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刹车片产业发展迅速 核心技术掌握堪忧

2013-2-28 17:06:30 来源:商车天下 编辑:商车天下 有话要说
日前公安部公布,截止到2012年年底,全国机动车保有量已达2.4亿辆,其中汽车保有量1.2亿辆,年增长1510万辆。中国成为世界上最重要的汽车消费国之一。 

亿辆的汽车保有量形成了一个巨大的消费市场。围绕汽车更是催生了众多的服务项目。在这些项目中,最可观的、风险最小的、周转最快的当属汽车易损件项目,也就是消费者平时到4S店更换最多的一些产品,如机油、三滤、灯泡、火花塞、雨刮器、皮带、刹车片、刹车盘、轮胎、冷媒、玻璃水、喇叭等等。 

在上面的这么多产品中,有一类产品尤其值得引起关注的,那就是直接影响到消费者生命安全的刹车片和轮胎。 

人类最早用于车辆制动的材料是诸如木材、皮革等天然材料。由于当时车速很低,制动产生的温度也很低,直到1897年一个叫Aerbertfrood的英国人首先发明了类似今天的制动鼓,并研制出一种以头发或棉花为主要材料制成的制动带,用沥青浸透。这种材料不仅用于当时的马车,也适用于早期的机动车。由于棉花等天然纤维在270°C下将变成碳,并失去它的摩擦性能和强度,因而限制了应用。Frood很快认识到这个缺点,并在1908年开发出了缠绕石棉摩擦片。一直到20世纪60年代末期,石棉摩擦材料一直是刹车片的主要材料。 

粗略划分,刹车片摩擦材料发展经历了下面几个阶段: 

1930年前,主要以石棉长纤维加其他线类(如黄铜丝)编制浸渍方式为主。浸渍材料由沥青发展到油和胶的混合物,并开始用短纤维替代长纤维。后期出现了无编制干法混合热压工艺。 

1930年,化学家们研制出了一种柔性树脂粘合剂,具有更好的热稳定性。这使得干法工艺有了掺进更多填料的可能性,并逐步研制出我们今天熟悉的鼓式制动片。在后续的30年中,石棉一直是主要原料。与此同时,橡胶工业的研究成果也促进了摩擦材料工艺的改进。用橡胶混合物胶液刷涂布状编制物,然后再折叠或堆积热压,此方法至今仍被广泛采用。 

1950年,美国SKWELLMAN公司首先研制出来用铁粉、石墨和其他填料加树脂做粘合剂热压而成的摩擦材料,即所谓半金属摩擦材料。1970年,这种材料被用于盘式刹车片,至今仍被广泛接受,大量半金属刹车片仍占据着世界各地市场。 

1960以来,随着汽车设计的不断改进,汽车对制动器的要求也越来越高,迫使许多摩擦材料公司开始研究摩擦材料与制动鼓盘的关系,并寻求石棉的替代材料。经过分析人们认识到石棉的应用受到很多限制。石棉资源是有限的,石棉的质量有很大差异,尤其是石棉对人体健康和环境有较大伤害。这些问题的存在,推动了用玻璃纤维、矿物纤维、金属纤维替代石棉的进程,近期则越来越多的采用芳纶纤维、钛酸钾晶须和合成纤维。 

纵观刹车片的发展历史,不难看出,刹车片的发展是循序渐进的。它随着汽车技术的发展而发展,不断的去满足汽车新技术所带来的速度、温度、舒适、稳定、环保等要求的变化。而地域和材料的不同则培育了不同的配方体系。 

目前,全球市面上有三类汽车刹车片配方体系。一类是代表欧系的低金属配方,一类是代表北美的半金属配方,另外则是以日本为代表的陶瓷配方。这三种配方体系各有千秋,都有自己的优点。 

像宝马、 奔驰类欧系车基本是以低金属配方为主,这是因为当时给这些车配套的摩擦材料公司都在欧洲,选择材料时以欧洲本地的材料为主开始研发的,从而形成了自己独特的配方体系,这就是低金属配方。由于欧洲车重、且不限速,必须要求其摩擦系数很大。这样就大大缩短了了刹车片的使用寿命,并且这类产品的落灰非常严重,所以,我们常常看到宝马奔驰的车轱辘黑灰很多,就是这个原因。 

以通用、福特为代表的北美汽车车体也很重,但在北美是限速的,区域材料和汽车性能的不同产生了新的配方体系,就是北美的半金属配方。由于它的适中,既可以在比较重的欧洲、北美车上用,也可以在日韩等轻型车体上取得较好的效果,所以,长时间以来,半金属配方一直是市场的主流。 

后就是陶瓷刹车片了。说到陶瓷刹车片,很多消费者很容易联想到我们平时吃饭用的碗和盘,实际这两者完全不是一回事,之所以叫陶瓷刹车片是因为材料中大量使用了无机类陶瓷纤维材料,和半金属、少金属配方有着明显的不同。
上文已经提到,刹车片的设计是以满足汽车性能要求为目的的。欧洲、北美和日韩的汽车设计风格不同,提出的刹车片设计要求自然也有差异。低金属配方和半金属配方很好的适应了欧美汽车车身重、惯量大的性能要求,但同时又有各自不理想的一面。低金属配方寿命短、落灰多;半金属配方含有很多的金属纤维,导热快,高温衰退大。这些缺失也成为了日后刹车片配方继续进行研发的动力。

世界上最早解决半金属配方导热的方法是:采取两种混合料。表面的是功能性摩擦材料,而底部靠近钢背板的地方有2毫米厚度的一层特殊研发的材料。这层材料的作用是增加剪切面积、降低噪音和隔断热传导。由于技术和成本增加的原因,目前,国内只有信义“braxcel布雷塞尔”等极少数品牌的产品采取这种工艺,一般的都是只使用一种摩擦材料,而没有底部的特殊材料。

通过分析低金属和半金属配方的缺点,并结合日本车的性能特点,日本的阿基波诺公司研发出了新的材料配方体系。它立足于实现耐高温、低导热、耐磨、不落灰、环保等多个传统技术要求,很好的解决了低金属和半金属配方的不足。理论上,半金属导热快是因为金属纤维多,它就用芳纶纤维(防弹衣所用材料)代替金属纤维;但仅有芳纶纤维又不耐磨,所以,又发明了一种新材料:六钛酸钾晶须(晶须:就是单个的晶粒。我们所说的金属是由一个个晶粒组成的,像动植物是由无数的细胞组成一样,金属断裂主要是从晶粒间裂开。但基本不会从晶粒中间断裂,所以晶粒强度极高。晶须就是通过工艺控制,让晶粒单方向生长,成须状。类似于我们冬天看到的窗上的冰花,冰花开始时就是往一个方向生长的。钛,属贵金属,常见于核潜艇壳体和航空发动机叶片)。做为粘接剂的树脂,考虑到它要满足耐高温性能,而传统树脂高温不稳定,于是又开发出耐高温型号。仅仅这样还是不够的,因为在半金属配方里面,金属纤维起到的作用类似于我们盖房子所用的梁,摩擦材料由10至20多种材料组成,除了纤维类增强剂、树脂粘接剂以外,还有一些工艺调节剂、摩擦调节剂等颗粒填料。当金属纤维这种大梁换成晶须等小纤维后,空间小了,原来的大粒度填料都放不进去了,只能采用小粒度材料。而各种填料的纯度又必须很高,这样才能保证性能的稳定。

从上面的介绍可以了解到,这种配方和少金属、半金属配方是完全不一样的。因为技术要求的提高,导致从材料,到结构都发生了质的变化,从而形成了一种全新的摩擦材料配方体系。因为材料中大量使用了无机类陶瓷纤维材料,所以定义为了陶瓷刹车片。这就是陶瓷刹车片的由来。

日本人发明了陶瓷配方,也发明了陶瓷配方中的关键材料:六钛酸钾晶须。所以,在2008年以前,除了日本,其他国家没有陶瓷刹车片。

而中国。我们靠着改革开放的30年迅速追赶着国外水平。开始我们靠的是人力资源,靠给人家打工、贴牌来生产刹车片。在帮人家加工的同时,自己的水平也得到了锻炼和提升。国内开始涌现出大量的刹车品牌和厂家,特别是近几年,由于看好市场保有量和刹车片工艺简单、设备投入少的原因,大量的工厂如雨后春笋般蜂拥而起。

国内刹车片产业迅速发展的同时,我们却忽视了在学习中沉淀,大家一味谋求赚快钱。老板们有钱后再买设备,搞展览,做推广,做高仿,还给假货起个好听的名字:正包,却很少有人静下心来钻研刹车片最核心的东西:配方。看看现在的市面上,假货、高仿、所谓的正厂副厂,让人晕头转向。有些经销商则迷信老外的品牌,生产厂家也借机打着来自于“非国内”的噱头招摇过市。

当前国内市面上就有很多品牌打的都是陶瓷的旗号。但很少是和日本的阿基波诺类似的材料、工艺和技术配方。一是没有这个技术,二是用不起这类材料组合。陶瓷刹车片有着特别的效果,在各种路况、环境下的摩擦系数基本稳定;耐高温性能极佳;对盘的磨损极小;没有黑灰;使用寿命比半金属配方延长30%;刹车舒服;基本没有噪音。这些是鉴别纯正陶瓷配方很好的视角。市面上,如用这些标准来判断,很多只能称呼为:“添加了零星芳纶纤维的低金属配方刹车片”而已,算不得纯正意义上的陶瓷刹车片。

日本阿基波诺之所以是陶瓷刹车片的鼻祖,是因为它创造和控制了核心的材料:六钛酸钾晶须,创造了新的工艺和技术。2008年,中国东营信义公司和中科院合作,开发完成了六钛酸钾晶须和晶片,打破了日本企业的垄断。推动陶瓷配方技术实现了和国际同步。市面上,只通过加盟店专卖的信义“braxcel布雷塞尔”品牌的陶瓷和半金属配方为20多家汽车厂原车配套,使用了信义六钛酸钾晶须、美国杜邦的芳纶纤维、瑞典的陶瓷纤维、瑞士特米高的高纯度石墨、进口高纯度硫酸钡,芬兰的矿物纤维、日本伊腾忠的耐高温树脂等材料。高端材料的使用固然大幅增加了成本,却从根本上保证了陶瓷配方的原汁原味。

当然,陶瓷刹车片也不是万能。消费者选择时可根据自己的车况自由选择,三种配方体系都不错。尽量选择原车的或有原车配套实力的品牌会最保险。