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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划烧结摩擦材料车辆摩擦材料的发展现状-汽车摩擦学结课论文现如今，随着汽车工业的快速崛起，车辆的制造逐步向环保、高速和安全的方向发展，这对车辆的制动系统的稳定性和可靠性的要求越来越高，而车辆中使用的摩擦材料的性能直接影响着车辆行驶过程中的安全和舒适性。汽车制动的实质是把汽车的大部分的动能通过刹车片和制动件之间的摩擦转化为热能，大部分的热能又被制动器吸收引起温度升高的过程。1.摩擦材料发展史摩擦材料可以粗略地划分为以下几个阶段:(1)1930年前，主要以石棉长纤维添加其他线类编织浸渍方式为
2、主。(2)1930年，研制出一种柔性树脂粘合剂，具有很好的热稳定性，使得干法工艺有掺进更多填料的可能，并研制出鼓式制动片，在后续的30年，石棉原料仍然占据主导地位。(3)1950年，美国SKWEllMAN公司率先研制了用铁粉、石墨和其他填料加树脂作粘合剂热压的摩擦材料，即半金属摩擦材料。1970年，半金属摩擦材料被用于盘式制动器，至今仍被广泛应用。(4)1960年以来，由于汽车技术的不断改进，对制动器摩擦性能的要求越来越高，石棉摩擦材料已经不能满足汽车的发展要求，尤其是石棉对环境污染和对人体健康问题的提出，迫使许多发达国家汽车公司开始研究并寻求石棉材料的替代品，如复合纤维摩擦材料等。这些新型摩
3、擦材料具有良好的摩擦磨损性能，适应时代发展的需要。1980年以来，盘式制动器和新型摩擦制动衬片得到快速发展并大规模地应用到汽车制动系统，人们更加关注汽车的舒适、环保、安全、轻量化等方面，摩擦材料行业不得不加快新型材料的开发，提高刹车材料的制动性能。另外，20世纪70年代中期研究者提出无石棉材料存在一些缺点，如半金属摩擦材料的钢纤维容易生锈，且对制动盘有一定的损伤;摩擦热引起制动密封圈软化和制动液“气阻现象”。纤维增强摩擦材料和复合纤维摩擦材料也存在一系列问题，如玻璃纤维浸润性不佳以及制造工艺复杂等。复合纤维摩擦材料成本高，应针对这一问题加以改进，完善制备工艺。随后出现的第二代和第三代半金属摩擦
4、材料具有低导热率、低噪声等优点。2.摩擦材料的种类和制备过程按发展过程摩擦材料可以分为石棉摩擦材料和非石棉摩擦材料。石棉摩擦材料按使用条件可分为干式和湿式两种；非石棉摩擦材料种类多，根据基体材质的不同可以分为金属基、半金属基、非金属基三类。2.1金属基摩擦材料金属基摩擦材料主要有熔铸金属和粉末冶金摩擦材料两种。熔铸金属主要指钢、铸铁、青铜等，但单体金属摩擦材料由于易粘结和高温高速下摩擦系数低等缺点而逐渐被淘汰。粉末冶金摩擦材料又称为烧结摩擦材料，是将铁基、铜基粉状物料混合、压型，并在高温下烧结而成。根据基体的类型一般可把粉末冶金摩擦材料分为铁基、铜基及铜铁基3种常用类型。铁基摩擦材料有较高的耐
5、热性、高温强度、硬度及热稳定性，经济性较好;铜基摩擦材料的摩擦因数稳定且较小，导热率高，耐磨性好;铁铜基粉末冶金摩擦材料中铁和铜的含量差不多，兼有铁、铜优异的力学、导热性能和耐磨性能，在湿式和干式条件下都能应用。粉末冶金材料适用于较高温度下的制动与传动工况条件，如飞机、载重汽车、重型工程机械的制动与传动。2.2半金属基摩擦材料半金属基摩擦材料是以金属纤维代替石棉纤维的无石棉摩擦材料。其材质配方主要为粘结剂，石墨粉、腰果壳油等减磨剂，其余为橡胶粉铁质金属物(如还原铁粉、铁钢合金纤维、泡沫铁粉)，半金属摩擦材料因此而得名。其主要特点是导热系数大，耐热性好，吸收功率高，能满足汽车在高速、重负荷运行时
6、的制动工况要求，但其存在制动低频噪音、边角脆裂等缺点。2.3非金属基摩擦材料采用改性的高温树脂及橡胶作勤结剂，将纤维质增强材料与增磨剂、减磨剂配料及混合后，通过压制成形或热压及固化而成。其增强材料已经改为非石棉纤维，现应用较为普遍的有有机纤维(芳族聚酞胺纤维及其浆粕、碳纤维等)、金属纤维(钢纤维、铜纤维等)和无机矿物材料(玻璃纤维、硅灰石纤维等矿物)。在高温条件下具有质量轻、耐高温能力强、使用寿命长等特点，使其在交通运输中得到广泛应用，以飞机刹车为例:在波音747飞机上采用碳/碳复合刹车材料后，相比金属刹车，质量下降，而热库是金属刹车的35倍，在XX下材料强度不发生任何变化，3000以下模量反
7、而增加，可在2200下安全工作，该条件下材料没发现黏结变形。2.4摩擦材料制备工艺摩擦材料的制备过程主要分为配方筛选和批量生产，选用适当的配方，经测试满足需求后，投入批量生产。主要的生产环节包括以下几步:(1)检验材料。对采用的原材料进行检验，根据其物理化学指标特性，对在配方中的比例进行必要的调整。(2)配料。按照配方确定的比例进行计量。目前有人工计量和计算机自动配料系统自动计量两种，后者先进可靠。(3)混料。将配好的原料进行混合。分为湿法混料和半干法混料。常用混料机有三轴螺旋式、二轴式、犁耙式(较常用)。(4)压制成形。分为顶模一步成形法和板式模二步成形法。一步成形法就是将料装进模具，直接热
8、压成形;二步法则是先将原料预压成毛坯，再装入热压模热压成形。(5)热处理。将热压成形的摩擦材料放进能够编程控温的热处理箱中进行热处理，使摩擦材料中的树脂等有机组分的化学反应完全充分。(6)外形加工。对产品进行必要的修整加工，如磨表面、倒角、喷漆等。一般地，经上述加工制成的摩擦材料，其摩擦磨损性能已经确定，后续加工只能改变其外观而不能改变其力学性能，但是“表面烧蚀处理”工序有助于摩擦材料工作初期的能稳定。所谓烧蚀处理就是摩擦材料在出厂前经过600700高温处理，使表面有机物迅速分解气化，防止制动初期气垫和热衰退的产生。3.影响材料摩擦磨损性能的因素摩擦材料通常由粘结剂、增强纤维、摩擦性能调节剂、
9、工艺性能调节剂组成。这4种原料在配方中并非单一地起作用，好的配方在于恰到好处地发挥各种材料的互相作用能，确保摩擦材料在使用温度范围内有合适并相对稳定的摩擦性能和较长的磨损寿命。粘结剂一般选用热固性树脂和橡胶，作用是将配方中的组分粘结在一起，形成具有足够强度、适当硬度、耐高温和耐磨的固体。树脂种类与含量对摩擦材料力学性能和磨损性能有重要影响，如腰果壳油改性酚醛树脂为基体的摩擦材料的摩擦磨损性能优于纯酚醛树脂基摩擦材料的性能，树脂粘结剂含量增加时，摩擦材料的力学性能提高。当树脂粘结剂的含量为9%12%时，摩擦材料具有优异的摩擦磨损性能;树脂粘结剂的含量小于6%时，摩擦系数较低且不稳定;树脂粘结剂的
10、含量大于15%时，材料发生热衰退现象。增强纤维必须有足够的强度和好的耐热性和耐磨性，而且不能刮伤对偶。玻璃纤维、矿物纤维、芳纶纤维和片状硅石等组成的多维复合增强体系具有“微米和纳米”尺度，“一维(纤维)和二维(片状)”形态，“无机和有机”材质等特点，经过优化配方制成的优化多维2-73复合增强汽车摩擦材料的冲击强度为/cm，总磨损率为/(Nm).摩擦系数的变异系数为%，满足了汽车摩擦材料在力学、摩擦磨损等各方面性能的要求。摩擦性能调节剂可以提高和稳定摩擦系数，如非金属矿物BaSO4、铁及铁墨、Al2O3、陶土，它们的主要作用是使刹车具有足够的摩擦系数，不仅在常温段，而且在400500的高温区段都
11、能产生满足需要的制动力。对于石墨、云母、滑石等，其硬度很低，起润滑摩擦表面、稳定摩擦系数的作用。工艺性能调节剂有脱模剂和特殊填加剂。脱模剂使产品在生产过程中顺利脱模;特殊填加剂改善粘合剂性能，提高材料性能。4.摩擦材料性能的评价与测试方法摩擦材料性能分为理化性能和摩擦磨损性能。在理化性能中，摩擦材料可压缩性越来越引起人们的重视。随着研究与使用的深入，人们发现制动器衬片的可压缩性不但影响汽车制动踏板行程、制动液需液量、制动滞后特性，也影响制动的平顺性和舒适性，对ABS系统将影响其工作特性，更重要的是可压缩性与密度密切相关，从而影响制动器的固有频率，容易产生摩擦振动和噪声。通过可压缩性的测试，可间
12、接获得有关制动噪声的信息。因此，摩擦材料可压缩性的评价和测试将成为一个重要课题。摩擦磨损特性是摩擦材料最基本也是最重要的性能。评价摩擦磨损特性有许多方法，常用的有3种:采用标准试样形式的小样试验;采用实际制动总成件和对偶件，并模拟实际使用条件的惯性台架试验;装车后的使用试验。对于摩擦材料企业来说，更注重于小样试验和惯性台架实验。小样试验的试验条件与摩擦衬片工作时的实际工况条件有一定差别，但简捷、快速、费用低，主要用于企业生产质量控制、配方研究及新产品开发的前期阶段。目前，在亚洲一些国家和地区，如中国、日本、马来西亚、台湾等地，小样试验主要参照日本在20世纪40年代建立并经多次修改的JISD-4
13、11-88的试验方法和标准进行，其试验设备是定速试验机。北美国家的小样试验采用美国汽车工程师协会(SAE)制定的SAEJ661试验规范，其试验设备主要是CHASE试验机，此外还有FAST试验机和MM1000试验机。欧洲国家不进行小样试验，只采用台架试验。台架试验相对于小样试验来说，具有优良的模拟性和数据重现性，但试验过程复杂、周期长、费用高。台架试验的目的在于选择摩擦副的合理结构，校验试验数据和在模拟实际工况条件下摩擦件的可靠性。因此，惯性台架试验机是制动器制动性能试验中最具权威性的测试设备。目前国内外的惯性台架实验几乎都采用德国的KRAUSS型试验机，该机国内己经能够生产，如吉林大学机电所的
14、JF132、JF122等机型，其执行的标准有德国大众公司的P-VW3112、P-VW3212，配飞轮惯量系统后，可执行VW-TL110美国SAEJ212、中国QC/T582-99、QC/T564-99等。目前，惯性台架己不局限于制动器常规测试，其功能得到不断扩展，如JF122C型惯性台架具有ABS和ASR测试功能，JF122N惯性台架具有NVH功能。20世纪90年代以前，全世界流行的基本都是机械模拟式台架。近年来，随电子及计算机控制技术的飞速发展，电模拟机械惯量的技术也日趋成熟，电模拟式台架开始成为主流经过试验研究发现，不同试验方法的试验数据可比性差，即使是同为小样试验的定速试验和CHASE试
15、验也是如此，更不用说小样试验与台架试验的可比性了。其主要原因是试验方法、试验工况及测试目的不同。通过比较小样试验与台架试验的优缺点，研究人员开始研究一种新的试验方法采用相似理论的缩比台架试验，按比例截取摩擦衬片的一部分作为试验对象，在缩比台架试验台上，执行1:1台架的试验方法，如SAEJ2681等。按照相似理论，缩比台架试验与1:1台架将具有很好的数据可比性。缩比台架试验可大幅降低试验设备投资和试验的成本，是摩擦磨损性能测试的又一重要手段。在与国外同行的交流中了解到，目前，欧美一些国家正在起草一个新标准IS(草稿)，该标准实施的目的是建立一个统一的摩擦材料摩擦磨损试验规范，以台架试验为主，限制甚至取消所有的小样试验，目前，正处于试验数据积累阶段。这说明摩擦材料性能评价方法和试验规范有统一的趋势。5.摩擦材料的现状和发展趋势科学技术的进步促进了汽车工业的飞速发展，摩擦材料的工作条件越来越苛刻。传统的石棉摩擦材料制品因高速制动而出现瞬时高温，使表面易产生严重的热衰退，对环境有很大污染，已经不适应时代的发展要求，新型耐高温无石棉摩擦材料，如用玻璃纤维、矿物纤维、金属纤维替代石棉的进程得到快速发展。1990年以来，西方发达国家着手研制低密度、高耐磨性和高温稳定的炭纤维增韧陶瓷基刹车材料，德国斯图加特大学和德国航天研究所等单位的研究人员开始
