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陶瓷摩擦材料性能与路况关系的研究

作者:未知

  摘要:因为制动器的制动性能不仅依靠摩擦材料的自身性质,而且还依赖刹车片中摩擦材料的含量,通过改变其中一些陶瓷摩擦材料的含量,可以相应改变陶瓷刹车片的制动性能,通过对刹车片摩擦材料的选择,设计出四组陶瓷摩擦材料的配方组,并做了相应的性能测试,通过对行驶的路况和外界环境影响研究做出分析,得到适合不同路况的摩擦材料配方。
  前言
  作为汽车刹车片的摩擦材料,要具有良好的热传递性和耐磨损性,同时摩擦系数要适度,不能过大或过小,而且还要具备优良的隔热性能[1]。在关注摩擦材料的性能要求的同时,我们也要考虑到摩擦材料的环保方面的问题,尽量做到少污染,最大可能做到零污染。随着人们生活水平的提高,其车辆行驶的安全性、舒适性和刹车过程中平稳性得到越来越多人的关注,因此刹车片制造商已经从多方面提高刹车片的性能,让性能、安全和舒适性达到最优化。陶瓷刹车片不同于其他传统的摩擦片,最大的区别是陶瓷摩擦材料制成的刹车片没有金属,而一般传统刹车片的摩擦材料是有金属的。传统刹车片制动时起主要作用的材料是金属,而陶瓷刹车片起主要作用的是陶瓷,因此具备噪声小的优点。与此同时,陶瓷刹车片摩擦材料热稳定性和热传导率的性能优异,并且还具有良好的硬度大、污染少、安全性、耐磨性、使用寿命长、轻量化等优点。
  一、陶瓷摩擦材料配方设计及性能测试
  通过对刹车片摩擦材料的选择,设计出四组陶瓷摩擦材料的配方组。因为制动器的制动性能不仅依靠摩擦材料的自身性质,而且还依赖刹车片中摩擦材料的含量,通过改变其中一些陶瓷摩擦材料的含量,可以相应改变陶瓷刹车片的制动性能。
  以下配方是对以往刹车片摩擦材料配方的分析基础上,通过改进设计了四组陶瓷摩擦材料的配方:
  配方F1:轻质氧化镁100g;紫铜纤维50g;腰果壳油摩擦粉400g;沉淀硫酸钡1200g;矿物纤维800g;轮胎粉300g;硫酸钙晶须900g;硅灰棉600g;稳定剂500g;鳞片石墨550g;煅烧石油焦碳300g;丁腈橡胶粉50g;腰果壳油改性酚醛树脂700g;锆英石粉200g;颗粒石墨700g。
  配方F2在配方F1的基础上,改变其中几种组份的含量:腰果壳油摩擦粉500g;沉淀硫酸钡1300g;轮胎粉400g;硫酸钙晶须1000g;硅灰棉700g;高铝纤维1200g。其余组份一样。
  配方F3在配方F1的基础上,改变其中几种组份的含量:轮胎粉400g;硫酸钙晶须1000g;硅灰棉700g;稳定剂600g;鳞片石墨600g;腰果壳油改性酚醛树脂800g。其余组份一样。
  配方F4:轻质氧化镁200g;紫铜纤维100g;腰果壳油摩擦粉600g;沉淀硫酸钡1400g;矿物纤维1000g;轮胎粉500g;硫酸钙晶须1100g;硅灰棉800g;稳定剂600g;鳞片石墨700g;煅烧石油焦碳500g;丁腈橡胶粉50g;腰果壳油改性酚醛树脂1000g;锆英石粉400g;高铝纤维1000g;颗粒石墨700g。
  为了验证陶瓷摩擦材料配方的效果,依据GB5763-2008《汽车用制动器衬片》 对配方组所得陶瓷刹车片以进行试验,在100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃分别进行测试,测出每组配方的升温摩擦系数:
  磨损率也是评价摩擦性能的一个参数,对磨损率的分析可以对摩擦性能做出更好的改进。各组配方在100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃分别进行测试,各组的磨损率如下:
  二、不同配方与路况关系分析
  在国际标准下,适用于我国的刹车片摩擦系数为0.35~0.45。性能优异的刹车片的摩擦系数会随刹车时温度的变化趋势而变化,最后当温度上升到一定值时,摩擦系数趋于稳定。在车辆刹车过程中要防止摩擦系数变动范围过大,这样容易导致事故的出现。
  在刹车过程中,摩擦系数的确定应充分考虑到周围环境的影响,列如天气、路况、温度等因素;就目前的大多数车辆中,同样的路况,重型车的摩擦系数高于中型车和小型车;同样的车型,山地地区的摩擦系数高于平原。所以在制作刹车片时,摩擦系数要充分考虑,符合实际工况。
  2.1 山地路况对应的配方组
  在西部地区山地行驶时,汽车上坡和下坡非常普遍,所以对汽车的刹车片比平原要求就高,在山地路况汽车刹车过程中,温度会急剧上升,同时很有可能是连续刹车。因此,刹车过程中的摩擦系数会比平原和冰路上高。在我们的四组配方中,可以看出配方F1和F3的摩擦系数在升温过程中,摩擦系数由小到大,并且最后趋于稳定,这样两组配方就非常合适制作成山地路况的摩擦片。
  通过查阅资料可知山地路况的摩擦系数一般为0.39~0.45之内,从配方F1数据可以明显得出结论,摩擦系数随着温度的上升而升高,最后趋于0.43,这样的摩擦系数适合山地路况。因此,配方组F1和F3非常适用于山区地形的车辆使用。其中F1配方组适合质量大的中型车辆,配方F3适合家用轿车。
  在山地路况刹车时的温度可以达到300℃~450℃,磨损率随着温度的上升而升高,最后增长趋势趋于平缓。通过对性能参数的综合分析,F1组配方和F3组配方适合山地路况。
  2.2 平原路况对应的配方组
  平原路况上汽车刹车相对于山地路况,摩擦系数要小,因为平原路况没有连续下坡或者上坡时,摩擦系数相对于山地路况要小,一般为摩擦系数为0.35~0.39,配方F2和F4的摩擦系数变动范围就很适合平原地区。
  摩擦系数随着温度的上升而升高,最后趋于0.38和0.39,这样的摩擦系数适合平原路况。因此配方F2和F4特别适用于平原地形地形的车辆使用。其中配方组F2适合家用轿车,而配方组F4适合大型的SUV车辆。平原地区磨损率相对低,因为在平原路况刹车时的温度一般为100℃~250℃之,但磨损率也是随着温度的上升而升高,最后增长趋势趋于平缓。通过对性能参数的综合分析,F2组配方和F4组配方适合平原路况。其中F2配方组更适合小型家用轿车和轻质型车辆,而F4配方组适合大型SUV和大型越野车。
  三、结论
  刹车片的摩擦系数主要是依据车辆自身的重量惯量而确定的,并且还要充分考虑到制动距离、路况、速度、温度和惯量等参数。目前我们国内的摩擦系数范围为0.35~0.45之间,但因为我国地区差异大,摩擦系数会随着路况而有所改变,在西北地区的山区汽车刹车片的摩擦系数就比平原大,一般为0.39~0.45之间,而平原地区相对来说就小,一般为0.35~0.39之间,如果摩擦系数在国家标准的范围内,想改变摩擦系数的大小,我们应该添加增摩剂和减摩剂,但添加的量要适当,防止超标。因此,刹车片摩擦系数的大小应根据路况、环境温度、湿度等影响制定,不是越大或越小就越好。
  参考文献
  [1] 王东,刘英才,张宁,等. 钛酸钾晶须在陶瓷基摩擦材料中的应用[J]. 材料导报,2007,(4):38-40
  [2] 凡艳丽,吕亚非. 酚醛树脂在陶瓷摩擦材料中的作用及其对摩擦性能的我影响[J]. 非金矿,2006,29(5):63-65
  [3] 段亚萍. 汽车刹车片用新型陶瓷基摩擦材料性能研究[J]. 中国非金属矿工业导刊,2016(02):24-25+45
  [4] 鲍久圣. 盘式制动器摩擦学性能测试与智能预测技术[M]. 北京科学出版社,2015
  [5] 洪桂香. 汽车制动系统的陶瓷摩擦材料[J]. 汽车与配件,2015(02):62-64
  [6] 杨阳,刘伯威,熊翔,等.一種新型陶瓷基汽车刹车片摩擦磨损性能的研究[J]. 粉末冶金技术,2010,28(05):336-340+365
  依托项目:潍坊科技学院2018年度校级课题《新能源汽车新型环保陶瓷刹车材料的配方设计及工艺研究》,项目编号:2018KJYB07
  (作者单位:1.潍坊科技学院;2.山东海化集团有限公司热力电力分公司)
论文来源:《科学与技术》 2019年18期
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