2016年论文 短切玄武岩纤维刹车片

(1.海宁安捷复合材料有限责任公司，浙江，海宁　314400）

摘要：在汽车、列车、摩托车、飞机、提升机等交通用具的制动装置中，刹车片是最关键的安全零件，所有刹车效果的好坏都是刹车片起决定性作用，其性能的优劣直接影响着车辆、设备的使用安全和可靠性。本文介绍了一种制动稳定、摩擦系数稳定、热稳定性好的短切玄武岩纤维刹车片，并将着重介绍一下短切玄武岩纤维刹车片的开发、制造情况以及发展应用前景。

关键词：玄武岩纤维   刹车片   应用

1.   前言

在汽车的刹车系统中，刹车片是最关键的安全零件，所有刹车效果的好坏都是刹车片起决定性作用，从初期的石棉纤维填充酚醛树脂刹车片发展到第二代半金属石墨复合材料刹车片，至20世纪80年代的无石棉有机物NAO型刹车片，刹车片已历经三代发展变革，好的刹车片是人和汽车的保护神。然而目前普遍使用的刹车片在高速高温下会出现热胀、热裂、安全稳定性差，使用寿命短的问题。玄武岩纤维应用于摩擦增强材料既有利于增加汽车摩擦材料的寿命，提高摩擦材料的使用温度，又能解决当前摩擦材料存在的各种不利因素，有利于解决传统汽车制动器出现的“热衰退”现象，进而减少交通事故的产生。研制短切玄武岩纤维复合材料不仅具有重要的现实意义，而且还有极大的推广价值。

2. 短切玄武岩纤维刹车片的基本信息与特性

短切玄武岩纤维刹车片比一般的刹车片更耐磨、更轻，玄武岩纤维复合材料不仅强度高、热稳定性好、不易损伤、磨损低、摩擦系数稳定，而且价格适宜。玄武岩纤维应用于摩擦增强材料有利于增加汽车摩擦材料的寿命，提高摩擦材料的使用温度，短切玄武岩纤维刹车片具有以下特点：

（1）密度小。短切玄武岩纤维刹车片的密度为2.5~2.7g/cm³，仅为金属基复合材料的1/2到1/3,由短切玄武岩纤维制成的刹车片意味着更加轻便。这对于高端汽车、火车而言，除了提高汽车的有效载荷外，还可以减重节省燃料。因此其节约使用成本效果十分显著。

（2）吸音性能好。玄武岩纤维具有优异的吸声性能，将短切玄武岩刹车片在不同音频下的吸音系数进行实验得出，随着频率的增加，它的吸声系数显著增加。如选用材料直径1~3μm的玄武岩纤维制成的（密度为15kg/m³厚度为30mm）吸音材料，其吸音性能见表1。

                             表1

（3）低磨损率。短切玄武岩纤维刹车片高温摩擦系数稳定，钢纤维材料的磨损率为0.208，而玄武岩纤维材料的磨损率为0.125，自身耐磨性以及对摩擦偶材料的磨损低于钢纤维刹车片，不仅延长了刹车片的寿命，而且减少了刹车片组件的维修次数。

（4）优异的材料稳定性。玄武岩纤维具有耐化学腐蚀和防水性能佳等优点。不论在潮湿、酸性的环境中，玄武岩纤维刹车片不易引起腐蚀和生锈问题，也不会发生力学性能衰减，所以玄武岩纤维刹车片的耐腐蚀性能优于半金属材料。

3. 玄武岩纤维复合材料在汽车上的应用领域

玄武岩纤维具有力学性能佳，耐高温性能好，化学性能稳定，生产过程环保等优点。玄武岩纤维复合材料的性能远远比钢材优异，而其重量却远小于钢材，将其应用于汽车上，可以大大的减轻汽车的负重，从而降低能源消耗，而其性能又能得以极大的提升。

（1）汽车用玄武岩纤维摩擦增强材料。使用玄武岩纤维制成的材料不仅强度高、热稳定性好、不易损伤、磨损低、摩擦系数稳定，而且价格适宜。通过对玄武岩短切纤维增强制动片的性能检测，认为其具有高温摩擦系数稳定、热衰退小和制动噪音低等特点，适合作为摩擦材料的主增强材料。该材料有利于解决传统汽车制动器出现的“热衰退”现象，进而减少交通事故的产生。采用玄武岩纤维制成的耐高温结构复合材料，用于汽车制动器、离合器等磨擦增强材料，既为汽车的高速化发展助力，又有利于提升汽车的安全性能，其开发具有广阔的市场前景。

（2）汽车用玄武岩纤维高温过滤材料。目前汽车发动机进气过滤和车仓空气过滤使用的主要纤维材料有粘胶纤维，聚酯纤维，以及聚烯烃纤维，但这些材料的耐热效果不好，尤其是在尾气过滤中，使用寿命不长。玄武岩纤维的力学性能远远超过于聚酯纤维和聚烯烃纤维，且其耐酸碱性能远远超过这两种纤维，使用玄武岩纤维制成的过滤材料具有耐破度高，抗张强度好，性价比高，能完全降解以及优良过滤性能，是未来高温过滤材料的首推材料。玄武岩纤维汽车过滤材料能够在高温条件下将汽车尾气中的固体粒子过滤分离开来，降低汽车尾气对城市污染，且其过滤材料具有在高温条件下长时间使用，而性能保持稳定的优点。俄罗斯与乌克兰用连续玄武岩纤维制成的过滤布在900℃的高温下，连续玄武岩纤维的质量损耗仅为12%。使用玄武岩纤维制成的过滤材料，符合当前世纪的环保要求。

（3）汽车用玄武岩纤维内饰材料。汽车用内饰材料要求内饰材料必须具有高刚度、轻量化、阻燃、低成本，且不污染环境。但目前较多使用的内饰材料普遍存在强度不足，受热易挥发有害气体，因此开发新型的具有遇热不挥发有害气体，且耐热、吸音、机械性能高的材料具有十分重要的意义。将玄武岩纤维的隔热吸音材料应用于汽车中，有利于提高汽车与外界的隔音性能，以及降低汽车部件产生的噪音。以玄武岩纤维作为增强体，采用其他材料作为基体，如树脂，或其他热塑性材料，可以制备符合汽车内饰要求的复合材料，该材料不仅机械性能优良，而且隔热性能与吸音性能也很优异，符合当前汽车用内饰材料的发展趋势，具有广阔的应用前景。

4.短切玄武岩纤维刹车片技术工艺

 采用短切玄武岩纤维和摩擦改性剂、填料和辅助树脂进行表面处理并进行压制处理，可制成玄武岩纤维刹车片。具体如下：

混料过程：混料是一个非常重要的工序。其目的是均匀分散配方中的所有物料，并获得性质相对均匀的材料。刹车皮是由玄武岩纤维、钢纤、耐磨剂、矿物绵、树脂等化学物质组成的。而摩擦系数、耐磨指数和噪音值的大小就是通过这些原料的比例来进行调整分布的。

热成型阶段：将混合好的原料倒入模具里，并重压成型。 

板材处理：不同型号的铁材料经过切割后，还需透过珠击表面硬化处理后才能上胶准备黏上刹车片雏形。 

热压成型阶段：使用机械将板材与刹车片在高热下加压，使两者间更紧密地结合，制造出来的成品称为刹车片厚胚。 

后处理阶段：将压制品从模具中取出后，在较高的温度下进行一段时间的热处理，通常称为后处理过程。其目的有两个：其一，确保产品完全固化；其二，消除产品在热成型过程中产生的内应力集中。 

    磨料切割阶段：经过热处理后的刹车片表面仍然有许多毛边，研磨切割可以使其刹车片更为平整光滑。 

喷漆阶段：避免板材生锈，达到刹车片的美观效果。 

烤漆阶段：用 170℃的温度烘烤刹车片上的喷漆，不但色泽较佳，还具有高温下不易褪色的优点。 

安装附件阶段：烘烤完漆后，可以将警示器或固定器加工固定在刹车片上，并准备包装。包装完成后就可以发送进仓库。

4.2 生产工艺流程

混料→冷压热压→热处理→加工成型→后处理→质检→印标→包装→入库

5.总结

   玄武岩纤维刹车片集多种优异功能于一体，其优越的耐高温性能、化学稳定性能、隔音性能、高热稳定性等均可以在汽车刹车片中占据一席之地，且其性价比高，特别在我国路况日益好转，公路铁路事业迅猛发展，卡车、火车、汽车、摩托车、出租车等重型、高速行驶、制动频繁的车型对于制动性能的要求日益提高。因此，发展玄武岩纤维刹车片势在必行。