一、 引言

摩擦材料作为传动和制动系统的关键组成部分，其性能直接关系到机械设备的安全性和可靠性。传统摩擦材料存在着耐磨性不足、热稳定性差等问题，而功能性填料的添加是改善这些性能的有效途径之一。活性氧化锌作为一种重要的无机填料，通过特殊的表面改性处理，在摩擦材料领域展现出显著的应用价值。

肇庆市新润丰高新材料有限公司通过技术创新，开发出具有特定改性尖晶石复合组分的活性氧化锌产品，为摩擦材料性能提升提供了新的解决方案。本文将从技术特性、作用机理和应用效果等方面深入探讨活性氧化锌在摩擦材料中的科学研究进展。

二、活性氧化锌的特性与表征

2.1 物理化学特性

活性氧化锌是一种白色或微黄色的微细粉末，与普通氧化锌相比，具有  粒度细小  、  比表面积大  和  活性强  的特点。其特殊的生产工艺使其形成了以活性剂为球核的微粒结构，经过聚合形成多孔结构，从而展现出优良的分散性。

通过BET法测定，活性氧化锌的比表面积通常在2-10m²/g范围内，表观密度为1.2-1.5g/cm³，平均粒径（D50）分布在3.8-8.5μm之间。这些特性保证了活性氧化锌在基体材料中的良好分散性和界面结合能力。

2.2 结构表征

现代分析技术表明，活性氧化锌表面具有丰富的活性位点，这些活性位点能够与橡胶、树脂等基体材料形成较强的结合力。通过SEM和TEM分析可见，经过表面活性剂修饰的纳米氧化锌呈现出均匀的粒径分布和良好的分散状态。

X射线衍射分析显示，活性氧化锌在保持氧化锌晶体结构的同时，引入了特定的改性尖晶石复合组分，这些复合组分进一步增强了材料的界面活性和热稳定性能。

三、活性氧化锌在摩擦材料中的作用机制

3.1 耐磨增强机制

活性氧化锌提高摩擦材料耐磨性的机制主要体现在以下几个方面：

  表面修饰效应  ：研究表明，采用表面活性剂（如十六烷基三甲基溴化铵）修饰的纳米氧化锌，能显著改善其在润滑油中的摩擦磨损性能。实验数据显示，在最佳添加量（质量分数为0.5%）条件下，平均摩擦系数可降低35%，磨斑直径下降11%；而经过CTAB修饰后，平均摩擦系数更是可降低70%，磨斑直径下降40%。

  界面强化作用  ：活性氧化锌通过其表面活性位点与基体材料形成强有力的界面结合，有效传递和分散应力，减少界面磨损。电化学方法在碳布上生长的氧化锌纳米结构，比传统机械混合方式具有更强的界面结合力，能更充分发挥氧化锌的增强作用。

3.2 硫化促进机制

在橡胶基摩擦材料中，活性氧化锌作为硫化活性剂，能有效促进硫磺硫化体系的交联反应。其促进作用主要体现在：

  提高硫化效率  ：活性氧化锌晶体表面的活性位点可加速交联反应进程，实验室测试表明，添加活性氧化锌后，硫化效率可提高约10-15%。

  改善交联结构  ：活性氧化锌能使硫化过程中形成更为均匀的交联网络结构，从而提高硫化胶的物理机械性能。研究表明，活性氧化锌在胶料中分布均匀，与硫化氢的接触面积大，进行界面反应的几率较大，使其转化为硫化锌的转化率提高。

3.3 热稳定机制

摩擦材料在工作过程中会产生大量热量，尤其是在高速磨削和制动场合。活性氧化锌的热稳定机制主要包括：

  热传导作用  ：活性氧化锌的热导率适中，有助于摩擦过程中热量的散发，避免局部过热导致的材料降解。

  热分解特性  ：活性氧化锌的灼烧减量（800°C，2h）不超过0.8%，表明其在高温下具有良好的稳定性。

四、活性氧化锌在不同摩擦材料体系中的应用

4.1 橡胶基摩擦材料

在橡胶摩擦材料体系中，活性氧化锌主要应用于砂轮、磨块、抛光轮等制品。推荐添加比例为胶料总量的5-15%。

  性能提升效果  ：在实际应用中，添加活性氧化锌的橡胶摩擦材料显示出显著的性能改善。DIN磨耗量测试表明，磨耗量可降低30-40%。同时，材料的拉伸强度、抗撕裂性能和定伸应力均得到明显提升。

  用量优势  ：与传统氧化锌相比，活性氧化锌的用量可减少30-50%，这不仅降低了成本，还避免了过多填料对材料性能的负面影响。

4.2 树脂基摩擦材料

在树脂基摩擦材料中，活性氧化锌主要应用于刹车片等需要较高热稳定性和耐磨性的领域。推荐添加比例为树脂总量的10-25%。

  界面优化效果  ：采用电化学方法在碳布上直接生长氧化锌纳米结构，能够实现氧化锌与增强体的充分结合，大大提高了界面作用力，有效改善了复合材料的摩擦学性能。

  摩擦性能调节  ：通过控制沉积电压（1-5V），可在碳布上获得不同形貌的氧化锌纳米结构（如颗粒状或片状结构），从而调节复合材料的摩擦性能。

五、制备工艺与技术进展

5.1 传统制备方法

活性氧化锌的传统制备方法主要包括均匀沉淀法、水热法等。均匀沉淀法通过在合成过程中加入表面活性剂，可制备出平均粒径约20-30nm的纳米氧化锌。

5.2 电化学制备技术

近年来，电化学制备技术在活性氧化锌制备中的应用日益广泛。该技术具有  环保  、  反应条件温和  、  过程可控  和  易于自动化操作  等优点。

电化学方法通过改变沉积电压可得到不同形貌的纳米氧化锌，如在不同电压下可分别获得颗粒状或片状结构的氧化锌。这种形貌可控性为设计特定性能的摩擦材料提供了可能。

5.3 表面改性技术

表面改性技术是提高活性氧化锌性能的关键。通过使用表面活性剂（如CTAB）对纳米氧化锌进行修饰，可显著改善其在基体中的分散性和界面相容性。

研究表明，经过表面活性剂修饰的纳米氧化锌在摩擦过程中能在钢球表面形成更为完整的保护膜，使磨损表面的犂沟深度最浅，宽度最小，表现出优异的减摩抗磨性能。

六、性能评价与测试方法

6.1 摩擦磨损性能测试

四球摩擦磨损试验是评价润滑材料摩擦磨损性能的常用方法。在该测试中，活性氧化锌的减摩抗磨性能可通过摩擦系数和磨斑直径来量化评价。

6.2 力学性能测试

活性氧化锌增强的摩擦材料的力学性能主要通过拉伸强度、抗撕裂性能和定伸应力等指标来评价。实验数据表明，添加活性氧化锌后，这些性能指标均有显著提升。

6.3 热稳定性测试

热稳定性是摩擦材料的重要性能指标。通过热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）可评价活性氧化锌的热稳定性能及其对复合材料热稳定性的影响。

七、未来发展趋势

随着对摩擦材料性能要求的不断提高，活性氧化锌的研究和发展呈现出以下趋势：

  纳米化与功能化  ：未来活性氧化锌将更加趋向纳米化和功能化发展，通过控制粒径、形貌和表面性质，实现对其性能的精确调控。

  绿色制备技术  ：环境友好的绿色制备技术将成为活性氧化锌生产的发展方向，如电化学合成法等。

  复合化与智能化  ：活性氧化锌将与其他功能材料复合，形成具有多重功能的复合材料，并朝着智能化方向发展，以满足不同工况条件下的应用需求。

结论

活性氧化锌作为一种重要的功能性填料，在摩擦材料领域展现出广阔的应用前景。通过表面改性技术和可控制备工艺，活性氧化锌具有了优异的耐磨增强、硫化促进和热稳定性能。其在橡胶和树脂基摩擦材料中的应用实践证明，它能显著提高材料的力学性能和耐磨性能，延长使用寿命。

随着制备技术的不断进步和应用研究的深入，活性氧化锌在摩擦材料领域的应用将更加广泛，为高性能摩擦材料的开发提供新的解决方案。肇庆市新润丰高新材料有限公司等企业在活性氧化锌领域的技术创新，将继续推动该领域的发展和进步。

未来研究应更加注重活性氧化锌的作用机理研究、制备工艺优化和应用技术开发，以进一步提高其性能和应用效果，满足日益增长的高性能摩擦材料需求。