公交车用三层环保型制动衬片开发1

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1、公交车用三层环保型制动衬片开发李昂孙波郑大伟（青岛理工大学山东青岛266033）摘要：城市公交车拥有量大幅增加，使制动噪声和制动衬片维修费大的问题日益凸显。为此，开发低成本环保型制动衬片具有重要应用价值。提出了采用三层材料制造公交车制动衬片的思想。试验研究了材料的硬度与制动噪声关系，结果表明，制动衬片材料的硬度对制动噪声有显著影响。利用均匀设计方法和SAS软件，建立了优化配方的二次响应曲面回归数学模型，与实测值相比较，模型的相对误差为10.4%。试制了由三层材料组成的公交车制动衬片样片并进行了试验，结果表明，试制样片的摩擦系

2、数高且稳定，磨损率低，无制动噪声。与市售样片相比，其使用寿命可提高约26%,而材料成本可降低约31%。关键词：公交车；制动衬片；配方优化；制动噪声；三层随着我国城市化进程的加快以及“公交优先"战略的实施，城市公交客车的拥有量大幅度增加，以青岛市为例，目前青岛市公交车的拥有量己达4000余辆。公交车主要运行在城市市区，站点多，制动频繁。大量公交车的出现在给人们的出行带来方便的同时，也产生了其它问题，如制动噪声，它已成为扰民的主要噪声源；制动衬片更换频繁，致使公交公司的维修成木急剧增加，企业负担过重。制动衬片是汽车制动器中的摩擦

3、元件，其性能优劣是引起制动噪声的主要因素之-111;另外，公交车制动衬片中常含有石棉，它是一种致癌物质，严重危害人们的身体健康。为此，迫切要求开发低成木环保型公交车制动衬片。1新型公交车制动衬片结构设计公交车制动衬片的结构如图1所示，它是一种复合材料，其厚度在16-22mm左右。使用时，它与制动蹄钏合在一起，当表层磨损至接近钏钉的头部时，就需更换，所以，达到使用寿命时，其被磨去的厚度仅占全厚度的30%左右，衬片的剩余部分即做为垃圾扔掉，这样浪费了大量的优质原料。图1公交车制动衬片照片根据制动衬片的使用特点和功能要求，提出采用

4、三层材料制造公交车用制动衬片的思想，即将制动衬片沿厚度方向人为划分成三层，并分别定义为摩擦层、缓冲层和基层，物理模型的三维图如图2所示。这三层采用不同材料配方，并在模具中同吋热压成型。摩擦层、缓冲层和基层的厚度可根据实际需要进行调整，在本研究中，它们分别为制动衬片厚度的35%、10%和55%。这三层材料之间除通过树脂粘合剂化学连接外，还存在纤维交错等物理连接；另外，公交车制动衬片的最高使用温度一般不高于400°C,制动衬片中的各组份膨胀性较小，所以，三层材料间不会岀现分层现象。摩擦层、缓冲层和基层的功能不同，性能要求不同。摩

5、擦层的主要功能：与制动鼓摩擦，将车辆的动能转变成热能，使车辆减速。摩擦层的性能要求：(1)摩擦系数在0.30〜0.50,口稳定，高温热衰退小；(2)良好的耐磨性，使用寿命在2.4万公里以上；(3)适中的硬度和强度，对制动鼓的损伤小。缓冲层的主要功能：吸收振动，将摩擦热散逸出去。它应具备的主要性能：优良的韧性和导热性，适中的强度。基层的主要功能：支撑摩擦层和缓冲层，与制动蹄机械联接(钏接或螺栓连接)。基层的性能要求:(1)结构强度大,冲击强度人于4.0KJ/m2；(2)材料成本低。2试验部分2.1原材料选择有机型制动衬片是由基

6、体、增强材料和填料(包括摩擦性能调节剂)三元体系的复合材料，其可选用的原材料有上千种，常用的原材料也有40多种。因此,原材料的选择，是开发一种新型制动衬片的主要任务之一。2.1.1基体在有机型制动衬片中，基体是有机高分子材料一树脂，其功能是将增强材料和填料粘结在一起，并起传递和均匀载荷的作用，其性能对制动衬片的摩擦磨损性能及力学性能有重要影响。基体树脂应具备以下主耍性能：(1)耐温性好，在制动衬片组分中，基体树脂是对热最敏感的材料，受热软化分解，不仅失去粘结作用，而且制动衬片的摩擦磨损性能也将受到很大的影响，甚至导致制品失效

7、。(2)柔韧性好，具有良好韧性的树脂可以降低制动衬片的硕度，使制动衬片与对偶贴合良好，从而减少制动噪音，减弱对偶的损伤，提高摩擦系数。普通酚醛树脂由于综合性能较好，价格低廉，至今仍占据此类用途树脂的主流。但是，普通酚醛树脂的耐热性不足、韧性差，已不能适应高性能制动衬片的要求。所以，酚醛树脂的改性一直是制动衬片非石棉化过程中，研究的重要课题之一。在九十年代以前，主要是通过共聚或共混在酚醛树脂体系中引入弹性体组分来实现增韧，引入高能键结构或含稳定苯环多的结构来改善耐热性，增韧和提高耐热性往往不能同时实现。此外，传统改性方法往往存

8、在工艺复杂，产品质量稳定性差等问题。纳米材料的出现为酚醛树脂的改性提供了新途径，目前已开发岀韧性和耐热性均较好的纳米铜改性酚醛树脂⑵。为此，在新开发制动衬片中，摩擦层选用性能优异的纳米铜改性酚醛树脂做基体。缓冲层选用具有良好韧性的丁膳橡胶改性酚醛树脂做基体。基层选用成本较低的普通酚醛树脂做