刹车摩擦材料概要

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  • (1) 摩擦材料的定义
刹车摩擦材料是指通过与接触摩擦材料的面(鼓或盘)的摩擦力,对车轮或者机器的启动起到的减速或制动(BRAKE)及传达(CLUTCH)作用,将这时的运动(行驶)能源转换成因摩擦而发生的热能源的装置。

  • (2) 摩擦材料的历史
1900年初,将棉布浸渍在沥青制作的WOVEN系作为最初的摩擦材料使用。之后,从1906年开始,将以热稳定性优秀的ASBESTOS为主成份的刹车垫,最初使用在制动装置上。1927年,开发PHENOL RESIN。从1960年代开始,正式生产RESIN MOLD系摩擦材料。
1980年代后期,石棉被美国环境保护局(EPA)判定为致癌物质(青石棉,黄石棉)开始,各种产品受限制。为了取代石棉,开始研究石棉的替代品。为了满足消费者的需求,提高质量,尤其,为解决环境问题,不断研究开发了半金属型摩擦材料(SEMI METALIC:金属粉 30%以上 ),低金属型摩擦材料(LOW MWTALIC: 金属粉30%以下),非石棉系有机材料(NON-ASBESTOS ORGANIC:NAO)。其使用范围超过汽车领域,广泛应用于产业机械、铁道车轮、航空器、舰艇等,使用量逐年增加。

  • (3) 摩擦材料的的结构
摩擦材料大体分为无机材料和有机材料,有机摩擦材料是主要以纤维为基础,把分散的添加剂凝固成粘结剂。无机摩擦材料是制法上不让使原料粉末全体被熔化,为了结合粉末表面,内部设成存在比较均匀的空间,此空间的缺陷,即PROPIRY对材料的特性带来重大影响。 一般的摩擦材料的构成大体如下。

  • 1) MATRIX (母体, 结构体) 2) BINDER(粘结剂) 
  • 3) FILLER(填充剂)4) EXTENDER(增强剂,添加剂)


  • (4) 摩擦材料的性能决定参数
1) 原料的种类和特性
2) 组成率(各材料的配料比率)
3) 制造工程条件(成型温度、压力、时间、热处理条件等)

换言之,使用什么原料,如何进行混合,采用什么工程条件制作非常重要。而且,对一定的材料来说,上述3个参数不一致也不行。原料的种类和特性,对决定摩擦材料的性能起重要作用。例如,使用耐热性低的粘结剂变更各种组成和工程条件进行研究也受限于摩擦材料自身的耐热性,因此,开发耐热性优秀的粘结剂最为重要。开发特性好的原料就是制作好的摩擦材料。

  • (5) 摩擦材料的性能要求
1) 稳定性
① FRICTION LEVEL
刹车摩擦材料要具备可以制动汽车的一定标准的摩擦系数,但因各个车种具有其固有的参数,设计刹车时,要确定其固有的摩擦系数。

② FRICTION STABILITY
가) SPEED SPREAD & G-SPREAD
依据摩擦速度及制动减速的摩擦系数的变化越少越好。
高速中SPEED SPREAD大的刹车非常危险。
나) WATER RECOVERY
指摩擦面浸入水,摩擦系数下降后,恢复摩擦系数的情形,不成为恢复过高的OVER RECOVERY为好。
다) EARLY MORNING SICKNESS(早变效果)
摩擦面存在适当量的水分时,摩擦系数异常升高的现象,通过数次使用刹车,水分渐渐挥发,摩擦系数还原,但水分达到一定量以上时,将起到润滑作用,降低摩擦系数。(尤其,半金属材料)
라) STABILITY IN MILEAGE (경시효과)
使用中效果发生变化的情况,指摩擦材料的表面状态变化或者使用刹车时因热吸湿摩擦材料发生变质,一般表面硬化,油亮亮地发光。

③ FADE & RECOVERY
가) FADE
高速行驶时制动,刹车吸湿的摩擦能源非常大,因此,这将全部成为热,上升摩擦材料和鼓或者盘的温度,降低摩擦系数。从而,高速行驶时,如果反复急制动,对相同的踩刹车踏板的力量,也逐渐降低减速,如果保持相同减速,需要加大踩刹车踏板的力度,这种现象称为FADE现象。一般鼓式刹车的鼓内部积聚热量,发热性下降,因此,比起内部OPEN的盘式刹车,FADE现象严重。
나) RECOVERY
FADE后,温度条件还原时,要迅速恢复下降的摩擦系数才能进行稳定的制动,这种现象称为RECOVERY现象。

④ 机械性强度
刹车摩擦材料是附着在SHOE(LINING),BACK PLATE(PAD)使用,附着方法有粘合剂、铆钉或螺栓等机械式附着方法及把SHOE或BACK PLATE与摩擦材料同时成型的方法。使用刹车时,可以导致摩擦材料脱离或受损的情况,因此,须慎重考虑粘贴强度及粘贴面。

2) 耐久性
① 磨损
摩擦材料的耐磨性根据相对摩擦面的温度、速度、摩擦相对面的状态等发生变化,随温度磨损急增,一般视为用于摩擦材料的粘结剂的耐热局限温度,如果超过250~300℃,磨损更加加快。摩擦速度快,磨损增加。其原因是摩擦温度的上升及摩擦材料耐久性的破坏。摩擦相对面的状态给磨损带来大的影响。尤其,相对面上有槽子、裂痕等,磨损更加加快。因结构上原因造成的局部摩擦将传播至全体热扩散,成为CARBONIZATION化,发生急速的早期磨损现象。

② 相对面损伤
摩擦材料的性质不同,摩擦面受沙粒等异物的侵入,可能成为主要原因。其形态包括SCORDING(向摩擦方向破裂)、HEAT CRACK(向摩擦方向和直角方向破裂)、HEAT SPOT(摩托相对面的局部损失)、GROVING(凹凸现象)等。

③因摩擦而发生的震动音,其主要原因是SHOE和DRUM间的共振,在制动减速的差距中发生。主要在1000㎐以上的高频率上发生(嚓~嚓)
가) SQUEAL
因摩擦而发生的震动音,其主要原因是SHOE和DRUM间的共振,在制动减速的差距中发生。主要在1000㎐以上的高频率上发生(嚓~嚓)
나) JUDDER
刹车启动时感受到的大振幅的低频率(10㎐~30㎐)震动,在车体及转向器上发生,通过车轴、减震器、转向器、制动器等,以车体和方向盘的颤抖现象传达到驾驶员(哧溜)
다) FEELING
刹车时要灵敏、柔和。这跟摩擦材料的摩擦特性也有关系。