新型汽车制动材料特殊工况下摩擦学行为研究

基于汽车制动摩擦学特定系统，选取代表新型汽车制动材料发展主流的几种类型纤维增强树脂基复合材料作为研究对象，系统研究高速、重载、紧急、长下坡、雨雪天气等极端工况条件下制动材料摩擦学性能动态变化以及复合体系中树脂、纤维、填料之间多相协同摩擦学行为。借助摩擦学模拟实验，获得制动载荷、速度、温度、距离（时间）、频率等主要工况参数以及水介质环境对不同类型制动复合材料摩擦学性能的影响规律；通过分析摩擦过程复合材料成分、结构、表面形貌、摩擦形态的动态变化，揭示制动材料的组成、结构和材料力学、热学、摩擦学性能关系；探讨极端工况条件下复合材料中树脂基体、增强纤维、填料等各组成相之间相互协同作用以及对复合材料摩擦学性能的影响，分析引发制动热衰退的原因以及影响制动材料摩擦学性能的关键因素，阐明树脂基复合材料制动过程的摩擦磨损机理，为新型高性能汽车制动材料的摩擦学设计和应用提供理论指导。

汽车制动器通过制动材料与偶件摩擦实现制动，为保证不同工况条件下制动安全，制动材料需要具有良好的特定摩擦学性能，在温度、速度、压力、环境改变等情况下具有高且稳定的制动力，磨损率低，振动噪声小，对偶件损伤小等。有必要结合高速、重载、长时间、雨雪天气等复杂多变的制动工况，系统地开展新型制动材料摩擦学性能和机理研究。基于制动摩擦学特定系统，选取无机盐晶须、天然竹纤维、陶瓷硅酸盐纤维、二次利用粉体资源等作为新型汽车制动材料的增强相和填充剂，以改性酚醛树脂为粘结剂制备纤维增强树脂基复合材料，系统研究复合材料中基体、纤维晶须增强体、粉煤灰和高炉矿渣微粉等填充剂对制动材料不同温度下摩擦学增强和改性作用。借助摩擦学实验，获得制动温度、载荷、速度、距离（时间）等主要工况参数以及水介质环境对不同类型制动复合材料摩擦学性能的影响规律。研究表明温度是影响树脂基体性能和制动复合材料热衰退性能的主要因素，也是高速、重载、长时间制动工况影响的综合反映。干摩擦条件下复合材料摩擦磨损性能与压力和摩擦速度也密切相关，随着摩擦速度和载荷增加，制动材料的摩擦系数呈下降趋势，磨损率增加。水润滑条件下制动材料的摩擦系数明显下降，磨损率影响趋势较复杂，水在摩擦过程中起润滑、冷却和冲洗的作用，抑制摩擦膜的形成。研究了灰铸铁、蠕墨铸铁、铝基复合材料的制备、组织和性能，分析工艺对组织、性能影响，探讨新型制动盘材料的摩擦学性能适应性和可行性。通过正交试验及均匀化试验等方法对复合材料配比进行优化，探讨复合材料中树脂基体、增强纤维、填料等各组成相之间摩擦学协同作用以及引发和抵抗制动热衰退的原因；通过分析摩擦过程复合材料成分、结构、表面摩擦形态的动态变化，揭示制动材料的组成、结构和材料力学、热学、摩擦学性能关系，分析影响不同类型制动材料摩擦学性能的关键因素，阐明树脂基复合材料制动过程的摩擦磨损机理，可以为新型高性能汽车制动材料的摩擦学设计和应用提供理论指导。