高性能汽车刹车片的制备及性能研究

摘要： 汽车刹车片在汽车等交通工具行业中属于关键材料之一，一般由钢板、粘接隔热层和摩擦材料、粘合剂组成，刹车片的摩擦材料由几十种成份组成，各种成份的性能、比例都会影响汽车刹车片的性能。本文将从汽车刹车片所用复合材料的特点、性能进行分析，并研制出高性能刹车片。

Abstract： Auto brake pad is one of the key materials applied in auto and other vehicle industries. It is generally composed of steel plate， adhesive heat insulation layer， friction material and adhesive. The friction material of brake pad is composed of dozens of components. The performance and proportion of each component will affect the performance of auto brake pad. This paper will analyze the characteristics and properties of composites used in auto brake pads， and try to make the high-performance brake pads.

關键词： 聚酰亚胺;复合材料;汽车刹车片

Key words： polyimide;composite;auto brake pads

中图分类号：U466                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）23-0026-02

0  引言

汽车刹车片也叫汽车刹车皮，是指固定在与车轮旋转的制动鼓或制动盘上的摩擦材料，其中的摩擦衬片及摩擦衬块承受外来压力，产生摩擦作用从而达到车辆减速的目的。近年来我国经济高速发展，汽车尤其是家庭用汽车越来越普及。汽车刹车片它的性能优劣不仅影响驾驶性能，而且关系司乘人员的生命安全，其性能直接影响车辆的稳定性和可靠性和安全性[1]。目前我国汽车刹车片生产厂家采用的原材料多为纯酚树脂，其分解温度始于230-250℃，300℃时呈现高潮，300-400℃产生芳香油状液体产物，超过400℃则深度分解，生产一氧化碳、二氧化碳等气体，这些液体、气态分解物起到了润滑和气垫作用，结果导致摩擦系数下降。

高性能的汽车刹车片，对刹车片材料的性能提出了越来越高的要求，即汽车刹车片需要具备下面几点性能要求：

①合适的摩擦系数;汽车刹车片摩擦系数是衡量汽车刹车性能的一个重要因素，摩擦系数太小会出现打滑。

②抗热衰退性;汽车刹车片的耐高温性好坏直接决定了刹车片热抗衰退性能的好坏。

③较长的使用寿命;汽车刹车片要有较低的磨损量，一般汽车刹车片的的使用寿命可以达到3-5万公里[2]。

④舒适性：制动时无噪音，无污染，制动平衡。

我国汽车刹车片行业面临着环保化和高性能化两大转型，环保型高性能的汽车汽车刹车片除了要满足高温衰退小、磨损率低、摩擦系数稳定等要求外，还应具有振动小、噪声低、落灰少等环保人性化的性能特点，这些都为摩擦材料配方技术、原材料处理技术、混料制备技术、热压成型技术、热处理技术及后续处理技术等提出了更高的要求。

1  高性能汽车刹车片材料的选定

选定汽车刹车片材料主要考虑材料的性能包括耐高温、环保、耐磨损、经济性等因素。

1.1 聚酰亚胺材料的性能特点

聚酰亚胺是含有酰亚胺基团的一类高分子材料，耐高温达400以上，长期使用温度范围在200-300，无明显熔点，高绝缘性能，因为含有五元杂环结构，与苯环能形成特殊的共轭稳定结构，所以该材料耐高温性能优异，抗蠕变性强、尺寸稳定性高、耐磨性强且自润滑性好，能在极高温工况下仍能保持稳定的摩擦性能，是各种极端工况下耐磨高分子材料首选之一。因此本文选用聚酰亚胺作为刹车片复合材料的重要组份之一。

1.2 聚酰亚胺复合材料应用在汽车材料上的优点

①众所周知刹车片在刹车过程一定会产生磨损，只要有磨损就一定会产生粉尘。聚酰亚胺复合材料生产的刹车片在使用过程中，只会产生较少的粉尘。与传统摩擦片相比较，粉尘大大降低，但是却能保持良好的摩擦性能及使用寿命。

②汽车刹车片的高性能要求需要在现有的复合材料配方中进一步提高其性能，尤其是高温摩擦性能。据报道，在聚四氟乙烯材料里添加少量聚酰亚胺材料，其耐磨性能可以提高两个数量级[3]。因此本文在制备刹车片复合材料里添加聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、丁苯橡胶和无机材料等组份，希望提高其性能，尤其是耐摩擦性能。

2  含聚酰亚胺复合材料汽车刹车片的生产工艺

本工艺的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新的制备汽车刹车片的方法，其特点在于添加聚酰亚胺树脂、酚醛树脂等高性能的复合材料，降低刹车时由于磨损产生的粉尘，并且进一步优化配方和工艺参数，生产出稳定性强、成本低廉、高温摩擦性能优异的摩擦片。

刹车片生产工艺过程：由丁苯橡胶、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、石蜡、防老剂丁、氧化铝、促进剂M、氧化锌、炭黑、磨片灰、富阳红、长石粉、重晶粉、硫酸钡、柱石粉、硫磺、表面活性剂6810、氧化铁、玻纤布、铜丝、硅藻土等制成，溶剂采用氯甲烷，并采用配料、疏炼、密炼、开炼、割胶、打浆、上薄浆、晒干、上面胶、缠绕、热压固化、干燥、磨片、洗片、检验、打包等工艺流程完成生产方法，如图1。

采用上述工艺制备的刹车片，其外观如图2。

3  含聚酰亚胺复合材料在汽车刹车片上应用的效果

含聚酰亚胺复合复合材料的刹车片实验室数据如表1。

①厚度平均差：不同温度下摩擦片经摩擦试验后，厚度的波动值，差值越小表示越耐磨。聚酰亚胺复合复合材料的刹车片在100-300℃的工作条件下的厚度波动值非常小，所以它的使用寿命满足需求。

②磨损率：由摩擦系数和实际磨损值计算而来，值越低相对越耐磨，一般的车在一般行驶中的制动产生的瞬间温度，在250℃左右，聚酰亚胺复合复合材料的刹车片在250℃的磨损率最低，仅有0.26，高温摩擦性能优异。

③摩擦系数：摩擦片的摩擦力度，类似于扭力，值越大制动力越大。聚酰亚胺复合复合材料的刹车片在在300℃的工作条件下的摩擦系数最大，所以高温状态下的制动力最大。

4  结论

汽车在高速行驶状态下紧急制动的温度在300-400℃左右，刹车片里的有机化合物受热分解，所产生的气体和液体析出，起着润滑的作用，导致摩擦系数变小，聚酰亚胺复合材料的汽车刹车片，采用复合树脂粘结剂增强在高温工况条件下因热分解、碳化而导致对制品材料其他组分粘结作用的降低，该配方和生产工艺磨损率低，摩擦系数稳定，480℃仍能保持稳定的摩擦性能，使用寿命长，具有良好的摩擦性能，而且该配方从减少热衰退、降低制动噪音的角度出发，采用具有多孔结构的配料，软硬配料结合，有效调节摩擦材料硬度、实密度、孔隙率，使制动更平稳。

参考文献：

[1]张芹，黄叶明.一种汽车刹车片的设计[J].内燃机与配件，2018（13）：21-22.

[2]匡法正.“碳纤维增强复合料”在汽车刹车片上的應用[J].甘肃冶金，2016（12）：122-124.

[3]杨培娟，黄健.PI填充PTFE复合材料[J].工程塑料应用，2018（46）：9-12.