刹车片的一些知识
汽车制动系统刹车片（蹄）的性能和过程控制知识乘用车辆时，若有发生紧急情况时，大家都希望自己的车有ABS、牵引力控制系统等保证及时制动的控制装置。目的让车的行进可以任由人进行可靠的控制，甚至可以自动控制；杜绝事故产生人员、财物损伤。当今新车型开发更注重安全、节能、高效、快速、舒适等性能。作为汽车安全件的刹车片就为适应汽车的发展，趋向更小、薄方向发展，同时要求刹车片的一些物理、化学特性要环保、舒适、适用，而很多车普遍比以前更大、更重、更快，因此对制动部件的要求也越来越高。一块刹车片，从摩擦材料的选择到生产、测试，过程并不简单，要求供应商有丰富的专业知识与经验。刹车片（蹄）摩擦材料的讲究材料讲究环保、无污染。汽车工业内对摩擦材料构成的认识也经历了一个过程。比如，在1986年以前，石棉还是摩擦材料中的常用添加品；之后，因为发现它可能导致肺癌而被其它安全材料永久替代。最新环境研究显示，重金属对环境构成极大的危害。欧盟已采取措施禁止或严格限制在汽车部件中使用重金属。摩擦材料是铜污染最大的祸首之一。尽管制动片与其它汽车部件相比所含的铜质量较低，却产生了环境中30%的铜污染。汽车厂商及摩擦材料供货商正在寻替代品,在环保技术上不断创新，在无重金属制动片领域深入的研究，需要开发了矿物与陶瓷纤维的混合
材料，不使用非环保材料，如紫铜、黄铜、锑、铅等。中国对机动车造成的环保问题日益重视，这些环保制动产品将会逐步为市场所接纳。摩擦系数有要求。摩擦系数等级：刹车片的等级用两个英文字母表示，第一个是在0～600华氏度间取4个点测量摩擦系数，如果都能在0.35～0.45之间那么片的低温等级就是F，然后在600～1112华氏度[华度转换为摄氏度：（华度-32）/1.8=摄氏度；（1112℉-32）/1.8=600℃]间取10个的点测摩擦系数，如果也能0.35～0.45之间高温等级也是F，那么这个片就是FF级别的片。 常说的陶瓷刹车片的摩擦系数级别就是这种FF级的。常见的E表示摩擦系数是0.25～0.35，F上面说了，G表示在0.45～0.55之间。C表示0.15～0.25之间。高温片允许在更高温度下保持原来的摩擦系数，所以高温片并不一定就灵敏，只是很多高温片也通过增加摩擦系数来帮助达到更高温度。我们常说的普通半金属的刹车片就是这种EF或EE级的。卧车刹车片大部分都做到FF，再高的摩擦系数片的金属含量会大，踩刹车会响，舒适度下降。轴重大的车会通过用大直径刹车盘、用通风盘、用划线盘等方法来提高制动力和减缓热衰减摩擦系数在行业里主要进行效能试验时进行同步评定，或用CHASE试验进行检测。国内常用定速试验机进行检测（不推荐使用）。效能试验规范有：SAE J2522、ECE R90、JASO C406等。效能概念有：制动效能：针对试验车型的既有参数，按标准规范设计的不同速度和不同制动压力
等条件下的制动力的变化规律。衰退和恢复性能：制动过程中成制动器温升，制动力衰减程度，以及当温度下降后制动力恢复的情况。高温状态下的制动效能：制动器在高温状态下的制动效能与正常状态的差异。高速状态下的制动效能：汽车行驶速度接近最高车速时的制动效能的变化。低速/低压条件下的制动性能：低速低压状态下的制动，是城市中行车时经常采用的制动模式。低温状态下的制动效能：低温环境下起步时的制动力输出。主要是冬季或早晨起步时，一般来说此时制动效果是要降低的，因此要与正常状态相比较。涉水衰退与必恢复特性：制动器涉水后制动力的减退和恢复特性。 Ramp特性：制动压力（踏板力）缓慢爬升时的制动力输出特性。这也是一种常见的制动方式。初始制动效能：汽车下线时的制动力，以及左右制动力的偏差。摩擦材料使用寿命有要求。行业中对摩擦材料的磨损进行试验。在进行效能试验时或CHASE试验可以测定。国内仍有多数厂家使用定速摩擦试验机在测量摩擦系数时同时测量。又分为：重量磨损和体积磨损（厚度磨损）。该规范中有明确要求。不得高压规定的数值。摩擦材料其它物理性能要求，如硬度、密度、PH值等刹车片固有频率的要求即车辆的噪声、振动及平顺性（NVH）要求。现该性能也越来越受重视，使摩擦材料进入一种艰难的境遇，噪音产生与摩擦片的硬度、密度、尺寸、形状、对偶件的特性等有密切关系，而这些性能有直接关系到摩擦片的摩擦系
数、磨损的性能，而且多数情况下，摩擦系数和磨损性能提高就会降低HVH的性能。试验NVH既要在特殊的噪声舱内完成；其程序规范为：SAE J2521等；模拟试验后也需进行路面测试，因为没有什么能代替人的耳朵。试验后确定音频矩阵图，根据噪音的分布情况选用不同的方法消除制动噪声；常用的方法是加用弹簧及垫片等配件。垫片是摩擦件与底盘间的一个缓冲，以消除制动噪声。甚至更改摩擦材料配方、改变产品尺寸以求彻底消除噪音。另外：刹车片在清洁性、冲击强度、摩擦材料的耐介质，抗锈蚀性、尺寸形位精度、附件的可靠性、产品表面的抗腐蚀及抗热性、热传导性能、刹车片（蹄）粘接或铆接的剪切强度、压缩特性、热膨胀性能、气孔率等都有较高的要求。其中关系到安全特性的，如：刹车片（蹄）粘接或铆接的剪切强度、各种效能、磨损性能、热传导性能、尺寸形位精度都是必须进行严格控制的。生产工艺的重要影响既然刹车片（蹄）的摩擦材料有若干严格的物理化学性能要求。故而，研究人员从使用原料的改进同时还进行生产工艺参数的调整等多方面进行探索，希望提高制动摩擦材料的性能。原料选用有讲究。大多摩擦材料技术人员都明白，不同材料规格对摩擦材料的性能有重要影响，如材料的粒度、化学成分含量、纤维材料的长度、静电性能等。其中树脂选用、增强纤维选用是关键。各类填料的应用是提高摩擦才综合性能的研究重点。如锑、钼、锡等低温金属提高摩擦材料磨损及摩
擦系数的作用的研究等。混料讲究不一般。摩擦材料产品的最终性能和材料的均匀程度有密切关系，所以摩擦材料生产中的混料需要进行细致的研究，力求混合均以一致，且保证混合后的原料不发生偏析的现象。需要考虑混料的数量、混料的方式、混料的时间、混料的温度、混料后的物理存放方式等。过程通过显微镜、振实密度等方法进行混合均匀性监控。现在常用的混料设备为犁耙混料机。混料方式基本为干法混料。少数企业生产的高端产品使用湿法混料。湿法混料可以实现较好的轻质纤维或易产生电离子的纤维的均匀分布。产品性能要优于同类配方的干法混料产品。但设备控制机构较为复杂。且在生产过程中除需要考虑干法混的一些问题的同时还需要控制湿法混料压制过程填料随水流失的问题、衬片干燥原料偏析的问题、定量控制的问题、压制坯料时加料过程物料状态保证问题等。制动摩擦材料传统的成型技术是热压法，热压工艺技术成熟、适用面广，但制备出的材料致密、硬度大、孔隙率低，并且如果不使用特殊材料或工艺步骤，高温条件下摩擦系数会出现衰退现象。之前研究者采用冷压、辊压等工艺手段，现也取得了一些成效。而今，温压加工工艺制备摩擦材料的技术已被应用。该工艺热压的温度一般控制在100℃——130℃之间，在热处理时对产品加压热处理，其压力一般为4MPa左右，该工艺一般和配方开发同时进行，因该工艺配方的树脂的黏度一般是热压工艺使用的树脂黏度的3—10倍；国
外一些制动摩擦材料厂家，已将温压法部分应用于工业生产中。如霍尼韦尔、TRW等。该工艺方法制造的产品的优点：120℃左右树脂会和固化剂发生明显较快的聚合反应，放出大量的氨气。根据流变学的基本理论，流体的私度高，气体从流体中逸出的阻力就会增高，即气体不易从流体中排出;反之，流体的豁度低，则气体从流体中逸出的阻力就会降低，即气体易于从流体中排出。因此，在温压压制过程中树脂黏度高，产生的氨气不易排出，易在材料内部形成较均匀的较高孔隙率;若树脂黏度低，则使反应产生的气体易于排出，从而使材料孔隙率偏低。选择适合的压力、温度（100℃——130℃）、保温保压时间可以制备具有较高孔隙率、摩擦系数稳定、磨损小、热衰退小以及噪音低等特点的高性能摩擦材料。不论是热压、温压、冷压或辊压。在该工序中基本是使刹车片（蹄）的摩擦材料初步成型，且具有一定的摩擦材料特性。该工序一般需要控制摩擦材料的密度、硬度、尺寸。过程中需要控制压力、放气次数和放气时间、温度、压制时间、压力波动误差、温度波动误差等生产工艺参数，此外要根据不同配方还需要控制物料存放时间、环境温度、湿度、加料方式。否则会有起泡、开裂、粘接不良等质量问题。摩擦材料压制成型后，为了将摩擦材料内部进行充分的交连反应，使产品性能最终稳定，还需要进行热处理工艺，一般情况下摩擦材料的热处理是在一定温度条件下充分保温一定的时间来实现该工艺作用的。一
般条件，该温度在160℃——200℃保温3——6小时。但不同的配方有不同的要求。实际上，因材料的特性、摩擦材料混合均匀性、设备温度均匀性等一些过程参数的不同，仍需要严格控制加热升温段的温升速率（升文曲线），必要的时候，需要多段保温逐步将温度升到需要的最高温度。在保温阶段需要做好排气和恒温及温度均匀。降温阶段一般要求不高，若热处理温度较高（200℃以上或更高）需要比较摩擦材料和钢背的热膨胀性能差异，该差异较大时会影响粘接产品的粘接强度和粘接面积比率。最高温度和保温时间根据选用的树脂和橡胶的特性、纤维材料的特性等要素确定。另外为保证产品具有一致的压缩特性，有在热处理是进行加压热处理。如某温压工艺产品，将温压后的产品进行装夹加压，而后装入热处理炉按：90℃开始，采用阶梯升温，每h升温10℃，直到温度升至220℃，在最高温度200℃——220℃下保温2——4h，随炉冷却。如此可以保证摩擦材料具有较高的孔隙率和优良的摩擦磨损性能。热处理后的产品的有机物含量符合要求（丙酮抽提试验），保证热处理充分，防止衰退！大家知道车主适应新车讲究一个"磨合期"，制动片与装载它的制动盘之间，同样有相互适应的过程。高温烧蚀工艺可以减少磨合所需的时间，通过对制动片表面进行高温烧蚀改善其与制动盘接触面的吻合。少数欧洲企业采用一种高压高温烧蚀方法，即将制动片置于1吨的压力下并均匀地将摩擦材料的表面加热至600～700
℃，它能够使常规制动片的性能得到更快的改善。现代有些配方的产品加入一些低温金属硫化物，利用刹车时产生的高温对产品进行二次固化，形成较好的显微结构状态，以期达到较好的产品性能。从而不用烧蚀工序。有些企业在利用该工序进行摩擦材料工作面处理，使之更好的和刹车片对偶件（刹车盘或刹车鼓）配合，减少因初期配合不好造成的效能低下、噪音及振动的问题。一般是将表面硬度降低，易于磨合配套刹车盘（鼓）。后道尺寸加工及附件安装主要有磨削、倒角、开槽。使产品达到规定的厚度和平面度、平行度。现代刹车片对尺寸精度要求有些提高。需要过程监控客户提出的尺寸要求。喷涂，进行表面喷漆，该工序需要满足产品的防腐蚀试验要求。一般需要进行盐雾试验、刹车油浸泡试验、酒精浸泡擦拭试验、丙酮擦拭试验、漆膜附着力试验（划格试验）等。同时需要控制漆膜的厚度。厚度控制是本工序较难控制的参数。若采用静电喷涂。对应漆粉的粒度、导电性能、流平性能参数有一定的要求。否则难以调整喷涂工艺中的电压、固化时间、气流量等参数。漆膜的厚度一般控制在25——70微米之间，有的产品要求更高。如某车配套刹车片产品的漆膜厚度要求在25—45微米间，且过程能力要大于1.33。附件安装：消音片、弹簧、卡簧、报警器等附件粘接、铆接、安装等。一般消音片粘接需要进行T-PULL试验，确定消音片粘接强度。其标准没有统一的规定，一般要求大于3N/MM。铆接
的磨损指示器要牢固无变形。鼓式制动蹄也常带有手刹车拉杆、自调隙装装置等附件。这些附件的尺寸公差、安装位置、承受反复使用时的可靠性等，与制动安全关系很大。因此对这些附件的材料选用、加工精度、安装方法、性能测试等都有详细的要求。包装、标识与使用说明。产品出厂前还需要进行必要的包装和标识；基本有：具有质量追溯性能的标识、指导客户正确使用刹车片的使用说明书、必要的附件（*配套，非安装，如油脂、卡簧等）、合理的包装等。多道检测关口在生产过程中，为确保质量，所有制动片都必须通过多道检测。比如，剪切强度检测，保证粘合符合标准，摩擦材料不会从底板脱落；压缩性能检测，确保其不太软而增加磨耗，也不太硬而导致制动系统振动；热膨胀检测，如果摩擦材料在变热时过度膨胀，在手刹制动后制动片一旦降温，会导致车辆滑动；还有热传导检测，确保制动产生的热量不会直接从制动片和制动盘传导至液压系统，否则会导致制动液沸腾并使系统中产生空气。总之，刹车片（蹄）摩擦材料的所有性能检测近30项，分别在生产不同阶段进行试验和检测。最终为产品的综合性能提供必要保证。有部分检测实际就是过程性能监测。绝大部分是产品最终性能定性检测。保障产品在行车不同状态下满足刹车制动的要求。严格的性能测试好的摩擦材料，必须在任何行车状态下保持良好的制动性能。极端情况下制动盘及制动片性能的检验非常重要，极端条件下，制动系统可能长时
间连续刹车，致使刹车片温度可能达到300～400℃。或在恶劣的气温条下行车（沙漠、严寒地带、咸湿地带等）长时间行车。需要进行模拟的相关试验验证。在不能进行大量车辆试验的情况下。侧对性能的测试采用试验设备对产品直接测试实现的。就车辆测试而言，欧美汽车制造商最看重的是阿尔卑斯测试。顾名思义，这个测试在阿尔卑斯山上进行，其地点是位于奥地利的大钟山（Grossglockner）一处连绵14.5公里的下坡路。在恒速制动下，测试者使传动保持在空档，让制动片及制动盘处于持续加热状态直至坡底，在坡底时，再进行紧急制动。这时制动盘（非通风盘）的温度可高达900℃。在下坡后，还需对从制动片到制动钳的热传递进行检查，以保证其不超过制动液的沸点。整个过程是在相同的制动盘与制动片上反复进行的。另一项车辆测试是热衰退测试。以45秒的间隔及一定的减速率连续10次将汽车从其最高行驶速度的75%减速至0。该试验旨在检验制动性能的稳定性，制动距离变差过大是不能接受的。要确保驾驶员与乘员的安全，提高产品的安全性，就要保证测试过程的严格性。以欧洲为例，欧盟委员会颁布实施了一系列的规章，通过ECE R90认证加强车辆测试标准。就制动而言，其测试必须在各类温度的试验环境中进行，内容包括制动压力、踏板感觉、制动片表面温度、速度敏感性以及车辆的整体减速性能。测试结果必须保持在原装配套片所许可的公差范围内。当前，较为完善的摩擦材料性
能评价标准为ISO 15484。其有如下特点： 1、ISO15484标准列出了道路车辆所用制动衬片需要进行的测试项目和评价方法。其目的是要提高产品的可靠性同时降低测试成本；为产品的质量认证提供依据。检测项目简表：盘式刹车片测试计划（节录）（ISO 15484） Test plan for disc pad of passenger cars
KIND OF TESTS
Standard
General Visual inspection Under-layer distribution Inspection critical dimension Full dimensional inspection
  in preparation in preparation Drawing Drawing
Physical Properties density porosity pH-index compressibility，cold compressibility，hot pad swell thermal conductivity shear strength，cold shear strength，cold (after dyno —. test) T-pull-test(Bonded insulator) eigen-frequency/damping cross-scribing salt spray test rust level blister level infiltration resistance to water，saline，oil and brake fluid
  item 5.2.1 item 5.2.2 JASO C458-86 ISO 6310 ISO 6310 SAE J2694 ISO 6310 ISO 6312 ISO 6312 SAE J2694 SAE J2598 DIN 53151 DIN 50021 DIN 53210 DIN 53209 DIN 53167 ISO 6314
Bench-Tests in EURPOE dynamometer test production friction test noise matrix dyno-test wear dyno -test
  SAE J2522 ECE R90 SAE J2521 SAE J2597
Bench-Tests in US dynamometer test noise matrix dyno-test wear dyno-test
  SAE J2522 SAE J2521 SAE J2597
Bench-Tests in JAPAN dynamometer test wear dyno-test
  JASO C406 SAE J2597
Bench-Tests target(international) dynamometer test wear dyno-test
  SAE J2681 SAE J2597
发动机磨合剂    如表所示，乘用车盘式刹车片所需要测试的项目，数量近三十个，涉及了产品的外观尺寸、物理性能、制动性能（台架试验）等众多内容，涵盖了前面提到的质量性能的方方面面，构成了一个较为完整的性能测试体系。 2、对该标准进一步地分析理解，可以看到，ISO 15484标准不只是列出了一系列的测试项目，而且列出了从质量先期策划、产品开发、样件试制、生产件认可到批量生产等各阶段的测试项目安排。就是说，摩擦材料性能评价体系至少包括了两个内容，一是必须完成的测试项目，二是要将这些测试项目安排到从产品开发到正式生产的全过程中去，并且从中对质量的稳定性做出评判。 3、ISO15484中所有的测试项目只有试验方法，并没有设定判断合格与否的质量指标，它所关注的是测试结果的偏差范围。这样规定是符合实际的。因为不同的车型、不同的制动器结构，因不同的存载、桥架等因素使其对刹车片的要求不同，很难用同一个指标来确定是否合格。其意图就是是在汽车摩擦材料生产商中形成一个大家认可的产品性能的评价方法。这样在世界范围内，有一个一致的做法，为制造商之间和与客户之间的沟通提供了一个平台。至于具体的质量指标，由制造商和客户针对具体的配套车型来确定。这一点与我们行业目前以GB5763作为几乎是唯一的质量评判标准有根本区别。