碳纤维复合材料制动副在重型汽车上的应用优势

  为解决重型汽车盘式制动器金属制动副的热衰退问题,从应用优势和制约因素两个方面具体分析了碳纤维复合材料在重型汽车盘式制动器上应用的可行性。在各种类型的摩擦材料中,碳纤维复合材料的性能是最好的。

  碳纤维复合材料是以碳纤维或碳纤维织物为增强体,以树脂、金属、陶瓷、水泥、碳质或橡胶等为基体形成的复合材料,包括碳纤维增强树脂基复合材料、碳纤维增强铝基复合材料、碳纤维增强碳基复合材料(碳/碳复合材料)、碳纤维增强陶瓷基复合材料(碳/陶复合材料)等。理论上,碳纤维复合材料的制成的制动副在重型汽车中主要有以下这些优势。

  a.减重。重型汽车制动衬片材料一般采用无石棉有机物(NAO)型摩擦材料,密度为1.98g/cm3而碳/碳复合材料的密度为1.8 g/cm3左右。在相同体积的前提下,有减重作用但并不明显;制动盘的材料般采用球墨铸铁,密度为7.0 g/cm3左右,而碳/陶复合材料的密度为1.8g/cm3左右,相同体积零部件的减重超过70%。

  b.高温性能稳定。普通盘式制动器金属制动副的动摩擦系数为0.35 ~0.5,-般300 ℃左右时会出现明显的热衰退现象;碳纤维复合材料制动副的动摩擦系数为0.4~0.7之间,在1000 ℃以上的高温条件下仍能保持平稳的摩擦性能;而且在相同制动力的前提下,动摩擦系数高可以产生更大的制动力矩,从而使持久制动工况下的制动安全性得到有效保障。

  c.碳纤维复合材料的比热容高,制动时吸收动能的能力大。碳/碳复合材料的比热容约为0.8k J/(kg.℃)左右,碳/陶复合材料的比热容为1.2 kJ/(kg.℃)左右,而铁的比热容为0.46 kJ/(kg.℃)左右。在碳纤维复合材料制动副和金属制动副自重一致、温升相同的前提下,碳纤维复合材料制动副可以吸收更多的热量,即可以消化更多制动时的动能。

  d.碳纤维复合材料的抗热冲击能力强,不仅适用于高温环境,而且适用于温度急剧变化的场合;而一般铸铁材料在温度急剧变化时往往发生开裂现象,这也是目前盘式制动器失效的主要模式之一,给制动安全性带来严重隐患。