摩擦材料是典型的復合材料，通常由粘結材料（橡膠或樹脂）、增強材料（有機或無機纖維）和填料（以礦物粉體為主）組成，其中礦物材料既可發揮增強功能，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，是摩擦工程領域重點關注的對象。
石英、長石、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、密度和密實度，同時改善制品的制動噪音，改變其外觀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繁多，包括石英、長石、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，化學性質穩定，在高溫下具有非常低的質量損失和較低的熱膨脹率，在500-1300℃范圍內的質量損失率僅為0.5%，線性膨脹系數為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。
我國是重晶石生產大國，生產量約占全球總產量的1/3。2014年，全球約生產重晶石915萬噸，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、消費與出口大國，每年的螢石生產量約400萬噸、國內消費量約600萬噸。
?。?）鋯石與剛玉
鋯石屬于島狀硅酸鹽礦物，其線性熱膨脹系數低至5.0×10-6（1/℃），且耐熱震動，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。研究發現：鋯石粒度和形貌會明顯影響摩擦性能，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填料，少量添加即可產生良好的增阻效果，不僅摩擦系數高，且制動噪聲低。
?。?）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，其性能不會改變；蛭石能經受多次凍融交替作用而不破壞，強度無明顯下降；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，可降低制動噪聲和制品密度，常用于制備盤式剎車盤。
研究發現，在汽車制動片中添加蛭石，時速在20-40km/h時，摩擦系數隨蛭石添加量增加而增大；時速在60-120km/h區間時，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，摩擦系數增高；蛭石添加量超過10%時，摩擦系數隨時速增大而降低。隨蛭石添加量增加，磨損率出現先降低后增加的變化。時速高于100km/h后，磨損率變化顯著。蛭石添加量在5%左右時，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脂熱分解釋放的氣態或液態水分子、摩擦產生的熱量以及噪聲，具有顯著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沉積巖，作為摩擦材料的填料，硅藻土的吸水、吸熱特點突出，可有效降低摩擦噪音和制品的熱衰退。
增阻（增摩）礦物（巖石）原料種類繁多，除上述重點介紹的幾種外，其他還包括長石類礦物、鋁礬土、石灰巖、白云巖等。長石類礦物摩擦系數較高（0.6左右），增阻效果顯著，但需合理控制添加量和粒度，否則制品的制動噪音較高。石灰巖和白云巖作為增阻原料的最大優勢是其價格較便宜、來源廣泛。
2、增阻礦物材料的發展方向
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表現，但它們在高溫下分解會釋放Cl2或SO2等對環境有一定污染的氣體，性能優異、環保、經濟價值好的增阻（增摩）礦物原料將是是未來發展的方向。
隨著我國逐步進入汽車社會以及工業化程度的提高，對高性能增阻（增摩）礦物原料的需求會逐漸增加，要求也會越來越高。這對礦物摩擦材料加工產業既是機遇，同時也是挑戰，未來該產業領域應該高度關注以下三個方面的問題。
?。?）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的研發以及裝備的技術配套與升級。
?。?）深化礦物摩擦增阻材料成分-結構-性能-使用效能內在關系及其綜合效益的分析研究，不斷發掘新的礦物增阻原料，最大程度地滿足摩擦材料領域對新材料的多樣化需求。
?。?）積極研發綜合功能好、增阻效果突出、環境友好的新材料及其加工技術，真正實現這一產業的綠色發展。
資料來源：摩擦材料中增阻礦物原料的作用及其機理
編輯整理：中國粉體技術網
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