1、汽車剎車材料的發展趨勢趙霞（杭州哲博化工科技有限公司，杭州市西溪路525號浙大國家大學科技園，浙江,杭州310013,Email:zhebocs）在汽車工業快速發展的今天，車輛的安全、環保尤為重要，對汽車剎車片的新要求不斷提高。汽車剎車片在工作時通過承受外來壓力，產生摩擦，使車輛達到減速的目的。因此，剎車片的材料的耐磨和耐熱性能十分重要。我國剎車片的研究比國外起步晚，與世界發達國家還有較大差距。一些剎車片生產廠家，仍處于傳統的石棉剎車片時代，已經不符合現代汽車工業的要求。為此，我們綜合了國外的研究方向，探討剎車片材料的發展方向。一、高性能剎車片材料的基本性能要求1、合適的摩擦系數：剎車片摩擦系

2、數必須適中，如果摩擦系數低于0.35,剎車時就會超過安全制動距離甚至剎車失靈，如果摩擦系數高于0.40,剎車容易突然抱死，出現翻車事故。博世安全型剎車片的摩擦系數是0.39,很好地滿足了系數適中的要求。2、可靠的穩定性：汽車高速行駛或緊急制動時會產生瞬時的高溫，在高溫狀態下，剎車片的摩擦系數會下降，稱為熱衰退。剎車片抗熱衰退性能的好壞決定了汽車制動的安全性，所以剎車片必須有適中且穩定的摩擦系數。3、滿意的舒適性：舒適性是摩擦性能的直接體現，包括制動感覺、噪音、粉塵、異味等。在舒適性指標中，車主往往最關心的是剎車片的噪音情況。4、合理的壽命：使用壽命是大家普遍關注的產品指標。正常行駛的車輛，前制

3、動器剎車片壽命為3萬km,后制動器剎車片的使用壽命為8萬km。二、剎車片材料發展方向1、黏結劑材料的研究黏結劑的主要作用是將剎車片的各組分緊密黏結在一起，保持剎車片在高溫機械作用下的結構完整性。剎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剎車片硬度過高、脆性大，耐熱極限溫度僅約為250C。當超過300c時，熱分解現象相當嚴重，會導致剎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400500C）、有機硅改性酚醛樹脂

4、、硼酸改性酚醛樹脂、鼠酯改性酚醛樹脂（能耐350c以上高溫）、環氧改性酚醛樹脂（在400c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年代研制開發的一種新型酚醛樹脂，又被稱為PhenolicThermosphere（簡稱PTS）,分解溫度達到490C,以該樹脂為黏結劑制成的剎車片具有摩擦系數穩定、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剎車片的各項摩擦性能（包括衰退前的摩擦系數，衰退后的摩擦系數，磨損率，損傷對偶件等方面）都要比使用傳統酚醛樹脂的剎車片好；樹脂、剎車片的強度與磨損

5、性能之間沒有必然的聯系。其中利用硼酸改性酚醛樹脂制備出的剎車片，400c的時候，仍然保持較高的摩擦系數（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系數和磨損率的物質，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制動時摩擦系數的變化。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制動的要求，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睇的硫化物是有毒的，所以更加安全的金屬硫化物如錫、銅、鋁的硫化物有可能成為理想的潤滑劑。研磨劑能增

6、加摩擦材料的摩擦系數，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制動時產生的有不利影響的表面膜，但高含量的研磨劑會增加摩擦系數的波動性。研磨劑主要是金屬氧化物、石英粉和硅酸鹽化合物的堅硬顆粒。其莫氏硬度值一般為78;常用研磨劑有錯氧化物、硅酸錯、氧化鋁、碳化硅、二氧化硅和銘氧化物等。加入氧化鋁可提高摩擦系數，減小磨損率；加入碳化硅，能夠大幅度提高摩擦系數，而磨損率只有少量增加；一定量的三硫化二睇（Sb2s3）和硅酸錯（ZrSiO4）對汽車剎車片摩擦系數的大小、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系數的穩定性，而增加研磨劑含

7、量會增加摩擦系數的波動性，所以協調好制動摩擦材料中潤滑劑與研磨劑的用量非常重要。3、增強纖維在剎車片材料中的應用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面，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，制備的摩擦材料性能優異，于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，可提高摩擦表面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

8、成分時，這種有利的協同效應大大減小。含有玻璃纖維、鋁纖維的剎車片不能提供理想的摩擦系數和磨損率，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，可全面提高剎車片性能；與不含鈦酸鉀的剎車片相比，含有酗:酸鉀的剎車片材料的摩擦系數穩定性、抗熱衰退性能和耐磨損性都提高了。據報道，銅纖維和鋼纖維剎車片的摩擦系數都隨著滑動速度的增加而減小，鋁纖維剎車片的摩擦系數變化不大；加入銅纖維可使摩擦材料擁有高而穩定的摩擦系數和很低的磨損率。一些研究對比了芳綸纖維、塞珞珞纖維、PAN纖維（聚丙烯睛纖維）、碳纖維對摩擦材料摩擦系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，增進摩擦系數穩定性，

9、減小磨損率；塞珞珞纖維能夠顯著的提高摩擦系數，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；聚丙烯睛纖維對制動載荷和滑動速度的敏感性最小，對摩擦系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，增強纖維更受剎車片研究人員的關注。各種增強纖維對汽車剎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剎車片領域的研究卻不多，僅局限于鈦酸鉀晶須、硅氧鋁纖維方面，今后有必要開拓其它種類的陶瓷纖維在剎車片上的應用。4、填料類型對剎車片材料性能的影響填料分有機填料和無機填料兩大類。無機填料包括硫酸鋼、碳酸鈣、長石粉、云母、滑石、蛭石、高嶺土和硅藻土等。硫酸鋼和碳酸鈣都是很常

10、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，前者不如后者穩定。云母和蛭石是另外兩種常用填料，具有平面網狀結構，都能夠抑制低頻制動噪聲，但蛭石在大約800c時呈片狀迅速剝落，云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，因此常被添加到剎車片中以達到降低噪聲的目的。三氧化鋁是填料家族的一個新品種，熔點較高，大約為800C。據報道，三氧化鋁可防止摩擦材料在高溫下發生熱衰退和開裂。研究發現，硫酸鋼對剎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制動摩擦材料性能的影響研究，

11、發現填料含量對材料摩擦系數的影響并不明顯，對磨損率的影響同樣很小，只有鉀長石除外。隨鉀長石含量的增加，摩擦材料的磨損率也增加。另外，還有報道利用一種新的組合方法研究各種填料對剎車片磨損性能的影響，提出了減小磨損率的三種機理。填料對摩擦材料的機械性能、物理性能和摩擦性能都有重要影響，能調節摩擦材料的硬度，改善制動噪音和制品外觀，降低成本。但是在剎車片的開發和應用中，研究人員大都集中在增強纖維的研究上，而對填料的研究很少，在實際生產中也往往只憑經驗和習慣選擇填料，沒有一套系統科學的理論作指導。參考文獻1 .田農，薛忠民，張佐光.纖維增強聚合物基摩擦材料的研究進展J.潤滑與密封2009,34(2):98-105.2 .楊波，向定漢，周芳.SAFC纖維改性半金屬摩擦材料及摩擦學性能研究J.潤滑與密封，2009,34(2):21-24.3 .張明秸,劉勇兵，楊曉紅.車用摩擦材料的摩擦學研究進展J.摩擦學學報，1999,19(4):379-3844 .KmiYC,ChoMH,KmiSJ,eta.lTheeffect