在汽車(chē)工業(yè)快速發(fā)展的今天，車(chē)輛的安全、環(huán)保尤為重要，對汽車(chē)剎車(chē)片的新要求不斷提高。汽車(chē)剎車(chē)片在工作時(shí)通過(guò)承受外來(lái)壓力，產(chǎn)生摩擦，使車(chē)輛達到減速的目的。因此，剎車(chē)片的材料的耐磨和耐熱性能十分重要。我國剎車(chē)片的研究比國外起步晚，與世界發(fā)達國家還有較大差距。一些剎車(chē)片生產(chǎn)廠(chǎng)家，仍處于傳統的石棉剎車(chē)片時(shí)代，已經(jīng)不符合現代汽車(chē)工業(yè)的要求。為此，我們綜合了國外的研究方向，探討剎車(chē)片材料的發(fā)展方向。
 一、高性能剎車(chē)片材料的基本性能要求
1、合適的摩擦系數：剎車(chē)片摩擦系數必須適中，如果摩擦系數低于0.35，剎車(chē)時(shí)就會(huì )超過(guò)安全制動(dòng)距離甚至剎車(chē)失靈，如果摩擦系數高于0.40，剎車(chē)容易突然抱死，出現翻車(chē)事故。博世安全型剎車(chē)片的摩擦系數是0.39，很好地滿(mǎn)足了系數適中的要求。
2、 可靠的穩定性：汽車(chē)高速行駛或緊急制動(dòng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生瞬時(shí)的高溫，在高溫狀態(tài)下，剎車(chē)片的摩擦系數會(huì )下降，稱(chēng)為熱衰退。剎車(chē)片抗熱衰退性能的好壞決定了汽車(chē)制動(dòng)的安全性，所以剎車(chē)片必須有適中且穩定的摩擦系數。
3、 滿(mǎn)意的舒適性：舒適性是摩擦性能的直接體現，包括制動(dòng)感覺(jué)、噪音、粉塵、異味等。在舒適性指標中，車(chē)主往往最關(guān)心的是剎車(chē)片的噪音情況。
4、 合理的壽命：使用壽命是大家普遍關(guān)注的產(chǎn)品指標。正常行駛的車(chē)輛，前制動(dòng)器剎車(chē)片壽命為3 萬(wàn)km，后制動(dòng)器剎車(chē)片的使用壽命為8 萬(wàn)km。
二、剎車(chē)片材料發(fā)展方向
1、黏結劑材料的研究
黏結劑的主要作用是將剎車(chē)片的各組分緊密黏結在一起，保持剎車(chē)片在高溫機械作用下的結構完整性。剎車(chē)片中最常使用的黏結劑是酚醛樹(shù)脂，它具有優(yōu)異的耐熱性能和機械性能，電絕緣性和成型加工性能良好，且原料易得，價(jià)格便宜，工藝及生產(chǎn)設備簡(jiǎn)單。但純酚醛樹(shù)脂的使用會(huì )造成剎車(chē)片硬度過(guò)高、脆性大，耐熱極限溫度僅約為250℃。當超過(guò)300℃時(shí)，熱分解現象相當嚴重，會(huì )導致剎車(chē)片的性能顯著(zhù)下降。因此必須對酚醛樹(shù)脂進(jìn)行增韌和耐熱改性。
國外用到的改性樹(shù)脂主要有COPNA 樹(shù)脂（分解溫度大約400~500℃）、有機硅改性酚醛樹(shù)脂、硼酸改性酚醛樹(shù)脂、氰酯改性酚醛樹(shù)脂（能耐350℃以上高溫）、環(huán)氧改性酚醛樹(shù)脂（在400℃下正常使用）、熱塑性聚酰亞胺樹(shù)脂（耐熱和耐磨性能都很好）、懸浮法樹(shù)脂。懸浮法樹(shù)脂是因酚醛樹(shù)脂懸浮聚合工藝而得名，它是國外20 世紀70 年代研制開(kāi)發(fā)的一種新型酚醛樹(shù)脂，又被稱(chēng)為Phenolic Thermosphere（簡(jiǎn)稱(chēng)PTS），分解溫度達到490℃，以該樹(shù)脂為黏結劑制成的剎車(chē)片具有摩擦系數穩定、高溫摩擦性能好、噪音低、熱衰退小等優(yōu)點(diǎn)。研究發(fā)現，使用改性酚醛樹(shù)脂的剎車(chē)片的各項摩擦性能（包括衰退前的摩擦系數，衰退后的摩擦系數，磨損率，損傷對偶件等方面）都要比使用傳統酚醛樹(shù)脂的剎車(chē)片好；樹(shù)脂、剎車(chē)片的強度與磨損性能之間沒(méi)有必然的聯(lián)系。其中利用硼酸改性酚醛樹(shù)脂制備出的剎車(chē)片，400℃的時(shí)候，仍然保持較高的摩擦系數（在0.4 以上）。
2、 摩擦性能調節劑
摩擦性能調節劑是一類(lèi)添加到摩擦材料中能改進(jìn)摩擦系數和磨損率的物質(zhì)，主要分為潤滑劑和研磨劑兩大類(lèi)。潤滑劑的主要目的是減小制動(dòng)時(shí)摩擦系數的變化。常用的潤滑劑包括石墨和各種類(lèi)型的金屬硫化物。金屬硫化物被認為是比石墨更好的潤滑劑，因為酚醛樹(shù)脂黏結劑與石墨的低黏結強度不能滿(mǎn)足現代汽車(chē)工業(yè)高效制動(dòng)的要求，會(huì )加速摩擦材料的磨損，而金屬硫化物不存在這個(gè)問(wèn)題。但是一些化合物如鉛和銻的硫化物是有毒的，所以更加安全的金屬硫化物如錫、銅、鉬的硫化物有可能成為理想的潤滑劑。研磨劑能增加摩擦材料的摩擦系數，但同時(shí)也會(huì )增加對偶件的磨損。它們可移除對偶材料上的鐵氧化物以及制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的有不利影響的表面膜，但高含量的研磨劑會(huì )增加摩擦系數的波動(dòng)性。
研磨劑主要是金屬氧化物、石英粉和硅酸鹽化合物的堅硬顆粒。其莫氏硬度值一般為7~8；常用研磨劑有鋯氧化物、硅酸鋯、氧化鋁、碳化硅、二氧化硅和鉻氧化物等。加入氧化鋁可提高摩擦系數，減小磨損率；加入碳化硅，能夠大幅度提高摩擦系數，而磨損率只有少量增加；一定量的三硫化二銻（Sb2S3）和硅酸鋯（ZrSiO4）對汽車(chē)剎車(chē)片摩擦系數的大小、穩定性有很大的影響摩擦性能調節劑對摩擦材料的摩擦特性影響很大，增加潤滑劑的含量可提高摩擦系數的穩定性，而增加研磨劑含量會(huì )增加摩擦系數的波動(dòng)性，所以協(xié)調好制動(dòng)摩擦材料中潤滑劑與研磨劑的用量非常重要。
3、 增強纖維在剎車(chē)片材料中的應用
20 世紀70 年代摩擦材料開(kāi)始向無(wú)石棉化發(fā)展，出現了各種石棉纖維的替代品，主要有陶瓷纖維、芳綸纖維、碳纖維、鋼纖維、銅纖維、鋁纖維、玻璃纖維、礦物纖維、纖維素纖維、鈦酸鉀晶須和海泡石纖維等。隨著(zhù)研究的深入，單一纖維增強的摩擦材料性能不全面，存在著(zhù)各種缺陷，而幾種纖維混合在一起，性能可互補，發(fā)揮混雜效應，制備的摩擦材料性能優(yōu)異，于是混雜纖維增強摩擦材料成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。有研究表明，鈦酸鉀晶須與芳綸纖維黏附在一起，可提高摩擦表面薄膜的耐熱性和強度，但是當摩擦材料僅含有兩種纖維中的某一種成分時(shí)，這種有利的協(xié)同效應大大減小。含有玻璃纖維、鋁纖維的剎車(chē)片不能提供理想的摩擦系數和磨損率，而利用芳綸纖維代替玻璃纖維，用鈦酸鉀作為摩擦性能調節劑，
可全面提高剎車(chē)片性能；與不含鈦酸鉀的剎車(chē)片相比，含有酞酸鉀的剎車(chē)片材料的摩擦系數穩定性、抗熱衰退性能和耐磨損性都提高了。據報道，銅纖維和鋼纖維剎車(chē)片的摩擦系數都隨著(zhù)滑動(dòng)速度的增加而減小，鋁纖維剎車(chē)片的摩擦系數變化不大；加入銅纖維可使摩擦材料擁有高而穩定的摩擦系數和很低的磨損率。一些研究對比了芳綸纖維、塞珞珞纖維、PAN 纖維（聚丙烯腈纖維）、碳纖維對摩擦材料摩擦系數和耐磨性能的影響。結果表明，芳綸纖維能夠克服樹(shù)脂的熱敏感性，增進(jìn)摩擦系數穩定性，減小磨損率；塞珞珞纖維能夠顯著(zhù)的提高摩擦系數，但是磨損最大；碳纖維增強摩擦材料擁有最好的抗熱衰退性能；聚丙烯腈纖維對制動(dòng)載荷和滑動(dòng)速度的敏感性最小，對摩擦系數和磨損率的影響也不大。與樹(shù)脂、填料、摩擦性能調節劑相比，增強纖維更受剎車(chē)片研究人員的關(guān)注。各種增強纖維對汽車(chē)剎車(chē)片摩擦性能的影響，國內外進(jìn)行了大量的研究，但是在陶瓷纖維增強剎車(chē)片領(lǐng)域的研究卻不多，僅局限于鈦酸鉀晶須、硅氧鋁纖維方面，今后有必要開(kāi)拓其它種類(lèi)的陶瓷纖維在剎車(chē)片上的應用。
4、 填料類(lèi)型對剎車(chē)片材料性能的影響
填料分有機填料和無(wú)機填料兩大類(lèi)。無(wú)機填料包括硫酸鋇、碳酸鈣、長(cháng)石粉、云母、滑石、蛭石、高嶺土和硅藻土等。硫酸鋇和碳酸鈣都是很常用的填料，能夠提高摩擦材料的熱穩定性，同時(shí)也能改善材料的熱衰退性能，但在更高溫度下，前者不如后者穩定。云母和蛭石是另外兩種常用填料，具有平面網(wǎng)狀結構，都能夠抑制低頻制動(dòng)噪聲，但蛭石在大約800℃時(shí)呈片狀迅速剝落，云母在高溫下耐磨性能很差。腰果殼油摩擦粉和橡膠粉都是常用的有機填料，有相似的性能，都有優(yōu)異的黏彈性，因此常被添加到剎車(chē)片中以達到降低噪聲的目的。
三氧化鉬是填料家族的一個(gè)新品種，熔點(diǎn)較高，大約為800℃。據報道，三氧化鉬可防止摩擦材料在高溫下發(fā)生熱衰退和開(kāi)裂。研究發(fā)現，硫酸鋇對剎車(chē)片的摩擦性能影響很大。通過(guò)對蛭石、重晶石、藍晶石、鉀長(cháng)石和泡沫鐵粉五種常用填料對制動(dòng)摩擦材料性能的影響研究，發(fā)現填料含量對材料摩擦系數的影響并不明顯，對磨損率的影響同樣很小，只有鉀長(cháng)石除外。隨鉀長(cháng)石含量的增加，摩擦材料的磨損率也增加。另外，還有報道利用一種新的組合方法研究各種填料對剎車(chē)片磨損性能的影響，提出了減小磨損率的三種機理。填料對摩擦材料的機械性能、物理性能和摩擦性能都有重要影響，能調節摩擦材料的硬度，改善制動(dòng)噪音和制品外觀(guān)，降低成本。但是在剎車(chē)片的開(kāi)發(fā)和應用中，研究人員大都集中在增強纖維的研究上，而對填料的研究很少，在實(shí)際生產(chǎn)中也往往只憑經(jīng)驗和習慣選擇填料，沒(méi)有一套系統科學(xué)的理論作指導。
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