本发明属于高分子制动摩擦材料功能检测领域，具体涉及制动摩擦材料寿命检测技术，尤其涉及一种评估制动摩擦材料自然老化寿命的方法。
背景技术
高分子材料作为一种新型材料，经过半个多世纪的发展，已在各个工业领域中发挥了巨大的作用。其中高分子摩擦材料是现代机械运动工件的转动和控制(包括制动、转向、调速、控制张力等)系统中必不可少的部件，广泛应用于航空、航天、铁道、汽车、石油以及其它许多国防和民用部门，在国民经济建设中处于很重要的地位。
高分子制品在使用过程中面临的一个严重的问题就是其性能会随着老化而下降，甚至失效失去使用价值。对于高分子制动摩擦材料而言，由于其往往应用于机械装置的关键部位，一旦在使用中发生老化失效，就可能会造成严重的事故和人身伤害，并造成巨大的经济损失。目前，市场上仅对高分子制动摩擦材料的使用性能做了相关要求，但实际情况中高分子制动摩擦材料会在贮存一定时间后才会使用，这必然导致了其实际应用性能与初始入厂的性能有所差异，这种差异在时间轴上的延伸，可能会导致高分子制动摩擦材料的实际使用寿命缩短或性能失效。因此有必要在应用前根据实际使用工况对高分子制动摩擦材料寿命进行评估。
技术实现要素：
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种评估制动摩擦材料自然老化寿命的方法，以已知材料的老化时间和对应寿命为依据，以压缩强度、弯曲强度、摩擦系数和磨耗的测试结果为标准，根据实际使用工况自由组合老化试验，近似估算出制动摩擦材料的自然老化寿命，提高了制动摩擦材料的使用安全性，降低了因摩擦材料失效导致的危害后果，具有良好的应用前景。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种评估制动摩擦材料自然老化寿命的方法，所述包括以下步骤：
(1)根据实际使用工况，对制动摩擦材料进行老化试验；
(2)测试步骤(1)老化实验后得到的样品的压缩强度、弯曲强度、摩擦系数和磨耗；
(3)以步骤(2)中样品的压缩强度、弯曲强度、摩擦系数和磨耗的测试结果为标准，以已知材料的老化时间和对应寿命为依据，估算出制动摩擦材料的寿命；所述已知材料与步骤(1)所述制动摩擦材料中至少含有一种相同的成分。
根据本发明，步骤(1)所述老化试验为热空气加速老化试验、盐雾老化试验、臭氧老化试验或湿/冷/热循环老化试验中的至少一种，例如可以是热空气加速老化试验和盐雾老化试验，臭氧老化试验和湿/冷/热循环老化试验，热空气加速老化试验，臭氧老化试验和湿/冷/热循环老化试验等，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，所述热空气加速老化试验为模拟制动摩擦材料在高温工况下的储存和使用。
根据本发明，所述盐雾老化试验为模拟制动摩擦材料在沿海区域或高腐蚀环境工况下的储存和使用。
根据本发明，所述臭氧老化试验为模拟制动摩擦材料在自然环境工况下的储存和使用。
根据本发明，所述湿/冷/热循环老化试验，为模拟制动摩擦材料在高海拔区域或恶劣环境工况下的储存或使用。
根据本发明，按照gb/t3512-2014进行热空气加速老化试验；按照gb/t10125-2012进行盐雾老化试验；按照gbt7762-2014进行臭氧老化试验；按照gb2423.22-2012进行湿/冷/热循环老化试验。
根据本发明，步骤(1)所述制动摩擦材料中含有主要成分和辅助成分。
根据本发明，所述主要成分为酚醛树脂、无机纤维、丁腈橡胶、铜纤维、芳纶或纳米碳酸钙中的至少一种，例如可以是酚醛树脂、无机纤维、丁腈橡胶、铜纤维、芳纶或纳米碳酸钙中的任意一种，典型但非限定性的组合为：酚醛树脂和无机纤维，丁腈橡胶和铜纤维，芳纶和纳米碳酸钙，酚醛树脂、无机纤维和丁腈橡胶，铜纤维、芳纶和纳米碳酸钙等，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，所述辅助成分为石墨、重晶石、无石棉纤维、碳纤维或炭黑中的至少两种，例如可以是石墨和重晶石，无石棉纤维和碳纤维，炭黑和石墨，重晶石和碳纤维，石墨、重晶石和无石棉纤维，无石棉纤维、碳纤维和炭黑等，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，步骤(2)中按照gb/t11834-2011测试步骤(1)老化实验后得到的样品的压缩强度、弯曲强度、摩擦系数和磨耗。
根据本发明，步骤(3)所述已知材料与步骤(1)所述制动摩擦材料中至少含有一种相同的主要成分。
根据本发明，步骤(3)所述已知材料与步骤(1)所述制动摩擦材料中含有的相同的成分(主要成分和辅助成分之和)在二者中所占的比例均超过50wt％。
根据本发明，步骤(3)中的具体操作为：当所述制动摩擦材料在已知材料的老化时间下进行老化试验后，步骤(2)中样品的压缩强度、弯曲强度、摩擦系数和磨耗均满足该制动摩擦材料在其对应工况下的要求时，则估算出该制动摩擦材料的寿命大于该已知材料的老化时间下对应的寿命。相对应的，当所述制动摩擦材料在已知材料的老化时间下进行老化试验后，步骤(2)中样品的压缩强度、弯曲强度、摩擦系数或磨耗中的至少一项不满足该制动摩擦材料在其对应工况下的要求时，则估算出该制动摩擦材料的寿命小于该已知材料的老化时间下对应的寿命。
根据本发明，所述已知近似材料的各项老化试验与本发明提供的制动摩擦材料的各项老化试验测试标准均一致。
作为优选的技术方案，本发明所述评估制动摩擦材料自然老化寿命的方法包括以下步骤：
(1)根据实际使用工况，对制动摩擦材料进行老化试验；所述老化试验为热空气加速老化试验、盐雾老化试验、臭氧老化试验或湿/冷/热循环老化试验中的至少一种，其中，所述热空气加速老化试验为模拟制动摩擦材料在高温工况下的储存和使用，按照gb/t3512-2014进行；所述盐雾老化试验为模拟制动摩擦材料在沿海区域或高腐蚀环境工况下的储存和使用，按照gb/t10125-2012进行；所述臭氧老化试验为模拟制动摩擦材料在自然环境工况下的储存和使用，按照gbt7762-2014进行；所述湿/冷/热循环老化试验，为模拟制动摩擦材料在高海拔区域或恶劣环境工况下的储存或使用，按照gb2423.22-2012进行；
所述制动摩擦材料中含有主要成分和辅助成分，其中，主要成分为酚醛树脂、无机纤维、丁腈橡胶、铜纤维、芳纶或纳米碳酸钙中的至少一种，辅助成分为石墨、重晶石、无石棉纤维、碳纤维或炭黑中的至少两种；
(2)按照gb/t11834-2011测试步骤(1)老化实验后得到的样品的压缩强度、弯曲强度、摩擦系数和磨耗；
(3)以步骤(2)中样品的压缩强度、弯曲强度、摩擦系数和磨耗的测试结果为标准，以已知材料的老化时间和对应寿命为依据，估算出制动摩擦材料的寿命，具体操作为：
当所述制动摩擦材料在已知材料的老化时间下进行老化试验后，步骤(2)中样品的压缩强度、弯曲强度、摩擦系数和磨耗均满足该制动摩擦材料在其对应工况下的要求时，则估算出该制动摩擦材料的寿命大于该已知材料的老化时间下对应的寿命；
当所述制动摩擦材料在已知材料的老化时间下进行老化试验后，步骤(2)中样品的压缩强度、弯曲强度、摩擦系数或磨耗中的至少一项不满足该制动摩擦材料在其对应工况下的要求时，则估算出该制动摩擦材料的寿命小于该已知材料的老化时间下对应的寿命；
所述已知材料与步骤(1)所述制动摩擦材料中至少含有一种相同的主要成分，含有的相同的成分在二者中所占的比例均超过50wt％。
本发明以已知材料的老化时间和对应寿命为依据，根据制动摩擦材料实际使用工况自由组合包括热空气加速老化试验、盐雾老化试验、臭氧老化试验和湿/冷/热循环老化试验，然后对实验所得样品分别进行性能测试(压缩强度、弯曲强度、摩擦系数和磨耗)，所得数据(压缩强度、弯曲强度、摩擦系数、磨耗)中的任意一项低于其对应工况的要求时，即达到该制动摩擦材料的最大储存及使用期限(寿命)。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明能够比较准确的预估高分子制动摩擦材料的自然老化寿命时间，进一步提高了制动摩擦材料的使用安全性，降低了因摩擦材料失效导致的危害后果，提高了摩擦材料的利用率。
(2)本发明基于老化试验的各种组合，性能的各项测试，通过对比已知近似材料的老化时间和寿命，估算出制动摩擦材料寿命，填补了制动摩擦材料长期储存或使用的寿命评估的技术空白。本发明试验简单、通用性强、可靠性高，可以推广到其他相关评估领域，具有良好的应用前景。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
已知一种已知近似材料，其主要成分含有丁腈橡胶(90wt％以上)，当其满足热空气加速老化试验500小时、盐雾老化试验1000小时、臭氧老化试验200小时、湿/冷/热温度循环试验1008小时时，对应实际储存及使用5年期限。
当其满足热空气加速老化试验700小时、盐雾老化试验1400小时、臭氧老化试验280小时、湿/冷/热温度循环试验1432小时时；对应实际储存及使用7年期限。
上述已知近似材料的各项老化试验与本发明提供的各项老化试验测试标准均一致。
本实施例要评估的制动摩擦材料中含有丁腈橡胶(70wt％)，按照以下方法进行评估。
该制动摩擦材料的实际使用工况为高温、高腐蚀环境、自然环境、恶劣环境，因此分别对其进行热空气加速老化试验、盐雾老化试验、臭氧老化试验和湿/冷/热循环老化试验。
制动摩擦材料样品参数：直径为29mm，高12.5mm的圆柱体。
按照gb/t3512-2014进行热空气加速老化试验：选取500件制动摩擦材料样品，确定试验温度t1＝100℃，t2＝90℃，t2＝80℃，t4＝70℃，每隔100h取出样品进行压缩强度、弯曲强度、摩擦系数、磨耗测试。
按照gb/t10125-2012进行盐雾老化试验：选取500件制动摩擦材料样品，实验条件为盐水浓度：(50±5)g/l，温度：(35±2)℃，ph值：6.5-7.2，连续喷雾。老化时间1000小时，每200小时取出样品进行压缩强度、弯曲强度、摩擦系数、磨耗测试。
按照gbt7762-2014进行臭氧老化试验：选取500件制动摩擦材料样品，实验条件为40℃±2℃，臭氧浓度(50±5)×10-8，老化时间200小时，老化100h后，查看外观。老化200h后，取出样品进行压缩强度、弯曲强度、摩擦系数、摩耗测试。
按照gb2423.22-2012进行湿/冷/热温度循环试验：选取500件制动摩擦材料样品，实验条件为5℃恒温环境放置2h；随后开始降温2h，环境温度降至-40℃，-40℃低温环境放置6h；随后开始升温2h，环境温度升至5℃，5℃恒温环境放置2h；随后开始升温2h，升至高温环境60℃、相对湿度98％，持续此环境条件6h；随后开始降温2h，降温至5℃，以上全部过程完成为一个循环。老化时间1008h(共42个循环)，每7个循环(168小时)取出样品进行压缩强度、弯曲强度、摩擦系数、摩耗测试。
按照gb/t11834-2011工农业机械用摩擦片中的测试方法分别测试上述各个实验样品的压缩强度、弯曲强度、摩擦系数和磨耗，发现测试结果均满足该对应工况下对制动摩擦材料的强度要求。则可推断出该制动摩擦材料寿命大于该已知近似材料的寿命，即大于5年寿命。
进一步的，为评估出该制动摩擦材料的最大使用期限：增加对应的热空气加速老化试验为700小时、盐雾老化试验为1400小时、臭氧老化试验为280小时、湿/冷/热温度循环试验1432小时，实验方法与上面相同。
按照gb/t11834-2011工农业机械用摩擦片中的测试方法分别测试上述各个实验样品的压缩强度、弯曲强度、摩擦系数和磨耗，发现热空气加速老化试验(700h)得到的样品的弯曲强度以及湿/冷/热温度循环试验(1432h)的磨耗不满足该工况下对制动摩擦材料的强度要求。则可推断出该制动摩擦材料寿命小于该已知近似材料的寿命，即小于7年寿命。
综上所述，可推断出该制动摩擦材料的实际储存及使用寿命为5-7年。
实施例2
已知一种已知近似材料，其主要成分含有酚醛树脂(30wt％)，辅助成分含有碳纤维(15wt％)、石墨(8wt％)和无石棉纤维(5wt％)，当其满足盐雾老化试验1200小时、臭氧老化试验180小时时，对应实际储存及使用3年期限。
当其满足盐雾老化试验2000小时、臭氧老化试验300小时时，对应实际储存及使用5年期限。
本实施例要评估的制动摩擦材料中含有酚醛树脂(40wt％)，碳纤维(5wt％)、石墨(12wt％)和无石棉纤维(3wt％)，按照以下方法进行评估。
上述已知近似材料的各项老化试验与本发明提供的各项老化试验测试标准均一致。
该制动摩擦材料的实际使用工况为高腐蚀环境以及自然环境，因此分别对其进行盐雾老化试验和臭氧老化试验。
制动摩擦材料样品参数：80mm×10mm，厚4mm的样条。
按照gb/t10125-2012进行盐雾老化试验：选取300件制动摩擦材料样品，实验条件为盐水浓度：(50±5)g/l，温度：(35±2)℃，ph值：6.5-7.2，连续喷雾。老化时间1000小时，每200小时取出样品进行压缩强度、弯曲强度、摩擦系数、磨耗测试。
按照gbt7762-2014进行臭氧老化试验：选取500件制动摩擦材料样品，实验条件为40℃±2℃，臭氧浓度(50±5)×10-8，老化时间200小时，老化100h后，查看外观。老化后200h后，取出样品进行压缩强度、弯曲强度、摩擦系数、摩耗、外观测试。
按照gb/t11834-2011工农业机械用摩擦片中的测试方法分别测试上述各个实验样品的压缩强度、弯曲强度、摩擦系数和磨耗，发现测试结果均满足该工况下对制动摩擦材料的强度要求。则可推断出该制动摩擦材料寿命大于该已知近似材料的寿命，即大于3年寿命。
进一步的，为评估出该制动摩擦材料的最大使用期限：增加对应的盐雾老化试验为2000小时、臭氧老化试验为300小时，实验方法与上述方法相同。
按照gb/t11834-2011工农业机械用摩擦片中的测试方法分别测试上述各个实验样品的压缩强度、弯曲强度、摩擦系数和磨耗，发现盐雾老化试验(300h)得到的样品的摩擦系数和磨耗不满足该工况下对制动摩擦材料的强度要求。则可推断出该制动摩擦材料寿命小于该已知近似材料的寿命，即小于5年寿命。
综上所述，可推断出该制动摩擦材料的实际储存及使用寿命为3-5年。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。