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研究生： 莊唯甄
Chuang, Wei-Chen
論文名稱： 半碳化銅/酚醛樹脂基摩擦材料微結構及磨潤行為探討
Structure and Tribological Behavior of Semi-Carbonized Copper/Phenolic Resin-Based Friction Material
指導教授： 陳瑾惠
Chern Lin, Jiin-Huey
共同指導教授: 朱建平
Ju, Chien-Ping
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 材料科學及工程學系
Department of Materials Science and Engineering
論文出版年： 2018
畢業學年度： 106
語文別： 中文
論文頁數： 107
中文關鍵詞： 半金屬摩擦材料 、半碳化 、等速磨耗
外文關鍵詞： semi-metallic friction material, semi-carbonizing, constant-speed tast
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    • 在本實驗室過去在半金屬摩擦材料領域的研究中，得知紅銅纖維/紅銅粉末的相對含量、熱壓溫度及壓力、半碳化溫度、材料A與材料B添加之最佳製程參數—TGA與TGB試片，在磨耗測試中，具有良好的磨耗性能表現，有適當的摩擦係數與低磨耗量，並且在測試過程中沒有任何噪音的出現。
    本研究以TGA、TGB試片為測試對象，探討兩試片在改變轉速、荷重，以等速磨耗試驗的方式去測試在不同條件下，其磨潤行為的表現，並與商業試片做比較，評估方式包含磨耗初期、中期、後期摩擦係數、磨耗量。
    實驗結果顯示TGA在等速磨耗試驗中，改變轉速及荷重下，是三種試片中有最穩定且最可靠的磨耗表現，無論在不同轉速或荷重下，對試片的影響不大，也就是具有足夠的摩擦係數、低磨耗量、高穩定性。

    This research is based on the past research of semi-metallic friction material. From the past research, we know the best composition of the friction materials, including phenolic resin, copper fiber, copper powder, graphite powder, and vermiculite, and we also found the best process parameters, including temperature and pressure of hot press, time and temperature of semi-carbonizing. In this study, we use the best performance specimen (TGA and TGB) as our research subjects, the constant-speed tribological tests, the effects of load and speed on the friction material sliding against 410 stainless steel.
    The result shows that, no matter under the same load with different speeds or under the same speed with different loads, the specimen TGA has a higher friction coefficient, lower disc wear and comparable pad wear than its commercial high temperature-sintered metallic.

    總目錄 摘要 I 誌謝 VI 總目錄 VIII 表目錄 XII 圖目錄 XIII 第一章前言 1 第二章文獻回顧 3 2.1 摩擦材料簡介 3 2.1.1 摩擦材料的發展 3 2.1.2 摩擦材料的基本分類 5 2.1.3 摩擦材料的應用 10 2.2 摩擦材料的基本性質與設計和自行車煞車規範 14 2.2.1 摩擦材料的基本性質 14 2.2.2 自行車煞車規範 18 2.3 半金屬基摩擦材料介紹 20 2.3.1 組成原料 20 2.3.2 各製程介紹 25 2.4 磨潤學 30 2.4.1 簡介 30 2.4.2 摩擦原理 30 2.4.3 影響摩擦性質的因素 32 2.4.4 磨耗參數對性能的影響 36 2.4.5 磨耗機制 38 第三章實驗方法 44 3.1 實驗原料 44 3.1.1 酚醛樹脂(Phenolic resin) 44 3.1.2 紅銅纖維(Copper fiber) 45 3.1.3 紅銅粉(Copper powder) 46 3.1.4 材料A(Material A) 46 3.1.5材料B(Material B) 47 3.2 實驗製程 48 3.2.1 原料混合 48 3.2.2 熱壓成型 49 3.2.3 穩定化 51 3.2.4 半碳化 52 3.2.5 試片加工 53 3.3 性質測量 54 3.3.1 試片重量及厚度變化 54 3.3.2 磨耗試驗 56 3.3.3 顯微結構觀察 60 3.3.4表面粗糙度量測 61 3.4 試片物理及機械性質 62 第四章結果與討論 64 4.1固定荷重不同轉速下之磨潤性質 64 4.2固定轉速不同荷重下之磨潤性質 75 4.3表面顯微結構觀察 85 4.3.1固定荷重不同轉速之微結構比較 85 4.3.2固定轉速不同荷重之微結構比較 90 4.4表面粗糙度 94 第五章結論 97 參考文獻 98 附錄 103   表目錄 表2.2-1 歐盟自行車煞車系統規範 19 表2.2-2 煞車測試速率與煞車距離 20 表2.2-3 利用煞車力FBr計算煞車距離D之常數 20 表3.1-1 橡膠變性酚醛樹脂基本性質 44 表3.1-2 紅銅纖維規格 45 表3.1-3 紅銅粉的基本性質 46 表3.3-1 磨耗試驗機轉速與各速度、煞車能量對應表 57 表3.3-2握把力道與下壓力及磨耗試驗機荷重之轉換 58 表3.4-1 TGA與TGB物理及機械性質表 63 表4.1-1固定荷重不同轉速下磨潤性質綜合比較表 74 表4.2 -1固定轉速在不同荷重、時間下磨潤性質綜合比較表 84 表Appendix 1-1 103   圖目錄 圖2.1-1 自行車煞車塊[允傑工業股份有限公司] 9 圖2.1-2 橡膠摩擦片 [欣博佳軟木製品有限公司] 9 圖2.1-3 各式煞車及離合器系統的摩擦材料[伯格股份有限公司] 12 圖2.1-4 鼓式煞車摩擦塊[Xinyeh Enterprise Co., Ltd.] 12 圖2.1-5 鼓式煞車示意圖[容濟自動化設備有限公司] 13 圖2.1-6 碟式煞車來令片[Triones Brake System Co., Ltd.] 14 圖2.1-7 碟式煞車示意圖[愛卡汽車] 14 圖2.3-1 線性酚醛樹脂化學結構圖[Han et al., 1998] 22 圖2.3-4 酚醛樹脂的交聯反應[Yan et al.,2002] 26 圖2.3-5 酚醛樹脂於不同碳化溫度下抗彎強度圖[Lausevic and Marinkovic, 1986] 28 圖2.3-6 粉體酚醛樹脂於不同碳化溫度非碳元素之脫除速率圖[Lausevic and Marinkovic, 1986] 29 圖2.3-7 塊材酚醛樹脂於不同碳化溫度非碳元素之脫除速率圖[Lausevic and Marinkovic, 1986] 29 圖2.4-1 (a)滾動摩擦與(b)滑動摩擦示意圖[Hutchings, 1992] 32 圖2.4-2 磨耗機制示意圖[Bono et al., 2001] 41 圖2.4-3 研磨磨耗之犁鏟現象示意圖 42 圖2.4-4 表面疲勞磨耗示意圖 43 圖3.2-1 實驗流程圖 48 圖3.2-2 V型混粉機外觀 49 圖3.2-3 程式控制器外觀 50 圖3.2-4 加熱套環與熱電偶外觀 50 圖3.2-5 穩定化爐外觀與試片放置爐內情形 51 圖3.2-6 自組式高溫爐外觀圖 52 圖3.2-7 對磨材示意圖 53 圖3.3-1 電子式螺旋測微器 54 圖3.3-2 五位數電子天秤 55 圖3.3-3 試片厚度變化量測位置示意圖 55 圖3.3-4 對磨材厚度變化量測位置示意圖 56 圖3.3-5 磨耗試驗機 59 圖3.3-6 磨耗試驗機示意圖 59 圖3.3-7 熱電偶位置照片 60 圖3.3-8 掃描式電子顯微鏡(SEM) 61 圖3.3-9 表面粗度儀 62 圖3.3-10 表面粗糙度(Ra)測試法示意圖 62 圖3.3-11 表面粗糙度測試位置示意圖 62 圖4.1-1 TGB於121 rpm等速磨耗COF與溫度曲線圖 67 圖4.1-2 TGB於374 rpm等速磨耗COF與溫度曲線圖 67 圖4.1-3 TGB於482 rpm等速磨耗COF與溫度曲線圖 68 圖4.1-4 TGA於121 rpm等速磨耗COF與溫度曲線圖 68 圖4.1-5 TGA於374 rpm等速磨耗COF與溫度曲線圖 69 圖4.1-6TGA於482 rpm等速磨耗COF與溫度曲線圖 69 圖4.1-7 CS於121 rpm等速磨耗COF與溫度曲線圖 70 圖4.1-8 CS於374 rpm等速磨耗COF與溫度曲線圖 70 圖4.1-9 CS於482 rpm等速磨耗COF與溫度曲線圖 71 圖4.1-10 各試片在固定荷重0.27 MPa - 0-10 min不同轉速之平均摩擦係數 71 圖4.1-11 各試片在固定荷重0.27 MPa - 10-20 min不同轉速之平均摩擦係數 72 圖4.1-12 各試片在固定荷重0.27 MPa - 20-30 min不同轉速之平均摩擦係數 72 圖4.2-13 各試片在固定荷重0.27 MPa不同轉速之重量損失 73 圖4.2-14 各試片對磨材在固定荷重0.27 MPa不同轉速之重量損失 73 圖4.2-1TGB於0.13MPa等速磨耗COF與溫度曲線圖 77 圖4.2-2 TGB於0.27MPa等速磨耗COF與溫度曲線圖 77 圖4.2-3 TGB於0.37MPa等速磨耗COF與溫度曲線圖 78 圖4.2-4 TGA於0.13Mpa等速磨耗COF與溫度曲線圖 78 圖4.2-5 TGA於0.27MPa等速磨耗COF與溫度曲線圖 79 圖4.2-6 TGA於0.37MPa等速磨耗COF與溫度曲線圖 79 圖4.2-7 CS於0.13MPa等速磨耗COF與溫度曲線圖 80 圖4.2-8 CS於0.27MPa等速磨耗COF與溫度曲線圖 80 圖4.2-9 CS於0.37MPa等速磨耗COF與溫度曲線圖 81 圖4.2-10 各試片在固定轉速374 rpm - 0-10 min不同荷重之平均摩擦係數 81 圖4.2-11 各試片在固定轉速374 rpm - 10-20 min不同荷重之平均摩擦係數 82 圖4.2-12 各試片在固定轉速374 rpm - 20-30 min不同荷重之平均摩擦係數 82 圖4.2-13 各試片在固定轉速374 rpm不同荷重之重量損失 83 圖4.2-14 各試片對磨材在固定轉速374 rpm不同荷重之重量損失 83 圖4.3-1 C6G1.25試片於121 rpm, 0.27 MPa磨耗前後表面顯微結構 86 圖4.3-2 C6G1.25試片於374 rpm, 0.27 MPa磨耗前後表面顯微結構 87 圖4.3-3 C6G1.25試片於482 rpm, 0.27 MPa磨耗前後表面顯微結構 88 圖4.3-4 C6G1.25V0.1試片於121 rpm, 0.27 MPa磨耗前後表面顯微結構 88 圖4.3-5 C6G1.25V0.1試片於374 rpm, 0.27 MPa磨耗前後表面顯微結構 89 圖4.3-6 C6G1.25V0.1試片於482 rpm, 0.27 MPa磨耗前後表面顯微結構 90 圖4.4-7 C6G1.25試片於374 rpm, 0.13MPa磨耗前後表面顯微結構 92 圖4.4-8 C6G1.25試片於374 rpm, 0.37MPa磨耗前後表面顯微結構 92 圖4.4-9 C6G1.25V0.1試片於374 rpm, 0.13MPa磨耗前後表面顯微結構 93 圖4.4-10 C6G1.25V0.1試片於374 rpm, 0.37MPa磨耗前後表面顯微結構 93 圖4.4-1 固定荷重下TGA與TGB在不同轉速時磨耗前後之表面粗糙度 95 圖4.4-2 固定轉速下TGA與TGB在不同荷重時磨耗前後之表面粗糙度 96  

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    下載圖示 校內：2023-08-29公開
    校外：2023-08-29公開
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