车用材料争霸赛——刹车片材料哪种强

摩擦现象在生活中可谓是无处不在。当两个物体接触时，摩擦往往会阻止它们之间的相对运动。例如在一辆行驶的汽车中，发动机的运转引起了连杆轴承与曲轴之间的摩擦，刹车时产生的垫片与转子之间的摩擦，甚至是当人坐在座位上，身体与坐垫之间的摩擦，丰富多彩的大千世界离不开摩擦现象。

以汽车的制动过程为例：当我们踩下踏板时，刹车转子与焊盘间产生摩擦，轮胎与地面产生摩擦，从而让汽车能够安全的停止。在这过程中，一个很重要的零件——刹车片很大程度上决定了汽车的刹车性能，不同的刹车片材料具有不同的寿命、散热能力、摩擦系数，在不同程度上都会影响刹车性能。

1897年，第一块使用棉线作为增强纤维刹车片问世，由此世界著名的Ferodo公司成立。1909年出现第一块固化石棉基刹车片问世；1968年，第一个半金属基刹车片······此后，摩擦材料开始向无石棉化发展，国内外开始研究各种石棉的替代纤维如钢纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维等在摩擦材料上的应用。增强纤维的种类虽然很多，却没有一种纤维能够完全在成本和性能上取代石棉，因此国内外近年来的研究逐渐从单一纤维转向了混杂纤维。

在不断的探索和发展过程中，刹车片材料经历了从石棉（Asbestos）到半金属材料，到低碳钢的不断演变，市场对于刹车片材料性能的要求也日益提高，新型有机衬套，碳纤维增强复合材料衬套也逐渐投入市场使用。那么自古至今，都有哪些材料作为过刹车片材料呢？我们一起盘点下。

石棉石棉是离合器衬垫中最早使用的材料，因为它具有优良的耐热性能和摩擦性能，但是因为石棉具有致癌性，存在健康隐患，所以刹车片材料的发展中不再使用石棉材料。

非金属材料通常指由纤维素、烧结玻璃和芳族聚氨酯组成的复合材料，对于刹车片材料，非金属并没有很好的市场，虽然非金属材料不会在转子上产生划痕，但是往往会产生大量的灰尘，寿命和强度都有待提高。

半金属材料由各种烧结金属和合成材料混合组成，作为衬套使用时寿命很长，在高温条件下（＞200℃），具有优异的耐磨损性能，并且抗褪色能力要比非金属材料好，但是对转子的磨损会比较严重。半金属材料的摩擦系数（0.29~0.38）比非金属材料要低，说明半金属材料的制动能力要差一些。半金属材料目前在刹车片材料领域中使用很广泛，通过控制金属材料添加的比例，刹车片的耐用性和耐热性都非常好，适用于大多数轿车和SUV的汽车，但是半金属材料的刹车片也会产生较多的灰尘和噪音。

全金属通常包含黑色金属和有色金属，无机和有机纤维，大量含碳和硫化物的润滑剂等全金属制成的衬套所用的材料主要是钢有钢，具有高的摩擦系数（0.38~0.50），制动性能优越。全金属的衬套寿命更长，抵抗褪色的能力也更好，但是对转子的磨损也比较严重，同时会产生很大的噪音。

有机材料现在使用的有机衬里大多是将纤维或纤维素之类的材料复合到有机树脂中，加入各种润滑剂和改性剂从而提高刹车片复合有机材料的性能，例如SPEC的有机衬里，将纤维和软金属复合到有机树脂中，得到的复合材料具有很好的性能。有机材料刹车片的摩擦系数较高（0.33~0.40），在较低的温度下（＜200℃），具有优良的耐磨损性能。但是有机材料制成的刹车片因为造价较为昂贵，所以通常用在高性能的汽车中。

芳纶芳纶的耐热性能比上面提到的有机衬里耐热性能更好，短纤维粘接在一起所得的尼龙材料摩擦性能也很好。虽然芳纶的强度很高，但是对环境很敏感，少量的油脂就会降低芳纶衬套的寿命。

烧结铁将粉末状的金属材料倒入磨具中在高温高压下熔融所得。很多种金属都可以烧结作为离合器衬片，但是铁是最常见的。烧结的铁盘最大的优点是兼具抗打滑能力和优异的摩擦系数，即使温度很高也会有很好的摩擦性能，从而使其成为一种非常理想的刹车片材料。烧结铁的摩擦系数比上面提到的几种材料都要高，但是也有一些缺点，比如铁质量较重，而且抗磨损性能也不好。

碳材料碳材料是近些年研发的新型材料，是离合器衬套最新发展的一种技术。碳衬套质量轻，强度高而且耐热性能优异—可承受800~1000℃的高温，通过加入摩擦改进剂可以增强碳材料的摩擦性能，从而具有良好的应用前景。用碳纤维增强的复合材料制作刹车片，造价非常昂贵，很大程度上限制了其适用范围，目前碳纤维用作刹车片材料主要是在F1赛车中。

随着科研工作者们长期的探索和研究，刹车片材料不断发展和更新，有机材料、无机材料、金属材料等作为刹车片材料都实现了市场的应用，但单从目前市场来看，每种材料都有其相应的优缺点。综合考虑，目前刹车片材料有以下集中挑战还需突破：（1）增加垫片和转子的寿命，（2）降低制动过程中的噪音，（3）增强散热能力，（4）最大限度的提高制动力，（5）降低环境对材料造成的影响。要想研制出一种理想的刹车片材料仍任重而道远。

参考地址：Clutch Disc and Brake Pad Friction

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