黃嘉偉 彭斌 鄭柯

摘要：介紹汽車制動器摩擦材料的研究現狀。探討半金屬基摩擦材料、非石棉有機摩擦材料和粉末冶金摩擦材料的優缺點。提出汽車制動摩擦材料研究的發展趨勢。

關鍵詞：摩擦材料；摩擦；磨損；增強纖維

1研究現狀

1.1半金屬摩擦材料

半金屬摩擦材料是20世紀70年代發展起來的一種新型制動材料。該材料以鋼纖維代替石棉制成，材料熱穩定性好、耐磨性優越、導熱性好，克服了石棉摩擦材料表現的熱衰退嚴重、摩擦表面易開裂等缺點，目前，國內許多廠家已批量生產，半金屬摩擦襯片在國產轎車如奧迪、桑塔納、夏利等多種車型上得到應用。但鋼纖維硬度較高，對對偶件有攻擊性，制動時產生制動噪聲，并且鋼纖維容易生銹，摩擦片生銹后強度降低、磨損加劇。研究表明[1]，加入一定量的鋅粉可以增強材料的防銹性能，而對摩擦性能無明顯影響。

1.2非石棉有機摩擦材料

非石棉有機摩擦材料采用改性的高溫樹脂及橡膠作黏結劑，將纖維質增強材料與增摩劑和減摩劑，經配料及混合后，通過壓制成形或熱壓及固化而成。它采用其他纖維代替石棉，其增強纖維主要有碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維、陶瓷纖維及多種纖維混雜增強。

1.2.1碳纖維增強摩擦材料

碳纖維具有比強度高、比模量高、耐熱、耐磨、耐腐蝕及熱膨脹系數適宜等一系列優點。由于碳纖維表面活性低、比表面積小、與基體樹脂相容性差，導致層間強度低且本身具有潤滑性，因此要對碳纖維采用預處理，如表面清潔、氣相氧化、表面涂層等。P.Gopal等人研究表明，碳纖維增強材料有良好的恢復性能，在高溫和較高滑動速度下，較玻璃纖維摩擦材料具有更高的摩擦因數和更低的磨損率。Satapa-hy[1]等研究認為，摩擦材料中加入3wt%碳纖維提高了材料的抗磨損和抗衰退能力，但摩擦因數有所降低。文獻[3]研究了用碳纖維增強摩擦材料的摩擦/磨損性能，結果表明，摩擦材料的摩擦因數和磨損率都隨著碳纖維的含量增加而減小。

1.2.2芳綸纖維增強摩擦材料

芳綸纖維具有較高的斷裂強度、非常高的拉伸模量、較低的斷裂伸長、密度比鋼纖維和玻璃纖維低，在非復合形式下具有高韌性，沒有碳纖維和玻璃纖維所呈現的脆性，因此非常適合于高溫高摩擦下工作的摩擦材料。用于摩擦材料的芳綸纖維主要包括6～13mm的短纖維和2～ 5mm的漿粕形式的纖維。Kato等人用芳綸增強的摩擦材料具有很好的摩擦學性能，特別是在高溫下具有和半金屬摩擦材料相近的耐磨性、噪聲低、密度小等優點。文獻[4]研究由少量的Kevlar纖維并配合蛭石等補強礦物制成的摩擦制動材料，具有優良的摩擦/磨損性能和足夠的強度，且硬度小、成本低。

1.2.3玻璃纖維增強摩擦材料

玻璃纖維具有原料易得、拉伸強度高、斷裂伸長低、彈性模量高、防水、耐熱、耐腐蝕和尺寸穩定性好的優點。其表面工藝也得到了較廣泛的研究，研究出多種偶聯劑。李志軍[4]等使用表面處理的玻璃纖維為增強材料，研制的摩擦材料各項性能均達要求，得出玻璃纖維的最佳質量分數為15%～ 25%，最佳長度為4～8mm。但玻璃纖維也存在不足：工作溫度超過800℃時易形成玻璃珠，容易損傷對偶件；在重載高溫下摩擦因數波動較大，磨損量大。

1.2.4陶瓷纖維增強摩擦材料

陶瓷纖維化學組成隨原料選用的不同而有所差異，但總的來說，它主要是一種金屬氧化物。其主要優點是：高耐熱性、不燃性、低導熱性、較大的比表面積、較好的摩擦性以及制造容易等。研制成功的陶瓷制動盤與傳統的相比有著明顯的優勢，振動小、噪聲低、磨損少[6，7]。Kim[8，9]等研究認為，在樹脂基復合材料中加入陶瓷纖維可以提高材料摩擦因數的穩定性和材料耐磨性。

1.2.5其他纖維增強摩擦材料

其他比較常用的纖維有海泡石纖維、硅灰石纖維、硅纖維、玄武巖纖維、礦渣棉、巖棉等。海泡石纖維具有較好的熱穩定性，由于其多孔性及表面積大，與樹脂浸潤性好，界面黏結強度高。但海泡石的硬度低，過量加入會導致摩擦因數下降，影響制品的強度。

2.發展趨勢

（1）對于摩擦/磨損機理的研究近年來取得了一些進展，但目前尚無主導性的理論，特別是聚合物基摩擦材料，表面發生一系列物理/化學變化使得磨損過程更加復雜，應充分利用現代檢測手段系統研究摩擦/磨損機理，為改進材料的配比提供理論依據。

（2）聚合物基摩擦材料以其結構的可設計性、優良的摩擦/磨損性能，成為現在摩擦材料研究的熱點。今后還會有更多種類的高性能的纖維在摩擦材料中應用。

（3）納米材料作為高新技術，在摩擦材料中的應用正處在研究階段，有望今后應用于摩擦材料領域內。

參考文獻：

[1]Satapathy，eta.l Performance of friction materials based on variation in nature of organic fibres Part I.Fade and recovery behaviour[J].Wear，2004（257）：573-584.

[2]張西奎，等.碳纖維增強汽車摩擦材料的研究[J].汽車工藝和材料，2003（4）：9-11.

[3]曹獻坤，等.Kevler短纖維摩擦材料性能的影響效應綜述現代制造工程2006年第10期[J].非金屬礦，2004（5）：48-51.

[4]李志軍，等.玻璃纖維增強酚醛基摩擦材料摩擦磨損性能研[J].西安交通大學學報.2000，34（4）：67-70.

作者簡介：

黃嘉偉，籍貫：廣西南寧，學歷：本科；

彭斌，籍貫：重慶忠縣，學歷：本科；

鄭柯，籍貫：河南駐馬店，學歷：本科。