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随着高速动车、汽车及风力发电机组等现代交通运输工具和动力机械面向高速高能载发展,为避免制动摩擦材料在高温下摩擦系数稳定性差和高温下磨损大导致使用寿命短等致命缺陷,对制动摩擦材料耐高温性能提出了更高要求。另一方面,能源危机和环境保护问题严峻的今天,节能及降耗成为摩擦材料发展的必然趋势。以开发绿色环保和耐高温高性能摩擦材料为目的,本论文研究采用无机偏高岭土为“免烧陶瓷”地质聚合物(Geopolymer,GP)原料,水玻璃(Na2Si O3)和Na OH为碱激发剂,水泥、石墨粉为性能调节剂,利用三维针刺碳毡(Three-dimensional needled carbon fiber felt,3D-CFF)来增韧地质聚合物制作绿色环保高性能3D-CFF/GP复合摩擦材料并研究其摩擦性能,主要研究内容包括:首先,采用偏高岭土为地质聚合物原材料,水玻璃(Na2Si O3)和Na OH为碱激发剂,水泥、石墨粉为性能调节剂制备地质聚合物,采用万能试验机、摩擦试验机、SEM及XRD等实验检测手段对其性能进行测试分析,探究水玻璃模数、液固比、不同养护温度、不同填料对地质聚合物材料致密性、耐久性、力学性能和摩擦性能的影响,获得制备高性能3D-CFF/GP复合摩擦材料基体材料的地质聚合物较优配方和制备工艺。其次,利用浸渍法将地质聚合物浆料浸渍到3D-CFF中,并进行养护来制备3D-CFF/GP复合摩擦材料。最后,使用万能试验机、摩擦试验机、SEM、TG及XRD等检测仪器对3D-CFF/GP复合摩擦材料的力学、耐高温及摩擦磨损性能进行研究。研究结果表明:(1)地质聚合物的抗压强度随水玻璃模数变化先升后降,水玻璃模数为1.3时,抗压强度最大,孔隙率最小29.23%,同时密度大小为1.43g/cm3;当水玻璃模数大于1.3时,强度也明显下降。养护温度为60℃时GP孔隙率最小,同时密度和抗压强度最大,孔隙率和密度分别为28.69%和1.57 g/cm3。(2)水泥能促进地质聚合物的硬化,缩短凝固时间。水泥含量0到10%时,地质聚合物初凝时间缩短到约0.7h。地质聚合物试样的抗压性能随水泥量的增加呈先增大后下降的趋势,当水泥量为5%时抗压性能表现最佳。(3)3D-CFF与GP制备的复合摩擦材料强度明显高于纯GP,弯曲强度由GP的18.89MPa增大到复合摩擦材料的的57.18MPa,提高了3倍。3D-CFF/GP复合摩擦材料经800℃高温热循环350多次后表面形貌基本无变化,没有出现任何裂纹,其弯曲强度和抗压缩强度下降较小,具有良好的耐高温性。(4)石墨粉的加入让复合摩擦材料抗压强度、弯曲强度及摩擦系数均减小。不含石墨粉时平均摩擦系数0.55。当石墨含量9%时,摩擦系数稳定在0.42左右,恰好满足FF级标准要求的陶瓷前片摩擦系数0.42±0.05。石墨含量0%~12%时,磨损率由12.9×10-7cm3/(N·m)降到了1.85×10-7cm3/(N·m)。