用于汽車制動盤的新型天然纖維增強鋁復合材料

用于汽車制動盤的新型天然纖維增強鋁復合材料

刊名：Solid State Phenomena（英）

刊期：2015年第254期

作者：CRACIUN Andrei Lucian et al

編譯：朱會

汽車制動盤是可減慢或停止車輪運動的裝置。制動盤的材料一般采用鑄鐵，但由于其高密度而會消耗大量的燃料，因此為了減輕汽車質量和提高燃料效率，增加鋁的使用量。研究了用于汽車制動盤的新型天然纖維增強鋁復合材料。利用粉末冶金技術使用不同的椰棕纖維、摩擦改進劑、研磨材料和固體潤滑劑來開發新型天然纖維增強鋁復合材料。開發的4種新型材料如表1所示，其中椰棕纖維和鋁的含量都不同。

測量4種制動盤新材料的密度和孔隙率（自然狀態下材料中的的孔隙體積與材料體積之比，材料中的孔隙能夠吸收能量和熱量并維持制動盤的性能）。根據EN ISO 6508-1標準：2002，在Rockwell的PH-C-01/02試驗臺上對這4種新材料在9806N的試驗負荷下進行硬度測試。其中，對樣本進行試驗時需要試驗球，其直徑為1.58mm，試驗時將試驗球從一定距離的高處向下自由落體落在試樣表面而形成壓痕，利用個壓痕的算術平均值計算試樣的硬度。試驗結果表明，含5%椰棕纖維的制動盤材料硬度較高，含15%椰棕纖維的制動盤材料硬度較低，而鋁含量較多的制動盤材料硬度最高（51.3HRB）。分析表明，材料中鋁和椰棕纖維含量的不同，所制成制動盤的硬度也不相同，CP2和CP3具有更高的密度、更低的孔隙率和更高的硬度，可用于制動盤的制造。天然椰子纖維是汽車制動盤的潛在候選纖維或填充材料。

性等特征。由于微孔聚氨酯材料存在特有的選擇性振幅阻尼特性，因此其在承受小振幅運動時可產生較低的阻尼，而在承受大振幅運動時可產生較高的阻尼。將該材料用在發動機和電機支架上后，汽車行駛在崎嶇路面時能顯著降低發動機或電機振動，從源頭上改善了汽車的NVH特性。為驗證上述微孔聚氨酯材料的性能，對材料進行了有限元仿真。考慮到電動汽車作為未來汽車的發展趨勢，因而選擇電動汽車電機支架進行分析。采用微孔聚氨酯材料替代原本的橡膠材料，采用有限元軟件ANSYS對微孔聚氨酯電機支架的頻率響應進行仿真，并與橡膠電機支架的頻率響應進行對比。結果顯示，與橡膠電機支架的頻率響應相比，微孔聚氨酯電機支架的頻率響應峰值約下降20%，且向出現峰值的速度區間左移，即在汽車低速時出現峰值。對兩種電機支架的質量進行分析，微孔聚氨酯電機支架的質量約減輕了30%。除此之外，微孔聚氨酯材料還可以用在變速器支架、齒輪軸承等處。需要注意，將微孔聚氨酯材料用在其它部位時，可通過控制微孔密度改變材料密度，進而改變材料特性，并適應相應部位的特性要求，這不同于成本較高的橡膠材料只能應用材料原型。