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纸基摩擦材料孔隙结构的调控及其性能研究

纸基摩擦材料是采用造纸技术制备的在润滑条件下使用的纤维增强树脂基摩擦材料，是实现传动/制动的关键材料，广泛应用于飞机、车辆及机械装备等领域。其多孔结构特点可以存储作为冷却和润滑用的润滑油，同时对材料的力学、热学和摩擦学性能具有重要影响。为解决目前调控纸基摩擦材料孔隙结构的方法单一且相关研究大多表明随着孔隙率的增大，材料的摩擦和磨损性能无法同步提升的问题，本研究提出了多种有效方法调控材料的孔隙结构，包括骨架密度、平均孔径，孔径分布和孔隙率等。首先，通过调控热压固化过程中自由和约束固化状态的时间，使树脂基体在厚度方向呈梯度分布，从而有效的控制摩擦面的孔隙结构和形貌。其次，为了探讨纸基摩擦材料的孔隙结构单一因素对材料摩擦磨损性能的影响，通过引入物理发泡技术制备了具有不同孔隙结构的摩擦材料。优化了孔隙结构后，摩擦材料的拉伸强度和层间剪切强度分别提高了18%和42%，磨损率显著降低。最后，为了在优化纸基摩擦材料孔隙结构的同时提高材料的强度，在传统制备工艺中引入化学发泡技术。经过化学发泡处理后材料呈现更好的开孔结构，有机化学发泡剂的引入显著提高了基体的固化程度，材料的动摩擦系数显著提高，磨损率降低了47.7%。