基本介紹
介紹,結構組分,粘結劑,增強纖維,填料,材料分類,摩擦特性,功用分類,產品形狀,產品材質,性能指標與要求,摩擦係數,耐磨性,物理性能,套用情況,
介紹
摩擦材料的特點是具有良好的摩擦係數和耐磨損性能，同時具有一定的耐熱性和機械強度，能滿足車輛或機械的傳動與制動的性能要求。它們被廣泛套用在汽車、火車、飛機、石油鑽機等各類工程機械設備上。民用品如腳踏車、洗衣機等作為動力的傳遞或制動減速用不可缺少的材料。
摩擦材料是用於諸多運動機械和裝備中起傳動、制動、減速、轉向、駐車等作用的功能配件。按功能及安裝的部位主要分為制動器襯片和離合器面片。摩擦材料在汽車工業中屬於關鍵的安全件，汽車的啟動、制動和駐車都離不開摩擦材料，摩擦材料的好壞、優劣直接關係著人民的生命財產安全，其功能地位不言而喻。
結構組分
摩擦材料屬於高分子三元複合材料，它包括三部分：
（1） 以高分子化合物為粘結劑；
（2） 以無機或有機纖維為增強組分；
（3） 以填料為摩擦性能調節劑或配合劑。
粘結劑
摩擦材料所用的有機粘結劑為酚醛類樹脂和合成橡膠，而以酚醛類樹脂為主。它們的特點和作用是當處於一定加熱溫度下時先呈軟化而後進入粘流態，產生流動並均勻分布在材料中形成材料的基體，最後通過樹脂固化作用的橡膠硫化作用，把纖維和填料粘結在一起，形成質地緻密的有相當強度及能滿足摩擦材料使用性能要求的摩擦片製品。
對於摩擦材料而言，樹脂和橡膠的耐熱性是非常重要的性能指標。因為車輛和機械在進行制動和傳動工作時，摩擦片處於200℃～450℃左右的高溫工況條件下。此溫度範圍內，纖維和填料的主要部分為無機類型，不會發生熱分解。而對於樹脂和橡膠，有機類的來說，又進入熱分解區域。
摩擦材料的各項性能指標此時多會發生不利的變化（摩擦係數、磨損、機械強度等），特別是摩擦材料在檢測和使用過程中發生的三熱（熱衰退、熱膨脹、熱龜裂）現象，其根源都是由於樹脂和橡膠、有機類的熱分解而致。因此選擇樹脂與橡膠對摩擦材料的性能具有非常重要的作用。選用不同的粘結劑就會得出不同的摩擦性能和結構性能。2013年使用酚醛樹脂及其改性樹脂。如：腰果殼油改性、丁腈粉改性、橡膠改性及其它改性酚醛樹脂作為摩擦材料的粘結劑。
對樹脂的質量要求是：
（2） 粉狀樹脂細度要高，一般為100目～200目，最好在200目以上，有利於混料分散的均勻性，可降低樹脂在配方中的用量。
（3） 游離酚含量低，以1%～3%為宜。
（4） 適宜的固化速度 40s～60s（150℃）和流動距離（120℃ 40～80mm）。
增強纖維
我國有關標準及汽車製造廠根據摩擦片的實際使用工況條件，對摩擦片提出了相應的機械強度要求。如：衝擊強度、抗彎強度、抗壓強度、剪下強度等。為了滿足這些強的性能要求，需要選用合適的纖維品種增加、滿足強度性能。
摩擦材料對其使用的纖維組分要求：
（1） 增強效果好。
（2） 耐熱性好。在摩擦工作溫度下不會發生熔斷、碳化與熱分解現象。
（3） 具有基本的摩擦係數。
（4） 硬度不宜過高，以免產生制動噪音和損傷制動盤或鼓。
（5） 工藝可操作性好。
填料
摩擦材料組分中的填料，主要是由摩擦性能調節劑和配合劑組成。使用填料的目的，主要有以下幾個方面：
（1） 調節和改善製品的摩擦性能、物理性能與機械強度。
（2） 控制製品熱膨脹係數、導熱性、收縮率，增加產品尺寸的穩定性。
（3） 改善製品的制動噪音。
（4） 提高製品的製造工藝性能與加工性能。
（5） 改善製品外觀質量及密度。
（6） 降低生產成本。
在摩擦材料的配方設計時，選用填料必須要了解填料的性能以及在摩擦材料的各種特性中所起到的作用。正確使用填料決定摩擦材料的性能，在製造工藝上也是非常重要的。
根據摩擦性能調節劑在摩擦材料中的作用，可將其分為“增磨填料”與“減磨填料”兩類。摩擦材料本身屬於摩阻材料，為能執行制動和傳動功能要求具有較高的摩擦係數，因此增摩填料是摩擦性能調節劑的主要成分。不同填料的增摩作用是不同的。
填料的堆砌密度對摩擦材料的性能影響很大。摩擦材料的不同的性能要求，對填料的堆砌密度的要求也是不同的。
材料分類
摩擦特性
材料按其摩擦特性分為低摩擦係數材料和高摩擦係數材料。低摩擦係數材料又稱減摩材料或潤滑材料，其作用是減少機械運動中的動力損耗，降低機械部件磨損，延長使用壽命。高摩擦係數材料又稱摩阻材料（稱為摩擦材料）。
功用分類
小轎車用剎車片產品形狀
按產品形狀分 可分為剎車片（盤式片、鼓式片）、剎車帶、閘瓦、離合器片、異性摩擦片。盤式片呈平面狀，鼓式片呈弧形。閘瓦（火車閘瓦、石油鑽機）為弧形產品，但比普通弧形剎車片要厚的多，25～30mm範圍。剎車帶常用於農機和工程機械上，屬軟質摩擦材料。離合器片一般為圓環形狀製品。異性摩擦片多用於各種工程機械方面，如摩擦壓力機，電葫蘆等。
產品材質
A 石棉摩擦材料分為以下幾類：
b 石棉線質摩擦材料。生產：纏繞型離合器片、短切石棉線段摩擦材料等。
c 石棉布質摩擦材料。生產：製造層壓類鑽機閘瓦、剎車帶、離合器面片等。
d 石棉編織摩擦材料。生產：製造油浸或樹脂浸剎車帶。石油鑽機閘瓦等。
B 無石棉摩擦材料分為以下幾類：
a 半金屬摩擦材料，套用於轎車和重型汽車的盤式剎車片。其材質配方組成中通常含有30%～50%左右的鐵質金屬物（如鋼纖維、還原鐵粉、泡沫鐵粉）。半金屬摩擦材料因此而得名。是最早取代石棉而發展起來的一種無石棉材料。其特點：耐熱性好，單位面積吸收功率高，導熱係數大，能適用於汽車在高速、重負荷運行時的制動工況要求。但其存在制動噪音大、邊角脆裂等缺點。
b NAO摩擦材料。從廣義上是指非石棉－非鋼纖維型摩擦材料，但現盤式片也含有少量的鋼纖維。NAO摩擦材料中的基材料在大多數情況下為兩種或兩種以上纖維（以無機纖維，並有少量有機纖維）混合物。因此NAO摩擦材料是非石棉混合纖維摩擦材料。通常剎車片為短切纖維型摩擦塊，離合器片為連續纖維型摩擦片。
c 粉末冶金摩擦材料。又稱燒結摩擦材料，系將鐵基、銅基粉狀物料經混合、壓型，並在在高溫下燒結而成。適用於較高溫度下的制動與傳動工況條件。如：飛機、載重汽車、重型工程機械的制動與傳動。優點：使用壽命長；缺點：製品價格高，制動噪音大，重而脆性大，對偶磨損大。
d 碳纖維摩擦材料。系用碳纖維為增強材料製成的一類摩擦材料。碳纖維具有高模量、導熱好、耐熱等特點。碳纖維摩擦材料是各種類型摩擦材料中性能最好的一種。碳纖維摩擦片的單位面積吸收功率高及比重輕，特別適合生產飛機剎車片，國外有些高檔轎車的剎車片也使用。因其價格昂貴，故其套用範圍受到限制，產量較少。在碳纖維摩擦材料組分中，除了碳纖維外，還使用石墨，碳的化合物。組分中的有機粘結劑也要經過碳化處理，故碳纖維摩擦材料也稱為碳——碳摩擦材料或碳基摩擦材料。
性能指標與要求
摩擦係數
摩擦係數是評價任何一種摩擦材料的一個最重要的性能指標，關係著摩擦片執行傳動和制動功能的好壞。它不是一個常數，而是受溫度、壓力、摩擦速度或表面狀態及周圍介質因素等影響而發生變化的一個數。理想的摩擦係數應具有理想的冷摩擦係數和可以控制的溫度衰退。由於摩擦產生熱量，增高了工作溫度，導致了摩擦材料的摩擦係數發生變化。
溫度是影響摩擦係數的重要因素。摩擦材料在摩擦過程中，由於溫度的迅速升高，一般溫度達200℃以上，摩擦係數開始下降。當溫度達到樹脂和橡膠分解溫度範圍後，產生摩擦係數的驟然降低，這種現象稱為“熱衰退”。嚴重的“熱衰退”會導致制動效能變差和惡化。在實際套用中會降低摩擦力，從而降低了制動作用，這很危險也是必須要避免的。在摩擦材料中加入高溫摩擦調節劑填料，是減少和克服“熱衰退”的有效手段。經過“熱衰退”的摩擦片，當溫度逐漸降低時摩擦係數會逐漸恢復至原來的正常情況，但也有時會出現摩擦係數恢復得高於原來正常的摩擦係數而恢復過頭，對這種摩擦係數恢復過頭我們稱之為“過恢復”。
摩擦係數通常隨溫度增加而降低，但過多的降低也是不能忽視。我國汽車制動器襯片台架試驗標準中就有制動力矩、速度穩定性要求。（ 貨車、客車制動器性能要求；轎車制動器性能要求； 轎車制動器台架試驗方法；貨車、客車制動器台架試驗方法），因此當車輛行駛速度加快時，要防止制動效能的下降因素。
摩擦材料表面沾水時，摩擦係數也會下降，當表面的水膜消除恢復至乾燥狀態後，摩擦係數就會恢復正常，稱之為“涉水恢復性”。摩擦材料表面沾有油污時，摩擦係數顯著下降，但應保持一定的摩擦力，使其仍有一定的制動效能。
耐磨性
摩擦材料的耐磨性是其使用壽命的反映，也是衡量摩擦材料耐用程度的重要技術經濟指標。耐磨性越好，表示它的使用壽命越長。但是摩擦材料在工作過程中的磨損，主要是由摩擦接觸表面產生的剪下力造成的。工作溫度是影響磨損量的重要因素。當材料表面溫度達到有機粘結劑的熱分解溫度範圍時，有機粘結劑如橡膠、樹脂產生分解、碳化和失重現象。隨溫度升高，這種現象加劇，粘結作用下降，磨損量急劇增大，稱之為“熱磨損”。選用合適的減磨填料和耐熱性好的樹脂、橡膠，能有效地減少材料的工作磨損，特別是熱磨損，可延長其使用壽命。
摩擦材料的耐磨性指標有多種表示方法，我國GB5763-98“汽車制動器襯片”國家標準中規定的磨損指標（定速式摩擦試驗機）100℃～350℃溫度範圍的每檔溫度（50℃為一擋）時磨損率。磨損率系樣品與對偶表面進行相對滑動過程中做單位摩擦功時體積磨損量，可由測定其摩擦力的滑動距離及樣品因磨損的厚度減少而計算出。但由於被測樣品在摩擦性能測試過程中，受高溫影響會產生不同程度的熱膨脹，掩蓋了樣品的厚度磨損，有時甚至出現負值，即樣品經高溫磨損後的厚度反而增加。這就不能真實正確反映出實際磨損。故有的生產廠家除測定樣品的體積磨損外，還要測定樣品的重量磨損率。
物理性能
摩擦材料製品在裝配使用之前，有需進行鑽孔、鉚裝裝配等機械加工，才能製成剎車片總成或離合器總成。在摩擦工作過程中，摩擦材料除了要承受很高溫度的同時，還要承受較大的壓力與剪下力。因此要求摩擦材料必須具有足夠的機械強度，以保證在加工或使用過程中不出現破損與碎裂。如：鉚接剎車片：要求有一定的抗衝擊強度、鉚接應力、抗壓強度等。粘結剎車片：盤式片要具有足夠的常溫粘結強度與高溫（300℃）粘結強度，以保證摩擦材料與鋼背粘結牢固，可經受盤式片在制動過程中高剪下力，而不產生相互脫離，造成制動失效的嚴重後果。離合器片要求具有足夠的抗衝擊強度、靜彎曲強度、最大應變值以及旋轉破壞強度，為了保證離合器片在運輸、鉚裝加工過程中不致損壞，也為了保障離合器片在高速旋轉的工作條件下不發生破裂。
套用情況
摩擦材料目前廣泛採用石棉材料作汽車剎車片。雖然它的承載能力不如粉末冶金材料，但摩擦係數較高，動、靜摩擦係數接近，可使制動平穩、噪 音小，價格也較低廉。粉末冶金摩擦材料的套用幾乎遍及除汽車外的一切領域。它可在高負荷、高溫下正常工作，尤以摩擦係數穩定、耐磨性能佳著稱，因而被用作飛機著陸的剎車片、大 載荷的滾珠絲槓摩擦片及電動機構離合器片 等。在汽車、輪船、火車等運輸機械中，在推土機、礦山升降機、掘土機和拖拉機等大中型工程 機械及農機、輕工機械中，各種規格、型式的粉末冶金摩擦片、剎車片等除出色完成離合、制動 作用外，還能降低能源消耗，提高傳動精度。隨 著現代科技的發展，對高性能摩擦材料的需求 更為迫切。70年代後期出現的碳-碳複合材料是一種很有前途的摩擦材料，它具有穩定的高 溫摩擦性能，壽命長，重量輕，目前已成功用於協和式及波音式飛機的制動裝置，只是價格昂貴，影響了套用的廣泛性。在中等載荷、溫度不太高及濕摩擦條件下具有良好性能的石墨基摩 擦材料也是一種很有發展前途的新型材料。它 幾乎兼有目前石棉和粉末冶金材料的一切優點，且價格便宜，是一種理想的摩擦材料。
