高铁行业新型刹车片材料

1.复合型刹车片

    为了满足未来高速铁路的制动技术要求，国内外科研工作者都在努力研制开发高性能刹车片材料，以满足市场要求。其中C/C复合材料是近几年开发出来的新型制动材料，是一种C纤维增强、以C为基体的新型结构材料，它具有质量轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀、吸震性好等一系列的优良性能，C/C复合材料的这些独特性能使之能同时完成刹车副的三项功能，即提高摩擦、传递机械载荷、吸收动能。

    从碳纤维增强体的结构来看，其可以分为三种，第一种为单层毡，其由于短纤维未能形成完整的纤维增强体，导致材料力学性能低，所以该种结构所制，备的刹车片主要用于早期的实验机型；第二种为整体毡，其碳布层结构所制的材料因其层剪切强度低，垂直导热率低等因素的影响，其应用的刹车片也是早期机型；第三种结构为针刺毡结构，非常合适CVD工艺增密，并且所制的材料具有良好的力学、热学和摩擦磨损性能，已经成为目前C/C复合材料增强体的基本结构，并取得不断改进。

    C/C复合材料制动刹车片由于成本高，主要用于飞机制动器，但是随着近年来高速铁路的发展，国内外科技工作者开始研制开发用于高速铁路的C/C复合材料制动刹车片。德国KnoorBremse公司研制的一种碳纤维复合材料制动器，实验证明，该制动器在时速高达250km/h下质量尚好。在该公司试验台以250km/h试验时，其吸收的制动能高达100MJ。法国碳工业公司制造的碳纤维复合材料的比热容是钢的2倍，线胀系数和弹性模量都比较小，具有优异的耐高温性能。它能在1000℃的高温下工作，件重仅为钢的1/4，目前已经在TGV-A上得到应用。日本新干线270km/h电动车制动系统也采用了碳纤维增强材料。由此可见，碳纤维复合材料是一种国际上重点开发的刹车片材料，我国在C/C复合材料制动刹车片的研发上也已经起步。

2.合成刹车片

    合成摩擦材料是将金属粉末、酚醛树脂和摩擦调节剂等经充分混炼后加热压制而成，它将材料与制品工序合二为一。所用摩擦调节剂，一般是采用腰果壳油制成的颗粒。按形状与制动方式的不同，又分为合成刹车片和合成闸片。合成刹车片与闸片的配方与工艺相同，改变其配比工艺，可获得不同的摩擦系数。我国目前研制的合成刹车片分低摩擦系数合成刹车片和高摩擦系数合成刹车片。

    合成摩擦材料具有如下明显的特色：可通过改变材质配方和工艺在一定范围内可调整其物理机械性能，耐磨性好，使用寿命可达铸铁刹车片/闸片的四倍以上，制动时无火花，重量轻，高速区摩擦系数大且不随列车速度的改变而变化。合成摩擦材料也存在如下几个不足之处：一是导热性差，制动量热量难以散发，因而车轮产生温升，甚至导致热裂。其次是在湿润状态下，摩擦系数大为下降，受天气影响大，在雨雪天气制动能力下降。此外，这类刹车片与车轮踏面反复磨合后，使二者间的粘性降低；有机合成摩擦材料的使用温度一般不能超过250℃。当制动处温度达250℃时，其磨损率急剧增加。温度较高时，由于其组分的改变，摩擦系数也将改变。有机合成摩擦材料推荐使用在时速160～200km的列车上。

3.高磨合成刹车片

    高摩合成刹车片研究工作开展最早的有英国、美国和前苏联。1907年，英国飞洛多公司用棉毛混纺条层压成刹车片，并用于伦敦地铁。以后逐渐改进，至50年代己改用以石棉等为增强材料和酚醛树脂为黏合剂的合成刹车片。美国早在1924年就开始研制以层压木为非金属摩擦材料，并应用于铁路车辆制动。1954年以后，“Cobra” 牌号合成刹车片作为商品形式在铁路上大量使用，其主要成分为合成橡胶、石棉等，摩擦系数在每小时140公里速度时为0.26，耐磨性为铸铁刹车片的5倍。苏联在合成刹车片的研究上开始也很早，在地下铁道中早就使用层压木的塑料刹车片。不过新的合成刹车片的材质研究是从1956年开始。曾用三种类型的黏合剂，分别为酚醛树脂、合成橡胶、酚醛树脂和合成橡胶混合物。试验结果表明：采用合成橡胶为黏合剂的高摩合成刹车片的制动性能优异。已广泛应用于快速旅客列车上。