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。