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碳纤维制动盘、片碳碳刹车盘性能介绍

2022-11-20 08:415320
 碳纤维制动盘、片,是采用碳纤维为增强材料制成的一类摩擦材料,其充分利用碳纤维在物理性能上具有强度大、密度低、耐高温、导热快、模量高、耐摩擦、节能环保等特点;特别是碳纤维织物复合摩擦材料,其动摩擦系数要比静摩擦系数大的多。而且当碳纤维织物用作汽车制动系统摩擦材料时,碳纤维摩擦材料在使用过程中不会抱死、无热衰退、使用寿命长等优点,成为各种类型摩擦材料中性能好的一种。在碳纤维摩擦材料组分中,除了碳纤维外,还使用石墨碳,即碳的化合物。组分中的有机粘结剂也要经过碳化处理,故碳纤维摩擦材料也称为碳/碳摩擦材料或碳基摩擦材料。片具有如下性能特点:
  1. 冲击强度(比强度)
  GB5763-1998标准规定重负荷汽车(含汽车)制动盘、片冲击强度2.96dj/cm为合格产品,而碳纤维制动盘、片冲击强度为3.78~4.19dj/cm,高可达11.5296dj/cm。碳纤维材料在高温条件下强度是钢的5倍以上,拉伸强度是钢的2.5倍。并且在实际使用过程中,随着温度的升高,材料强度随之增高。
  2. 硬度值
  GB5763-1998的标准,汽车制动盘、片应适用洛氏试验标尺P与H间,碳纤维制动盘、片测得硬度值为HRP53~67之间,相当于HEM65~80之间,所以其硬度为佳值。
  3. 密度低
  碳纤维制动盘、片密度在1.8g/cm3左右,而钢纤维制动盘、片密度多在2.5g/cm3以上,这样做成同等体积的制动盘、片前者更加轻量化。汽车底盘减轻重量,方向盘操控会更加轻巧,车身悬挂以上抖动现象会随之减小。
  4. 耐高温
  碳纤维制动盘起初仅用于F1赛车上,它能够在50m的距离内将赛车的速度从300km/h降低到50km/h,此时制动盘的温度会升高到1000℃以上,制动盘会因为吸收大量的热能而变红。碳纤维制动盘能够承受2500℃的高温,而且在高温环境中具有非常优秀的制动稳定性。
  4.1 三无现象(无热龟裂、无热膨胀、无热衰退)
  碳纤维制动盘、片在汽车快速行驶下制动,可以做到无热龟裂、无热膨胀、无热衰退现象。目前石棉及半金属材料制动片,均有以上三种现象产生。当制动温度高于200℃以上时,石棉及半金属制动材料摩擦因数明显下降,导致制动过程中车身不稳,严重情况下会导致制动失灵,造成恶性交通事故。而碳纤维制动片在制动200℃以上高温时,不但不产生上述三种现象,反而摩擦系数会增高,这是该产品大的优点之一。这种特性恰恰保证了汽车快速行驶中制动的平稳性、安全性和舒适性。
4.2 热稳定性好
  当高速行驶的跑车进行制动制动后,制动盘的表面温度超过1000℃以上,碳纤维复合材料既不会熔融粘结,也不会翘曲变形,冷却以后可继续使用;而金属基复合材料的温度超过660℃以上就会产生翘曲变形,导致熔融粘结;因此,采用碳/碳复合材料制作的制动盘,可大大提高制动组件的使用安全性。
  5. 导热快
  5.1 比热容大
  碳纤维复合材料的比热容是金属基复合材料的2.5倍,具有良好的吸热功能和快速散热功能,提高了热库的储热能力,降低了热库工作温度。用碳纤维制成的制动盘、片,同时可接受更多的制动摩擦热冲击(吸收热能和快速散热)。
  6. 模量高
  7. 耐摩擦
  7.1 摩损率低
  实验证明,在干磨条件下,以钢/碳纤维复合材料的相对磨耗量为1的话,则碳纤维复合材料/钢的磨耗为10,而钢/钢的磨耗为5000。因此碳纤维制动盘、片,无论是自身耐磨性还是对偶摩擦材料的磨损均低于钢纤维制动盘、片,这样也延长制动盘、片的寿命。碳纤维制动盘、片的平均使用寿命可高达8~12万km以上,是普通汽车制动盘、片使用寿命的3~6倍,属制动制动系统第三代新产品。
  7.2 摩擦因数稳定
  碳纤维复合材料在很大的温度范围内具有稳定的摩擦因数,汽车制动过程柔和,制动曲线平稳,制动线性感很强,提高了汽车的制动舒适性和操控性。
  8. 节能环保
  8.1 制动时无噪音
  目前国内现行的或进口的制动盘、片,在制动时产生一种刺耳的噪声,特别是高速制动时更为严重,这对环保不利;而碳纤维增强制动盘、片,在制动过程中处于一种缓冲状态,无任何噪音产生。碳纤维对声波振动衰减的损耗因子η为0.024±0.008,而钢纤维的η值为0.0027±0.0009,由此推断前者的制动噪音将明显低于后者,实测结果亦是如此。
  8.2 少粉尘
  目前市面上现行多数使用的为树脂基制动片,其缺点为高温制动时会掉落粉尘,其掉落的粉尘含大量树脂,在300度左右树脂会溶解掉落下来,粘结在汽车轮毂上,洗不掉;石棉制动片在制动时对偶件易把石棉磨成粉末飞扬在空间,是人类的公害。金属基制动盘、片属于严重的重金属污染、啸叫声污染。而碳纤维增强汽车制动片从根本上消除了这些公害对环境的威胁。
  8.3 节能
  碳纤维制动盘、片在悬挂系统以下节约1kg相当于车身上减少5kg的效果,举例:以四片355mm尺寸碳纤维对比灰铸铁盘同等型号减轻车身重量200kg,按照相关汽车厂商公布数据,车身减重100kg节约能耗20%。
  8.4 耐环境能力强
  碳纤维制动盘、片在潮湿、有酸性气体的环境中不存在腐蚀生锈问题,也不发生力学强度衰减,因此其耐蚀性大大优于半金属制动盘、片。
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