陶瓷基摩擦材料的研究

陶瓷基摩擦材料的研究
白克江
（东营信义汽车配件有限公司山东东营257335）
摘要：本文通过对陶瓷基摩擦材料摩擦原理的探讨，分析了陶瓷配方的优异性，明确了摩擦性能调节剂在陶瓷配方中的重要作用，并利用国际先进的试验方法FMVSS135对配方性能进行了全面的研究。

关键词：陶瓷基摩擦材料摩擦性能调节剂
Abstract：The article analyzes the excellent of ceramics formula and makes clear the importance of friction regulator in ceramic formula by studying the principle of ceramic radicle and completely researching the formula function through the international advanced trial method FMVSS135.
Keywords：Friction material of ceramic radicle Friction function regulator
一、前言
做为刹车片的摩擦材料，在满足人们正常使用中制动性能的同时，其使用寿命、环保性和舒适性也是人们非常关注的一个问题。

而影响其使用寿命、环保性和舒适性的关键因素便是摩擦材料中基础增强材料和摩擦性能调节剂的选择和正确应用。

众所周知，石棉在摩擦材料中具有优秀的综合性能，但石棉有害健康，而且其在我国已经逐渐开始被禁用。

半金属摩擦材料虽然因其比较优异的性能已经得到了广大用户的认可，但其易锈蚀、伤对偶、易发生噪音的缺点，一直在困惑着摩擦材料的研究者们，因此随着摩擦材料的发展，少金属和非金属摩擦材料应运而生，本文探讨的便是NAO摩擦材料中的一种：陶瓷基摩擦材料。

陶瓷基摩擦材料是一种利用无机矿物纤维和有机纤维做为增强材料，以改性树脂和橡胶粉为粘合剂，利用多种有机和无机材料做为摩擦性能调节剂配合加工而成的摩擦材料。

其特点是无噪音、落灰少，不伤对偶、使用寿命长、无锈蚀。

二、基础摩擦材料的选择
1、增强纤维的选择
矿物纤维和陶瓷纤维的使用温度均可达到1000℃以上，具有良好的分散性能及高温稳定性，且价格比较便宜。

这两种纤维的长径比比较小，虽然具有较大的比表面积，但其增强效果并不是十分的理想，因此本研究选用矿物纤维、陶瓷纤维及凯芙拉进行三元复合，来改善摩擦材料的高温摩擦性能和机械强度，以满
足陶瓷基摩擦材料的特点，起到增强基体的作用。

但在选择矿物纤维和陶瓷纤维时，最好是选用经过硅烷或者橡胶对其表面进行处理的纤维，这样不但可以降低树脂的用量，获得良好的粘接效果，还会减少磨损。

并且一定要严格控制纤维中渣球的含量，否则将会带来摩擦系数提高，磨损增大，产生噪音的负面影响。

2、粘合剂的选择
摩擦材料基本上都是采用酚醛树脂或改性酚醛树脂，为了达到消除噪音、减少落灰、提高使用寿命、不伤对偶的目的。

根据各界的经验，本研究最终选择采用了腰果油改性酚醛树脂和丁腈胶粉做为粘合剂。

摩擦系数的迅速降低称为衰退，其分为高速衰退和高温衰退，摩擦恢复性是指刹车片经过高温后，其低温下的摩擦系数不应受到显著的影响，粘接剂的正确选择及其适量应用直接影响着摩擦材料的衰退和恢复性能，当然，配合适当的摩擦性能调节剂也是解决此问题必不可少的关键因素。

3、摩擦性能调节剂的选择
为了提高摩擦材料的摩擦性能，摩擦性能调节剂的选择非常重要。

实践证明摩擦性能调节剂的能够有效地稳定摩擦系数，改善衰退，提高刹车片及对偶的磨损寿命，使其不受制动条件变化的影响，提高刹车的舒适性。

做为汽车安全件的刹车片最大的要求就是摩擦系数的稳定性，即摩擦系数不应随压力、速度、温度的变化有明显的变化。

摩擦性能调节剂的使用有助于在摩擦材料表面与对偶之间形成一层粘附性极强的薄的转移膜，这样刹车过程中的滑动摩擦便转变为薄而均一的转移层与摩擦材料之间的摩擦，可以防止摩擦层在高温制动过程中发生明显的变化。

同时，由于静摩擦系数与动摩擦系数之间的差异，可以导致在刹车过程中出现震动、噪音及表面粗糙度，因此必须选择能形成薄而且均一的转移膜并能防止厚的碎屑形成的摩擦性能调节剂，因此需要在配方中加入固体润滑剂以消除静态与动态摩擦系数的差异。

长时间以来，被人们普遍采用的摩擦性能调节剂有摩擦粉、橡胶粉、石墨、金属硫化物、二硫化钼、焦炭、金属粉及一些矿物质等有机和无机材料。

这些金属硫化物的分解温度大多在500℃以下，一般在刹车过程中部分金属硫化物会分解并生成金属氧化物或者金属，金属氧化物可以附着在刹车盘表面，形成转移膜，能够很好的稳定摩擦系数并降低磨损，提高刹车的舒适性，而金属可以与其他的金属形成合金，附着在刹车盘表面，这层合金具有更好的散热性，
因此提高了盘的磨损寿命，减少了刹车盘表面裂纹的形成，起到保护刹车盘的作用。

另外刹车片在高速制动的过程中，产生较高的温度，在一定的压力下，必将形成新的摩擦层，尤其是摩擦界面可能会发生化学变化，新的摩擦层在低温下表现出低得多的摩擦系数，因此诸如摩擦粉、焦炭、金属粉等摩擦性能调节剂的加入，可以有效地提高摩擦材料内部的粘接力，从而避免刹车片在高温条件下表面变软，进而改善因高温制动而形成的转移膜的黏附力，提高摩擦材料的速度、压力、温度敏感性。

由于陶瓷基摩擦材料中金属含量较低的特点，基于上述摩擦机理，在原材料的选择过程中对摩擦性能调节剂进行了大量的研究，根据刹车片对摩擦系数的高低要求不同，最终确定了摩擦性能调节剂的种类和用量。

三、配方与工艺的确定
1、配方的确定
通过上述方法对原材料进行选择后，又经过大量的筛选试验，最终确定如下的两个配方进行研究：
2、工艺的确定
由于陶瓷配方所选用材料及其混合料的特殊性，以往的冷型硫化二次成型工艺不适合陶瓷基摩擦片的生产，为了保证产品具有一致的理化性能和摩擦磨损性能，本研究采用了定压一次性成型工艺，其生产工艺流程如下：
称量混料热压成型热处理磨削喷漆
印标安装附件包装
四、试验结果及分析
1、试验条件
1.1理化性能
按照标准SAE J380-71 GB5766-86 ISO6310 PV3005 XJ193 TL523 41的要求，利用相应的设备仪器进行测试。

1.2摩擦磨损性能
试验设备：JF-132 Krauss惯量试验台
AST-486计算机系统采集及处理数据
由TG-55B型天平和螺旋测微计测量制动片的磨损试验参数：试验惯量I=61.5 Kg.m2，
车轮滚动半径：rK=0.312m，
制动钳缸径：rG=43mm，
试验方法：采用联邦法规FMVSS135试验方法的要求，在满足速度，压力、温度的前提下，给试验机主轴配置一定的转动惯量，按照试验程
序的要求进行试验。

2、试验结果
表一：理化性能
图一：摩擦性能
3、结果分析
通过表一、表二的数据可以看出，虽然1#、2#配方采用了不同种类、不同用量的摩擦性能调节剂对其摩擦系数进行了调整，但其理化性能极其相似，其较低的密度节约了资源，较为适中的硬度和压缩量及良好的气孔率赋予了摩擦材料理想的使用舒适性，极低的磨损量（半金属摩擦片的1/3）可以极大地延长刹车片的使用寿命，减少落灰现象，而其较高的PH值则大大地改善了摩擦材料的耐候性，使其可以应用于不同的地区及环境条件。

从图一的摩擦系数曲线中可以看到，1#、2#配方的摩擦系数相差0.5左右,但均在不到10次的磨合后摩擦系数便趋于平稳，而且随速度、温度、压力等条件的变化，其摩擦系数都是非常的稳定，尤其是具有优异的恢复性能。

因此完全可以通过调整摩擦性能调节剂的种类和用量来改变摩擦系数的高低并消除静态和动态摩擦系数之间的差异，降低噪音发生的几率，改善驻车性能。

五、结论
1、瓷基摩擦材料具有稳定的摩擦系数，优异的恢复性能、理化性能和耐磨损性，可以降低噪音、延长使用寿命、减少落灰和保护刹车对偶，提高了制动舒适性，适应了环保的要求。

2、正确地选择和使用摩擦性能调节剂，是保证陶瓷基摩擦材料具有优异性能的必要条件。

3、生产工艺不能等同采用半金属的生产工艺，必须采用新工艺，并不断的创新，以保证其摩擦性能和提高生产效率。

4、与半金属摩擦材料相比，陶瓷基摩擦材料的成本较高，但其较低的密度和卓越的耐磨损性，可以改善其不足。

但随着对陶瓷配方研究的不断深入，寻求新材料以降低成本是以后的工作中的努力方向。