《汽车材料及工艺技术体系非金属材料篇》之 ——摩擦/密封垫类材料

　　现如今，随着汽车工业的快速崛起，车辆的制造逐步向环保、高速和安全的方向发展，这对车辆的稳定性和可靠性的要求越来越高。摩擦材料是一种应用在动力机械上，依靠摩擦作用来执行制动和传动功能的部件材料。车辆制动系统中使用的摩擦材料的性能直接影响着车辆行驶过程中的安全和舒适性。密封垫广泛用于管道、壳体的结合面的静密封中，以其弹性变形填补零件结合面的不平度，切断泄漏通道，增加泄漏阻力，或承受内外侧压力差等方式防止流动介质汽体、冷却水、润滑油、齿轮油、液压油、制动液等)泄漏，从而保证车辆的正常使用。车用非金属材料包含摩擦/密封垫类材料、复合材料、发泡材料等，中国汽车材料网对车用非金属材料进行归纳和梳理（以下是车用非金属材料具体的分类体系分类不妥及信息不全之处，敬请指正），本期为大家介绍摩擦/密封垫类材料。 　　摩擦/密封垫类材料分类
　　
　　车用摩擦/密封垫类材料有以下几类（分类不妥及信息不全之处，敬请指正）：
　　摩擦/密封垫类材料的特点及在汽车部件上的应用
　　
　　一、摩擦材料
　　
　　摩擦材料属于高分子三元复合材料，它包括三部分：(1)以高分子化合物为粘结剂；(2)以无机或有机纤维为增强组分；(3)以填料为摩擦性能调节剂或配合剂。摩擦材料主要应用包括制动器衬片(刹车片)和离合器面片(离合器片)。刹车片用于制动，离合器片用于传动。摩擦材料制动或传动装置上的关键性部件。它最主要的功能是通过摩擦来吸收或传递动力。如离合器片传递动力，制动片吸收动能。
　　
　　1.石棉类摩擦材料
　　
　　主要以石棉长纤维添加其他线类编织浸渍方式为主。由于汽车技术的不断改进，对制动器摩擦性能的要求越来越高。由于石棉被纳入禁限用物质范围，因此，石棉摩擦材料已经不能满足汽车的发展要求，尤其是石棉对环境污染和对人体健康问题的提出，迫使许多发达国家汽车公司开始研究并寻求石棉材料的替代品。
　　
　　2.非石棉类摩擦材料

       1) 粉末冶金摩擦材料
　　
　　粉末冶金摩擦材料又称为烧结摩擦材料，是将铁基、铜基粉状物料混合、压型，并在高温下烧结而成。根据基体的类型一般可把粉末冶金摩擦材料分为铁基、铜基及铜铁基3种常用类型。铁基摩擦材料有较高的耐热性、高温强度、硬度及热稳定性，经济性较好；铜基摩擦材料的摩擦因数稳定且较小，导热率高，耐磨性好；铁铜基粉末冶金摩擦材料中铁和铜的含量差不多，兼有铁、铜优异的力学、导热性能和耐磨性能，在湿式和干式条件下都能应用。粉末冶金材料适用于较高温度下的制动与传动工况条件，如载重汽车、重型工程机械的制动与传动。
　　 　　
　　2) 半金属基摩擦材料
　　
　　半金属基摩擦材料是以金属纤维代替石棉纤维的无石棉摩擦材料。其材质配方主要为粘结剂，石墨粉、腰果壳油等减磨剂，其余为橡胶粉铁质金属物(如还原铁粉、铁钢合金纤维、泡沫铁粉)，半金属摩擦材料因此而得名。其主要特点是导热系数大，耐热性好，吸收功率高，能满足汽车在高速、重负荷运行时的制动工况要求，但其存在制动低频噪音、边角脆裂等缺点。
　　
　　3) NAO摩擦材料
　　
　　NAO(Non-asbestos organic)，中文翻译为无石棉有机摩擦材料，也是我们俗称的陶瓷摩擦材料。从广义上是指非石棉、非钢纤维型摩擦材料，但现盘式片也含有少量的钢纤维。NAO摩擦材料中的基材料在大多数情况下为两种或两种以上纤维(以无机纤维，并有少量有机纤维)混合物。因此NAO摩擦材料是非石棉混合纤维摩擦材料。通常刹车片为短切纤维型摩擦块，离合器片为连续纤维型摩擦片。
　　
　　4) 碳纤维摩擦材料
　　
　　碳纤维摩擦材料是用碳纤维为增强材料制成的一类摩擦材料。在碳纤维摩擦材料组分中，除了碳纤维外，还使用石墨，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。碳纤维具有高模量、导热好、耐热等特点。碳纤维摩擦材料是各种类型摩擦材料中性能最好的一种。碳纤维摩擦片的单位面积吸收功率高及比重轻，适合高档轿车的刹车片。缺点是价格昂贵，应用范围受到限制，产量较少。
　　 　　
　　5) 有机纤维摩擦材料
　　
　　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。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程度不太好。
　　
　　6) 其他（陶瓷型摩擦材料）
　　
　　陶瓷型摩擦材料主要以无机纤维和几种有机纤维混杂组成，无石棉，无金属。其特点为:无石棉符合环保要求；无金属和多孔性材料的使用可降低制品密度，有利于减少损伤制动盘(鼓)和产生制动噪音的粘度；摩擦材料不生锈，不腐蚀；磨耗低，粉尘少。 　　
　　二、密封垫类材料
　　
　　密封垫类材料主要应用包括汽缸盖、齿轮室盖、油底壳、喷油泵侧盖、进排气管，变速箱盖、方向机侧盖、桥壳后盖、终传动壳体等。
　　
　　1.石棉密封垫类材料
　　
　　石棉密封垫垫以石棉纤维、橡胶为主要原料再辅以橡胶配合剂和填充料，经过混合搅拌、热辊成型、硫化等工序制成。石棉垫片主要应用在中、低压法兰连接密封中。
　　
　　汽车法兰专用石棉垫片
　　
　　2.无石棉密封垫类材料
　　
　　无石棉密封材料一般指无石棉纤维增强弹性体垫片复合材料，如采用芳纶纤维、玻璃纤维等非石棉纤维代替石棉纤维制作而成的复合密封材料。 　　
　　无石棉材料由于具有对环境友好，生产过程无污染及无对身体有害成分，现在逐渐替代石棉产品。但无石棉橡胶复合材料在耐温及抗拉强度上不及石棉材料。无石棉密封材料主要用于法兰垫片、缸垫、隔热作用。按制备工艺的可以分为： 1）滚压发无石棉密封材料2）抄取法无石棉密封材料，两种工艺特点如下：
　　3.金属增强密封垫材料

       1）石墨与金属复合密封垫材料
　　
　　石墨金属复合垫片又称柔性石墨金属增强复合垫片或高强石墨垫片，它是由冲齿的金属齿板或冲孔的金属芯板与柔性石墨粒子复合压成的一种密封垫片，它通常由柔性石墨复合增强板裁制而成。石墨金属复合垫片主要应用于各种等法兰连接处的密封部位可替代石棉橡胶垫片、铁包垫片。
　　 　　
　　2）矿物纤维与金属复合密封材料
　　
　　矿物纤维与金属复合密封材料可以使用的矿物纤维如海泡石纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维和人造矿物纤维等。
　　
　　海泡石是一种纤维状富镁硅酸盐矿物，其纤维与石棉类似，其抗腐蚀、抗辐射、隔热绝缘、抗摩擦、防渗透等性能均十分优异，是性价比最接近石棉的替代纤维。具有工艺性好，成本低的特点。不足:可加工性和可塑性较差，必须与其它纤维混杂使用。特别是部分原矿与石棉共生，难以确保材料的无石棉性。
　　
　　陶瓷纤维主要包括矿物棉纤维(矿棉/矿渣棉)和岩棉纤维。矿棉是用工业矿渣制成的絮状物或细粒，多呈绒毛状，表面常见纵向解理。岩棉以天然岩石为原料，表面光滑，端部断面平坦呈玻璃棒折断状。陶瓷纤维多含渣球，直接影响复合材料的成张性。
　　
　　人造矿物纤维耐高温，具有较好的拉伸强度、耐油和附溶剂性，价廉，易分散，但与弹性体粘接性能较差，成张比较困难，因此通常需进行表面处理，并与其他纤维起作为增强材料。不足:工艺性较差。