马洪涛 于晓阳 李扬 崔岩
(山东省产品质量检验研究院，山东济南 250100)
摘要：简述了刹车片材料的发展史，对常见刹车片材料进行分类并对其性能进行了比较，介绍了现代汽车用刹车片材料的发展趋势。
关键词：刹车片；
近几年，随着我国汽车制造业的飞速发展，尤其是产业机构调整和国家对安全和环保意识的增强，促进了刹车片材料的发展。通过引进、消化、吸收，我国摩擦制动材料已全面取代石棉，新型摩擦制动材料的开发研究也开始赶超国外，刹车片材料无石棉化已经实现，但国产车若要进入国际市场，进口的车辆需更换刹车制动材料，市场要求改进现有刹车片材料，开发新材料的呼声渐强，通过研制高性能、节能、节材、降耗、防污染、社会效益明显的刹车片材料，推动我国汽车工业的发展，这已经显得十分迫切和必要。
一 刹车片材料发展史
刹车片材料是汽车用刹车片的关键材料。上世纪7O年代中期至上世纪80年代中期，由于石棉型摩擦材料已明显地不能适应汽车工业的发展要求，发达国家迅速开展高性能刹车片材料的研制工作，并取得了突破性进展，相继推出半金属型刹车片材料、烧结刹车片材料、代用纤维增强或聚合物粘结刹车片材料、复合纤维刹车片材料等。它们一致的特点是：①无石棉成分，增强材料采用钢纤维、矿物纤维、玻璃纤维、有机纤维及耐高温聚合物等代用纤维；②增强了金属成分，以提高使用温度和使用寿命；③加入了多种添加剂，用以改善刹车片材料的稳定性、抗粘着性和抗热衰退，降低制动噪声并减少震颤现象【1】。
二 刹车片材料的技术要求及组成
2.1 技术要求
①合适稳定的摩擦系数和磨损率。理想的刹车片材料应该有适宜稳定的摩擦系数和合适的磨损率，做到“柔性”摩擦，尽量避免“热衰退”【2】②具有良好的机械强度和物理性能。③制动噪声低。环境保护要求车辆制动应尽量减少制动噪声，一般汽车制动时产生的噪声不应超过85dB。④对偶面磨损较小。刹车片材料在制动过程中不应将对偶件即摩擦盘或制动鼓的表面磨成较重的擦伤、划痕、沟槽等过度磨损的情况。
2.2 刹车片材料的组成
①有机粘结剂。现代刹车片材料所用的有机粘结剂为酚醛类树脂或合成橡胶，而主要以酚醛类树脂或改性酚醛树脂为主。②纤维增强材料。纤维增强材料构成刹车片材料的基材，最初以石棉为主，现在则主要以以金属纤维代替石棉。而烧结（粉末冶金）刹车片材料主要是由填料、润滑组元和摩擦性能调节剂等嵌入一种金属基体烧结而成。③填料。填料分为“增磨填料”与“减磨填料”两类。摩擦材料组分中的填料，主要是由摩擦性能调节剂和配合剂组成。
2.3 刹车片材料的分类
2.3.1 石棉类刹车片材料
石棉类刹车片材料主要以石棉纤维作为增强纤维的一种有机基复合刹车片材料。由于石棉的传热性能很差，不能迅速散发汽车制动产生的摩擦热，会导致刹车片热衰退层变厚，增加材料的磨损。同时，生产过程及使用中汽车制动导致石棉挥发对人体呼吸器官有严重损害的物质。目前，全球已禁止石棉类刹车片材料的进口、制造和加工。
2.3.2 金属基无石棉刹车片材料
金属基无石棉刹车片材料主要分为熔铸金属和粉末冶金刹车片材料两种。熔铸金属主要指铸铁、青铜等，因其易粘结和高温、高速下摩擦系数低等缺点而已被其它材料所取代【3】。传统的粉末冶金刹车片材料主要有铜基和铁基两种。
铜基、铁基金属摩擦材料，可用于较高的使用温度，但是其价格高、制造工艺复杂、制动噪音大、对制动盘的擦伤和磨损大等缺点使其应用受到了限制。近几年，很多研究机构正致力于研究解决刹车盘磨损大的问题【4】。
2.3.3半金属基无石棉刹车片材料
半金属基无石棉刹车片材料是在有机摩擦材料与传统粉末冶金摩擦材料的基础上发展起来的一种新型刹车片材料。它采用金属纤维或金属非金属复合纤维替代石棉纤维生产刹车片材料。现在，多数汽车采用该类刹车片材料，其组成决定其有优良的综合摩擦学特性。但它也存在以下摩擦学缺点：钢纤维容易生锈，锈蚀后对刹车盘磨损严重，摩擦系数稳定性降低，其热传导率高，当摩擦温度高时，易于使摩擦材料与钢基板间粘结树脂分解，致使其剥落失效，现在有专家研究对其其配方优化设计克服其缺点【5】。
2.3.4 非金属基无石棉刹车片材料
近几年，适应车辆高速化、轻型化的要求，人们开始研究开发更加新型的摩擦材料，譬如炭／炭复合摩擦材料和陶瓷基复合摩擦材料。炭／炭复合摩擦材料是用碳纤维增强碳基体的一种功能性复合材料。它的摩擦性能十分优异，具有高强度、高韧性及优良的抗摩擦性能。与传统的金属材料相比，重量减轻约40%，能耐2000℃以上高温且物理性能衰减缓慢，在刹车过程中其摩擦系数稳定适中。目前，飞机和赛车都采用了C／C复合摩擦材料。但其存在如下缺点：摩擦系数不稳定，抗氧化性能差。价格非常昂贵是限制其推广的主要原因。我国在C／C复合制动材料制备技术上处于国际领先水平。
2.3.5 工程陶瓷基复合刹车片材料
工程陶瓷具有高热容量、低磨损率以及抗热冲击的特点，而且一般陶瓷都具有较高的摩擦系数。很多研究人员一直在尝试利用该无机非金属材料制造刹车材料，也取得了一定进展。但是工程陶瓷存在容易断裂的严重缺点，制约了它的广泛应用。近几年发现，工程陶瓷基体经纤维或晶须增强后，不仅强度提高，而且韧性大大上升，为它在刹车片材料领域的广泛应用提供了可能。
随着社会的发展，环境保护与资源节约意识已渗透到各个行业中，刹车片材料的发展也不例外，无石棉、无污染、低噪声的绿色环保型摩擦材料将成为刹车片材料发展的重点。
三 国内外刹车片材料发展趋势
目前，国内外刹车片材料的研究目的仍是为了全面提高新型无石棉摩擦材料的性能，满足汽车工业高速度发展和保护环境的要求，做到人与自然的协调发展。
现代科学技术的发展，必然促进刹车片材料工艺配方研究上的多样化和最佳化，最大限度地满足和适应汽车工业对刹车片材料的要求。在材料成分方面，各国普遍重视使用混杂纤维，譬如半金属摩擦材料中使用钢纤维与碳纤维、钢纤维与玻璃纤维以及铜纤维与碳纤维等，混杂使用两种或两种以上纤维，兼顾各方优点，能够充分发挥各种纤维自身的优点，研制出性能优良、成本较低的刹车片材料。因此，混杂纤维仍是当今刹车片材料研究的方向之一。针对普通刹车片材料高温下酚醛树脂会发生分解，发生“热衰退”的缺点，好多企业和科研机构致力于改性酚醛树脂的研究，目前普遍采用腰果壳油改性酚醛树脂、三聚氰胺腰果壳油改性酚醛树脂、丁苯改性酚醛树脂等改性树脂，采用该类酚醛树脂，显著提高了制动材料的工作温度。因此，开发新型改性酚醛树脂作为粘结剂是当今刹车片材料研究的又一新方向。
参考文献
[1]肖久梅,马文江等.新型无石棉摩阻材料用增强纤维研究进展[J].热固性树脂,2003(2):28～30.
[2]肖永清.国外汽车使用的摩擦材料及其发展[J].化工科技市场,2008(5):35～38.
[3]李世鹏.铜基粉末冶金摩擦材料基体及其摩擦磨损性能研究[J].中南大学学报,2014(6):32～38.
[4]王红侠,姚冠新等.汽车制动器摩擦材料的研究现状和发展[J].现代制造工程,2006(10): 33～36.
[5]吕亚非.组合摩擦材料研究[J].世界科技研究与发展, 2014(6)：22.