汽車行業里面使用了各種各樣的摩擦材料來實現千奇百怪的功能,比如制動系統用剎車片的摩擦來制動車輛、 變速箱的同步器用摩擦來同步不同擋位的速度差、離合器用從動盤上面的摩擦片摩擦來傳遞發動機扭矩等等??梢姡Σ敛牧显谄嚠斨邪缪萘艘粋€十分重要的角色,而且,它也是一門不太顯眼的學科—摩擦學在汽車行業的具體應用。
下面就傳統的傳動系統常用的摩擦材料的分類、成分結構、主要特性以及工藝過程等方面做一個介紹。
摩擦材料分類
根據摩擦材料使用的介質不同,我們通常把摩擦材料分為濕式和干式兩種,簡單來說,干式就是摩擦材料在空氣中工作,常見的就是所謂的干式離合器的離合器片。干式摩擦片根據主要使用的材料不同,大致可以分為所謂有機摩擦材料和粉末冶金摩擦材料(業內又稱為陶瓷摩擦材料),其中有機片是以有機高分子化合物為粘結劑;而粉末冶金摩擦片則是使用燒結加工成的不含有機粘結劑為特點。下圖就是最常見的干式離合器的摩擦片。其中有機摩擦片是市場主流,也是本文的重點介紹對象。
而濕式是摩擦材料在各種油內工作,比如同步器上的摩擦材料就是泡在變速箱油里工作的,自動變速箱的離合器也是工作在ATF油內。目前來說,紙基摩擦片具有成本較低的優勢的同時,仍呈現優秀的性能,因此得到越來越廣泛的應用。而且,這也是國內目前的短板之一,也是自動變速箱國產化的最大的攔路虎之一。
有機摩擦片成分
無論是濕式還是干式摩擦片主要成分都是所謂的三元復合材料,按照原材料按材料功能分為增強纖維材料、粘結劑和摩擦性能調節劑共3種,也就三元了。其中摩擦性能調節劑通常成分較少,有時也被稱為填料。
增強纖維是濕式摩擦紙的主體材料,對濕式摩擦紙的摩擦磨損性能、耐熱性能和機械性能起決定性的作用。如同人的骨骼一樣在摩擦片中起到骨干帶頭作用,也就是出大力,干大活的好同志。使用過程中結合摩擦所產生的沖擊力、剪切力;對偶件的壓力、旋轉產生的離心力主要靠它承擔。這種成分的即視感有點像棉紡廠的棉紗的感覺。某種程度它確實也是有機纖維和銅絲的組合,(離合器片上面可以看到的黃色的金屬絲就是銅絲)。
選擇增強纖維的基本原則為: 1)能受力,不會散架,起到骨頭的作用。 2)提供合適的摩擦系數, 3)耐熱,俗話說的就是燒不化。 4)能纏繞成型,有點易于拿棉紗紡成布的感覺。
增強纖維
它的常見成分為:
1) 芳香族纖維 + 玻璃纖維 + 銅絲
2) 玻璃纖維 + 化纖 + 銅絲
3) 石棉纖維 + 化纖 + 銅絲
其中, 石棉纖維是一個有著優秀性能的同志,可以不環保,在生產和使用過程中均對環境不利,已經基本退出市場了。
第二類重要的組成部分為有機粘結劑,你可以把它當成增強纖維的骨骼之外的肌肉,摩擦材料所用的有機粘結劑為酚醛樹脂和合成橡膠,而以酚醛類樹脂為主。它在一定的溫度下能夠軟化成為一種粘態,然后經過成型和橡膠硫化(Cure)作用,把纖維和填料粘結在一起,形成質地致密的有相當強度及能滿足摩擦材料使用性能要求的摩擦制品。下圖為純酚醛樹脂。
樹脂
粘結劑直接影響摩擦材料的柔韌性、耐熱性和摩擦磨損等性能。酚醛樹脂的耐腐蝕性、機械性能、摩擦性能和加工工藝性能良好,價格便宜,能夠較為全面地滿足粘結劑的性能要求,在摩擦材料中得到了廣泛應用。然而,普通酚醛樹脂的脆性大,由其制得的品硬度大、韌性差,容易在各種原材料的界面處產生裂紋;普通酚醛樹脂的耐熱性差,溫度超過250 ℃時開始明顯氧化,因此必須對酚醛樹脂進行改性以提高其柔韌性和耐熱性。目前主要采用聚酰胺、橡膠、腰果殼油(CNSL)或環氧樹脂等對酚醛樹脂進行改性。
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