刹车片是指固定在与车轮旋转的制动鼓或制动盘上的摩擦材料，其中的摩擦衬片及摩擦衬块承受外来压力，产生摩擦作用从而达到车辆减速的目的。摩擦块是被钳夹活塞推动挤压在制动盘上的摩擦材料，由于摩擦作用，摩擦块会逐渐被磨损，一般来讲成本越低的刹车片磨损得越快。摩擦块分为摩擦材料和底板两部分，摩擦材料部分在磨损后仍然可以使用，摩擦材料使用完后，底板与制动盘就会直接接触，最终会丧失制动效果并损坏制动盘，而制动盘的修理费用是十分昂贵的。

一般，对刹车片的基本要求主要有耐磨损、摩擦系数大、优良的隔热性能。按制动方式的不同刹车片可分为：

鼓式制动刹车片和盘式制动刹车片两种，按材料的不同刹车片一般可分为石棉型、半金属型、NAO型(即无石棉有机物型)刹车片等三种。随着现代科技的迅猛发展，像其它制动系统的部件一样，刹车片本身在近几年也在不断地发展和变化。传统制造工艺中，在刹车片上使用的摩擦材料是由多种粘合剂或添加剂组成的混合物，并在其中添入纤维以提高其强度，起加固作用。刹车片生产厂家在关于使用材料的公布上特别是新配方上往往是守口如瓶的，当然，一些成分配料如：云母、硅石、橡胶碎片等是公开的。而刹车片制动的最终效果、抗磨损能力、抗温能力及其它性能将取决于不同成分间的相对比例。以下就简单谈一谈几种不同材质的刹车片。石棉型刹车片从最初开始石棉就已经被用作刹车片的加固材料，由于石棉纤维具有高强度和耐高温的特性，因此可以满足刹车片及离合器盘和衬垫的要求。这种纤维具有较强的抗张能力，甚至可以同高级钢材相匹配，并且可以承受316℃的高温。更重要的是石棉相对廉价，它是从闪石矿石中提炼出来的，而此种矿石在很多国家已被大量发现。在石棉型刹车片的成分比例中，石棉占到40-60%，但是人们现在发现多数石棉具有潜在的危害，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，但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。只要石棉纤维被摩擦材料自身固定后将不会对工作人员的健康造成危害，但是当石棉纤维伴随着制动摩擦形成制动尘埃而排放时，就可能成为一系列影响健康的根源。

根据美国职业安全与健康协会(OSHA)做出的测试，每进行一次常规性的摩擦试验，刹车片就会产生数百万之多的石棉纤维散发到空气中，而且这种纤维远远小于人的头发，是肉眼无法观察到的，所以一次呼吸可能吸人成千上万的石棉纤维而人们却毫无察觉。同样，如果用空气管将制动鼓或制动部件中的制动尘埃吹走，也可以将无数石棉纤维吹到空气中，而这些尘埃，不但会影响工作技师的健康，同样也会对任何在场的其他人员造成健康损害。甚至一些极其简单的操作如：用锤子敲击制动鼓使其宽松，让内部制动尘埃出来，也可以产生大量石棉纤维飘到空气中。更让人担心的是：一旦纤维漂浮在空气中将持续数小时，然后它们会粘在衣服上、桌面上、工具上等一切你能想到的物体表面上。任何时候一但遇到搅动(如打扫卫生、走动、使用气动工具时产生空气流)，它们又都将重新漂浮到空气当中。通常情况下，一旦这种材料进入到工作环境，它将在那里停留数月甚至几年之久，对在那里工作的人员甚至是客户造成潜在的健康影响。美国职业安全与健康协会(OSHA)还指出：人们的工作环境中的石棉纤维含量只有每平方米不超过0.2个才是安全的，同时应尽可能减少日常制动维修工作中产生的石棉尘埃，尽量避免可能造成释放尘埃的工作(如敲击刹车片等)。但是除了危害健康方面的因素外，石棉型刹车片还存在着另一个重要问题。由于石棉是绝热的，其导热能力特别差，通常反复使用制动器会使热量在刹车片中堆积起来，刹车片变热后，它的制动性能就要发生改变，要产生同样的摩擦和制动力会需要更多的踩刹车次数，这种现象被称为“制动萎缩”，如果刹车片达到一定的热度，将导致制动失灵。当车辆制造商和制动材料供应商决定发展新的更安全的石棉替代品时，新的摩擦材料几乎同时应运而生。这就是下面要谈到的“半金属”混合物型和无石棉有机物型(NAO)刹车片。 “半金属”混合物型刹车片 “半金属”混合物型刹车片(Semi-met)主要是采用粗糙的钢丝绒作为加固纤维和重要的混合物。从外观上(细的纤维和微粒)可以很方便地将石棉型和无石棉有机物型刹车片(NAO)区分开来，另外它们还具有一定的磁性。钢丝绒具有较高的强度和导热性，这使得“半金属”混合物型刹车片同传统的石棉型刹车片有着不同的制动特性。例如：“半金属”刹车片内部金属含量较高而强度大，高金属含量同时也改变了刹车片的摩擦特性，通常是指“半金属”刹车片需要更高的制动压力来完成同样的制动效果。特别是在低温环境中高金属含量同样也就意味着刹车片会引起较大的制动盘或制动鼓的表面磨损，同时会产生更大的噪音。 “半金属”混合物型刹车片(Semi-met)的主要优点在于它的温控能力及较高的制动温度，同石棉型的传热性能差与制动盘、制动鼓的冷却能力差相比它们在刹车时帮助制动盘和制动鼓将热量从其表面上散发出去，热量被传递到制动钳及其组件上。当然如果这些热量处理不当也会产生问题，刹车液受热后温度会上升，如果温度达到一定水平，将导致制动萎缩和刹车液沸腾。这种热量同时对制动钳、活塞密封圈及回位弹簧也有一定的影响，会加快这些组件老化，这也是在制动维修时要重新装配制动钳及更换金属件的原因。无石棉有机物型刹革材料{NAO) 无石棉有机物型刹车材料主要使用玻璃纤维、芳香族聚酷纤维酷或其它纤维(碳、陶瓷等)来作为加固材料，其性能主要取决于纤维的类型及其它添加混合物。无石棉有机物刹车材料主要是作为石棉的替代晶而研制的，用于制动鼓或制动蹄，但是近期它们也正在开始被尝试用作前盘式刹车片的替代品。就性能而言，NAO型刹车片更接近石棉刹车片，而不是半金属刹车片。它不像半金属刹车片那样具有良好的导热性和良好的高温可控性。

新型的NAO原材料与石棉刹车片相比有何不同 典型的石棉为基础的摩擦材料含有五到七种基础混合物，它们包括加固用石棉纤维、多种添加材料以及粘合剂等，如亚麻仁油、树脂、苯酣醒、树脂。相比较而言，NAO摩擦材料大约包含十七种不同的棍合物材料，因为去掉石棉不能等同于简单地更换一种替代品，而需要用一大批混合物来保证制动性能，使之持平或超过石棉摩擦块的制动效果。 NAO型刹车片的材料已经历了几次变革，现在的NAO材料在诸多方面已经有效地超过了石棉刹车片的性能，这主要是在抗摩性能及噪音等方面。当然规范标准首先应确定下来，因为只有这样才能检验任何新的摩擦材料配方。这些规范中应包括摩擦性能、抗疲劳能力、温度适应性、抗磨损能力以及噪音等。摩擦材料越好摩擦块在不同的温度及压力下的摩擦性能保持得越好，换句话说，在低温或高温情况下，其性能应变化不大。摩擦材料越好，反复制动后越不可能出现制动萎缩，这使得“制动踏板感觉”保持良好。较好的材料同时也会减少磨损，降低噪音。早先的NAO刹车片只达到了其中一部分的要求，但现在已基本完全达到。如今的NAO刹车片比石棉刹车片的使用寿命明显延长，同时还有利于延长制动鼓与制动盘的使用寿命。介绍了几种主要类型刹车片的材质性能之后，下面再谈一谈有关刹车片使用更换方面的常识。

更换刹车片的原则更换刹车片时，最好能使用高性能的刹车片，虽然其价格比经济性的刹车片高一些，但其材料要好得多，使用寿命较长，当然安全性也要强得多，因此，一时的高技人肯定会换来更多的回报。需要提醒车主的是：更换刹车片时要尽可能使用与旧刹车片具有相同的材质，当然如果能做到新的刹车片材料比原件的材料高一级别就更好。更换不同材质的刹车片时只有遵循下述两条原则方可保证其安全性。 *尽量不要使用NAO材料的去替换半金属材料的刹车片。 *NAO材料的可替换石棉材料的刹车片。更换刹车片的周期刹车片的更换周期往往要依据车辆的运行情况、车辆的类型、车载重量、刹车片的类型等具体情况而定。例如，实际生活当中的情况往往是：一种刹车片在某一辆车上可使用50000或60000km，而在另一辆车上或许仅使用25000km就必须更换。车辆在道路上停和行的频率是个重要的因素，一般来讲，长期在城市道路上行驶的汽车其刹车片的更换周期明显比长期在高速公路上行驶的车辆短，在山路上行驶的比在平路上行驶的短，载货车又比轻车的更换周期短。因此，实际上没有哪个“权威”能说清刹车片到底能使用多长时间，只有一点可以确定--要经常检查刹车片的磨损情况。

更换刹车片的时机通常在以下几种情况下，刹车片必须进行更换：

*当刹车片的厚度小于车辆制造商允许的最小维修标准时；

*当刹车片上的磨损指示片接触到制动盘时；

*刹车片被油或油脂污染时；

*刹车片发生异常磨损或锥型磨损时。

一般情况下，如果固定式制动钳上的刹车片两边厚度差达到15mm时，浮动式制动钳上的刹车片两边厚度差达到3.0mm时就需要进行更换了。当然，只通过简单的外表观察无法准确确定刹车片是否磨损，所以一般应该用尺子来测量刹车片的最薄处看是否在允许范围之内(通常应依据具体的车型维修手册)。另外，刹车片最小使用厚度的测定还要依据许多因素，主要包括制动系统本身情况(制动钳或汽缸活塞的设计行程、调节器间隙、制动踏板间隙等)，刹车片的类型(石棉型、半金属型、NAO型)；刹车片与制动蹄片的装配情况等等。例如：粘结式的连接方式通常采用高温处理，就刹车片的抗磨损性能而言要高于铆接式的，因为当铆钉式刹车片磨损到铆钉头露出时，铆钉将直接损坏制动盘或制动鼓。与此相反的是，粘结式的刹车片可以被磨损到金属层裸露出来，只有到达这一点时，才会导致金属与金属的摩擦并产生刺耳的噪音。在日常生活中，人们往往直到刹车片出现以上情况时才跑去维修，这无论对车辆本身还是驾驶人员的安全都是极为不利的。因此，平时多了解一些刹车片的基本知识，多注重一下刹车片的选择和使用规范是很有必要的。

1、石棉作为一种天然矿物纤维，具有质轻、价廉、分散性好、摩擦磨损性能好、增强效果好等特点，因此在摩擦材料中得到了广泛的应用。从上世纪20一80年代，石棉基摩擦材料几乎是一统天下。自从上世纪70年代，石棉及其高温分解物被确认属于致癌物质后，许多国家对石棉的使用都做出了具体的规定。瑞士及德国规定1988年生产的汽车不能使用石棉基摩擦材料。美国也有10年内禁止使用石棉的提案[1]。与此同时，石棉粉尘的严格限制必须对除尘设备进行高额投资，致使石棉摩擦材料价格上升。随着汽车科技的进步，汽车的速度越来越高，制动器更小以及盘式制动器的出现，对摩擦材料的性能提出了更高的要求，使用条件也更为苛刻。如今轿车前轮盘式制动温度可达300－500℃，而石棉在400℃左右将失去结晶水，580－700℃时结晶水将完全丧失，同时也失去弹性和强度，已基本失去增强效果问。石棉脱水后导致摩擦性能不稳定、损伤财偶及出现制动噪声，因此，石棉基摩擦材料显然不能适应汽车工业和现代社会发展需求将逐步被取代。由于我国经济发展水平较低、民众环保意识不强及汽车工业的落后，价格较低、应用范围较广的石棉基摩擦材料至今还在使用。然而随着我国国民经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，人们对环境保护的要求也越来越高。国家有关部门规定，近年石棉基摩擦材料将要被其它纤维增强摩擦复合材料所替代。就以上所谈到的石棉缺点，代替石棉基摩擦材料的研究工作已经刻不容缓。通过对实际应用中摩擦材料的研究，纤维增强摩擦材料中增强纤维的作用主要是使材料具有一定的强度和韧性，耐冲击、剪切、拉伸等机械作用而不至于出现裂纹、断裂、崩缺等机械损伤。因此增强纤维应满足以下性能要求：

①具有足够的强度和模量以及较好的韧性；

②良好的摩擦性能，在一定的温度范围内具有稳定的摩擦系数及适当的摩擦损耗；

③较高的热分解温度，在～定温度范围内不发生热分解、脱水、相变等和较高的高温分解残碳率；

④纤维易于分散且与基体有较好的相溶性；

⑤适当的硬度，不产生严重的噪音；

⑥量广、价廉、无毒性，不污染环境。目前，国内外开展了代用增强纤维的研究。主要有钢纤维、玻璃纤维、碳纤维、有机纤维。

虽然拥有如此众多的代用增强纤维，但非石棉纤维还存在着许多的不足；

①增强纤维与基体的相溶性较差；

②价格较石棉基摩擦材料高出很多；

③增强纤维摩擦材料的制成品性能并不是很稳定，代用纤维摩擦材料虽然在某些方面已经超越石棉基摩擦材料，但就整体性能而言还存在较大的差距。

本文就目前所使用的代用纤维及其摩擦材料性能，给出综合分析，希望能对我国石棉纤维替代材料的应用研究有一定参考作用。

2、增强纤维的选用 2．1钢纤维使用低碳钢以及采取超声波切削法生产出的钢纤维含油量低、表面活性好、价格便宜，因此在半金属基摩擦材料中得到广泛应用。钢纤维最显著的特点是导热性能好。钢纤维以其高导热性能使局部表面热量迅速扩散至内部，从而降低摩擦表面温度，避免表面温度过高，防止树脂基体团热分解而导致材料磨损加剧，延长了制品的使用寿命。但钢纤维制成的摩擦材料质量大，容易锈蚀。用这种材料制成的离合器面片锈蚀后导致粘连，影响换档分离，并导致传动振动和抖动[2]。研究表明，加入一定量的锌粉和氧化钙等可以增强材料的防锈性能，而对摩擦性能无明显影响；钢纤维和矿物纤维及有机纤维混杂使用可以进一步降低材料的密度及改善制动噪声[2]。目前，钢纤维增强摩擦材料在我国多种汽车上进行了应用，反映较好。 2．2玻璃纤维玻璃纤维作为代用增强纤维的研究时间较长，产品质量比较稳定，产量较大，价格也相对比较便宜。玻璃纤维属于无机硅酸盐纤维，因而热稳定性较好。其表面处理工艺也得到了广泛的研究，研制出多种偶联剂，与树脂亲和性较好，因此在增强纤维摩擦材料中得到了一定的应用。据国外报道，玻璃纤维增强的摩擦材料，其摩擦磨损性能良好[3]，但玻璃纤维增强材料对载荷、滑动速度及制动温度等固素反应较敏感。在重载房速及高温下，摩擦系数变化明显，不稳定[4]。玻璃纤维用作摩擦材料的增强纤维有一定的要求。玻璃纤维应较柔软，而含15－30 ％氯化钾的玻璃纤维可使莫氏强度下降，使玻璃纤维变软，认为E玻璃纤维可以使用[1]。虽然说玻璃纤维能够运用在摩擦材料的增强材料中，但玻璃纤维有不足之处。①硬度过高，磨损比石棉增强材料大；②当温度超过800℃时易形成玻璃珠，而玻璃珠莫氏硬度更高，材料磨损量会进一步增加；③玻璃纤维增强材料的摩擦系数随温度有较大的变化，摩擦系数不稳定。 2．3碳纤维碳纤维具有高比强度、高比模量、耐热、耐磨、耐腐蚀及热膨胀系数较小等许多优点。碳纤维增强基体的（C／C）复合摩擦材料在航空航天工业中得到了广泛应用。碳纤维增强基体的航空刹车用复合材料具有质量轻、抗热冲击性好、摩擦系数稳定、使用寿命长等特点，是新一代的航空刹车副[9、10]。目前，国际上大多数军用和民用干线飞机采均用碳纤维增强基体的复合材料刹车副。但用作一般民用的摩擦材料还存在以下障碍；①碳／碳复合材料制作工艺复杂成本很高，原材料价格也较高，产量有限。②现有的碳纤维一般为长纤维，而应用于摩擦材料中的增强纤维一般是2－5mm的短纤维。这一点目前较难达到。③碳纤维尤其是高模量石墨纤维的表面是惰性的，与树脂的润湿性、粘附性差，所以皮制备碳纤维增强复合材料时，须对碳纤维表面进行处理，以提高碳纤维与树脂间的粘附强度。处理后碳纤维不但表面积增大，还能在表面生成活性基团（如羰基、羧基、和羟基等），通过这些基团使碳纤维与树脂基体之间产生化学键，从而提高界面强度。通过国外实验报告了解到碳纤维增强摩擦材料有良好的恢复性能，而且在高温及高滑动速度下碳纤维增强材料比玻璃纤维增强材料有更高的摩擦系数和较低的磨损率[5]。 2．4有机纤维芳纶（Kevlar）、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚酯纤维等可燃点高，高温热分解不明显，因而也可用作摩擦材料的增强纤维。有机纤维单独作为增强纤维使用时，一般都要经过表面处理，通常是把天然或合成的有机纤维放在非电解的处理液中，使纤维表面镀上薄薄一层金属[1]。经过表面处理的有机纤维，既具有金属纤维的优点，如导热性好，耐磨等；又具有非金属纤维的特点，如密度小，韧性好等。例如，较常用的芳纶（Kevlar-49）特点是强韧性好，弹性模量高，密度低，价格只相当于碳纤维的1/3，其不足之处是由它所制成的复合材料的耐压强度及弯曲疲劳握度不太好。研究表明，有机纤维可以提高材料摩擦性能的稳定性，明显降低磨损量，对于降低制动噪声也有明显作用。但有机纤维在摩擦材料中的应用还存在价格、表面处理、分散工艺等问题，有待进一步研究。 2．5矿物纤维矿物纤维取材广泛，且价格低廉，也逐步引起人们的注意。用价格便宜的矿物纤维取代石棉纤维将是摩擦材料研究的一个重要课题。矿物纤维也存在以下缺陷：①一般合结晶水，高温制动时易脱水，材料性能不太稳定;②质量不稳定;产品质量受产地、产时的影响较大。如果选择产量大、品位高的矿物纤维，调整摩擦材料配方后可取得较好效果。 3纤维增强摩擦材料优化的方法上面所述均是单一纤维增强摩擦复合材料。它们有各自不足之处。解决这些不足就需要通过树脂改性、混杂纤维的选择和配合以及多种方法的合用，获得性能更好的摩擦复合材料。

3、L树脂改性和树脂含量的选择在复合材料中，纤维和织物起增强作用，而树脂是基体材料。树脂基体的性能对复合材料制品的性能有直接的影响。合成树脂是摩擦材料中化学稳定性最差的组分，对材料高温下的强度和摩擦性能有直接的影响。中南工业大学刘震云等的研究结果表明[6]，在6－14％树脂含量（质量分数）范围内，材料的冲击强度能满足使用要求。树脂含量在14％以上时，材料高温热衰退严重，导致摩擦因素下降，高温磨损加剧，磨损量上升；树脂含量过高或过低时，材料将因粘结剂量过少或树脂高温分解导致粘结力下降，使增强纤维存在拔出现象，导致摩擦因素不稳定，材料磨损加剧。因此摩擦材料中基作树脂用量不宜太多，其含量为8－12％，其中以8％为佳。有实验报道采用耐热齐聚物、腰果壳油改性酚醛树脂获得了较好的摩擦性能[1]，并且得出结论，材料的摩擦磨损性能与树脂的耐热性密切相关。在其它条件相同的情况下，随树脂耐热性的提高，材料摩擦系数的稳定性及体积磨损率均得到改善。 3．2混杂纤维的选择及配合采用两种或两种以上纤维进行混杂增强，不仅可以降低成本，还可以充分发挥每种纤维的优点，弥补相互的缺陷，使性能更加完善，更加优异。采用混杂纤维作为增强纤维将是摩擦材料的一个主要方向。国外试验把芳纶（Kevlar）浆粕和钢纤维、玻璃纤维混杂作为增强材料。试验结果表明，芳纶的加入可以提高摩擦性能的稳定性，但略降低摩擦系数，磨损量明显减少；而在制动噪声方面，可以明显降低以致完全除去高频（频率＞5kHZ）的噪声[2]。据有关资料，采用碳纤维30％、钢纤维15％、酚醛树脂15％及有机填料40％的摩擦材料比石棉摩擦材料耐磨性提高3倍，在300℃和350℃时摩擦系数无热衰退现象[2]。目前国内外进行了多种纤维的混杂研究，都取得了很好的效果。3．3纤维含百的选择目前国内外对摩擦材料增强纤维的研究主要集中于增强纤维的选用和优化，而在纤维含量对摩擦材料综合性能的影响方面研究报道较少。而增强纤维含量对摩擦材料的摩擦、磨损性能的影响是很大的。据国内的试验报告，纤维含量增加至20％以上后，材料的摩擦系数随着温度上升而明显下降，同时磨损也明显加剧，磨损量急剧上升[8]。摩擦材料在高温时的磨损机制主要是由于粘结剂的热分解，失去胶粘作用，各组分易脱落造成磨损加剧，同时出现热衰退现象，摩擦系数明显降低。因而作者认为，这主要是由于当材料中纤维含量增加时，材料中粘结剂的含量相对降低，各组分之间的粘结力下降，随着粘结剂的热分解，而导致上述现象出现。如果保持增强纤维与树脂粘结剂的适当比例，在增加纤维含量的同时，增加树脂含量，也许会保持其高温稳定的摩擦系数和低的磨损量。但过多的增强纤维，特别是金属纤维会直接导致摩擦材料密度、硬度及导热率等指标上升，对材料的综合性能不利。纤维混杂后在摩擦材料内结织成网状，起到增强作用。因纤维与各种摩擦性能调节剂及填料之间是依靠树脂等胶粘剂粘合，所以与各组分之间的结合力明显小于纤维本身的剪切强度。在摩擦过程中增强纤维将被剥离、拉拔和剪切，因而提供一定的摩擦力矩。因纤维的比表面积较大，所以当纤维含量增加时，摩擦力矩增大，摩擦系数也因此增加。但当纤维含量超过一定限额，其与树脂基体之间的粘结力下降，纤维更加容易被剥离、拉拔，而靠纤维剪切所能提供的摩擦力矩减少。随着滑动速度的提高，高纤维含量（30－35％）的摩擦材料摩擦系数快速下降。在其它方面例如填料的选择、增强纤维的表面处理也需要注意。 4结语增强纤维是摩擦材料的一个重要组成部分，纤维的选用对材料的摩擦、磨损性能有着重要影响。综上所述，可以得出以下几点。（l）石棉纤维污染环境，对人体有害，必然会退出市场；（2）钢纤维增强的摩擦材料将是轿车盘式刹车片用摩擦材料的主流；（3）混杂纤维摩擦材料将是一种趋势，它能比较好地解决单一纤维所不能解决的问题，能够提高摩擦性能稳定性，降低磨损及减弱制动噪声；（4）碳纤维增强摩擦材料将继续在航空航天、特殊场合发挥重要作用。通用级的沥青碳纤维价格便宜，虽然强度不高，但其摩擦、磨损性能良好，特别是它的自润滑性很好，用于制做摩擦材料有较好的性价比[1]。（5）有机纤维增强摩擦材料由于其特殊的性质将得到进一步发展，它的应用将日益广泛。