汽车摩擦材料的组成探析

汽车摩擦材料主要由增强材料、填充材料及黏结材料等组成。

6.6.2.1　增强材料

增强材料是摩擦材料中一个重要的骨架组成部分，纤维的选用对摩擦材料的摩擦、磨损性能有着重要的影响。增强材料主要有以下几种：

（1）石棉

石棉作为一种天然矿物纤维，具有质轻、价廉、分散性好、增强效果好等特点，在摩擦材料中得到了广泛的应用。从20世纪20年代至80年代，石棉增强摩擦材料几乎是一统天下，基本能满足当时汽车及工程机械的需要。从1972年国际肿瘤医学会确认石棉及其高温挥发物属于致癌物质后，国际上掀起了一股禁止使用石棉摩擦材料的浪潮。此外，随着汽车科技的进步及世界性的能源危机，汽车的车速更高、制动器更小及盘式制动器的出现，对摩擦材料的要求更高，使用条件也更为严酷。现今，高速轿车在紧急制动时前轮盘式制动器温度可达300～800℃，而石棉在400℃左右将失去结晶水，石棉脱水后导致摩擦性能不稳定、出现制动噪声等。因此，石棉摩擦材料明显不能适应汽车工业和现代社会需求，正逐渐被其他材料取代。

（2）钢纤维

钢纤维摩擦材料为半金属摩擦材料，是以钢纤维代替石棉纤维增强材料而制成的摩擦材料。使用低碳钢及采取超声波切削生产出的钢纤维含油量低，表面活性好，价格便宜，因此在半金属摩擦材料中得到广泛应用。钢纤维的一个显著特点就是导热性好。钢纤维以其高导热性能使局部表面热量迅速扩散至内部，从而降低摩擦面温度，避免表面温度过高，防止树脂基体因热分解而导致材料磨损，缩短使用寿命。与石棉摩擦材料相比，钢纤维摩擦材料有平稳的摩擦系数，300～500℃时摩擦系数减少衰退；其高温磨损小，可压缩性低。但钢化纤维相对密度较大，易锈蚀，易产生刺耳的制动噪声。

（3）玻璃纤维

玻璃纤维属于无机硅酸盐纤维，故其热稳定性较好。玻璃纤维发展历史较长，产品质量稳定，产量较大，价格也较便宜，因此在汽车摩擦材料中得到了一定范围的应用。但玻璃纤维硬度高，磨损比石棉增强材料大一倍以上，工作温度高时形成玻璃珠，摩擦系数不稳定。

降低玻璃纤维硬度及采用改性树脂基体可以改善上述缺陷。如国外采用E玻璃纤维制成的离合器片，具有良好的耐磨性，使用平稳，噪声低，无振动。

（4）碳纤维

碳纤维具有比强度高、比模量高、耐热、耐磨、耐腐蚀及热膨胀系数较适宜等一系列优点。碳纤维增强碳基体的复合摩擦材料在航空航天工业中已得到了广泛应用。碳纤维作为汽车摩擦材料的增强纤维使用时主要存在两大障碍：一是原材料价格偏高，产量有限；二是碳纤维表面活性低，与基体树脂相容性差。此外，现有碳纤维一般为长纤维，难以达到适用于汽车摩擦材料的短纤维使用要求。

碳纤维增强材料比玻璃纤维增强材料有更高的摩擦系数和低的磨损率。

（5）有机纤维

有机纤维摩擦材料有芳纶（KEVLAR）聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维等，其本身燃点高，高温热分解不明显。有机纤维单独作为增强纤维使用时，一般都须经过表面处理。通常是把天然或合成的有机纤维放在非电解的处理液中，使纤维表面镀上薄薄一层金属。进行过表面处理的有机纤维，既具有金属纤维的优点，如导热性好、耐磨等，又有非金属纤维的特点，如相对密度小、韧性好。有机纤维可以提高摩擦材料的稳定性，降低磨损量，对降低制动噪声也有明显作用。有机纤维摩擦材料以芳纶摩擦材料为最佳，但目前在降低价格和提高工艺上有待进一步努力。

（6）混杂纤维

它采用两种或两种以上纤维进行混杂增强，不仅可以降低成本，还可充分发挥每一种纤维的优点，弥补相互的缺陷，使性能更加完善、更加优异。

采用混杂纤维为增强纤维将是摩擦材料的一个主要方向。目前，国内外已进行了碳纤维/钢纤维、玻璃纤维/有机纤维、钢纤维/芳纶混杂的研究，并取得了良好的效果。

6.6.2.2　填充材料

填料是摩擦材料中不可缺少的部分，其在摩擦材料中主要起改善材料的物理与力学性能，调节摩擦性能及降低成本的作用，可分为有机、无机和金属三种材料。(www.xing528.com)

目前，填料常用重晶石、硅灰石、氧化铝、铬铁矿粉、氧化铁及铜、铅等粉末。

6.6.2.3　黏结材料

汽车摩擦材料用黏结材料多以酚醛树脂为主，也有相当一部分使用了含橡胶、腰果油、聚乙烯醇或其他高分子材料成分的改性酚醛树脂。

港珠澳大桥背后的新材料

资源6-14　新型材料简介

2018年10月24日，正式通车的港珠澳大桥刷爆了朋友圈。这项东接香港、西接广东珠海和澳门，总长约55 km的超大型跨海交通工程被评为“新世界七大奇迹之一”。港珠澳大桥是世界最长的跨海大桥，也是中国第一例集桥、双人工岛、隧道为一体的跨海通道，该工程筹备6年，建设9年。如图6-12所示。

“超级工程”背后少不了科技力量的驱动！它有着非常多的科技创新，新材料、新工艺、新设备、新技术层出不穷，仅专利就达400项之多！当然，其中也包含了创新型功能复合材料的使用。

图6-12　港珠澳大桥

1.超高分子量聚乙烯纤

为使桥体更牢固，港珠澳大桥采用高性能绳索吊起，该绳索是由中石化南京化工研究院有限公司和中国纺织科学研究院，耗时十多年研发成功的超高分子量聚乙烯纤维制成的，由14万根高强度纤维丝组成的吊带在海上吊装起了重达6 000 t的钢筋混凝土预制件。这种超高分子量聚乙烯纤维，粗细仅有头发直径的1/10，但做成缆绳后，比钢索强度还高，承重力能达到35 kg。超高分子量聚乙烯纤维，商品名为“力纶”，与碳纤维、芳纶并称为三大高性能纤维，是目前世界上强质比最高的纤维，在国防军工和民用工业上都有广泛的应用，是强国强军的战略物资。

2.新型高分子塑料模板

在建造人工岛环岛跃浪沟时，有一款由国内公司研发的新型高分子塑料模板就发挥了相当大的作用。据悉，该塑料模板采用热塑长纤维增强的高分子复合材料制成，一平方米塑模重量约10 kg，仅为钢模的七分之一，同时还具有耐磨损、防腐蚀、强度高等特点。塑料模板采用统一的组合构件，可以灵活快速地进行模板化组装，施工人员只需简单培训即可快速掌握操作，同时施工时不存在模板出现残钉、尖刺等问题，可大幅度降低施工安全隐患。

3.OVM桥梁减隔振技术

根据特殊的工况需求，港珠澳大桥需要能够抵抗16级以上台风，这是目前对抗风要求最严苛的国内桥梁工程。经过多番调试，大桥采用了柳州东方工程橡胶制品有限公司自主研发、生产的铅芯隔振橡胶支座和高阻尼隔振橡胶支座两种类型的支座。该支座由铅芯棒、橡胶层、钢板等迭层黏结而成，铅芯棒增大支座的阻尼，吸收外力传来的能量；钢板提高支座竖向刚度，有效支撑建筑结构；橡胶层赋予支座高弹性变形及复位和承载的功能。

港珠澳大桥因地质条件复杂，要同时面临台风、海啸、船撞等多重考验。株洲时代新材料科技股份有限公司制造的“超大高阻尼橡胶隔震支座”长1.77 m、宽1.77 m，设计使用寿命120年，能有效降低直接袭向建筑物的冲击力。港珠澳大桥还安装了时代新材公司研发的防船撞装置。其防撞护舷采用纤维增强塑料复合材料，通过真空灌注一体成形。当船舶撞击桥墩时，不仅能够减轻桥墩承受的撞击力，还能保护撞桥船只的安全。

港珠澳大桥为钢构桥，有不少拼装项目，拼装处的加固材料尤为重要。加固材料选用了湖南固特邦土木技术发展有限公司的产品，该公司生产的加固材料具有高电阻、抗冲击、耐疲劳、抗老化性及耐酸耐碱性好等特点。桥墩防撞技术成为大桥设计的重中之重。江苏宏远科技工程有限公司根据港珠澳大桥桥墩型式，采用固定式复合材料柔性消能护舷。该护舷由复合材料迎撞面、增强连接板、消能柱、闭孔耗能芯材组成，耗能闭孔泡沫材料等通过真空导入，一体成形，呈“7”字形，成了港珠澳大桥的“防护服”，有效减轻船只撞桥带来的破坏力，提高航运安全性。

港珠澳大桥工程项目，从科研阶段到开工建设，科技创新的理念贯穿始终，国内开发生产的一系列新材料新构件，不仅打破了国外技能壁垒，满足了大桥建造的特别需求，还为我国交通建设行业的自主创新、技术进步起到引领作用。