陶瓷摩擦材料性能與路況關系的研究

王瑋 梁亮

摘要：因為制動器的制動性能不僅依靠摩擦材料的自身性質，而且還依賴剎車片中摩擦材料的含量，通過改變其中一些陶瓷摩擦材料的含量，可以相應改變陶瓷剎車片的制動性能，通過對剎車片摩擦材料的選擇，設計出四組陶瓷摩擦材料的配方組，并做了相應的性能測試，通過對行駛的路況和外界環境影響研究做出分析，得到適合不同路況的摩擦材料配方。

前言

作為汽車剎車片的摩擦材料，要具有良好的熱傳遞性和耐磨損性，同時摩擦系數要適度，不能過大或過小，而且還要具備優良的隔熱性能[1]。在關注摩擦材料的性能要求的同時，我們也要考慮到摩擦材料的環保方面的問題，盡量做到少污染，最大可能做到零污染。隨著人們生活水平的提高，其車輛行駛的安全性、舒適性和剎車過程中平穩性得到越來越多人的關注，因此剎車片制造商已經從多方面提高剎車片的性能，讓性能、安全和舒適性達到最優化。陶瓷剎車片不同于其他傳統的摩擦片，最大的區別是陶瓷摩擦材料制成的剎車片沒有金屬，而一般傳統剎車片的摩擦材料是有金屬的。傳統剎車片制動時起主要作用的材料是金屬，而陶瓷剎車片起主要作用的是陶瓷，因此具備噪聲小的優點。與此同時，陶瓷剎車片摩擦材料熱穩定性和熱傳導率的性能優異，并且還具有良好的硬度大、污染少、安全性、耐磨性、使用壽命長、輕量化等優點。

一、陶瓷摩擦材料配方設計及性能測試

通過對剎車片摩擦材料的選擇，設計出四組陶瓷摩擦材料的配方組。因為制動器的制動性能不僅依靠摩擦材料的自身性質，而且還依賴剎車片中摩擦材料的含量，通過改變其中一些陶瓷摩擦材料的含量，可以相應改變陶瓷剎車片的制動性能。

以下配方是對以往剎車片摩擦材料配方的分析基礎上，通過改進設計了四組陶瓷摩擦材料的配方：

配方F1：輕質氧化鎂100g；紫銅纖維50g；腰果殼油摩擦粉400g；沉淀硫酸鋇1200g；礦物纖維800g；輪胎粉300g；硫酸鈣晶須900g；硅灰棉600g；穩定劑500g；鱗片石墨550g；煅燒石油焦碳300g；丁腈橡膠粉50g；腰果殼油改性酚醛樹脂700g；鋯英石粉200g；顆粒石墨700g。

配方F2在配方F1的基礎上，改變其中幾種組份的含量：腰果殼油摩擦粉500g；沉淀硫酸鋇1300g；輪胎粉400g；硫酸鈣晶須1000g；硅灰棉700g；高鋁纖維1200g。其余組份一樣。

配方F3在配方F1的基礎上，改變其中幾種組份的含量：輪胎粉400g；硫酸鈣晶須1000g；硅灰棉700g；穩定劑600g；鱗片石墨600g；腰果殼油改性酚醛樹脂800g。其余組份一樣。

配方F4：輕質氧化鎂200g；紫銅纖維100g；腰果殼油摩擦粉600g；沉淀硫酸鋇1400g；礦物纖維1000g；輪胎粉500g；硫酸鈣晶須1100g；硅灰棉800g；穩定劑600g；鱗片石墨700g；煅燒石油焦碳500g；丁腈橡膠粉50g；腰果殼油改性酚醛樹脂1000g；鋯英石粉400g；高鋁纖維1000g；顆粒石墨700g。

為了驗證陶瓷摩擦材料配方的效果，依據GB5763-2008《汽車用制動器襯片》 對配方組所得陶瓷剎車片以進行試驗，在100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃分別進行測試，測出每組配方的升溫摩擦系數：

磨損率也是評價摩擦性能的一個參數，對磨損率的分析可以對摩擦性能做出更好的改進。各組配方在100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃分別進行測試，各組的磨損率如下：

二、不同配方與路況關系分析

在國際標準下，適用于我國的剎車片摩擦系數為0.35～0.45。性能優異的剎車片的摩擦系數會隨剎車時溫度的變化趨勢而變化，最后當溫度上升到一定值時，摩擦系數趨于穩定。在車輛剎車過程中要防止摩擦系數變動范圍過大，這樣容易導致事故的出現。

在剎車過程中，摩擦系數的確定應充分考慮到周圍環境的影響，列如天氣、路況、溫度等因素；就目前的大多數車輛中，同樣的路況，重型車的摩擦系數高于中型車和小型車；同樣的車型，山地地區的摩擦系數高于平原。所以在制作剎車片時，摩擦系數要充分考慮，符合實際工況。

2.1 山地路況對應的配方組

在西部地區山地行駛時，汽車上坡和下坡非常普遍，所以對汽車的剎車片比平原要求就高，在山地路況汽車剎車過程中，溫度會急劇上升，同時很有可能是連續剎車。因此，剎車過程中的摩擦系數會比平原和冰路上高。在我們的四組配方中，可以看出配方F1和F3的摩擦系數在升溫過程中，摩擦系數由小到大，并且最后趨于穩定，這樣兩組配方就非常合適制作成山地路況的摩擦片。

通過查閱資料可知山地路況的摩擦系數一般為0.39～0.45之內，從配方F1數據可以明顯得出結論，摩擦系數隨著溫度的上升而升高，最后趨于0.43，這樣的摩擦系數適合山地路況。因此，配方組F1和F3非常適用于山區地形的車輛使用。其中F1配方組適合質量大的中型車輛，配方F3適合家用轎車。

在山地路況剎車時的溫度可以達到300℃～450℃，磨損率隨著溫度的上升而升高，最后增長趨勢趨于平緩。通過對性能參數的綜合分析，F1組配方和F3組配方適合山地路況。

2.2 平原路況對應的配方組

平原路況上汽車剎車相對于山地路況，摩擦系數要小，因為平原路況沒有連續下坡或者上坡時，摩擦系數相對于山地路況要小，一般為摩擦系數為0.35～0.39，配方F2和F4的摩擦系數變動范圍就很適合平原地區。

摩擦系數隨著溫度的上升而升高，最后趨于0.38和0.39，這樣的摩擦系數適合平原路況。因此配方F2和F4特別適用于平原地形地形的車輛使用。其中配方組F2適合家用轎車，而配方組F4適合大型的SUV車輛。平原地區磨損率相對低，因為在平原路況剎車時的溫度一般為100℃～250℃之，但磨損率也是隨著溫度的上升而升高，最后增長趨勢趨于平緩。通過對性能參數的綜合分析，F2組配方和F4組配方適合平原路況。其中F2配方組更適合小型家用轎車和輕質型車輛，而F4配方組適合大型SUV和大型越野車。

三、結論

剎車片的摩擦系數主要是依據車輛自身的重量慣量而確定的，并且還要充分考慮到制動距離、路況、速度、溫度和慣量等參數。目前我們國內的摩擦系數范圍為0.35～0.45之間，但因為我國地區差異大，摩擦系數會隨著路況而有所改變，在西北地區的山區汽車剎車片的摩擦系數就比平原大，一般為0.39～0.45之間，而平原地區相對來說就小，一般為0.35～0.39之間，如果摩擦系數在國家標準的范圍內，想改變摩擦系數的大小，我們應該添加增摩劑和減摩劑，但添加的量要適當，防止超標。因此，剎車片摩擦系數的大小應根據路況、環境溫度、濕度等影響制定，不是越大或越小就越好。

參考文獻

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[6] 楊陽，劉伯威，熊翔，等.一種新型陶瓷基汽車剎車片摩擦磨損性能的研究[J]. 粉末冶金技術，2010，28（05）：336-340+365

依托項目：濰坊科技學院2018年度校級課題《新能源汽車新型環保陶瓷剎車材料的配方設計及工藝研究》，項目編號：2018KJYB07

（作者單位：1.濰坊科技學院；2.山東海化集團有限公司熱力電力分公司）