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第一节 摩擦材料发展简史

浏览次数: 日期:2017-05-22

  摩擦材料是一种应用在动力机械上,依靠摩擦作用来执行制动和传动功能的部件材料,它主要包括制动器衬片(俗称刹车片)和离合器面片(俗称离合器片)。刹车片用于制动、离合器片用于传动。
  任何机械设备与运动的各种车辆,都必须要有制动或传动装置。摩擦材料就是这种制动或传动装置上的关键性部件。它最主要的功能是通过摩擦来吸收或传递动力,离合器传递动力;制动片吸收动能。从而使机械设备与各种机动车辆能够安全可靠地工作。所以说摩擦材料是一种应用极广,又甚关键的材料。
  摩擦材料系一种高分子三元复合材料 ,它组成由高分子粘结剂(树脂与橡胶)、增强纤维和摩擦性能调节剂三大类组份及其它配合剂构成,经一系列生产加工制成制品。这种材料的特点是具有良好的摩擦系数和耐磨损性能、同时还具有一定的耐热性和机械强度,能满足车辆或机械的传动与制动的性能要求。它被广泛应用在汽车、火车、农用车辆、飞机、船舰、石油钻机、矿山机械及各类工程机械设备以及自行车、洗衣机等生活用品方面,作为动力的传递或制动减速用不可缺少的材料。
        
  摩擦材料发展简史
  自世界上出现动力机械和机动车辆后,在其传动和制动机构中就装用摩擦片。初期的摩擦片系用棉花、棉布、皮革等作为基材,例如将棉花纤维或其织品浸渍橡胶浆液后,进行加工成型制成刹车片或刹车带。是早期应用的摩擦材料品种之一。但它的耐热性较差,当摩擦面温度超过120℃后,棉花和棉布会逐渐焦化甚至燃烧。随着车辆速度和载重的增加,其制动温度也相应增高,这类摩擦材料已经不能满足使用要求,人们开始寻求耐热性好的,新的摩擦材料类型石棉摩擦材料由此诞生。
  石棉是一种天然的矿物纤维,它具有较高的耐热性和机械强度,还具有较长的纤维长度、较高的劈裂性和很好的分散性。其柔软性和浸渍性也很好,可以进行纺织加工,制成石棉布或石棉带并浸渍粘结剂。石棉短纤维和其布、带制品,都可以作为摩擦材料的基材。更由于其具有较低的价格,所以它很快就取代了棉花与棉布成为摩擦材料中主要的基材物。1905年石棉刹车带开始被应用,其制品的摩擦性能和使用寿命、耐热性和机械强度均有较大的提高。以后人们又把铜丝线捻入石棉线中做成铜丝石棉线,再进一步织成铜丝石棉布,然后将铜丝石棉布,涂浸橡胶,这样做成的制品具有更好的机械强度。1918年开始,人们用石棉短纤维与沥青混合后制成模压刹车片。20年代初酚醛树脂开始工业化应用,由于其耐热性明显高于橡胶,所以很快就取代了橡胶,而成为摩擦材料中主要的粘结剂材料。并且由于酚醛树脂与其它的各种耐热型的合成树脂相比价格较低,所以从那时起,石棉----酚醛型摩擦材料被世界各国广泛使用至今。
  20世纪六十年代,人们逐渐认识到石棉对人体健康有一定的危害性。石棉在开采加工过程中,在石棉摩擦材料的生产和使用过程中,微细的石棉纤维易飞扬在空气中被人吸入肺部,长时间处于这种环境下的人们,比较容易患上石棉肺间皮瘤一类的疾病,因此人们开始寻求能取代石棉的其它纤维材料来制造摩擦材料,即无石棉摩擦材料或称非石棉摩擦材料。20世纪七十年代,以钢纤维为主要替代材料的半金属型摩擦材料,在发达国家中被首先采用。至八十年代到九十年代初,半金属摩擦材料已占椐了整个汽车用盘式片领域,而对机械强度要求较高的鼓式刹车片和离合器面片品种,则采用多种纤维及耐热型有机纤维的混合类型作为基材来取代石棉。
  九十年代后期以来,NAO型摩擦材料,在欧洲的出现是一个值得注意的趋势。NAO型摩擦材料是无石棉摩擦材料,它与半金属摩擦材料的不同处在于不含有钢纤维及铁粉或只含有少量钢纤维,而是使用非金属型的无机纤维和耐热有机纤维。一般认为NAD型摩擦材料有助于克服半金属型摩擦材料固有的高比重、易生锈、易产生制动噪音及导热系数过大等缺点。目前,NAD型摩擦材料在欧共体国家已得到广泛应用,且有取代半金属型摩擦材料之势。
  我国在解放前旧中国时,只有小型摩擦材料生产企业。新中国成立后,在五十年代开始,陆续建成了一批摩擦材料生产企业。到六十年代初期,由国家管理的重点石棉摩擦材料企业就有十八家。当时的生产工艺是湿法工艺,即使用液态粘结剂,如酚醛树脂溶液或橡胶浆液浸渍石棉线,经干燥后再加工成为制品,产品性能执行参照前苏联标准制订的建标48-61部颁标准。使用定速式园盘摩擦试验机进行产品摩擦性能检验。(该试验机测试摩擦性能需用三块3×2Cm样品、摩擦盘在样品上面压着试样运转,而常温与高温的摩擦系数与磨耗,则分别用二块即常温盘与高温盘进行测试)。
  六十年代初,由沈阳厂开始,后来与长春一汽研究所合作进行干法生产工艺研究开发,使用粉状酚醛树脂为粘结剂,以短石棉纤维为骨架材料,在干式状态下混合、经模压加工成制品。这种生产工艺,工艺稳定简单、制品强度高、摩擦系数较高、耐磨性较好、成本又低,所以很快在全行业中推广应用,并取代了湿法工艺。至七十年代时,国内有近80%以上、约20多家石棉摩擦材料重点企业,从湿法转为干法生产工艺。
  七十年末期,由于我国汽车工业进一步发展,汽车行业对摩擦材料提出了更高的要求,原有的产品标准已不能满足汽车行业的使用要求。国家建材部和汽车主管部门,开始着手合作进行新标准的制定工作,在参考日本JIS D标准的基础于上1986年颁布了GB5763-86与GB5764-86两个国家标准。这两个标准,对提高我国摩擦材料的质量与推动摩擦材料的发展起到了很重要的作用。
  七十年代后期杭州摩擦材料厂首先从日本引进石棉摩擦材料的生产配方和刹车片、离合器片的定速式试验机(即目前我国现用的)、1:1台架试验设备。与此同时我国摩擦材料行业开始并逐步加强与国外同行进行接触和交流,并在此过程中,加快了自身的发展和提高。
  七十年末期和八十年代初。由于一些石棉矿与石棉制品厂生产工人中,矽肺病和间皮瘤患者比例明显增多,国家有关部门开始关注石棉制品企业的环境污染问题,并对不具备石棉防尘条件的企业,提出了限期整改措施,当时西方发达国家已全面推广无石棉摩擦材料的生产和应用,我国一些重点摩擦材料企业和科研院校也开始对无石棉摩擦材料进行研究和开发,并在八十年代后期开始了半金属摩擦材料的生产和应用。
  二十世纪80年代末至90年代初这段时期,可以认为是我国摩擦材料行业快速发展和发生了根本性变化的一个时期,它主要表现在以下几个方面:
  ①一些重点企业从国外引进了关键的生产设备和检测设备,以及少量的技术软件。同时一些新建摩擦材料企业,主要是中外合资与外商独资企业,从发达国家引进了具有80年代后期水平的盘式刹车片和鼓式刹车片生产设备和技术软件的整条生产线。这些生产线的机械化和程序控制程度较高、生产效率高、环境污染少。产品性能执行北美SAE标准或欧洲标准。产品销售方面,除部份销售国内,主要面向国际市埸,这些进口先进的进口设备,对各摩擦材料厂起了很好的样板作用。国内一些设备制造单位在参照进口设备的基础上,研制开发出具有类似水平的各种生产设备和检测设备。近几年,它们已较成功地为许多摩擦材料企业所使用,从而极大地提高了我国摩擦材料行业的整体水平。
  ②由于国家汽车产业政策的调整,我国汽车生产的品种结构发生了重大变化,中、轻型载重汽车的产量比例,由六、七十年代占主要地位降至次要地位,而轿车产量比例迅速上升并居主要地位,其产量超过汽车总产量的50%以上。因此我国摩擦材料行业中盘式刹车片的产量,也在摩擦材料总产量中比例上升到主要地位。
  ③在90年代后期,轿车用盘式片和鼓式刹车片基本上实现了无石棉化。离合器片和载重汽车用鼓式刹车片也有一部份实现了无石棉化。
  ④我国摩擦材料向国际市埸出口量明显增长,从90年代初的年出口量仅为几十万套,至2001年年出口量已达1000万套左右,产品主要销往北美、欧洲、东南亚、非洲、中东等地,可以说在未来的几年内,出口量仍将会有较强增长。
  ⑤在90年代后期,我国有关部门和汽车行业为了和国际市埸接轨,根椐联合国欧洲经济委员会(ECE)第13号法规及ISO有关道路车辆制动性能试验方法的国际标准和法规,颁布了“GB12676-99”汽车制动系统、结构和性能试验方法国家标准,它是一个强制性标准,其中规定:从2003年10月开始,刹车片中不能含有石棉。这是个实际上宣布我国汽车摩擦材料强制性全面无石棉化的决定,将使我国摩擦材料行业发生换代性的变化。因此,对于摩擦材料行业的专业人士来说。研究开发各种无石棉摩擦材料产品并及早全面应用,已是摆在我们面前的紧迫任务。

 

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