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一、 引言

摩擦材料作為傳動(dòng)和制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其性能直接關(guān)系到機(jī)械設(shè)備的安全性和可靠性。傳統(tǒng)摩擦材料存在著耐磨性不足、熱穩(wěn)定性差等問(wèn)題，而功能性填料的添加是改善這些性能的有效途徑之一?；钚匝趸\作為一種重要的無(wú)機(jī)填料，通過(guò)特殊的表面改性處理，在摩擦材料領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著的應(yīng)用價(jià)值。

肇慶市新潤(rùn)豐高新材料有限公司通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出具有特定改性尖晶石復(fù)合組分的活性氧化鋅產(chǎn)品，為摩擦材料性能提升提供了新的解決方案。本文將從技術(shù)特性、作用機(jī)理和應(yīng)用效果等方面深入探討活性氧化鋅在摩擦材料中的科學(xué)研究進(jìn)展。

二、活性氧化鋅的特性與表征

2.1 物理化學(xué)特性

活性氧化鋅是一種白色或微黃色的微細(xì)粉末，與普通氧化鋅相比，具有  粒度細(xì)小  、  比表面積大  和  活性強(qiáng)  的特點(diǎn)。其特殊的生產(chǎn)工藝使其形成了以活性劑為球核的微粒結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)聚合形成多孔結(jié)構(gòu)，從而展現(xiàn)出優(yōu)良的分散性。

通過(guò)BET法測(cè)定，活性氧化鋅的比表面積通常在2-10m2/g范圍內(nèi)，表觀密度為1.2-1.5g/cm3，平均粒徑（D50）分布在3.8-8.5μm之間。這些特性保證了活性氧化鋅在基體材料中的良好分散性和界面結(jié)合能力。

2.2 結(jié)構(gòu)表征

現(xiàn)代分析技術(shù)表明，活性氧化鋅表面具有豐富的活性位點(diǎn)，這些活性位點(diǎn)能夠與橡膠、樹(shù)脂等基體材料形成較強(qiáng)的結(jié)合力。通過(guò)SEM和TEM分析可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)表面活性劑修飾的納米氧化鋅呈現(xiàn)出均勻的粒徑分布和良好的分散狀態(tài)。

X射線(xiàn)衍射分析顯示，活性氧化鋅在保持氧化鋅晶體結(jié)構(gòu)的同時(shí)，引入了特定的改性尖晶石復(fù)合組分，這些復(fù)合組分進(jìn)一步增強(qiáng)了材料的界面活性和熱穩(wěn)定性能。

三、活性氧化鋅在摩擦材料中的作用機(jī)制

3.1 耐磨增強(qiáng)機(jī)制

活性氧化鋅提高摩擦材料耐磨性的機(jī)制主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

  表面修飾效應(yīng)  ：研究表明，采用表面活性劑（如十六烷基三甲基溴化銨）修飾的納米氧化鋅，能顯著改善其在潤(rùn)滑油中的摩擦磨損性能。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在最佳添加量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%）條件下，平均摩擦系數(shù)可降低35%，磨斑直徑下降11%；而經(jīng)過(guò)CTAB修飾后，平均摩擦系數(shù)更是可降低70%，磨斑直徑下降40%。

  界面強(qiáng)化作用  ：活性氧化鋅通過(guò)其表面活性位點(diǎn)與基體材料形成強(qiáng)有力的界面結(jié)合，有效傳遞和分散應(yīng)力，減少界面磨損。電化學(xué)方法在碳布上生長(zhǎng)的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)機(jī)械混合方式具有更強(qiáng)的界面結(jié)合力，能更充分發(fā)揮氧化鋅的增強(qiáng)作用。

3.2 硫化促進(jìn)機(jī)制

在橡膠基摩擦材料中，活性氧化鋅作為硫化活性劑，能有效促進(jìn)硫磺硫化體系的交聯(lián)反應(yīng)。其促進(jìn)作用主要體現(xiàn)在：

  提高硫化效率  ：活性氧化鋅晶體表面的活性位點(diǎn)可加速交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)程，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試表明，添加活性氧化鋅后，硫化效率可提高約10-15%。

  改善交聯(lián)結(jié)構(gòu)  ：活性氧化鋅能使硫化過(guò)程中形成更為均勻的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高硫化膠的物理機(jī)械性能。研究表明，活性氧化鋅在膠料中分布均勻，與硫化氫的接觸面積大，進(jìn)行界面反應(yīng)的幾率較大，使其轉(zhuǎn)化為硫化鋅的轉(zhuǎn)化率提高。

3.3 熱穩(wěn)定機(jī)制

摩擦材料在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，尤其是在高速磨削和制動(dòng)場(chǎng)合?；钚匝趸\的熱穩(wěn)定機(jī)制主要包括：

  熱傳導(dǎo)作用  ：活性氧化鋅的熱導(dǎo)率適中，有助于摩擦過(guò)程中熱量的散發(fā)，避免局部過(guò)熱導(dǎo)致的材料降解。

  熱分解特性  ：活性氧化鋅的灼燒減量（800°C，2h）不超過(guò)0.8%，表明其在高溫下具有良好的穩(wěn)定性。

四、活性氧化鋅在不同摩擦材料體系中的應(yīng)用

4.1 橡膠基摩擦材料

在橡膠摩擦材料體系中，活性氧化鋅主要應(yīng)用于砂輪、磨塊、拋光輪等制品。推薦添加比例為膠料總量的5-15%。

  性能提升效果  ：在實(shí)際應(yīng)用中，添加活性氧化鋅的橡膠摩擦材料顯示出顯著的性能改善。DIN磨耗量測(cè)試表明，磨耗量可降低30-40%。同時(shí)，材料的拉伸強(qiáng)度、抗撕裂性能和定伸應(yīng)力均得到明顯提升。

  用量?jī)?yōu)勢(shì)  ：與傳統(tǒng)氧化鋅相比，活性氧化鋅的用量可減少30-50%，這不僅降低了成本，還避免了過(guò)多填料對(duì)材料性能的負(fù)面影響。

4.2 樹(shù)脂基摩擦材料

在樹(shù)脂基摩擦材料中，活性氧化鋅主要應(yīng)用于剎車(chē)片等需要較高熱穩(wěn)定性和耐磨性的領(lǐng)域。推薦添加比例為樹(shù)脂總量的10-25%。

  界面優(yōu)化效果  ：采用電化學(xué)方法在碳布上直接生長(zhǎng)氧化鋅納米結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)氧化鋅與增強(qiáng)體的充分結(jié)合，大大提高了界面作用力，有效改善了復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能。

  摩擦性能調(diào)節(jié)  ：通過(guò)控制沉積電壓（1-5V），可在碳布上獲得不同形貌的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)（如顆粒狀或片狀結(jié)構(gòu)），從而調(diào)節(jié)復(fù)合材料的摩擦性能。

五、制備工藝與技術(shù)進(jìn)展

5.1 傳統(tǒng)制備方法

活性氧化鋅的傳統(tǒng)制備方法主要包括均勻沉淀法、水熱法等。均勻沉淀法通過(guò)在合成過(guò)程中加入表面活性劑，可制備出平均粒徑約20-30nm的納米氧化鋅。

5.2 電化學(xué)制備技術(shù)

近年來(lái)，電化學(xué)制備技術(shù)在活性氧化鋅制備中的應(yīng)用日益廣泛。該技術(shù)具有  環(huán)保  、  反應(yīng)條件溫和  、  過(guò)程可控  和  易于自動(dòng)化操作  等優(yōu)點(diǎn)。

電化學(xué)方法通過(guò)改變沉積電壓可得到不同形貌的納米氧化鋅，如在不同電壓下可分別獲得顆粒狀或片狀結(jié)構(gòu)的氧化鋅。這種形貌可控性為設(shè)計(jì)特定性能的摩擦材料提供了可能。

5.3 表面改性技術(shù)

表面改性技術(shù)是提高活性氧化鋅性能的關(guān)鍵。通過(guò)使用表面活性劑（如CTAB）對(duì)納米氧化鋅進(jìn)行修飾，可顯著改善其在基體中的分散性和界面相容性。

研究表明，經(jīng)過(guò)表面活性劑修飾的納米氧化鋅在摩擦過(guò)程中能在鋼球表面形成更為完整的保護(hù)膜，使磨損表面的犂溝深度最淺，寬度最小，表現(xiàn)出優(yōu)異的減摩抗磨性能。

六、性能評(píng)價(jià)與測(cè)試方法

6.1 摩擦磨損性能測(cè)試

四球摩擦磨損試驗(yàn)是評(píng)價(jià)潤(rùn)滑材料摩擦磨損性能的常用方法。在該測(cè)試中，活性氧化鋅的減摩抗磨性能可通過(guò)摩擦系數(shù)和磨斑直徑來(lái)量化評(píng)價(jià)。

6.2 力學(xué)性能測(cè)試

活性氧化鋅增強(qiáng)的摩擦材料的力學(xué)性能主要通過(guò)拉伸強(qiáng)度、抗撕裂性能和定伸應(yīng)力等指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，添加活性氧化鋅后，這些性能指標(biāo)均有顯著提升。

6.3 熱穩(wěn)定性測(cè)試

熱穩(wěn)定性是摩擦材料的重要性能指標(biāo)。通過(guò)熱重分析（TGA）和差示掃描量熱法（DSC）可評(píng)價(jià)活性氧化鋅的熱穩(wěn)定性能及其對(duì)復(fù)合材料熱穩(wěn)定性的影響。

七、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

隨著對(duì)摩擦材料性能要求的不斷提高，活性氧化鋅的研究和發(fā)展呈現(xiàn)出以下趨勢(shì)：

  納米化與功能化  ：未來(lái)活性氧化鋅將更加趨向納米化和功能化發(fā)展，通過(guò)控制粒徑、形貌和表面性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其性能的精確調(diào)控。

  綠色制備技術(shù)  ：環(huán)境友好的綠色制備技術(shù)將成為活性氧化鋅生產(chǎn)的發(fā)展方向，如電化學(xué)合成法等。

  復(fù)合化與智能化  ：活性氧化鋅將與其他功能材料復(fù)合，形成具有多重功能的復(fù)合材料，并朝著智能化方向發(fā)展，以滿(mǎn)足不同工況條件下的應(yīng)用需求。

結(jié)論

活性氧化鋅作為一種重要的功能性填料，在摩擦材料領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。通過(guò)表面改性技術(shù)和可控制備工藝，活性氧化鋅具有了優(yōu)異的耐磨增強(qiáng)、硫化促進(jìn)和熱穩(wěn)定性能。其在橡膠和樹(shù)脂基摩擦材料中的應(yīng)用實(shí)踐證明，它能顯著提高材料的力學(xué)性能和耐磨性能，延長(zhǎng)使用壽命。

隨著制備技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用研究的深入，活性氧化鋅在摩擦材料領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛，為高性能摩擦材料的開(kāi)發(fā)提供新的解決方案。肇慶市新潤(rùn)豐高新材料有限公司等企業(yè)在活性氧化鋅領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，將繼續(xù)推動(dòng)該領(lǐng)域的發(fā)展和進(jìn)步。

未來(lái)研究應(yīng)更加注重活性氧化鋅的作用機(jī)理研究、制備工藝優(yōu)化和應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)，以進(jìn)一步提高其性能和應(yīng)用效果，滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的高性能摩擦材料需求。