硫酸钙晶须在刹车片生产中的应用现状

（荆门市磊鑫石膏制品有限公司 湖北荆门 448000）

关键词：硫酸钙 晶须 刹车片

引言

中国汽车工业的快速发展将直接带动刹车片生产企业的同步发展，同时将从刹车片存量和增量两个角度来影响未来汽车刹车片的市场需求情况。在存量市场，由于刹车片属于易耗品，更新的频率较快，巨大的汽车保有量将刺激国内售后市场刹车片的需求；同时，在增量市场，产销两旺的态势使得刹车片在配套市场依旧需求很大。因此，国际金融危机导致世界经济持续低迷对刹车片行业的影响已逐渐消失，行业回暖的迹象已经显现，刹车片行业正迎来一个大好的发展机遇。

1刹车片的概念

“刹车片”是制动器衬片的俗称，是接触制动鼓(盘)的摩擦材料。当驾驶员有刹车行为时，刹车片受到压力，与制动鼓(盘)产生摩擦力，从而达到车辆减速的目的。刹车片是车辆制动系统重要的安全件，其质量好坏直接影响车辆的制动性能，关系到车辆驾乘人员的生命财产安全。一般说来，对刹车片的基本要求是摩擦系数稳定，磨耗小且主要是自我磨损，不伤制动鼓(盘)摩擦表面，不与摩擦对像表面粘连，不产生有害健康的物质，无噪音公害，有足够的强度，保证在铆接、安装、运输以及使用过程中不会破裂及损坏。

简言之，刹车片要耐磨损、具备合适的摩擦系数、优良的热衰退性能和刹车舒适性。刹车片摩擦系数的高低必须适当，它决定刹车制动力矩，太高会造成制动中的车轮抱死、方向失控或烧片，太低则制动距离过长，不利于安全行车。车辆制动时还会产生高温，尤其在高速行驶或紧急制动时，有些摩擦片的摩擦系数会下降，称为热衰退性。热衰退性的优劣决定高温状态和紧急制动时的安全。高温热衰退若严重，极易造成长距离下坡刹车失灵。舒适性是摩擦性能的直接体现，包括制动感觉、噪音、粉尘、冒烟、异味等。

2刹车片的分类

强制性中国国家标准、第5763个标准、2008年由国家质检总局和国标委联合发布的，国标GB 5763-2008《汽车用制动器衬片》^[1]，其中衬片按用途可分为四类，详情见表1。

表1衬片分类

按制动方式不同，刹车片可分为鼓式制动片和盘式制动片两种，如图1、图2所示。2.1按制动方式  

鼓式刹车有一形状类似鼓状的铸铁件，称为刹车鼓，它与轮胎固定并同速转动，里边固定有两个弧形或者是半圆的刹车片，如图3所示。刹车时两个刹车蹄用力外张，刹车片将摩擦着刹车鼓的内壁来起到减速或者停车的作用。鼓式刹车有良好的自刹作用，制造成本较低。但由于鼓式刹车片密封于刹车鼓内，易造成刹车片磨损后的碎削无法散去，影响刹车鼓与刹车片的接触面而影响刹车性能。且散热性能差，在制动过程中会聚集大量的热量，制动蹄片和轮鼓在高温影响下较易发生极为复杂的变形，容易产生制动衰退和振抖现象，引起制动效率下降。

盘式刹车片用于盘式刹车，也称碟刹。盘式刹车有一与轮胎固定并同速转动之圆盘片(刹车盘)，刹车时运用油压推动刹车片夹紧刹车盘，由接触产生之摩擦力来抑制轮胎之转动以达成刹车，如图4所示。盘式刹车系统没有密封，因此刹车磨损的细削不会沉积在刹车盘上，旋转离心力可以将一切水、灰尘等污染向外抛出，以维持一定的清洁;高负载时耐高温性能好，制动效果稳定，而且不怕泥水侵袭。在冬季和恶劣路况下行车，盘式制动比鼓式制动更容易在较短的时间内令车停下。有些盘式制动器的制动盘上还开了许多小孔，加速通风散热提高制动效率。此外由于盘式刹车零件独立在外，要比鼓式刹车更易于维修。但其磨耗率较高，整体成本较高，对制动器和制动管路的制造要求较高，而且由于摩擦片的面积小，相对摩擦的工作面也较小，需要的制动液压高，必须要有助力装置的车辆才能使用，所以多适用于轻型车上。

2.2按制造材料

按制造材料不同，刹车片可分为石棉片、半金属片或低金属片、NAO(无石棉有机物)片、陶瓷片等。

石棉型刹车片：石棉型刹车片的成分40%～60%是石棉。虽然价格低廉，但石棉纤维可能会导致肺癌，不符合现代环保要求。石棉已被医学界证实是致癌物质，其针状的纤维很容易进入肺部并停留，造成剌激，最终可导致肺癌的发生，这种病症潜伏期可长达15～30年，所以人们往往认识不到由石棉引发的危害。

半金属混合物刹车片：主要采用粗糙钢丝绒作为加固纤维和重要的混合物。其导热性能好而具有较高的制动温度。但需要更高的制动压力来完成同样的制动效果，且在低温环境中金属含量高对刹车盘磨损大，同时会产生更大的噪音。另外，制动热量被传递到制动钳及其组件上，会加快制动钳、活塞密封圈和回位弹簧老化。处理不当的热量达到一定温度水平，将会导致制动萎缩和刹车液沸腾。

无石棉有机物NAO型刹车片：主要使用玻璃纤维、芳香族聚酰纤维或其它纤维作为加固材料，无论在低温或高温都保持良好的制动效果，减少磨损，降低噪音，延长刹车盘的使用寿命，是目前摩擦材料的发展方向。

陶瓷刹车片：作为摩擦材料中的新品，具有无噪声、无落灰、不腐蚀轮毂、使用寿命长、环保等优点。陶瓷刹车片最初由日本刹车片企业于上世纪90年代研制成功，逐渐成为刹车片市场的新宠，目前占据了北美、日本大部分汽车厂商原装配套的市场份额。

2.3按适用车型

按适用车型、制动器的不同又可分为1类、2类、3类、4类刹车片。适用于驻车制动器(手刹)的为1类刹车片，适用于微型、轻型车鼓式制动器的为2类刹车片，适用于中型、重型车鼓式制动器的为3类刹车片，适用于所有盘式制动器的为4类刹车片。

3刹车片材料的要求

纤维增强材料构成摩擦材料的基材，它赋予摩擦制品足够的机械强度，使其能承受摩擦片在生产过程中的磨削和铆接加工的负荷力以及使用过程中 由于制动和传动而产生的冲击力、剪切力、压力。

我国有关标准及汽车制造厂根据摩擦片的实际使用工况条件，对摩擦片提出了相应的机械强度要求。如：冲击强度、抗弯强度、抗压强度、剪切强度等。为了满足这些强的性能要求，需要选用合适的纤维品种增加、满足强度性能。

摩擦材料对其使用的纤维组分要求如下：

（1）增强效果好；

（2）耐热性好。在摩擦工作温度下不会发生熔断、碳化与热分解现象；

（3）具有基本的摩擦系数；

（4）硬度不宜过高，以免产生制动噪音和损伤制动盘或鼓；

（5）工艺可操作性好。

4刹车片中填料要求

在摩擦材料的配方设计时，选用填料必须要了解填料的性能以及在摩擦材料的各种特性中所起到的作用。正确使用填料决定摩擦材料的性能，在制造工艺上也是非常重要的。

根据摩擦性能调节剂在摩擦材料中的作用，可将其分为“增磨填料”与“减磨填料”两类。摩擦材料本身属于摩阻材料，为能执行制动和传动功能要求具有较高的摩擦系数，因此增摩填料是摩擦性能调节剂的主要成分。不同填料的增摩作用是不同的。

增摩填料的莫氏硬度通常为3～9，硬度高的增摩效果显著明显，5.5硬度以上的填料属硬质填料，但要控制其用量、粒度。

减磨填料：一般为低硬度物质，低于莫氏硬度2的矿物。如：石墨、二硫化钼、滑石粉、云母等。它既能降低摩擦系数又能减少对偶材料的磨损，从而提高摩擦材料的使用寿命。

摩擦材料是在热与较高压力的环境中工作的一种特殊材料，因此就要求所用的填料成分必须有良好的耐热性，即热稳定性，包括热物理效应和热化学效应等。

填料的堆砌密度对摩擦材料的性能影响很大。摩擦材料的不同的性能要求，对填料的堆砌密度的要求也是不同的。

摩擦材料组分中的填料，主要是由摩擦性能调节剂和配合剂组成。使用填料的目的，主要有以下几个方面：

（1）调节和改善制品的摩擦性能、物理性能与机械强度；

（2）控制制品热膨胀系数、导热性、收缩率，增加产品尺寸的稳定性；

（3）改善制品的制动噪音；

（4）提高制品的制造工艺性能与加工性能；

（5）改善制品外观质量及密度；

（6）降低生产成本。

5硫酸钙晶须简介

硫酸钙晶须，又称石膏晶须，是无水硫酸钙的纤维状单晶体，白色疏松针状物，具有完善的结构、完整的外形、特定的横截面、稳定的尺寸，其平均长径比一般为30～80。具有颗粒状填料的细度、短纤维填料的长径比、耐高温、耐酸碱性、抗化学腐蚀、韧性好、电绝缘性好、强度高、易进行表面处理，与树脂、塑料、橡胶相容性好，能够均匀分散，具有优良的增强功能和阻燃性。和其他无机晶须相比，硫酸钙晶须是无毒的绿色环保材料[2]。

硫酸钙晶须作为一种新型建材，用途非常广泛，可以用来造纸，加工板材，还可代替螺纹钢，用作汽车的刹车片，硫酸钙晶须的基本性能指标见表2。

表2硫酸钙晶须的性能指标^[3]

6硫酸钙晶须优势  

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7刹车片材料使用现状

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8展望

“有运动，就存在刹车的可能”、“没有刹车，就没有高速”已成为共识，现代制动用刹车材料的研制也正从无序的混乱中走向有序的科学指导。我国的刹车材料已具有相当的研制和生产水平，基本能满足现代制动要求。从发展的角度来看，创新研究是主旋律，基础研究是根本，节能环保是方向，低成本和高效制动是目标。硫酸钙晶须作为性能优异、价格低廉，具有极好的性能价格比，而且本身没有毒性，是一种市场前景广阔的新型材料。

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参考文献

[1] GB 5763-2008,汽车用制动器衬片.[S].

[2] 李武.无机晶须[M].北京：化学工业出版社,2005:171-172.

[3] 崔小明.无机晶须的研究和应用进展[J].精细化工原料及中间体.2007,5:25.

[4] 王泽红,韩跃新,袁致涛等.CaSO₄晶须制备技术及应用研究[J].矿冶，2005,14（2）:38-41.

[5] 厉伟光,徐玲玲,戴俊.柠檬酸废渣制备硫酸钙晶须的研究[J].人工晶体学报,2005,34（2）:323-327.