不含Cu、Sb環境友好型汽車制動材料的摩擦磨損性能

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不含Cu、Sb環境友好型汽車制動材料的摩擦磨損性能

網址：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043164812004747

作者：Poh WahLee n et al

編譯：郭明超

汽車制動材料的組成十分復雜，為提高制動材料的摩擦磨損性能，材料中含多元素（通常為5～30種）。這些元素通常被歸納為4種類型：粘合劑型、填充劑型、摩擦改進劑型以及增強劑型。其中，Cu是一種常用的摩擦改進劑，在材料中添加Cu主要是為了減輕或消除車輛在制動時制動器的熱衰退，以及改善制動器的導熱性。

Cu作為制動材料已經幾十年，但直到最近幾年，制動材料中Cu對環境的影響才受到關注。根據BPP機構的統計，近年在汽車制動摩擦材料中Cu的使用量增加近40%，且制動時產生的Cu屑被排放到街道或空氣中，最終流入水里，對于水生生物而言Cu是有毒的，因此一旦作為食物鏈最底層的水生生物被污染，整個生態系統的健康都將受到影響。

一些機構指出，在汽車制動材料中應限制使用Cu、Sb等元素，有關國家還相應出臺了各種法規等措施來限制材料中有害元素的使用量。可見，對于汽車制動環保型摩擦材料的研究已非常必要。鑒于目前的行業狀況，主要研究了不含Cu、Sb的環保汽車制動摩擦材料（T303和T403）的摩擦磨損性能。

首先將目前通用的制動材料作為基本材料（T-基線），其次依照日本阿基波羅（Akebono）制動材料配方對不含Cu、Sb的制動材料進行改進，用環保的地質聚合物和天然麻纖維分別替代酚醛樹脂和合成纖維凱芙拉纖維作為制動材料的一部分，由此形成的環保型材料為T303和T403。目前，汽車企業主要利用SAE J2430測試程序對制動摩擦材料模型進行測試，以衡量汽車制動功率。SAE推薦J2430測試程序可以提供制動效能評估程序（BEEP）所需要的數據。利用J2430測試程序對以上3種樣品進行測試的結果表明，不含銅制動樣品的摩擦水平高于T-材料。T-材料、T303和T403表現出的平均效能分別為0.32、0.41和0.33。除此之外，在測試制動消退階段，隨著制動溫度的增加，T303和T403比T-材料樣品表現出更好的性能，3種材料在制動消退階段的平均效能分別為0.33、0.41和0.37。

在測試過程中，T303和T403 比T-材料表現出更高的磨損率。T-材料有0.37mm厚度損失，而T303和T403樣品在厚度上分別損失1.43mm和2.37mm。使用掃描電子顯微鏡和能量分散型X射線微處理器對試驗樣品分析表明，T-材料樣品的摩擦表面覆蓋有穩定的摩擦層（稱為第3體），這個摩擦層主要由鐵氧化物、不同形式的C和化合物組成。在T303和T403樣品中，由于組成成分中不含Cu和Sb，因此不能形成足夠的摩擦層，而摩擦層可能是測試過程中影響樣品磨損率的主要原因。

T-材料樣品的摩擦層在摩擦墊和盤式鑄鐵件之間作為一種固體潤滑劑，降低了附著力。而不含Cu和Sb的T403材料中含有很多地質聚合物，可提高摩擦時的附著力。因此，降低T303和T403的磨損程度以及增強其在表面形成摩擦層的能力是進一步研究的重點。