汽車制動器襯片檢測標(biāo)準(zhǔn)及測試方法研究

韓福濤 毛成濤 黃 埔 史松杰 蘇 杰

（山東出入境檢驗檢疫局 山東青島 266061）

1 前言

汽車制動器襯片，俗稱剎車片，是汽車制動系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量優(yōu)劣直接影響汽車的制動性能，關(guān)系到汽車使用者和行人的生命財產(chǎn)安全。在汽車已經(jīng)走進(jìn)千家萬戶成為人們主要交通工具的情況下，汽車制動安全引起了人們的廣泛關(guān)注。因此，為保障人們的出行安全，開展汽車制動器襯片的質(zhì)量檢測工作十分必要，我國也制定了強制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5763-2008《汽車用制動器襯片》，對襯片產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)提出了具體要求和規(guī)范[1]。

本文系統(tǒng)闡述了襯片產(chǎn)品國內(nèi)外主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，研究了其檢測項目及測試方法，分析了襯片產(chǎn)品質(zhì)量檢測結(jié)果及存在的主要質(zhì)量問題，以期對襯片質(zhì)量控制和市場監(jiān)管提供技術(shù)支持和幫助。

2 制動器襯片及分類

2.1 制動器襯片

汽車制動器襯片的工作原理是當(dāng)行駛車輛制動時，襯片受到壓力，與制動鼓或制動盤產(chǎn)生摩擦，將車輛行駛的動能轉(zhuǎn)化為摩擦產(chǎn)生的熱能，使車輛減速制動。性能良好的襯片應(yīng)能產(chǎn)生性能穩(wěn)定的摩擦力，自身磨損小，且不損傷制動鼓或制動盤，不與摩擦對偶表面發(fā)生粘連，同時摩擦過程中不產(chǎn)生摩擦噪音和粉塵、冒煙、異味等有害物質(zhì)。襯片摩擦系數(shù)應(yīng)適當(dāng)，過高易造成制動過程中車輪抱死、車輛打滑，摩擦系數(shù)過低則剎車距離過長，均不利于行車安全。一些劣質(zhì)襯片在高溫狀況下摩擦性能會大幅下降，產(chǎn)生熱衰退現(xiàn)象，在高速行駛緊急制動時或長距離下坡時發(fā)生剎車失靈，危及行車安全。

2.2 制動器襯片分類

按照材質(zhì)的不同，襯片可分為石棉片、半金屬片、陶瓷片、NAO（無石棉有機物）片。石棉型襯片雖然成本低廉，但石棉纖維已被證實為致癌物質(zhì)，不符合環(huán)保要求，我國國家強制標(biāo)準(zhǔn)GB 12676-2014《商用車輛和掛車制動系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗方法》也已經(jīng)禁止在制動器襯片中含有石棉[2]，因此目前石棉型襯片已基本退出了市場。目前我國國內(nèi)主要采用半金屬摩擦材料，大多使用銅材料或鋼材料，其導(dǎo)熱性好而具有較高的制動溫度，但金屬含量高時在低溫環(huán)境中對剎車盤磨損較大，且制動噪音較大。陶瓷片在上世紀(jì)90年代由日本企業(yè)最先研發(fā)成功，具有使用壽命長、無噪聲、綠色環(huán)保等優(yōu)點，目前日本、美國大量汽車廠整車原裝配套均為該類型剎車片。NAO片主要以玻璃纖維、芳香族聚酰纖維等作為加固纖維，使剎車片在高溫和低溫情況下均可產(chǎn)生良好的制動力，減少磨損，提高剎車盤的使用壽命，且剎車噪音小。

按照用途的不同，襯片可分為1類、2類、3類、4類襯片[1]。其中1類襯片適用于駐車制動器（手剎），2類襯片適用于微、輕型車鼓式制動器，3類襯片適用于中、重型車鼓式制動器，4類襯片適用于盤式制動器（轎車）。典型的鼓式制動器襯片和盤式制動器襯片外觀結(jié)構(gòu)見圖1和圖2。

圖1 鼓式制動器襯片

圖2 盤式制動器襯片

3 國內(nèi)外主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

目前，國內(nèi)外汽車制動器襯片技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要包括國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、美國、歐洲、日本和中國標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1 國內(nèi)外汽車制動器襯片主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 15484規(guī)定了襯片產(chǎn)品質(zhì)量控制要求，參考了美國、歐洲和日本相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，是較為完善的汽車制動器襯片產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)[3]；ISO試驗方法標(biāo)準(zhǔn)主要包括 ISO 6310、ISO 6312、ISO 6313、ISO 7629、ISO 11157等標(biāo)準(zhǔn)。美國主要有SAE（美國汽車工程師協(xié)會）標(biāo)準(zhǔn)、FMVSS（美國聯(lián)邦機動車安全標(biāo)準(zhǔn)）、VESC（美國車輛設(shè)備安全委員會）3種襯片標(biāo)準(zhǔn)，主機廠配套襯片標(biāo)準(zhǔn)有 FMVSS 121、FMVSS122、FMVSS105、FMVSS135等，換裝襯片標(biāo)準(zhǔn)有 SAE J2430和VESC V-3等標(biāo)準(zhǔn)[4]。歐洲襯片技術(shù)法規(guī)主要為UN/WP29（聯(lián)合國世界車輛法規(guī)協(xié)調(diào)論壇）組織制定的主機廠配套使用的ECE R13、ECE R13H和換裝襯片標(biāo)準(zhǔn) ECE R90， 以及 AK1、AK2、AK3、AKM等。日本襯片標(biāo)準(zhǔn)主要分為JIS（日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查會）和JASO（日本汽車標(biāo)準(zhǔn)組織）2種，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)有JIS D4411，方法標(biāo)準(zhǔn)有JIS D4421、JIS D4422和 JASO C403、JASO C405、JASO C406、JASO C418等標(biāo)準(zhǔn)。

我國汽車制動器襯片產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)有GB 5763和GB/T 26738，試驗方法標(biāo)準(zhǔn)分為 GB（國標(biāo)）、JC（建材）和 QC（汽車）3 類，包括 GB/T 22309、GB/T 22310、GB/T 22311、GB/T 17469、GB/T 5766、JC/T 472、JC/T 685、QC/T 472、QC/T 583 等標(biāo)準(zhǔn)。 其中 GB 5763為強制性國家標(biāo)準(zhǔn)，制定時主要參考了日本產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)JIS D 4411，同時參照ECE R90增加了襯片剪切強度、壓縮、熱膨脹性能指標(biāo)要求[5，6]。GB/T 26738 為襯片產(chǎn)品管理標(biāo)準(zhǔn)，等同采用ISO 15484國際標(biāo)準(zhǔn)[7]。

4 制動器襯片檢測項目及測試方法

我國現(xiàn)行有效的汽車制動器襯片產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為GB 5763-2008，該標(biāo)準(zhǔn)為強制性國家標(biāo)準(zhǔn)，其要求的檢測項目包括摩擦性能、剪切強度、熱膨脹率、壓縮應(yīng)變、沖擊強度、外觀質(zhì)量、標(biāo)志和包裝等項目，其中摩擦性能和剪切強度為強制性要求，其余為推薦性要求，詳見表2。

4.1 摩擦性能

摩擦性能是制動器襯片的核心指標(biāo)，直接影響襯片的制動性能。國家標(biāo)準(zhǔn)從摩擦系數(shù)、指定摩擦系數(shù)的允許偏差和磨損率3個方面考核襯片的摩擦性能[1]。

摩擦性能試驗方法為GB 5763，測試設(shè)備為定速式摩擦試驗機且應(yīng)符合JC/T 1065的要求[8]。試驗溫度從100℃開始，每隔50℃作為一個試驗溫度，根據(jù)襯片種類的不同，1～4類襯片最高試驗溫度分別為 200℃、250℃、300℃和 350℃。按照公式（1）和公式（2）計算各試驗溫度下的摩擦系數(shù)和磨損率。

式中：μ為摩擦系數(shù)；f為摩擦力（總摩擦距離的后半部分穩(wěn)定的摩擦力的平均值）；F為加在試片上的法向力，單位為N。

式中：V 為磨損率，單位為[cm3/（N·m）]；A 為試片摩擦面的總面積，單位為cm2；n為試驗時摩擦盤的總轉(zhuǎn)數(shù)；d1為試驗前試片的平均厚度，單位為cm；d2為試驗后試片的平均厚度，單位為cm；fm為試驗時總平均摩擦力，單位為N。

4.2 剪切強度

剪切強度反映的是摩擦材料及其與背板的粘結(jié)牢固程度，剪切強度低可能產(chǎn)生摩擦材料承受不住剎車時產(chǎn)生的剪切應(yīng)力而發(fā)生摩擦材料內(nèi)部斷裂或與鋼背板脫離，造成制動失靈。因此國標(biāo)強制要求2類（粘結(jié)型）襯片總成和4類（粘結(jié)型）襯片在室溫下的剪切強度分別不小于1.5 MPa和2.5 MPa。

剪切強度試驗方法為GB/T 22309-2008《道路車輛 制動襯片 盤式制動塊總成和鼓式制動蹄總成剪切強度試驗方法》，測試設(shè)備為剪切強度試驗機[9]，使用公式（3）計算襯片剪切強度。

式中：τ為剪切強度，單位為MPa；F為失效剪切力，單位為N；A為試樣面積，單位為mm2。

4.3 熱膨脹率和壓縮應(yīng)變

4類襯片適用于盤式制動器，制動時襯片若隨溫度升高而熱膨脹率過大，可能引起車輪抱死。若襯片過軟（壓縮應(yīng)變大）則易增加襯片磨耗，縮短使用壽命。因此GB 5763規(guī)定4類襯片的熱膨脹率（400±10）℃時不大于2.5%，壓縮應(yīng)變在室溫時不大于 2%，（400±10）℃時不大于 5%。

熱膨脹率試驗方法為GB/T 22310-2008《道路車輛 制動襯片 盤式制動襯塊受熱膨脹量試驗方法》，壓縮應(yīng)變試驗方法為GB/T 22311-2008《道路車輛 制動襯片 壓縮應(yīng)變試驗方法》，上述兩項目均可用壓縮熱膨脹試驗機進(jìn)行測試[10，11]。

4.4 沖擊強度

3類襯片適用于中、重型車鼓式制動器，屬于鉚接連接，在鉚接點若襯片發(fā)生斷裂，可能引起制動失靈造成安全事故。因此國標(biāo)規(guī)定3類襯片需進(jìn)行沖擊試驗[1]，并規(guī)定3類襯片的沖擊強度不小于0.3 J/cm2。

沖擊強度試驗方法為GB 5763，測試設(shè)備為簡支梁式擺錘沖擊試驗機，按公式（4）計算沖擊強度。

式中：αk為試樣沖擊強度，單位為J/cm2；Ak為試樣所消耗的沖擊能量，單位為J；b為試樣中間部位寬度，單位為cm；d為試樣的厚度，單位為cm。

4.5 外觀質(zhì)量、標(biāo)志和包裝

襯片產(chǎn)品的外觀質(zhì)量采用目測、敲音，標(biāo)志和包裝采用目測的方法檢測，檢測方法為GB 5763。

5 制動器襯片質(zhì)量檢測結(jié)果分析

本文對山東出入境檢驗檢疫局機械安全及金屬材料實驗室2016年全年汽車制動器襯片質(zhì)量檢測結(jié)果進(jìn)行了分析和探討，詳見圖3～圖5。

圖3顯示，2016年全年共檢測汽車制動器襯片295批，包括4類襯片275批，3類襯片12批和1類襯片8批。其中檢測合格80批，不合格215批，批次不合格率高達(dá)72.9%。具體的不合格項目包括標(biāo)志和包裝、摩擦性能和剪切強度，分別有192項、61項和5項，熱膨脹率、外觀質(zhì)量、壓縮應(yīng)變和沖擊強度在檢測中未發(fā)現(xiàn)不合格情況（圖4）。需要說明的是，在同一批襯片中存在同時有多個項目不合格的情況。在不合格項目中，標(biāo)志和包裝不合格占到74%，其次為摩擦性能和剪切強度不合格，分別占到24%和 2%（圖 5）。

圖3 2016年汽車制動器襯片質(zhì)量檢測結(jié)果

圖4 2016年汽車制動器襯片不合格項目分布

圖5 2016年汽車制動器襯片不合格項目百分比

從上述分析可見，2016年全年襯片質(zhì)量檢測結(jié)果不容樂觀，高達(dá)72.9%的襯片不符合我國GB 5763-2008強制性標(biāo)準(zhǔn)的要求。其中主要不合格項目為標(biāo)志和包裝，占到不合格項目的74%，這主要是實驗室委托檢測的襯片主要來源于全國進(jìn)口襯片監(jiān)督抽查，其次為國內(nèi)工商監(jiān)督抽查和社會委托檢測。大量進(jìn)口襯片存在沒有按照我國強制性標(biāo)準(zhǔn)GB 5763-2008標(biāo)注襯片的指定摩擦系數(shù)、規(guī)格型號、附產(chǎn)品合格證等問題，可能造成用戶因缺乏必要信息無法正確選擇安裝合適的襯片產(chǎn)品而帶來安全隱患。

襯片核心指標(biāo)摩擦性能不合格也占到不合格項目的24%，主要表現(xiàn)為摩擦系數(shù)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求和指定摩擦系數(shù)超出允許偏差，個別襯片還存在磨損率不達(dá)標(biāo)。一些襯片在100℃測試溫度下摩擦系數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但在300℃和350℃高溫下，摩擦系數(shù)急劇降低，高溫?zé)崴ネ爽F(xiàn)象嚴(yán)重，無法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，可能產(chǎn)生高速行駛緊急制動或長距離下坡時制動力急劇下降，造成制動失靈引起安全事故；指定摩擦系數(shù)超出允許偏差會造成摩擦性能不穩(wěn)定，實際使用時剎車制動力波動較大；個別襯片磨損率超標(biāo)將會影響襯片的使用壽命。

另外，剪切強度不合格也占到不合格項目的2%，剪切強度過低可能引起制動失靈。

6 結(jié)語

制動器襯片作為汽車制動器系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量優(yōu)劣直接影響到人們的生命和財產(chǎn)安全，應(yīng)引起高度重視，開展汽車制動器襯片的檢測和質(zhì)量分析工作具有重要的現(xiàn)實意義。本文分析結(jié)果表明，標(biāo)志和包裝、摩擦性能和剪切強度不合格是目前汽車制動器襯片產(chǎn)品的3個主要質(zhì)量問題。質(zhì)量管理部門和檢測實驗室應(yīng)加大監(jiān)督抽查和實驗室檢測力度，進(jìn)一步規(guī)范和凈化汽車制動器襯片市場，確保襯片產(chǎn)品質(zhì)量和人們生命財產(chǎn)安全。

[1]GB 5763-2008汽車用制動器襯片[S].

[2]GB 12676-2014商用車輛和掛車制動系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗方法[S].

[3]ISO 15484-2008 Road vehicles-Brake lining friction materials-Product definition and quality assurance[S].

[4]夏捷，曹建永.汽車用制動器襯片國家標(biāo)準(zhǔn)修訂研究[J].北京汽車，2010，（5）：16-18.

[5]JIS D 4411-1993 Brake linings and pads for automobiles[S].

[6]UN/ECE Regulation 90.Uniform provision concerning the approval of replacement brake lining assemblies，drum brake linings and discs and drums for power-driven vehicles and their trailers （Revision 3）[S].

[7]GB/T 26738-2011道路車輛 制動襯片摩擦材料 產(chǎn)品確認(rèn)和質(zhì)量保證[S].

[8]JC/T 1065-2007定速式摩擦試驗機[S].

[9]GB/T 22309-2008道路車輛 制動襯片 盤式制動塊總成和鼓式制動蹄總成剪切強度試驗方法[S].

[10]GB/T 22310-2008道路車輛 制動襯片 盤式制動襯塊受熱膨脹量試驗方法[S].

[11]GB/T 22311-2008道路車輛 制動襯片 壓縮應(yīng)變試驗方法[S].