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刹車片材料發展方向

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刹車片材料發展方向

發布日期:2016-07-08 00:00 來源:http://www.gzshuwei.com 點擊:

刹車片材料發展方向

1、黏結劑材料的研究黏結劑的主要作用是將刹車片的各組分緊密黏結在一起,保持刹車片在高溫機械作用下的結構完整性。刹車片中最常使用的黏結劑是酚醛樹脂,它具有優異的耐熱性能和機械性能,電絕緣性和成型加工性能良好,且原料易得,價格便宜,工藝及生產設備簡單。但純酚醛樹脂的使用會造成刹車片硬度過高、脆性大,耐熱極限溫度僅約為250℃。當超過300℃時,熱分解現象相當嚴重,會導致刹車片的性能顯著下降。因此必須對酚醛樹脂進行增韌和耐熱 改性。國外用到的改性樹脂主要有COPNA樹脂(分解溫度大約400~500℃)、有機矽改性酚醛樹脂、硼酸改性酚醛樹脂、氰酯改性酚醛樹脂(能耐350℃以上高溫)、環氧改性酚醛

樹脂(在400℃下正常使用)、熱塑性聚酰亞胺樹脂(耐熱和耐磨性能都很好)、懸浮法樹脂。懸浮法樹脂是因酚醛樹脂懸浮聚合工藝而得名,它是國外20 世紀70 年代研製開發的一種新型酚醛樹脂,又被稱為Phenolic Thermosphere(簡稱PTS),分解溫度達到490℃,以該樹

脂為黏結劑製成的刹車片具有摩擦係數穩定、高溫摩擦性能好、噪音低、熱衰退小等優點。研究發現,使用改性酚醛樹脂的刹車片的各項摩擦性能(包括衰退前的摩擦係數,衰退後的摩擦係數,磨損率,損傷對偶件等方麵)都要比使用傳統酚醛樹脂的刹車片好;樹脂、刹車片的強度與磨損性能之間沒有必然的聯係。其中利用硼酸改性酚醛樹脂製備出的刹車片,400℃的時候,仍然保持較高的摩擦係數(在0.4 以上)。

2、摩擦性能調節劑

摩擦性能調節劑是一類添加到摩擦材料中能改進摩擦係數和磨損率的物質,主要分為潤滑劑和研磨劑兩大類。潤滑劑的主要目的是減小製動時摩擦係數的變化。常用的潤滑劑包括石墨和各種類型的金屬硫化物。金屬硫化物被認為是比石墨更好的潤滑劑,因為酚醛樹脂黏結劑與石墨的低黏結強度不能滿足現代汽車工業高效製動的要求,會加速摩擦材料的磨損,而金屬硫化物不存在這個問題。但是一些化合物如鉛和銻的硫化物是有毒的,所以更加安全的金屬硫化物如錫、銅、鉬的硫化物有可能成為理想的潤滑劑。研磨劑能增加摩擦材料的摩擦係數,但同時也會增加對偶件的磨損。它們可移除對偶材料上的鐵氧化物以及製動時產生的有不利影響的表麵膜,但高含量的研磨劑會增加摩擦係數的波動性。研磨劑主要是金屬氧化物、石英粉和矽酸鹽化合物的堅硬顆粒。其莫氏硬度值一般為7~8;常用研磨劑有鋯氧化物、矽酸鋯、氧化鋁、碳化矽、二氧化矽和鉻氧化物等。加入氧化鋁可提高摩擦係數,減小磨損率;加入碳化矽,能夠大幅度提高摩擦係數,而磨損率隻有少量增加;一定量的三硫化二銻(Sb2S3)和矽酸鋯ZrSiO4)對汽車刹車片摩擦係數的大小、穩定性有很大的影響摩擦性能調節劑對摩擦材料的摩擦特性影響很大,增加潤滑劑的含量可提高摩擦係數的穩定性,而增加研磨劑含量會增加摩擦係數的波動性,所以協調好製動摩擦材料中潤滑劑與研磨劑的用量非常重要。

3、增強纖維在刹車片材料中的應用20 世紀70 年代摩擦材料開始向無石棉化發展,出現了各種石棉纖維的替代品,主要有陶瓷纖維、芳綸纖維、碳纖維、鋼纖維、銅纖維、鋁纖維、玻璃纖維、礦物纖維、纖維素纖維、鈦酸鉀晶須和海泡石纖維等。隨著研究的深入,單一纖維增強的摩擦材料性能不全麵, 存在著各種缺陷,而幾種纖維混合在一起,性能可互補,發揮混雜效應,製備的摩擦材料性能優異,於是混雜纖維增強摩擦材料成為近年來研究的熱點。有研究表明,鈦酸鉀晶須與芳綸纖維黏附在一起,可提高摩擦表麵薄膜的耐熱性和強度,但是當摩擦材料僅含有兩種纖維中的某一種成分時,這種有利的協同效應大大減小。含有玻璃纖維、鋁纖維的刹車片不能提供理想的摩擦係數和磨損率,而利用芳綸纖維代替玻璃纖維,用鈦酸鉀作為摩擦性能調節劑,可全麵提高刹車片性能;與不含鈦酸鉀的刹車片相比,含有酞酸鉀的刹車片材料的摩擦係數穩定性、抗熱衰退性能和耐磨損性都提高了。據報道,銅纖維和鋼纖維刹車片的摩擦係數都隨著滑動速度的增加而減小,鋁纖維刹車片的摩擦係數變化不大;加入銅纖維可使摩擦材料擁有高而穩定的摩擦係數和很低的磨損率。一些研究對比了芳綸纖維、塞珞珞纖維PAN 纖維(聚丙烯腈纖維)、碳纖維對摩擦材料摩擦係數和耐磨性能的影響。結果表明,芳綸纖維能夠克服樹脂的熱敏感性,增進摩擦係數穩定性,減小磨損率;塞珞珞纖維能夠顯著的提高摩擦係數,但是磨損最大;碳纖維增強摩擦材料擁有最好的抗熱衰退性能;聚丙烯腈纖維對製動載荷和滑動速度的敏感性最小,對摩擦係數和磨損率的影響也不大。與樹脂、填料、摩擦性能調節劑相比,增強纖維更受刹車片研究人員的關注。各種增強纖維對汽車刹車片摩擦性能的影響,國內外進行了大量的研究,但是在陶瓷纖維增強刹車片領域的研究卻不多,僅局限於鈦酸鉀晶須、矽氧鋁纖維方麵,今後有必要開拓其它種類的陶瓷纖維在刹車片上的應用。

4、填料類型對刹車片材料性能的影響填料分有機填料和無機填料兩大類。無機填料包括硫酸鋇、碳酸鈣、長石粉、雲母、滑石、蛭石、高嶺土和矽藻土等。硫酸鋇和碳酸鈣都是很常用的填料,能夠提高摩擦材料的熱穩定性,同時也能改善材料的熱衰退性能,但在更高溫度下,前者不如後者穩定。雲母和蛭石是另外兩種常用填料,具有平麵網狀結構,都能夠抑製低頻製動噪聲,但蛭石在大約800℃時呈片狀迅速剝落,雲母在高溫下耐磨性能很差。腰果殼油摩擦粉和橡膠粉都是常用的有機填料,有相似的性能,都有優異的黏彈性,因此常被添加到刹車片中以達到降低噪聲的目的。三氧化鉬是填料家族的一個新品種,熔點較高,大約為800℃。據報道,三氧化鉬可防止摩擦材料在高溫下發生熱衰退和開裂。研究發現,硫酸鋇對刹車片的摩擦性能影響很大。通過對蛭石、重晶石、藍晶石、鉀長石和泡沫鐵粉五種常用填料對製動摩擦材料性能的影響研究,發現填料含量對材料摩擦係數的影響並不明顯,對磨損率的影響同樣很小,

隻有鉀長石除外。隨鉀長石含量的增加,摩擦材料的磨損率也增加。


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