ブレーキパッドの起源と発展

ブレーキパッドはブレーキシステムの中で最も重要な安全部品であり、ブレーキの効きの良否に決定的な役割を果たしており、優れたブレーキパッドは人や車両（航空機）を守ります。

まずはブレーキパッドの原点

1897 年、HerbertFrood は最初のブレーキ パッド (強化繊維として綿糸を使用) を発明し、馬車や初期の自動車に使用され、そこから世界的に有名な Ferodo Company が設立されました。そして 1909 年に、同社は世界初の固化アスベストベースのブレーキパッドを発明しました。 1968年に世界初のセミメタル系ブレーキパッドが発明され、以来アスベストフリーを目指して摩擦材の開発が始まりました。国内外で、鋼繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維などのさまざまなアスベスト代替繊維や摩擦材料へのその他の用途の研究が始まりました。

第二に、ブレーキパッドの分類

ブレーキ材料を分類するには主に 2 つの方法があります。 1 つは機関の利用によって分けられます。自動車用ブレーキ材、鉄道用ブレーキ材、航空用ブレーキ材など。分類方法もシンプルで分かりやすいです。 1つは材料の種類に応じて分かれています。この分類方法はより科学的です。現在のブレーキ材料には、主に樹脂系ブレーキ材料（アスベストブレーキ材料、ノンアスベストブレーキ材料、紙系ブレーキ材料）、粉末冶金ブレーキ材料、カーボン／カーボン複合ブレーキ材料、セラミック系ブレーキ材料の３つのカテゴリーがあります。

第三に、自動車ブレーキ材料

1、自動車用ブレーキ材料は製造材料によって種類が異なります。アスベストシート、半金属シートまたは低金属シート、NAO（アスベストを含まない有機物）シート、カーボンカーボンシート、セラミックシートに分けることができます。
1.1.アスベストシート

アスベスト繊維は高強度で高温耐性があり、ブレーキパッドやクラッチディスク、ガスケットの要求を満たすことができるため、当初からブレーキパッドの補強材として使用されてきました。この繊維は強力な引張能力を持ち、高級鋼にも匹敵し、316 °C の高温にも耐えることができます。さらに、アスベストは比較的安価です。多くの国で大量に発見される角閃石鉱石から抽出されます。アスベスト摩擦材は、主にアスベスト繊維である含水ケイ酸マグネシウム（3MgO・2SiO2・2H2O）を強化繊維として使用しています。摩擦特性を調整するためのフィラーを添加します。接着剤をホットプレス金型でプレスすることにより、有機マトリックス複合材料が得られます。

1970 年代以前。アスベスト系摩擦シートは世界中で広く使用されています。そして長期にわたって支配されました。しかし、アスベストは熱伝達性能が低いためです。摩擦熱は急速に放散することができません。摩擦面の熱減衰層が厚くなる原因となります。材料の摩耗が増加します。その間に。アスベスト繊維の結晶水は400℃以上で析出します。 550℃以上になると摩擦特性が著しく低下し、摩耗が著しく増加します。結晶水はほとんど失われています。強化は完全に失われます。さらに重要なことです。それは医学的に証明されています。アスベストは人間の呼吸器に重大な損傷を与える物質です。 1989 年 7 月。米国環境保護庁 (EPA) は、1997 年までにすべてのアスベスト製品の輸入、製造、加工を禁止すると発表しました。

1.2、半金属シート

有機摩擦材と伝統的な粉末冶金摩擦材をベースに開発された新しいタイプの摩擦材です。アスベスト繊維の代わりに金属繊維を使用しています。 1970年代初頭にアメリカのベンディス社によって開発されたノンアスベスト摩擦材です。
「セミメタル」ハイブリッドブレーキパッド（セミメット）は、強化繊維として粗鋼ウールを主成分とし、重要な配合物で構成されています。アスベストと非アスベスト有機ブレーキパッド (NAO) は、外観 (微細な繊維と粒子) から簡単に区別でき、また、特定の磁気特性も備えています。

セミメタリック摩擦材には次のような主な特徴があります。
(l) 摩擦係数以下では非常に安定しています。熱崩壊を起こしません。優れた熱安定性。
(2) 耐摩耗性が良好です。耐用年数はアスベスト摩擦材の3～5倍です。
(3) 高負荷時の摩擦性能が良好で、摩擦係数が安定している。
(4) 熱伝導性が良い。温度勾配が小さい。特に小型のディスクブレーキ製品に適しています。
(5) ブレーキノイズが小さい。
米国、欧州、日本などは1960年代に大面積利用を推進し始めた。半金属シートの耐摩耗性はアスベストシートよりも25％以上優れています。現在、中国のブレーキパッド市場で圧倒的な地位を占めています。そしてほとんどのアメリカ車。特に自動車、乗用車、貨物車。セミメタルブレーキライニングが80％以上を占めています。
ただし、この製品には次のような欠点もあります。
（l）鋼繊維は錆びやすく、錆びた後は固着したり損傷しやすく、錆びると製品の強度が低下し、摩耗が増加します。
(2) 熱伝導率が高く、高温になるとブレーキシステムにガス抵抗が発生しやすく、摩擦層や鋼板の剥離が発生します。
(3) 硬度が高いと二重材料が損傷し、びびりや低周波のブレーキノイズが発生します。
(4) 高密度。
「セミメタル」には少なからぬ欠点はありますが、生産安定性が良く、価格も安いため、現在でも自動車用ブレーキパッドの材料として好んで使用されています。

1.3. NAOフィルム
1980年代初頭、ハイブリッド繊維強化アスベストフリーブレーキライニング、つまり第3世代のアスベストフリー有機物NAOタイプブレーキパッドが世に出ていました。その目的は、鋼繊維単一強化セミメタリックブレーキ材料の欠点を補うことであり、使用される繊維は植物繊維、アラモン繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、炭素繊維、鉱物繊維などです。ブレーキライニングは複数の繊維を使用することで繊維同士の性能を補完し合い、総合性能に優れたブレーキライニングの配合設計が容易になります。 NAOシートの主な利点は、低温または高温で良好なブレーキ効果を維持し、摩耗を軽減し、騒音を低減し、ブレーキディスクの耐用年数を延長することであり、これは摩擦材料の現在の開発方向を表しています。世界的に有名なベンツ/フィロド ブレーキ パッドのすべてのブランドで使用されている摩擦材は、第 3 世代 NAO アスベストを含まない有機材料であり、どの温度でも自由にブレーキをかけることができ、ドライバーの命を保護し、ブレーキの寿命を最大限に延ばします。ディスク。

1.4、カーボンカーボンシート
カーボンカーボン複合摩擦材は、炭素繊維で強化された炭素マトリックスを備えた材料の一種です。摩擦特性が優れています。低密度 (スチールのみ);高容量レベル。粉末冶金材料や鋼よりもはるかに高い熱容量を持っています。高い熱強度。変形、固着現象はありません。動作温度は200℃まで。優れた摩擦性能と摩耗性能。長寿命。ブレーキング時も適度な摩擦係数が安定しています。カーボンカーボン複合シートは軍用機で初めて使用されました。その後、F1レーシングカーにも採用され、自動車のブレーキパッドにおけるカーボン素材の唯一の応用例となります。
カーボンカーボン複合摩擦材は、熱安定性、耐摩耗性、導電性、比強度、比弾性など多くの特性を備えた特殊な材料です。しかし、カーボンカーボン複合摩擦材には、摩擦係数が不安定であるという欠点もあります。湿度に大きく影響されます。
耐酸化性が低い（空気中で50℃を超えると激しい酸化が発生する）。環境に対する高い要件（乾燥、清潔）。とても高価です。使用は特殊な分野に限定されます。これは、炭素を制限した炭素材料を広く普及させることが難しい主な理由でもあります。

1.5、セラミック片
摩擦材の新製品として。セラミックブレーキパッドは、騒音がなく、灰が落ちず、ホイールハブの腐食がなく、耐用年数が長く、環境保護などの利点があります。セラミックブレーキパッドは、1990年代に日本のブレーキパッド会社によって元々開発されました。徐々にブレーキパッド市場の新たな人気者になりました。
セラミックベースの摩擦材料の代表的なものは、C/C-sic 複合材料、つまり炭素繊維強化炭化ケイ素マトリックス C/SiC 複合材料です。シュトゥットガルト大学とドイツ航空宇宙研究所の研究者は、摩擦分野における C/C-sic 複合材料の応用を研究し、ポルシェ車用の C/C-SIC ブレーキ パッドを開発しました。オークリッジ国立研究所は、ハネウェルアドバンスコンポジット、ハネウェルエアラットフラネーディングシステム、ハネウェル商用車両システムと提携し、大型車両で使用される鋳鉄および鋳鋼ブレーキパッドに代わる低コストの C/SiC 複合ブレーキパッドの開発に取り組んでいます。

2、カーボンセラミック複合ブレーキパッドの利点:
1、従来のねずみ鋳鉄ブレーキパッドと比較して、カーボンセラミックブレーキパッドの重量は約60％減少し、非サスペンション質量はほぼ23キログラム減少します。
2、ブレーキ摩擦係数が非常に大きく増加し、ブレーキ反応速度が増加し、ブレーキ減衰が減少します。
3、カーボンセラミック材料の引張伸びは0.1%から0.3%の範囲であり、これはセラミック材料としては非常に高い値です。
4、セラミックディスクペダルは非常に快適で、ブレーキの初期段階ですぐに最大の制動力を生み出すことができるため、ブレーキアシストシステムを強化する必要さえなく、全体的なブレーキは従来のブレーキシステムよりも速く、短くなります。 ;
5、高熱に耐えるために、ブレーキピストンとブレーキライナーの間にセラミック断熱材があります。
6、セラミックブレーキディスクは並外れた耐久性を持っており、通常の使用であれば生涯無料で交換できますが、通常の鋳鉄ブレーキディスクは通常数年間交換に使用されます。