碳纖維增強(qiáng)陶瓷基有機(jī)剎車(chē)片的研制

1、碳纖維增強(qiáng)型陶瓷基有機(jī)汽車(chē)用剎車(chē)片（無(wú)石棉無(wú)金屬）的研制項(xiàng)目一、項(xiàng)目申報(bào)單位簡(jiǎn)介公司名稱(chēng)：龍口泰爾斯機(jī)械有限公司公司地址：山東省龍口市龍港街道中村龍口泰爾斯機(jī)械有限公司公司郵編：265703二、 項(xiàng)目簡(jiǎn)介隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，現(xiàn)在人們?cè)谏a(chǎn)生活中越來(lái)越離不開(kāi)汽車(chē)，汽車(chē)的安全問(wèn)題也受到人們的重視，汽車(chē)剎車(chē)片的需求量也越來(lái)越大，對(duì)其質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，汽車(chē)剎車(chē)片是汽車(chē)零部件組成部分的關(guān)健配件，其性能優(yōu)劣、使用壽命長(zhǎng)短不僅關(guān)系著汽車(chē)的正常運(yùn)行，還關(guān)系著汽車(chē)駕駛員和乘客的生命安全，近年來(lái)，中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，帶動(dòng)了中國(guó)汽車(chē)剎車(chē)片產(chǎn)業(yè)的快速成長(zhǎng)，一些國(guó)內(nèi)剎車(chē)片企業(yè)的生產(chǎn)能力與

2、技術(shù)水平已經(jīng)接近世界先進(jìn)水平，一批領(lǐng)先企業(yè)正在迅速成長(zhǎng)，但對(duì)剎車(chē)片企業(yè)來(lái)說(shuō)，其自主研發(fā)能力主要體現(xiàn)在復(fù)合材料性能研究上，由于資本積累薄弱，國(guó)內(nèi)剎車(chē)片企業(yè)對(duì)生產(chǎn)改造和自主研發(fā)的投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)外同行。所以，我國(guó)有必要對(duì)汽車(chē)剎車(chē)片的研發(fā)提供資金支持。隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)剎車(chē)片產(chǎn)品性能的要求也越來(lái)越高，原有的剎車(chē)片性能已不能滿(mǎn)足需要，碳纖維增強(qiáng)型陶瓷基剎車(chē)片是一種性能較完善的新型剎車(chē)片，開(kāi)發(fā)這類(lèi)新型材料已被發(fā)達(dá)國(guó)家所重視，面對(duì)國(guó)外碳纖維增強(qiáng)型陶瓷基材料的發(fā)展趨勢(shì)和我國(guó)高端汽車(chē)對(duì)高性能剎車(chē)片的迫切需求，研制和生產(chǎn)碳纖維增強(qiáng)型陶瓷基剎車(chē)片不僅具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，而且具有巨大的推廣應(yīng)用價(jià)值。碳纖維增強(qiáng)

3、型陶瓷基剎車(chē)片是摩擦制動(dòng)界的新品種，在摩擦材料領(lǐng)域，針對(duì)不同地區(qū)，不同車(chē)型，不同環(huán)境所使用的剎車(chē)片品種亦不同，目前國(guó)際上長(zhǎng)期共存的摩擦材料種類(lèi)有半金屬、低金屬、陶瓷、有機(jī)四大類(lèi)，碳纖維增強(qiáng)型陶瓷基剎車(chē)片作為摩擦材料產(chǎn)品中的一個(gè)新品種，具有無(wú)噪聲、無(wú)落灰、不腐蝕輪轂、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是其它產(chǎn)品無(wú)法比擬的。它由陶瓷纖維、陶瓷填料物質(zhì)、膠粘劑和其它纖維組成，包括礦物纖維、芳綸纖維，比其他剎車(chē)片顏色更淡，價(jià)值含量更高?？傊?，碳纖維增強(qiáng)型陶瓷基剎車(chē)片配方具備以下性能特征：輪子少落灰，盤(pán)片和對(duì)偶件的壽命長(zhǎng)，無(wú)噪音，無(wú)震顫，不傷盤(pán)。 剎車(chē)片用的摩擦材料配方發(fā)展過(guò)程經(jīng)歷了含石棉配方、半金屬配方、無(wú)石棉

4、半金屬、少金屬配方、陶瓷基有機(jī)配方等過(guò)程。含石棉配方價(jià)格便宜，強(qiáng)度高，缺點(diǎn)是石棉對(duì)環(huán)境有污染，性能上耐高溫差；半金屬配方改善了耐高溫性能，但是由于含有大量金屬，硬度大，磨損率和噪音指數(shù)隨之加大；碳纖維增強(qiáng)型陶瓷基剎車(chē)片的綜合性能是目前公認(rèn)的理想選擇。三、項(xiàng)目建設(shè)的必要性 本項(xiàng)目產(chǎn)品屬于國(guó)家科技部、財(cái)政部、國(guó)家稅務(wù)總局共同修訂的中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)品目錄2006中新材料類(lèi)（06020035），是國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）屬“新材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展類(lèi)新型高分子材料研究開(kāi)發(fā)節(jié)能、長(zhǎng)壽命、輕量化、環(huán)保型、高性能高分子材料及復(fù)合材料制品”，屬?lài)?guó)家科技部、財(cái)政部、稅務(wù)總局共同修訂的國(guó)

5、家重點(diǎn)支持的高新技術(shù)領(lǐng)域2008“高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)汽車(chē)行業(yè)相關(guān)技術(shù)汽車(chē)關(guān)健零部件技術(shù)”，在汽車(chē)業(yè)方面，山東省“十一五”規(guī)劃提出：“加快推進(jìn)關(guān)健技術(shù)創(chuàng)新和系統(tǒng)集成，重點(diǎn)發(fā)展汽車(chē)、船舶和關(guān)健設(shè)備，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，著力建設(shè)重型車(chē)，轎車(chē)，微型乘用車(chē)，越野車(chē)，改裝車(chē)，特種車(chē)等整車(chē)生產(chǎn)中心和與之相配套的零部件生產(chǎn)中心”。山東省科學(xué)和技術(shù)發(fā)展“十一五”規(guī)劃重點(diǎn)項(xiàng)目指南也將剎車(chē)片生產(chǎn)制造納入優(yōu)先重點(diǎn)扶持的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，本項(xiàng)目的建設(shè)有利于提升山東省剎車(chē)片的生產(chǎn)水平，加快實(shí)現(xiàn)全省裝備制造業(yè)的總目標(biāo)，因此，本項(xiàng)目的建設(shè)符合山東省經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展規(guī)劃。四、項(xiàng)目可行性分析1. 碳纖維增強(qiáng)型陶瓷基材料的應(yīng)用金屬材料在地

6、球上儲(chǔ)量是有限的，而且開(kāi)采、冶煉、加工的能耗都較高，過(guò)程產(chǎn)生很大環(huán)境污染。碳纖維增強(qiáng)型陶瓷基材料從儲(chǔ)量、開(kāi)采、加工、應(yīng)用相比于金屬材料是十分經(jīng)濟(jì)便捷的，材料的應(yīng)用方向前途廣闊。2.環(huán)保概念地球污染日趨惡化，工業(yè)化、城市化、汽車(chē)化等使人類(lèi)面臨新的危機(jī)，碳纖維增強(qiáng)型陶瓷基材料的環(huán)保性能有目共睹，是應(yīng)大力推廣的材料。3.性能優(yōu)良碳纖維增強(qiáng)型陶瓷基材料作為摩擦制動(dòng)材料其性能優(yōu)越，相對(duì)于半金屬及其它摩擦材料，解決了“熱衰退”問(wèn)題，加之其本質(zhì)的耐磨性能，使得剎車(chē)片的摩擦性能得到很大的提升。4.市場(chǎng)容量巨大本產(chǎn)品是剎車(chē)片的新一代產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)具備廣闊的前景，國(guó)內(nèi)：該產(chǎn)品屬于高檔換代產(chǎn)品，隨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，環(huán)保

7、等政策完善，消費(fèi)習(xí)慣改善等因素的促進(jìn)，國(guó)內(nèi)少數(shù)的具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的企業(yè)，勢(shì)必優(yōu)先占據(jù)行業(yè)產(chǎn)品制高點(diǎn)，搶占廣大的市場(chǎng)份額。國(guó)外：分為日美和歐洲兩大類(lèi)型，日美率先應(yīng)用碳纖維增強(qiáng)型陶瓷基剎車(chē)片，歐洲注重汽車(chē)的操控性以及對(duì)剎車(chē)靈敏度的要求比較高，至今只有少數(shù)車(chē)使用碳纖維增強(qiáng)型陶瓷基剎車(chē)片，一旦碳纖維增強(qiáng)型陶瓷基剎車(chē)片驗(yàn)證滿(mǎn)足了歐洲人的年技術(shù)和心理要求，在歐洲替代半金屬剎車(chē)片指日可待，屆時(shí)市場(chǎng)份額會(huì)驟增。5.價(jià)格優(yōu)勢(shì)碳纖維增強(qiáng)型陶瓷基剎車(chē)片屬于高檔產(chǎn)品，市場(chǎng)價(jià)格高于傳統(tǒng)半金屬剎車(chē)片，產(chǎn)品利潤(rùn)空間較大。五、本公司的研制過(guò)程 1.剎車(chē)片用的摩擦材料從組成部分分為粘接劑、增強(qiáng)纖維、摩擦性能調(diào)節(jié)劑、填料等組成。

8、除了增強(qiáng)纖維，其它部分的組成相對(duì)固定。對(duì)于陶瓷基有機(jī)配方，目前從國(guó)內(nèi)外各個(gè)企業(yè)的應(yīng)用來(lái)看，是采用芳綸纖維、銅纖維和陶瓷纖維的組合。根據(jù)歐共體提出的要求，剎車(chē)片應(yīng)該無(wú)環(huán)境污染，包括最終禁止重金屬（包括銅）的使用。11年10月份，美國(guó) TRANSGLOBE AUTOMOTIVE INC.公司要求我們?yōu)槠涮峁o(wú)銅無(wú)金屬陶瓷型有機(jī)配方剎車(chē)片。接到客戶(hù)要求后，我們立刻組成技術(shù)攻關(guān)小組，從設(shè)計(jì)理念上講，芳綸纖維是制造防彈衣和防火衣的材料，是一種環(huán)保的有機(jī)材料，陶瓷纖維是一種人造硅酸鋁短纖維，剎車(chē)片應(yīng)用其耐高溫性，渣球含量低的特點(diǎn)，這兩種纖維我們?nèi)耘f采用，銅纖維由于其高耐磨性和無(wú)噪音等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用。通過(guò)

9、性能比較，我們認(rèn)為碳纖維可以起到高耐磨性和無(wú)噪音的特點(diǎn)，但是碳纖維是制造飛機(jī)用剎車(chē)片的材料，價(jià)格十分昂貴，客戶(hù)也不能接受。我們發(fā)現(xiàn)碳纖維預(yù)氧絲和碳纖維相比較，預(yù)氧絲是聚丙烯腈的線(xiàn)性分子鏈轉(zhuǎn)化為耐熱的梯形結(jié)構(gòu)，以其在高溫碳化時(shí)不熔不燃而保持纖維狀態(tài)。其區(qū)別在于碳纖維是經(jīng)過(guò)20003000處理，碳分子以石墨化狀態(tài)存在，而且預(yù)氧絲還是以無(wú)定形碳的形式存在。銅纖維的抗拉強(qiáng)度按300N/mm2計(jì)算，預(yù)氧絲的抗拉強(qiáng)度為220N/mm2；銅的比重為8.9克/cm3,而且碳纖維的比重為1.8克/cm3,因此要在抗拉強(qiáng)度上等比代替，碳纖維預(yù)氧絲和銅纖維的用量比為 1:3.5。 耐溫性碳纖維預(yù)氧絲要高于銅纖維?？?/p>

10、慮到整體結(jié)構(gòu)，實(shí)際上我們采用的是2:3的比例代替。由于預(yù)氧絲的莫氏硬度2.0，低于銅的莫氏硬度3.0，因此，為了保證摩擦系數(shù)的一致性，缺少的比例部分要加入莫氏硬度中等的材料，我們選用莫氏硬度為5.0 的氧化鋅。其它部分沒(méi)有調(diào)整。2.產(chǎn)品設(shè)計(jì)部分完成后，試制品采用相同的生產(chǎn)工藝制作。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段，首先我們按照GB5763-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行DMS定速實(shí)驗(yàn)。對(duì)于原有陶瓷基配方和用碳纖維預(yù)氧絲增強(qiáng)的產(chǎn)品做對(duì)比試驗(yàn)，原有配方的平均摩擦系數(shù)為：0.42，磨損率總和0.96；而且用碳纖維增強(qiáng)的產(chǎn)品的平均摩擦系數(shù)為：0.44，磨損率總和0.98；（摩擦系數(shù)要求為0.42±0.10，磨損率總和為：

11、0-8.2）。為了進(jìn)一步驗(yàn)證產(chǎn)品的性能，我們?cè)?jīng)多次把樣品寄送美國(guó)的LINK實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試，我們等到了完整的產(chǎn)品優(yōu)良性能試驗(yàn)報(bào)告，和噪音試驗(yàn)報(bào)告，現(xiàn)在已經(jīng)小批量為美國(guó)公司供貨。3.環(huán)保材質(zhì)替代驗(yàn)證，通過(guò)多次的驗(yàn)證表明，碳纖維預(yù)氧絲替代銅纖維，通過(guò)多次調(diào)整和驗(yàn)證，性能方面基本一致，而且噪音指數(shù)要好于銅纖維產(chǎn)品。成本方面：碳纖維增強(qiáng)產(chǎn)品的材料成本是：28元/公斤，密度是2.2克/cm3； 銅纖維產(chǎn)品的材料成本是：29元/公斤，密度是2.4克/cm3。這樣兩種產(chǎn)品的成本比較：碳纖維產(chǎn)品/銅纖維產(chǎn)品=(28/29)*(2.2/2.4)=1:1.13。這樣碳纖維產(chǎn)品的成本大約為銅纖維產(chǎn)品的88%。六、技術(shù)研發(fā)經(jīng)費(fèi)的投入情況科研經(jīng)費(fèi)的投入主要有三部分，1.人員經(jīng)費(fèi)，歷時(shí)8個(gè)多月時(shí)間。科研人員的工資支出要超過(guò)10萬(wàn)元。2. 產(chǎn)品試制及自