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摘要：作为车辆和机械离合器总成及制动器中的关键性安全部件，高性能刹车片摩擦材料的研究广泛受到各科研机构和主机厂的关注。本文介绍了刹车片摩擦材料的可压缩性、内剪切强度、热膨胀量等主要性能，同时从粘结剂、增强纤维、填料和摩擦性能调节剂等方面概述了主要影响刹车片摩擦材料性能的研究现状，并归纳了正交试验设计与模糊综合评价法、黄金分割法与灰色相关度分析、人工神经网络等摩擦材料配方设计及优化方法的应用情况，进一步探索了刹车片摩擦材料的未来发展趋势，指出摩擦材料各组分之间的耦合机理及对性能影响的研究是未来的热点，多种优化方法的融合将有利于新型刹车片摩擦材料的开发应用.
关键词：刹车片；摩擦；研究
引言
随着汽车技术应用向环保、高速及重载方向的发展，对汽车制动系统的稳定性和可靠性提出了更高要求，而刹车片摩擦材料的综合性能将直接影响到汽车行驶过程中的安全和舒适。汽车制动的实质是把汽车的大部分的动能通过刹车片和制动盘（或鼓）之间的摩擦转化为热能，大部分的热能又被制动器吸收引起温度升高的过程[1]。重型汽车由于载重吨位较大和车速的提高，比一般中小型汽车制动时的惯性大、制动距离长。重型汽车摩擦材料的耐高温性能要好，摩擦系数不宜太高，否则会使制动器温度急剧上升，在刹车片表面产生粘滑的碳化层，导致摩擦系数产生衰退，达不到制动效果，造成车辆打滑、翻转，对行车安全构成严重威胁。因此，重型汽车的摩擦材料除了具有良好的机械强度、较小的对偶面磨损、无公害、无毒之外，更应有良好的热稳定性，使刹车片在高温下摩擦系数变化小，热磨损小，减小对环境的噪音污染。刹车片摩擦材料属于摩阻复合材料，主要是由粘结剂、增强纤维、填料和摩擦性能调节剂四部分组成。复合材料中各组分选用配比材料，按不同比例混合，采用热压或冷压生产工艺生产，由此得到满足不同摩擦系数、磨损率、机械强度、孔隙率等要求的刹车片。近十多年来，随着汽车工业向环保、绿色的方向发展，国内外刹车片摩擦材料研究和应用已进入了无石棉化阶段。
一、刹车片摩擦材料的主要性能
高性能刹车片摩擦材料不仅要求具有优异的摩擦磨损性能，而且具有良好的物理特性。可压缩性、内剪切强度、热膨胀量等物理特性是决定刹车片摩擦材料重要的性能指标。可压缩特性与密度及弹性模量密切相关，能间接反映刹车片摩擦材料的制动噪音状况，在影响制动滞后、制动踏板行程的同时，也影响制动的平顺性和舒适性。剪切强度检验是刹车片摩擦材料必备的检测项目，包括摩擦材料与背板（或蹄铁）的粘结剪切强度以及摩擦材料自身的内部剪切强度。剪切强度的降低容易导致制动系统失效，造成严重后果。热膨胀量是刹车片摩擦材料的一个重要指标，热膨胀量过大将导致制动器不能彻底释放，容易引发交通事故。
二、摩擦材料的研究现状
2．1陶瓷纤维摩擦材料
陶瓷纤维具有熔点高、高温力学性能优良、密度低等特点，广泛应用于耐热、耐高温等领域，因此可作为摩擦材料的增强材料。硅酸铝或可溶纤维摩擦绒的使用温度可达到1000℃，岩棉摩擦绒的熔点也超过1000℃，可有效地保证其在高温状态下的稳定性，从而提高摩擦材料的抗热衰退性能，使摩擦系数保持稳定。基于以上情况，各国开始研究陶瓷纤维摩擦材料。
我国专利中无金属陶瓷型摩擦材料配方口6]主要有改性酚醛树脂、陶瓷纤维、天然纤维素纤维、石墨、煅烧石油焦炭、柔性焦粉、硫化锑、硅酸铝空心球、重晶石、棕刚玉、碳化硅、碳酸钙、云母、蛭石、腰果壳油摩擦粉等，特点是密度小、无锈蚀、摩擦系数稳定、热衰退小、不伤对偶盘；适合各种苛刻条件，无烟尘、不产生火花，制动安全；噪音小，可以大大减少制动噪音，减少城市噪音污染；具有陶瓷的特性，刹车平稳、制动舒适、使用温度高；一次模压成型，生产效率高、成品率高、产品质量稳定。欧洲专利E173采用陶瓷纤维、玄武岩纤维和铜丝混合编织物浸渍聚合物基体的工艺，制备了摩擦衬片，并进行性能测试，发现摩擦系数稳定，密度在2．2～3．0 g／cm3之间，摩擦系数为0．38～o．45。然而，陶瓷纤维型摩擦材料的配方设计、生产工艺、摩擦磨损机理等方面的研究工作尚处于起步阶段，尤其是关于该种摩擦材料的摩擦磨损性能的研究大多局限于以一定的实验条件或经验为依据，而陶瓷纤维渣球含量、纤维直径、化学成分、分散性等物理化学性质的影响尚无明确的理论依据。关于其磨损机制的研究和磨损模型的建立以及磨损过程的仿真工作还有待于进一步深入和完善[18|。
陶瓷配方刹车片首先是由El本刹车片企业在20世纪90年代研制成功的，受到日本、北美汽车市场的普遍欢迎，已成为刹车片市场的新宠。我国以金麒麟为代表的企业已自主研发成功陶瓷纤维摩擦材料产品，技术水平和国外相差无几，并已在国际市场上销售。
2．2碳纤维增强摩擦材料
碳纤维强度高（抗拉强度大于2000MPa）、模量大（（2．1～7．0）×105脚a）、热膨胀系数小且耐高温，密度（1．5 g／em3）约为铁的1／5。碳／碳复合摩擦材料是由碳纤维增强碳基体制备而成，具有优良耐热性和高负荷条件下良好的摩擦磨损性能，但碳纤维生产成本高，影响了它的广泛应用。
2．3芳纶纤维增强摩擦材料
芳纶纤维（Kevlar纤维）强度高、模量中等、密度小、耐磨、耐热性能高。研究表明，芳纶纤维增强摩擦材料具有与“半金属”摩擦材料相近的耐磨性。当Kevlar纤维含量超过10％时，摩擦系数会降低50％，磨损率降低1个数量级，由此表明Kevlar纤维能够显著提高摩擦材料的耐磨性。但是芳纶纤维的价格比较昂贵，开松比较困难，限制了其在摩擦材料领域的大范围应用。
三、总结
目前对刹车片摩擦材料的研究重点集中在宏观摩擦磨损性能研究上，而对各个组分间耦合机理的探究较少；对摩擦材料的微观摩擦机制研究集中在高温磨损面和磨屑逆推摩擦机制，并未从界面力学性能进行考量；摩擦材料配方优化设计往往是“试错法”或者基于各种原料的经验搭配，多因素的组分变化对摩擦材料性能影响的研究也较少，并未建立摩擦和材料学理论与制品配方之间的有机联系。因此，加快高性能摩擦材料的开发与研究成为一个关键性课题。
参考文献：
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［４］何正禄，卢笛，郭晓晖．新型客车制动盘结构与材料分析［Ｊ］．机车车辆工艺，２０００（６）：１－６．