时间的高速运转切割，水流的强烈冲击纤维产生静电使粉末粒牢

固地吸附于已经泡水膨胀的纤维表面。这一点与普通纤维纸是有所不同。还有，要注意各种物料加入打浆槽的先后程序，这对打浆效果也有很大影响，需要在实践中摸索。千万不要把打浆认为是简单地把所有物料放入打浆槽拌均匀了事，我们必须把每一个细节进行深层次研究，制订最符合科学原理的工艺来指导生产。

目前大多数纸基厂家所用的打浆机都是小型打浆机，很难达到打浆效果，在规划设计机械造纸线时建议配用3立方以上打浆机，这样既可以达到打浆效果又可以提高工效。五．纸片浸胶原理分析

纸片浸胶原理是树脂以溶剂为载体用浸渍的方法使胶体进入纤维骨架内，以起到粘结纤维和固定粉末填料的作用。浸胶以后的纸张由于树脂胶体的浸入使原先比较松散的纤维网状骨架和均匀分布的粉状颗粒填料牢固地粘合成整体。

目前，大多数生产方式都是采用开放式常压浸胶，就是将纸片放入开放式的浸胶容器内浸渍一段时间后捞出晾干。这种浸胶方法效果较差。观察浸胶后的纸片表面附着比较厚的胶层，而内部没有完全浸透。引起这种情况的原因是：一、由于纤维脱脂不完全，表面张力较大，胶水不能很快渗透到内部与纤维结合。另一方面纸片浸入胶水时，胶水快速包裹纸片表面，使纸片中的空气没有全部排除，加之气泡自身的张力和胶水较高的粘度，所以产生纸片内部没有浸透的现象。二、当纸片浸入胶水后，由于干燥的纸片吸附性较强，胶水向纸片内部渗透，而胶水中的溶剂更容易渗透纸片内部，当纸片附近的胶水由于溶剂减少而稠度增加，很容易附集于纸片表面，当纸片提起滤干时由于溶剂在空气中快速挥发，使纸片表面剩余胶水不能完全被滤干，这就产生浸胶后的纸片表面会存留较多胶水的原因。当然胶水的稠度越高这种现象越严重。

采用开放式常压浸胶还有一个缺点是：由于胶水的溶剂是一种强挥发性溶液，在开放性的容器内会快速挥发，而浸胶过程对胶水起到搅拌作用更促进了溶剂的挥发速度。因为溶剂的挥发而胶水稠度增加，虽然可以加入溶剂来调节稠度，但是整个浸胶过程的

胶水稠度波动较大，所以引起纸片浸胶质量效果不一致。很明显，采用开放式常压浸胶不但浸胶质量差而不稳定，而且浪费材料，增加生产成本。

综上所述，采用开放式常压浸胶存在居多缺点，所以建议采用全密封真空浸胶。全密封在真空浸胶基本上克服了开放式常压浸胶的缺点。全密封真空浸胶的作业过程是先将纸片装入浸胶容器内密封，在真空的作用下胶水进入浸胶容器，控制足够的胶水淹没纸片，关闭进胶閥后继续抽真空至设定好的衡定真空度，到时后排胶纸片滤干。达到确认滤干的经验时间后取出纸片，放入第二次待浸胶纸片，如此循环操作。

由于真空浸胶的浸胶和滤干都在全密封的状态下进行，胶水始终在密封的管道和容器中注入排出，溶剂挥发较少，因真空的负压作用纸片内的空气迅速排出，负压也克服了纤维的表面张力，使胶水强行渗透到纸片内部。浸胶和滤干都在纸片内部压力和容器空间压力平衡的状态下进行，所以纸片表面基本上没有附着多余的胶水。经真空浸胶后的纸片，胶水完全浸透，内外统一，表面干净整洁，而且胶水用量节约30%以上。六．钢片上胶的原理分析

纸片与钢片经贴片、强压固化，使已经固化的纸片与钢片牢固可靠的粘结在一起。钢片上胶是这项工作的预备工序。钢片上胶的方法大至可以分为浸胶、刷胶，喷胶和滚胶等几种，如何选择钢片上胶会直接影响到产品质量和生产效率，特别是关系到产品质量的统一性和产品质量稳定性。前三种方法的优点是不需要机械设备，只要有简单的工具就可以操作，但操环境较差。而第四种方法需要设备投入，最理想是建立半自动化生产线。下面对钢片上胶的方法进行分析：

1.浸胶：该方法设施简单，操作简便易掌握，缺点是在工件侧面也浸上同样厚度的胶层，特别是花键齿部的齿底和齿侧面浸胶后会影响装配尺寸，有时还增加一道人工修齿的工序。当钢片在胶水中提起时，胶水顺着钢片往下流动，在这一过程中由于溶剂的快速挥发而凝固，因而产生胶层厚度上下不一的现象。而且很容易在钢片下端有滴状胶水

聚集点产生。

2.刷胶：刷胶是几种方法中最简单的方法，用毛刷直接将胶水刷到钢片上。但是这种方法的最大缺点是胶层的均匀性较差，胶层厚度很难控制，生产效率低，产品质量统一性差。

3.喷胶：如同喷油漆工艺，利用压缩空气的高压流束，以虹吸原理将胶水均匀的喷射到钢片上。这种方法效果虽好，但是由于胶水的挥发性很强很容易阻塞喷枪，而且造成严重的环境污染。

4.滚胶：滚胶如同印刷机的油墨滚筒，当钢片通过上下胶辊时胶水均匀地滚刷到钢片上。滚胶分为单面滚胶和双面滚胶，双面滚胶虽然效率高。但是它有很多难以解决的技术问题，比如：下层胶水的稠度不能直观的调节，下层胶水与传送带接触容易粘结和污染设备等等。所以目前国内外基本上都采用单面滚胶。就是一面滚胶后经低温烘干再滚第二面。这种方法容易实现半自动化作业，用胶量较省，生产效率极高，而且产品质量统一。

如果生产量较大或预计发展会达到较大生产量建议使用滚胶设备。

本文简单的对目前纸基摩擦材料的生产状况进行分析，同时对生产工艺和设备提出建议，纯属个人观点，仅供读者参考。关于纸基摩擦材料性能在《材料和工艺对纸基摩擦材料的性能影响分析》一文中论述。