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1、1制动系统中新型复合增强纤维摩阻材料的研制一、一、 项目概述项目概述1.1. 项目提出背景、意义及必要性项目提出背景、意义及必要性摩阻材料是是用于诸多运动机械和装备中起传动、制动、减速、转向、驻车等作用的功能配件。按功能及安装的部位主要分为制动器衬片和离合器面片。刹车片用于制动，离合器片用于传动。任何机械设备与运动的各种车辆都必须要有制动或传动装置。摩擦材料是这种制动或传动装置上的关键性部件。它最主要的功能是通过摩擦来吸收或传递动力。如离合器片传递动力，制动片吸收动能。它们使机械设备与各种机动车辆能够安全可靠地工作。全世界每年发生的交通事故中有相当一部分是由于刹车失灵造成的，摩阻材料在汽车工业
2、中属于关键的安全件，汽车的启动、制动和驻车都离不开摩阻材料，其好坏、优劣直接关系着人发的生命财产安全，其功能地位不言而喻。制动器上所用摩擦材料（制动件）的性能直接影响制动过程，而影响其性能的主要因素为工作温度和温升速度。摩擦材料应具备高而稳定的摩擦系数和良好的耐磨性。从石棉基摩阻材料到被禁用，发展到半金属摩阻材料、代用纤维增强或聚合物粘结摩阻材料、复合纤维摩阻材料新型复合增强纤维摩阻材料，本项目所研发的新型复合增强纤维摩阻材料是有极为重要的作用和长远意义。新型复合增强纤维摩阻材料由于采用性能优良的复合纤维和耐热性能优越的粘合剂混合制成的，具有成本低、密度小；耐温、耐磨、耐环境性能好等特点。这类
3、新型摩阻材料具有稳定的摩擦性能，且耐高温技术指标均达到或超过国家标准，在潮湿、酸性气体环境2中不腐蚀生锈、不发生力学衰退，在高温时的磨损率远低于国标的要求，某些技术指标优于目前我国准高速列车半金属或粉末冶金体系刹车闸的技术指标，所以本项目产品可以广泛应用在汽车、列车、机床、电梯等刹车系统的配备应用。所研制的摩擦材料完全满足重型汽车制动性能的要求，具有足够的机械性能和优越的摩擦摩损性能，热衰退小、恢复性能好，耐磨损、噪声小。2.2. 攻关目标和内容攻关目标和内容根据摩阻材料的要求，本项目研究主要内容集中在寻求新型的纤维组合，改进树脂、填料的搭配，对材料的机械性能、摩擦磨损性能进行研究。主要内容有
4、：（1）对现有的摩阻材料进行分析，选择适合于重型汽车、动车用的基体、纤维、填料。（2）选用芳纶纤维与玻璃纤维、硅灰石等三、四种纤维混杂，使有机纤维与无机纤维合理搭配达到最佳效果。（3）探讨各种纤维不同含量对摩阻材料的摩擦摩损性能、机械性能的影响。（4）用扫描电镜观察分析材料结构和摩擦表面损伤，分析不同纤维之间的混杂效应及相互影响，分析其界面及摩擦磨损机理。建设总规模为年产 100 万套刹车片，并开展动车新型材料刹车片的研发和制造，建立动车新型材料刹车片研发中心，可培养高水平的技术工作人员，对制动系统中的新材料研发成果进行转化。该项目的实施还可为太原市以至全国范围带动制动系统中的新材料的发展，带
5、动我市企业完成产业结构升级、绿色转型，在新材料的科技研发、技术推广实施中搭建平台，推动山西省刹车片生产依靠高科技高度发展。33.3. 项目形成成果、知识产权及完成时间项目形成成果、知识产权及完成时间项目完成将具备成熟的技术性能和指标要求，有自主知识产权，项目于 2009 年 10 月开始至 2010 年 12 月结束。二、项目立项的必要性及市场需求分析二、项目立项的必要性及市场需求分析1 1 项目技术攻关的必要性项目技术攻关的必要性我国半金属摩阻材料刹车片存在有如下几点问题：耐磨性差，未能达到汽车制动器衬片强制标准要求。耐热性、可靠性差，具体表现为在高温试验后发生裂纹、严重起泡、表面烧焦、分层
6、等出现负磨损现象。噪音大，由于填料与基体粘结程度、填料硬度、填料的晶体形态选择不当，在刹车过程出现了刺耳的噪音，影响司乘人员身体健康。冲击强度差，刹车片的冲周强度达不到性能指标要求，致使有些超重型车在山路中行驶中，易造成刹车片破碎，酿成重大交能事故。硬度不适宜，由于我国目前刹车盘没有适用于汽车刹车盘的统一标准，硬度较大的刹车片（HRM55）与硬度较小（HB190）刹车盘对偶相容性较差。比较典型例子是太原出租车行业出现过刹车盘磨损较快，就是由于对偶相容性差造成。摩擦系数不稳定，在检验中发现，在连续制动、刹车片表面温度 500情况下，一些摩阻材料丧失了摩擦性能，摩擦系数几乎为零。太原市载重车从古交
7、下山，曾出现过多起交通事故，就是与刹车片摩阻材料摩擦系数不稳定有关。综上所述，半金属摩阻材料的研制还有待进一步提高，经过对山西省市扬刹车片多地检验，从中发现，半金属摩阻材料质量参差不齐，急待提高。新型复合增强纤维摩阻材料是摩阻材料的一种，属新材料领域，是国家“十一五”发展规划中重点发展的项目。42 2 项目的市场需求分析项目的市场需求分析众所周知，我国的汽车行业正处于高速发展阶段，2003 年已成为世界上汽车第四大生产国和第三大消费国。汽车产量 445 万辆，保有量 2421 万辆；摩托车产量 1350 万辆，位居世界第一，保有量5929 万辆；农用车产量 290 万辆，保有量 2400 万辆
8、。假定每辆车一年更换一套刹车片的话，则年消耗量就超过了 1 亿套，这还不包括其他设备上应用的离合器及各种制动产品所需的摩阻材料，市场潜力极大。除此之外,根据国家信息中心的预测， 2020 年全国的汽车总保有量将达到 1.3 亿辆。因而在今后相当长的时期，产品的销售市场巨大。另外随着全球市场一体化和经济竞争日益白热化，国际汽车零部件企业出于降低生产成本的需求，不断来华寻求合作商。自 2003年以来，我国摩擦材料的出口交货值连年以 30以上的速度增长，销售收入增长 30.6，2004 年总出口达到了 8.5 亿元，而 2005 年总出口值达到了 16.16 亿元。所以全球的汽车市场更为庞大。因此只
9、要拥有高新的技术和性价比好的产品，在具有一定的技术和资金实力，在广阔的国际市场将更具有竞争力。摩阻材料的发展是与汽车工业的发展紧密相关且同步进行的。由于国外对进口汽车的摩阻材料有严格的要求(拒绝石棉基摩阻材料)，我国的汽车因长期以来多使用石棉摩阻材料而在出口上受到限制，影响了出口创汇。开发研制新型高性能无石棉摩阻材料迫在眉捷。同时，要吸收并借鉴国外的先进技术，引进先进设备，尽早解决现实存在的问题，进一步缩短与国外的差距，推动我国汽车工业的高速发展。近年来，随着铁路列车速度的不断提高，路轨、桥涵、车辆及制动问题已成为制约铁路运营安全性的四大硬件因素。用于制5作闸瓦和闸片的摩阻材料及制动盘作为列车
10、的关键部件，已被铁路部门列为研究重点。三、相关领域国内外技术现状、发展趋势及国内现有工作基础三、相关领域国内外技术现状、发展趋势及国内现有工作基础1 1国内外技术现状、专利等知识产权情况分析和国内现有的工国内外技术现状、专利等知识产权情况分析和国内现有的工作基础作基础摩阻材料的基本要求是，在规定工况条件下摩擦系数要平稳，以达到有效的传动、制动效果，磨损率要低，以延长使用寿命，机械强度要高，以保证足够的安全系数，低噪声不颤动，不含有毒物质，有利健康及环保。90 年代以前国内汽车行业所用制动器的摩阻材料多沿用传统的石棉基摩阻材料。用这类摩阻材料制成的汽车刹车片的存在的主要缺点是使用寿命低; 在温度
11、升至 250附近是会出现“热衰退”现象;尤其是石棉粉尘严重污染环境，有致癌作用，直接危害人类健康。因此自七十年代中期石棉被确认为是一种强致癌工业原料之后，世界各国都开始对石棉摩阻材料的生产和使用加以限制，并趋向于开发和使用无石棉摩阻材料，我国已于 2003 年 10 月禁止生产石棉基摩阻材料。一些汽车制造工业发达的国家相继推出了半金属摩阻材料、代用纤维增强或聚合物粘结摩阻材料、复合纤维摩阻材料等。80 年代中期开始，世界各国都在大力改进和提高几类无石棉摩阻材料，寻找一条能全面提高其综合使用性能的路线。90 年代初至今，也开发了几种能完全满足当代汽车发展需要的新型摩阻材料（如碳纤维增强、Kevl
12、ar 纤维增强摩阻材料等） ，并取得了一些进6展。90 年代以来，我国随着轿车零部件国产化的深入，开始研制和使用各种半金属摩阻材料，目前在我国刹车片市场上占主导地位。半金属摩阻材料虽然不含石棉，但具有以下缺点：1）金属材料易于在潮气等作用下氧化锈蚀，从而不但使刹车片磨损加快，严重损伤对偶材料，而且还使得刹车片丧失了与对偶材料的部分粘着功能导致制动性能下降；2）半金属片较高的热传导率易使制动器的液压机构受热，导致密封圈失去弹性，严重的还会引起刹车气阻不良等后果。因此研制无石棉新型高强纤维复合材料汽车用摩阻材料就显得格外重要。我国正在研制准高速列车的制动材料，已经探索出一些经验。但基本上仍是粉末冶
13、金或半金属类的合成摩阻材料，仍有大量工作要作。新型复合增强纤维摩阻材料具有稳定的摩擦性能，且耐高温技术指标均达到或超过国家标准。技术指标优于目前我国准高速列车半金属或粉末冶金体系刹车闸的技术指标。摩阻材料主要是利用热固性酚醛树脂、有机或无机纤维与一些填料通过配料、搅拌、热压成型、热处理、磨削及喷漆等工序制成。摩阻材料生产工艺已经很成熟，新型复合增强纤维摩阻材料主要创新生产出高性能的复合纤维，并将其应用来改变摩阻材料的特性，同时粘合剂的耐热性能的提高，通过两个主要组成成份的提高，实现摩阻材料各项性能的提高。将摩阻材料的原有工艺及特性保持下来，原有的工艺是成熟、可靠的。新型复合增强纤维摩阻材料了具
14、有成熟性和可靠性。2 2国内外技术发展趋势国内外技术发展趋势7为了尽快与国际接轨，我国摩阻材料行业从上世纪 90 年代末起，就开始以市场为导向，科技为动力，推出了一系列前所未有的产品转型大动作，其中就有两个鲜明的标志，一是无石棉化。由于石棉材料的应用对人体造成的危害相当严重，从环保和对人体健康角度考虑，现在几乎所有欧洲国家已禁止在制动摩擦片中使用石棉作增强材料，欧洲和北美地区提出了 NAO（Non-asbestos Organic无石棉有机物）摩擦片的概念。我国强制性国家标准 GB12676-1999也规定：“制动摩擦衬片应不含有石棉。 ”摩擦材料的环保化又向深度和广度进军。NAO 摩擦材料除
15、不含石棉外，又向少金属、无金属方向发展。此外，酚醛树脂也是有害健康的物质，因此产品还向着减少酚醛树脂用量或使用无苯树脂的方向发展。第二个转型是产品向高性能化转型。用户追求安全效益的最大化，不断要求摩擦材料的质量性能更好，使用寿命更长，操作维护更方便。市场青睐高科技的产品，机会倾斜于创新型企业，如此辐射带动，反复博弈的结果，使得摩擦材料的技术水平逐次提升。摩擦材料已从过去最基本的性能要求，如摩擦系数衰退小，磨损率低、抗冲击强度高等简单几项，过渡到还要加上诸如制动振动小，无噪声、落灰少等环保化人性化的要求。四、项目计划目标及主要研究内容四、项目计划目标及主要研究内容1 1 主要目标主要目标（1）总
16、体目标建设总规模为年产 100 万套刹车片，并开展动车新型材料刹车片的研发和制造，建立动车新型材料刹车片研发中心，可培养高水平的技术工作人员，对制动系统中的新材料研发成果进行转化，该项目的实施还可为太原市以至全国范围带动制动系统中的新材料的8发展，带动我市企业完成产业结构升级、绿色转型，在新材料的科技研发、技术推广实施中搭建平台，推动山西省刹车片生产依靠高科技高度发展。古交市锦泰隆物贸有限公司是山西省古交市科技开发园区的重点企业，将信托本项目在古交市结构调整，绿色转型发挥重要作用，开辟刹车片生产的市场和开展制动系统中新材料的研究开发，为山西省刹车片的生产提供有利的技术支持，同时将提高山西省刹车片的生产的水平和产能。（2）经济目标本项目投产第一年将实现年产 15 万套的生产规模，销售价格定参同内市场的平均水平，可新增销售收入 600 万元。新增利润 195万元，新增利税 65 万元。随着全球市场一体化和经济竞争日益白热化，国际汽车零部件企业出于降低生产成本的需求，达到一定的规模就可以做出口及汽车生产厂家配套的产品市场。经济效
