重載車(chē)用無(wú)石棉摩擦材料配方的研究

張紅林，李國(guó)兵

（1.咸陽(yáng)非金屬礦研究設(shè)計(jì)院有限公司，陜西 咸陽(yáng) 712021；2.湖北泰旺摩擦材料有限公司，湖北 棗陽(yáng) 441200）

因石棉摩擦材料對(duì)人體健康有危害，國(guó)際上著名的汽車(chē)公司，特別是歐美的汽車(chē)公司，很少甚至不用石棉摩擦材料。我國(guó)GB12676-99《汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和性能試驗(yàn)方法》規(guī)定，從2003年10月開(kāi)始，剎車(chē)片中不能含有石棉，國(guó)家工業(yè)信息化部也已將石棉制動(dòng)片生產(chǎn)列入淘汰落后產(chǎn)能目錄。摩擦產(chǎn)品無(wú)石棉化迫切要求摩擦材料生產(chǎn)廠家研發(fā)出能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，并且有價(jià)格優(yōu)勢(shì)及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的無(wú)石棉產(chǎn)品。我們通過(guò)大量的試驗(yàn)研究，研制出了既能滿(mǎn)足客戶(hù)要求又有價(jià)格優(yōu)勢(shì)的無(wú)石棉摩擦材料配方。產(chǎn)品投放市場(chǎng)后反映良好，銷(xiāo)量及市場(chǎng)占有率穩(wěn)步攀升，取得了較為滿(mǎn)意的效果。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)方案分析

我國(guó)目前在無(wú)石棉摩擦材料開(kāi)發(fā)方面存在以下幾點(diǎn)不足：

(1)性能不夠穩(wěn)定，批次之間差別較大。

(2)產(chǎn)品本身的性能有缺陷，不能滿(mǎn)足客戶(hù)的要求。

(3)產(chǎn)品的價(jià)格較高，沒(méi)有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

為了能較好地解決以上一些問(wèn)題，在充分論證的基礎(chǔ)上，試驗(yàn)工藝選用干法筒模生產(chǎn)工藝。增強(qiáng)材料選擇以鋼纖維、礦物纖維為主的混雜纖維，以達(dá)到取長(zhǎng)補(bǔ)短的功效。在保證產(chǎn)品強(qiáng)度，又能確保產(chǎn)品的使用壽命，防止生銹。填料選擇一些質(zhì)輕的多孔材料及粒度較粗的減磨材料，使產(chǎn)品具有較小的密度、較大的孔隙度，減少使用過(guò)程中的噪音。

1.2 試驗(yàn)方案的制訂

1.2.1 試驗(yàn)工藝流程

試驗(yàn)工藝生產(chǎn)流程如下：物料的稱(chēng)量、混料、熱壓、熱處理、磨制加工、鉆孔、打碼、檢驗(yàn)、包裝。

1.2.2 試驗(yàn)材料的選定

(1)增強(qiáng)材料的選擇。

增強(qiáng)材料以鋼纖維、礦物纖維為主，輔以其他纖維如纖維素纖維、玻璃纖維、硫酸鈣晶須等多種纖維混雜，取長(zhǎng)補(bǔ)短。鋼纖維為了防止結(jié)團(tuán)，以直徑較細(xì)、長(zhǎng)度較短的纖維為主，用以改善產(chǎn)品的導(dǎo)熱性；考慮到價(jià)格因素，礦物纖維選擇價(jià)格較便宜的為主，纖維長(zhǎng)度選較長(zhǎng)的規(guī)格；纖維素纖維比表面積較大，能改善物料的分散性，以保證產(chǎn)品的最后抗沖擊強(qiáng)度在3.0kJ/cm2以上；玻璃纖維或蜂巢纖維，以及硫酸鈣晶須比表面積比較大，亦能改善物料的分散性。同時(shí)，這些材料耐高溫性能、降溫恢復(fù)性能均較好。纖維類(lèi)材料累計(jì)用量為30%左右。

(2)粘結(jié)劑的選擇。

粘結(jié)劑采用耐溫性較好，質(zhì)量比較穩(wěn)定的山東海沃斯酚醛樹(shù)脂。保證產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中工藝性較好，不會(huì)出現(xiàn)大量起泡、裂紋、分層等質(zhì)量問(wèn)題。粘結(jié)劑用量約為20%左右(體積比)。

(3)填料的選擇。

填料及摩擦材料性能調(diào)節(jié)劑主要選用見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)選用填料明細(xì)

1.2.3 試驗(yàn)注意事項(xiàng)

(1)混料時(shí)，加料順序和混合時(shí)間長(zhǎng)短，與傳統(tǒng)的石棉片生產(chǎn)工藝有所不同，需調(diào)整相應(yīng)的工藝參數(shù)。

(2)對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程中容易出現(xiàn)粘模的問(wèn)題，在配方及工藝方面都需進(jìn)行改進(jìn)，如增加內(nèi)脫模劑，提高模具的光潔度等。

(3)為了防止半金屬產(chǎn)品的生銹，在生產(chǎn)轉(zhuǎn)序的過(guò)程中產(chǎn)品外表面不能沾水，產(chǎn)品外包裝箱要具有防潮功能。

1.3 試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果討論

1.3.1 小樣試驗(yàn)

根據(jù)制訂的方案，并對(duì)混合時(shí)間、加料順序、熱壓溫度、熱壓時(shí)間、單位壓力、熱處理工藝等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。經(jīng)過(guò)近30次的小樣試驗(yàn)，初步研發(fā)出各項(xiàng)性能都比較滿(mǎn)意的小樣產(chǎn)品，按照GB5763-2008《汽車(chē)制動(dòng)器襯片》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試了摩擦磨損性能、硬度、密度、沖擊強(qiáng)度等參數(shù)，小樣測(cè)試結(jié)果如表2、表3所示。

1.3.2 重復(fù)試驗(yàn)

為了驗(yàn)證配方的重復(fù)性及穩(wěn)定性，經(jīng)過(guò)多次重復(fù)試驗(yàn)。結(jié)果產(chǎn)品性能重復(fù)性、穩(wěn)定性均較好。重復(fù)試驗(yàn)產(chǎn)品性能檢測(cè)結(jié)果如表4、表5所示。

表2 小樣產(chǎn)品摩擦性能測(cè)試結(jié)果

表3 小樣產(chǎn)品其他性能測(cè)試結(jié)果

表4 重復(fù)試驗(yàn)產(chǎn)品摩擦性能測(cè)試結(jié)果

表5 重復(fù)試驗(yàn)產(chǎn)品其他性能測(cè)試結(jié)果

1.3.3 批量試驗(yàn)

在小樣試驗(yàn)及重復(fù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，按照所確定的最優(yōu)配方及各工序技術(shù)參數(shù)，在正常運(yùn)行的生產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行試生產(chǎn)，進(jìn)一步驗(yàn)證配方的可行性。試生產(chǎn)過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，產(chǎn)品成品率可達(dá)90%。批量試驗(yàn)產(chǎn)品測(cè)試結(jié)果如表6、表7所示。

1.3.4 裝車(chē)使用試驗(yàn)

通過(guò)對(duì)試生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行裝車(chē)使用試驗(yàn)。駕駛員反映制動(dòng)效果較好、制動(dòng)靈敏、無(wú)噪音、使用壽命較長(zhǎng)。能夠適用于工況較苛刻的環(huán)境，如重載長(zhǎng)途、山區(qū)等。

表6 批量試驗(yàn)產(chǎn)品摩擦性能測(cè)試結(jié)果

表7 批量試驗(yàn)產(chǎn)品其他性能測(cè)試結(jié)果

2 結(jié)論

通過(guò)一系列的試驗(yàn)證實(shí)，該無(wú)石棉摩擦材料配方具有制動(dòng)靈敏，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，非常適合我國(guó)中重型汽車(chē)多拉快跑的實(shí)際國(guó)情。該配方產(chǎn)品具有以下特點(diǎn)：

(1)產(chǎn)品抗沖擊強(qiáng)度大于0.3J/cm2，適當(dāng)?shù)挠捕?HRM80～100)，較大的產(chǎn)品孔隙度，較低的產(chǎn)品密度(d=2.10±0.10g/cm3)。摩擦系數(shù)在0.35～0.40之間，指定系數(shù)確定為0.38。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程的質(zhì)量損失小于1.0g，總的厚度磨損率及質(zhì)量磨損率均小于2.00×10-7cm3/(N·m)。

(2)通過(guò)精細(xì)選用原材料，產(chǎn)品材料成本方面僅比普通的石棉片上漲30%左右，通過(guò)優(yōu)化加工工藝，最終產(chǎn)品的價(jià)格只比石棉片上漲20%左右，在用戶(hù)的承受范圍之內(nèi)。

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