科技成果

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成果名称: 碳纤维增强高性能纸基摩擦材料技术

成果登记号: 9612014Y0271

第一完成单位: 西北工业大学

联 系 人: 李贺军

成果类型: 应用技术

技术领域: 新材料

应用行业: 制造业

成果简介:

   本项目在国防基础科研项目、国家科技支撑计划、陕西省重大科技创新项目等多项课题资助下完成。   湿式纸基摩擦材料是自动变速器、扭矩减震器等传动、制动和减震装置中的关键材料,在车辆、机械、航空和国防等领域均具有广泛的应用前景。   国外相关基础研究主要包括Kevlar纤维、陶瓷纤维和矿物纤维及其制备工艺,涉及本项目所研究的碳纤维增强湿式纸基摩擦材料的工作甚少,更无绿色制备技术的相关报道。但国外发达国家目前在工艺技术成熟度、质量管理等方面均处于领先地位,湿式纸基摩擦片生产企业和整车企业的开发同步,已在多种离合器中商业化生产,目前主要以美日两国生产技术最为发达、生产量最大,主要生产商包括美国Borgwarner、Allomatic、日本F.C.C和达耐时等公司。   国内高性能湿式纸基摩擦材料的工程化生产以及向市场批量化提供产品的能力较弱,所需高性能湿式纸基摩擦材料在2005年以前几乎全部依赖进口,真正意义上的高性能湿式纸基摩擦材料产品生产一直处于空白状态。本项目立项之初,国内仅有重庆利峰公司等采用竹纤维制备摩托车湿式摩擦片,随后,华南理工大学、清华大学等对Kevlar纤维和非石棉矿物纤维增强湿式摩擦材料进行了研究,在船舶离合器、工程机械离合器上得到部分应用,但产品技术指标与国际先进水平还存在较大差距。因此,高性能湿式纸基摩擦材料核心生产技术的缺失成为制约我国产业结构调整和技术升级,满足国家装备制造业发展的瓶颈问题之一,研究开发高性能湿式纸基摩擦材料及其国产化进程成为当务之急。   本项目组自2000年起开始研究湿式纸基摩擦材料,率先将高性能碳纤维引入到纸基摩擦材料中,发明出碳纤维增强高性能纸基摩擦材料,且提出绿色制造的理念,并围绕汽车、摩托车、工程机械及航空飞行器用高性能碳纤维增强湿式纸基摩擦片的研发、生产及其支撑理论开展深入研究。先后攻克了碳纤维均匀化分散、摩擦材料工艺配方优化、中间体弱增强、边角余料回收、高效贴片、弯环成型、薄壁管件成型等制备技术,发明了短切碳纤维增强、柔性纤维与碳纤维协同增强、碳布增强、晶须改性、类陶瓷、碳基等系列摩擦材料体系,实现了产品多元化;成功开发出碳纤维增强湿式纸基摩擦材料绿色生产技术,实现了资源节约、环境友好和成本降低的有机统一;设计或发明了自动抄片机、喷胶机和涂胶贴片机等多台关键生产设备,建立起国内颇具技术实力的高性能碳纤维增强湿式纸基摩擦材料研发平台与生产基地。同时建立了湿式摩擦性能综合评价体系,揭示了组分对湿式纸基摩擦学性能的影响规律及组分间的相互作用规律,所得到的产品摩擦力矩曲线平稳,磨损率、能量负荷许用值和高能荷使用耐久性达到或优于国际同功能产品,且阐明了湿式制动过程中润滑油膜和粗糙峰机械接触的作用规律,揭示了湿式摩擦磨损机理。   本项目获授权发明专利12项,拥有从材料配方、生产工艺和制备设备的全套知识产权,实现了高性能碳纤维湿式纸基摩擦材料在汽车自动变速器、液力变矩器、扭矩管理器、摩托车离合器、军用飞机安全保护装置、直升机减震器和工程机械等领域的开发应用,可替代进口,提高安全性能,打破了国外企业的技术垄断,大幅度提升了我国在国际摩擦材料领域的地位和影响力,国防意义和社会效益显著。2010年通过国防科工局组织的鉴定,认为本项目"有重大创新,总体技术达到国际先进水平"。为我国高性能湿式纸基摩擦材料自有品牌的创立与发展创造了有利条件。