0 前言

      玄武巖纖維以其優異的物理化學性能越來越受到世界各國的重視，隨著玄武巖纖維生產技術的提高和生產規模的擴大，玄武巖纖維的應用領域也在不斷擴大。另一方面，由于國內石棉被逐漸禁用，現有的石棉替代纖維又不能完全滿足摩擦材料的性能要求，摩擦材料行業在尋找更加合適替代石棉的纖維用于材料的增強。基于這樣的情況，我們將試制的玄武巖短切纖維進行了配方應用試驗，分析了玄武巖纖維在國內摩擦材料中的應用前景。

1 玄武巖纖維的性能

      玄武巖纖維在原料的選擇及制造技術上與普通巖棉有很大的差別。在通常情況下，它們采用單一的玄武巖礦石作為原料，以充分利用玄武巖的天然成分以及對成型纖維耐溫、抗拉強度、彈性摸量等性能起到一定作用的火山衍生物結構。典型玄武巖纖維的主要成分如表1所示。

      這種成分使玄武巖纖維具有優良的物理化學性能。玄武巖的性能很大部分取決于玄武巖礦石的性能和整個生產工藝。表2列出了玄武巖纖維與一些主要的纖維在物理性能上的比較。
                 
       從表2中可以看出玄武巖纖維在拉伸強度上優于或與E玻纖相當。玄武巖纖維的拉伸模量也非常優異，優于E玻纖。另外，最高使用溫度達到650℃，遠高于表中其他纖維。

2 玄武巖纖維在摩擦材料中的應用

      1971年美國專利US3896075就提出了用玄武巖棉替代石棉用于摩擦材料，使用的玄武巖棉是通過離心噴吹法制得的，纖維平均直徑為10 - 11 u m，在干法混料時要求纖維的長度不超過2.5 mm，專利所使用的配方中玄武巖棉所占的質量百分比為40% -60%，樹脂為8% - 15%，其他為填料和添加劑。使用此配方制成的摩擦片高溫性能好、摩擦系數穩定，比傳統的石棉摩擦材料具有更高的剪切強度和更好的抗折強度。

      歐洲專利EP0892191中還提到利用玻璃纖維、銅纖維和玄武巖連續纖維混合紗編織的織物作為摩擦材料增強用材料，按一定的工藝技術要求進行浸膠、制坯、壓制、熱處理等過程制成摩擦片。這種摩擦片具有很高的剪切強度和抗壓強度，并且抗斷裂、耐磨損。

       俄羅斯的Sudaglass公司和Kamenny Vek公司專門生產用于制造摩擦材料的短切玄武巖纖維。為了使玄武巖纖維的表面浸潤性好，纖維表面預先用浸潤劑處理。Kamenny Vek公司短切纖雛的指標為直徑10 -17 u m，長度3-65 mm。指出使用玄武巖短切纖維可以大大提高摩擦材料的高溫穩定性能和剪切強度。

      我們進行了將試制出的玄武巖短切纖維制造摩擦材料的配方試驗。纖維直徑9-13um，長度5-10 mm，在混料過程中發現玄武巖短切纖維易于分散。表3為幾種配方中用玄武巖短切纖維增強摩擦材料的摩擦系數值。
                
       由表3可見，由于玄武巖纖維的高溫穩定性能，使用其短切纖維增強的摩擦材料在高溫時摩擦系數較穩定。在350℃性能測試時并沒有發生某些人造礦物纖維增強摩擦材料容易出現的表面龜裂現象，而且摩擦試驗時制動噪音小。

       使用玄武巖短切纖維為主增強纖維制作的B01系列制動鉗摩擦襯塊在臺架試驗中也顯示出優良的性能。表4為轎車制動器臺架試驗中試樣的效能數據。結果表明3次效能檢測的減速度J和制動力矩穩定系數K值都達到了規定的要求。另外，第一次和第二次衰退和恢復試驗結果也遠遠好于性能指標值的要求。
                
       由于現在玄武巖纖維產量低，在摩擦材料中使用時產品價格相對較高，只有一些高檔的制動產品才會使用。比如西班牙Galfer公司1 052系列摩托車剎車片就使用了玄武巖纖維作為主增強纖維，該系列摩擦片的市場售價為25美元到35美元之間，遠遠高于一般的摩擦片。

3 玄武巖纖維在國內摩擦材料中的應用前景

       傳統的摩擦材料含有30%左右的石棉，在生產和使用摩擦材料時產生的石棉粉塵對人體有致癌作用。因此，許多國家對無石棉新型摩擦材料的研究開發工作非常重視，相繼研發和生產出各種非石棉摩擦材料。從1999年開始國內的大多數摩擦材料企業通過技術引進和開發，已經完成了實驗室開發或中間實驗，研制出各種非石棉產品。2004年我國摩擦材料的總產量17~ 20萬t，非石棉摩擦材料的產量總體上已經超過了石棉摩擦材料。但由于替代石棉纖維的一些缺陷，非石棉摩擦材料的總體性能不是太好，很難同國外的同類產品競爭。

       目前國內使用的主要石棉替代纖維有鋼纖維、礦物纖維、玻璃纖維、芳綸纖維，碳纖維等，非石棉礦物纖維的總用量在萬噸以上。但這幾種纖維本身都有優缺點。如鋼纖維強度較高、熱穩定性好，但材料密度較大、易銹蝕和損傷對偶；玻璃纖維雖然強度高、價格便宜，但在高溫階段摩擦性能不穩定，不耐磨；礦物纖維強度低、熱穩定性差，芳綸
纖維雖然強度高、熱穩定性好、不易損傷對偶、磨損率低、摩擦系數穩定，但價格昂貴、混料難以均勻，在使用時還要添加其他纖維；碳纖維也同樣存在價格昂貴等不足。國內先進的摩擦材料生產企業也一直在尋找更加適合的纖維替代石棉，這也是玄武巖纖維進入摩擦材料增強纖維行列的一個機遇。

       摩擦材料企業在選用纖維材料時除了考慮纖維的性能以外同樣注重纖維的價格，特別是面臨樹脂價格的上漲和摩擦材料產品價格的下降，因此，降低增強纖維成本是各企業維持利潤的主要手段。一些小型企業通過使用石棉或劣質廉價的替代纖維來降低生產成本，生產的產品質量差，主要用于國內的維修市場。一些大中型企業為了保證出口產品的質量，會使用性能好的纖維，如Lapinus纖維、陶瓷纖維、芳綸纖維等，但普遍認為價格太高，企業通過改良配方盡量減少這些纖維用量來降低成本，更多的還是使用國內的中低價纖維。

       國內摩擦材料企業所使用的絕大部分增強纖維其平均價格維持在4 000 -6 000元／t．能夠接受的品級較好的礦物纖維價格約為13 500元/to估計在目前國內摩擦材料生產的大環境下，如果玄武巖纖維價格能夠控制在20 000元/t以下，部分企業可能會接受。

       玄武巖纖維能否在國內推廣使用還受到整個摩擦材料行業的影響，只有摩擦材料產品質量提升，無石棉化程度提高，出口量加大，產品價格提升，才會提供纖維材料漲價的空間，玄武巖纖維才能被更多的摩擦材料企業接受。

4 結論

      (1)通過對玄武巖短切纖維增強制動片的檢測認為其具有高溫摩擦系數穩定、熱衰退小和制動噪音低等特點，適合作為摩擦材料的主增強材料。

      (2)對玄武巖纖維進行表面處理，以及配方調整，可以更好地提高摩擦材料的整體性能。

      (3)降低玄武巖纖維的價格是其取代其他纖維的關鍵所在，只有這樣才能在競爭激烈的摩擦材料行業中推廣玄武巖纖維的應用。玄武巖纖維在世界范圍內的使用還剛剛起步，一些優良的性能還沒有完全被挖掘，國內的摩擦材料企業從認識到接受還需要一個過程。