陶瓷摩擦材料性能與路況關(guān)系的研究

王瑋 梁亮

摘要：因?yàn)橹苿?dòng)器的制動(dòng)性能不僅依靠摩擦材料的自身性質(zhì)，而且還依賴剎車片中摩擦材料的含量，通過改變其中一些陶瓷摩擦材料的含量，可以相應(yīng)改變陶瓷剎車片的制動(dòng)性能，通過對(duì)剎車片摩擦材料的選擇，設(shè)計(jì)出四組陶瓷摩擦材料的配方組，并做了相應(yīng)的性能測(cè)試，通過對(duì)行駛的路況和外界環(huán)境影響研究做出分析，得到適合不同路況的摩擦材料配方。

前言

作為汽車剎車片的摩擦材料，要具有良好的熱傳遞性和耐磨損性，同時(shí)摩擦系數(shù)要適度，不能過大或過小，而且還要具備優(yōu)良的隔熱性能[1]。在關(guān)注摩擦材料的性能要求的同時(shí)，我們也要考慮到摩擦材料的環(huán)保方面的問題，盡量做到少污染，最大可能做到零污染。隨著人們生活水平的提高，其車輛行駛的安全性、舒適性和剎車過程中平穩(wěn)性得到越來越多人的關(guān)注，因此剎車片制造商已經(jīng)從多方面提高剎車片的性能，讓性能、安全和舒適性達(dá)到最優(yōu)化。陶瓷剎車片不同于其他傳統(tǒng)的摩擦片，最大的區(qū)別是陶瓷摩擦材料制成的剎車片沒有金屬，而一般傳統(tǒng)剎車片的摩擦材料是有金屬的。傳統(tǒng)剎車片制動(dòng)時(shí)起主要作用的材料是金屬，而陶瓷剎車片起主要作用的是陶瓷，因此具備噪聲小的優(yōu)點(diǎn)。與此同時(shí)，陶瓷剎車片摩擦材料熱穩(wěn)定性和熱傳導(dǎo)率的性能優(yōu)異，并且還具有良好的硬度大、污染少、安全性、耐磨性、使用壽命長(zhǎng)、輕量化等優(yōu)點(diǎn)。

一、陶瓷摩擦材料配方設(shè)計(jì)及性能測(cè)試

通過對(duì)剎車片摩擦材料的選擇，設(shè)計(jì)出四組陶瓷摩擦材料的配方組。因?yàn)橹苿?dòng)器的制動(dòng)性能不僅依靠摩擦材料的自身性質(zhì)，而且還依賴剎車片中摩擦材料的含量，通過改變其中一些陶瓷摩擦材料的含量，可以相應(yīng)改變陶瓷剎車片的制動(dòng)性能。

以下配方是對(duì)以往剎車片摩擦材料配方的分析基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)設(shè)計(jì)了四組陶瓷摩擦材料的配方：

配方F1：輕質(zhì)氧化鎂100g；紫銅纖維50g；腰果殼油摩擦粉400g；沉淀硫酸鋇1200g；礦物纖維800g；輪胎粉300g；硫酸鈣晶須900g；硅灰棉600g；穩(wěn)定劑500g；鱗片石墨550g；煅燒石油焦碳300g；丁腈橡膠粉50g；腰果殼油改性酚醛樹脂700g；鋯英石粉200g；顆粒石墨700g。

配方F2在配方F1的基礎(chǔ)上，改變其中幾種組份的含量：腰果殼油摩擦粉500g；沉淀硫酸鋇1300g；輪胎粉400g；硫酸鈣晶須1000g；硅灰棉700g；高鋁纖維1200g。其余組份一樣。

配方F3在配方F1的基礎(chǔ)上，改變其中幾種組份的含量：輪胎粉400g；硫酸鈣晶須1000g；硅灰棉700g；穩(wěn)定劑600g；鱗片石墨600g；腰果殼油改性酚醛樹脂800g。其余組份一樣。

配方F4：輕質(zhì)氧化鎂200g；紫銅纖維100g；腰果殼油摩擦粉600g；沉淀硫酸鋇1400g；礦物纖維1000g；輪胎粉500g；硫酸鈣晶須1100g；硅灰棉800g；穩(wěn)定劑600g；鱗片石墨700g；煅燒石油焦碳500g；丁腈橡膠粉50g；腰果殼油改性酚醛樹脂1000g；鋯英石粉400g；高鋁纖維1000g；顆粒石墨700g。

為了驗(yàn)證陶瓷摩擦材料配方的效果，依據(jù)GB5763-2008《汽車用制動(dòng)器襯片》 對(duì)配方組所得陶瓷剎車片以進(jìn)行試驗(yàn)，在100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃分別進(jìn)行測(cè)試，測(cè)出每組配方的升溫摩擦系數(shù)：

磨損率也是評(píng)價(jià)摩擦性能的一個(gè)參數(shù)，對(duì)磨損率的分析可以對(duì)摩擦性能做出更好的改進(jìn)。各組配方在100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃分別進(jìn)行測(cè)試，各組的磨損率如下：

二、不同配方與路況關(guān)系分析

在國際標(biāo)準(zhǔn)下，適用于我國的剎車片摩擦系數(shù)為0.35～0.45。性能優(yōu)異的剎車片的摩擦系數(shù)會(huì)隨剎車時(shí)溫度的變化趨勢(shì)而變化，最后當(dāng)溫度上升到一定值時(shí)，摩擦系數(shù)趨于穩(wěn)定。在車輛剎車過程中要防止摩擦系數(shù)變動(dòng)范圍過大，這樣容易導(dǎo)致事故的出現(xiàn)。

在剎車過程中，摩擦系數(shù)的確定應(yīng)充分考慮到周圍環(huán)境的影響，列如天氣、路況、溫度等因素；就目前的大多數(shù)車輛中，同樣的路況，重型車的摩擦系數(shù)高于中型車和小型車；同樣的車型，山地地區(qū)的摩擦系數(shù)高于平原。所以在制作剎車片時(shí)，摩擦系數(shù)要充分考慮，符合實(shí)際工況。

2.1 山地路況對(duì)應(yīng)的配方組

在西部地區(qū)山地行駛時(shí)，汽車上坡和下坡非常普遍，所以對(duì)汽車的剎車片比平原要求就高，在山地路況汽車剎車過程中，溫度會(huì)急劇上升，同時(shí)很有可能是連續(xù)剎車。因此，剎車過程中的摩擦系數(shù)會(huì)比平原和冰路上高。在我們的四組配方中，可以看出配方F1和F3的摩擦系數(shù)在升溫過程中，摩擦系數(shù)由小到大，并且最后趨于穩(wěn)定，這樣兩組配方就非常合適制作成山地路況的摩擦片。

通過查閱資料可知山地路況的摩擦系數(shù)一般為0.39～0.45之內(nèi)，從配方F1數(shù)據(jù)可以明顯得出結(jié)論，摩擦系數(shù)隨著溫度的上升而升高，最后趨于0.43，這樣的摩擦系數(shù)適合山地路況。因此，配方組F1和F3非常適用于山區(qū)地形的車輛使用。其中F1配方組適合質(zhì)量大的中型車輛，配方F3適合家用轎車。

在山地路況剎車時(shí)的溫度可以達(dá)到300℃～450℃，磨損率隨著溫度的上升而升高，最后增長(zhǎng)趨勢(shì)趨于平緩。通過對(duì)性能參數(shù)的綜合分析，F(xiàn)1組配方和F3組配方適合山地路況。

2.2 平原路況對(duì)應(yīng)的配方組

平原路況上汽車剎車相對(duì)于山地路況，摩擦系數(shù)要小，因?yàn)槠皆窙r沒有連續(xù)下坡或者上坡時(shí)，摩擦系數(shù)相對(duì)于山地路況要小，一般為摩擦系數(shù)為0.35～0.39，配方F2和F4的摩擦系數(shù)變動(dòng)范圍就很適合平原地區(qū)。

摩擦系數(shù)隨著溫度的上升而升高，最后趨于0.38和0.39，這樣的摩擦系數(shù)適合平原路況。因此配方F2和F4特別適用于平原地形地形的車輛使用。其中配方組F2適合家用轎車，而配方組F4適合大型的SUV車輛。平原地區(qū)磨損率相對(duì)低，因?yàn)樵谄皆窙r剎車時(shí)的溫度一般為100℃～250℃之，但磨損率也是隨著溫度的上升而升高，最后增長(zhǎng)趨勢(shì)趨于平緩。通過對(duì)性能參數(shù)的綜合分析，F(xiàn)2組配方和F4組配方適合平原路況。其中F2配方組更適合小型家用轎車和輕質(zhì)型車輛，而F4配方組適合大型SUV和大型越野車。

三、結(jié)論

剎車片的摩擦系數(shù)主要是依據(jù)車輛自身的重量慣量而確定的，并且還要充分考慮到制動(dòng)距離、路況、速度、溫度和慣量等參數(shù)。目前我們國內(nèi)的摩擦系數(shù)范圍為0.35～0.45之間，但因?yàn)槲覈貐^(qū)差異大，摩擦系數(shù)會(huì)隨著路況而有所改變，在西北地區(qū)的山區(qū)汽車剎車片的摩擦系數(shù)就比平原大，一般為0.39～0.45之間，而平原地區(qū)相對(duì)來說就小，一般為0.35～0.39之間，如果摩擦系數(shù)在國家標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，想改變摩擦系數(shù)的大小，我們應(yīng)該添加增摩劑和減摩劑，但添加的量要適當(dāng)，防止超標(biāo)。因此，剎車片摩擦系數(shù)的大小應(yīng)根據(jù)路況、環(huán)境溫度、濕度等影響制定，不是越大或越小就越好。

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依托項(xiàng)目：濰坊科技學(xué)院2018年度校級(jí)課題《新能源汽車新型環(huán)保陶瓷剎車材料的配方設(shè)計(jì)及工藝研究》，項(xiàng)目編號(hào)：2018KJYB07

（作者單位：1.濰坊科技學(xué)院；2.山東?；瘓F(tuán)有限公司熱力電力分公司）