制動襯片蔡斯試驗分析研究

趙蕾 劉曉東 鄧德軍 李鴻磊

摘要： 蔡斯試驗是針對摩擦材料摩擦性能檢測的實驗室測試方法的一種，主要用于制動襯片生產廠家內部的質量控制，也可以用于外購制動襯片的質量評估。對于蔡斯試驗，國際上有多種測試方法，不同的測試方法對制動襯片的摩擦性能影響各不相同，本文主要是介紹各測試方法之間的異同點，對比分析其測試方法的差異。

Abstract： Chase test is a kind of laboratory test method for testing friction properties of friction materials， which is mainly used for internal quality control of brake lining manufacturers， and can also be used for quality evaluation of externally purchased brake lining. For the chase test， there are many test methods in the world， and different test methods have different influences on the friction performance of brake lining. This paper mainly introduces the similarities and differences between the test methods， and compares and analyzes the differences of the test methods.

關鍵詞： 制動襯片;摩擦材料;蔡斯試驗;測試方法

Key words： brake pads;rriction materials;chase test;test method

中圖分類號：U472.43;TQ172.1+6 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ?; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）01-0065-03

0 ?引言

摩擦材料性能磨損試驗有不同的試驗類型和試驗方法，各類試驗的目的、方法和設備均不相同。從根本上講，都是在一定條件下使被測的摩擦材料作功，測定其在作功過程中所產生的摩擦力（力矩）的大小及變化情況，以及作功后材料的尺寸（厚度）、重量及外觀的變化，從而對摩擦材料的性能做出評價。常采用的試驗類型有小樣試驗、臺架試驗及道路試驗。上述三種類型的試驗，不一定按照常規依次進行，根據具體情況，可以分別選取或結合進行。在亞洲及美洲等國家和地區基本上按照小樣試驗、臺架試驗和道路試驗的順序進行，而歐洲則一般不采用小樣試驗，只進行臺架試驗和道路試驗（ISO 7881-1987是唯一的小樣試驗標準，但現在已被廢止）。大多數摩擦材料企業更注重于小樣試驗和臺架試驗，道路試驗常由主機廠隨整車其他試驗項目一同進行。

小樣試驗是以小尺寸標準試樣為試驗對象，按照小樣試驗標準方法，在相應的小樣試驗設備上進行的試驗。它的試驗條件選擇范圍較寬，影響因素較易控制，在短時間內可以進行較多參數和較多次數的試驗，試驗數據重復性較好，對比性較強，易于發現其規律性;小樣試驗具有試驗簡捷、設備投資和試驗費用低等優點，但試驗模擬條件與摩擦片工作時的實際工況有一定差距，其試驗結果不足以評價摩擦材料在實際工況條件下的真實使用性能。小樣試驗的目的在于考察摩擦材料在特定試驗條件下的材料特性，常用于新產品開發前期的配方研究與篩選試驗。目前更多應用于具有穩定配方與成熟工藝的摩擦材料生產過程中間的質量監控。

目前，在亞洲一些國家和地區，如中國、日本韓國等，小樣試驗主要參照日本工業標準協會（JIS）制訂的JISD-4411小樣試驗規范，其規定的試驗設備是定速摩擦試驗機。定速試驗采用的是盤-塊式摩擦副形式，模擬的是定壓力、定速度、連速制動工況，測試以一定壓力、速度連續制動時，摩擦系數和磨損率隨溫度變化的情況。我國國家標準GB/T-2008汽車用制動器襯片中非等效采用JISD-4411試驗方法，是我國汽車摩擦材料行業中唯一的產品標準，同時也被國家及有關行業的摩擦材料質量監督管理部門確定為質量監督檢驗的方法標準。但是由于此試驗設備彈簧測力不夠精確、容易產生摩擦振動、水閥控制溫度誤差大、試驗結果與操作水平有關等缺點，正逐步被蔡斯試驗機取代。

蔡斯試驗設備最初是由美國汽車工程師協會（SAE）于20世紀50年代制訂的（初期版本稱為SAE J661A），并于1987年8月修訂完成并頒布的小樣試驗規范使用到的設備。SAE 在SAE J661試驗規范及按照此規范測試結果基礎上，又制定了SAE J866（汽車制動襯墊和剎車塊摩擦系數分級標志方法）和SAE J998（汽車制動襯墊的最低要求）標準。SAE J866標準為汽車制動襯片和制動蹄片的摩擦特性提供了統一的識別方法，SAE J998標準對摩擦材料產品的性能提出了最低要求。 SAE J661、SAE J866和SAE J998標準構成了一個較為完整的小樣試驗規范。國際標準ISO 7881參照采用了SAE J661A標準。蔡斯試驗方法與定速試驗有較大區別，蔡斯試驗除恒壓力試驗模式外，還規定了恒摩擦力試驗模式，即恒輸出功試驗，可通過正壓力的變化情況反映襯片摩擦性能的變化，而定速試驗機無此功能，因此蔡斯試驗工況模擬性優于定速試驗。

蔡斯試驗主要是模擬連續或斷續制動工況，采用鼓-塊式摩擦副結構，定速滑磨，測試以一定壓力、速度連續制動時，摩擦材料的摩擦系數和磨損率隨溫度變化的情況。其測試對象主要適用于汽車盤式制動器襯片和汽車鼓式制動器襯片，不適用于駐車制動器襯片。其測試項目主要包含基線試驗、衰退試驗、恢復試驗和磨損試驗。其測試目的主要用于生產廠家對制動襯片的質量控制，延伸可用于配方研發、出口產品質量認證及采購商質量評估等方面。隨著GB5763-2018的發布，其標準中已將蔡斯試驗（GB/T 17469-2012《汽車制動器襯片摩擦性能評價小樣臺架試驗方法》）作為制動襯片強制檢驗的一種實驗方法，國際上又有ISO、SAE、JASO也有蔡斯試驗的試驗方法。因此我們有必要對蔡斯試驗不同測試方法進行對比，找出它們之間的異同點，分析對比其測試方法的差異，使研發與測試人員明白各測試方法的區別與聯系，更方便他們進行研發測試試驗。

1 ?涉及試驗標準

①SAE J661-2012 Brake Lining Quality Procedure（現行）;②SAE J866-2012 Friction Coefficient Identification and Environment Marking System for Brake Linings（現行）;③SAE J998-1986 Minimum Requirements for Motor Vehice Brake Linings（現行）;④JASO C418-1991 Brake Linings Friction Characteristics Test Procedure（現行）;⑤ISO 7881-1987 Road Vehicle-Brake Linings-Evalution of Friction Material Characteristics-Small Sample Bench Test Procedure（廢止）;⑥GB/T 17469汽車制動器襯片摩擦性能評價小樣臺架試驗方法（1998版，等同于ISO 7881-1987，廢止;2012版，對應SAE J661和SAE J866，現行）。

2 ?各標準之間的引用關系

JASO C418標準制定之前，SAE J661a在日本應用已經比較普遍，ISO 7881標準也已經在日本開始使用。為了實現國際標準的統一，JASO在制定標準時，考慮了以下兩個原則：①與ISO 7881標準做好協調工作;②為了全面應用，做好與SAE J661的協調工作。

由于ISO 7881的廢止，現ISO到目前為止沒有發布新的蔡斯試驗標準，GB/T 17469由原先的等同采用ISO 7881轉為等效采用SAE J661和SAE J866。

3 ?試驗設備

此試驗設備為摩擦材料小樣臺架試驗機，試驗機應具備以下功能：①能夠測量制動鼓溫度，且溫度測量系統的精度為滿量程±2%;②能夠加熱制動鼓;③能夠控制制動鼓加熱速率;④僅從制動鼓的背面冷卻制動鼓;⑤能夠控制制動鼓的降溫速率;⑥能夠測量制動鼓轉速，制動鼓速度測量系統的精度為滿量程的±2%;⑦能夠測量制動鼓摩擦力或壓力，摩擦力測量系統的精度為滿量程的±2%。

制動鼓升溫方式應按如下方式進行調節，并在試驗過程中保持此狀態：制動鼓轉速417rpm，用冷卻空氣將制動鼓從149℃冷卻至93℃，然后關閉冷卻空氣，自然冷卻至82℃，打開加熱器并開始計時，加熱10min。制動鼓溫度應在10min升到221℃±14℃。制動鼓降溫方式應按如下方式進行調節，并在試驗過程中保持此狀態：制動鼓轉速417rpm，用加熱器將制動鼓加熱至371℃，然后關閉加熱器，開啟冷卻空氣，降溫至343℃開始計時，冷卻10min。制動鼓溫度應在10min將至93℃±14℃。熱電偶測量點深度應符合以下要求：當制動鼓內徑為277mm-278mm時，熱電偶測量點深度為2.55mm;當制動鼓內徑為278mm-279mm時，溫度測量點深度為3.05mm;當制動鼓內徑為279mm-280mm時，測量點深度為3.55mm（測量點深度是指新制動鼓的內徑為277.4mm時的深度）。

4 ?試驗標準內容對比（表1）

由于SAE J866與SAE J998是對標準SAE J661的補充與試驗結果評價，不是試驗方法，因此沒有在對比標準行列。另外，對于GB/T 17469，其1998版是等同ISO 7881，其2012版等同于SAE J661，因此也不在對比行列。

根據使用目的的不同，方便靈活使用，JASO C418將熱態分為A1、A2和B三個部分，對應關系如下：A1—ISO 7881A;A2—SAE J661;B—ISO 7881 B。

5 ?試樣制備

四個試驗標準都需要制取試樣進行試驗，從各試驗標準中看出SAE J661（GB/T 17469-2012）的制樣過程尤為詳細，下面就以SAE J661（GB/T 17469-2012）制樣過程為參照。從每批產品中隨機抽取5個襯片。從每個襯片中制取一個試樣。試樣應從襯片的中部截取，取樣位置到襯片周邊距離相等。試樣長寬尺寸為25.4mm*25.4mm，試樣摩擦面為弧形，圓弧半徑應與制動鼓相吻合，背面為平面，最厚處厚度（或試樣加上消音片）約為6mm。試樣的試驗摩擦面應為襯片的摩擦面。對于已經磨削加工過的試樣，應從其摩擦面上至少磨去0.3mm，但不得超過0.5mm。對于未經磨削的試樣（直接從模具中取出），應從摩擦面上磨去1.0mm-1.2mm，以便襯片表面的樹脂浸漬層能完全清除。

制好的試樣的試驗摩擦面不應用手接觸，應避免粘上其他外來雜質。

6 ?摩擦系數計算方法與編碼—SAE J866

SAE J866標準旨在提供一種對制動器襯片的摩擦系數進行分類的統一方法，本方法是以按照SAE J661標準進行測試所得到的數據為基礎的。需要強調指出的是本標準并不是規定制動器襯片的摩擦系數要求，也不是指定在整個制動器性能試驗中必須考慮的制動器襯片的特性。

為了便于表述，其將摩擦系數值分為C、D、E、F、G、H六類，見表2。

根據本試驗方法測得的摩擦系數值，計算出常溫摩擦系數和高溫摩擦系數，按照上表的類別代號，標記本批次襯片的級別。第一個字母表示常溫摩擦系數值，第二個字母表示高溫摩擦系數值。

常溫摩擦系數計算方法如下：

第二次衰退試驗四個溫度點的平均值。93℃（200°F）;121℃（250°F）;149℃（300°F）;204℃（400°F）。

高溫摩擦系數計算方法如下：為10個溫度點的平均值。第一次恢復試驗204℃（400°F）和149℃（300°F），兩個溫度點;第二次衰退試驗在232℃（450°F）、280℃（500°F）、288℃（550°F）、316℃（600°F）和343℃（650°F），五個溫度點;第二次恢復試驗在280℃（500°F）、204℃（400°F）和149℃（300°F），三個溫度點。

舉例：如某一襯片的常溫摩擦系數值為0.29（摩擦系數值在0.25與0.35之間，屬于E級），高溫摩擦系數值為0.40（摩擦系數值在0.35與0.45之間，屬于F級），則標記為EF級。

7 ?摩擦襯片最低性能—SAE J998

本標準要求應按照SAE J661標準試驗方法進行五個樣品的測試，并按照標準SAE J866進行摩擦系數值的評價。摩擦性能最低要求：①常溫摩擦系數值>0.25—五個樣品試驗的平均值。②高溫摩擦系數值>0.15—五個樣品試驗的平均值。③五個樣品試驗的以下采集點，摩擦系數值應>0.15：a）第二次衰退：93℃（200°F）至288℃（550°F），共包含著八個溫度點;b）第二次恢復：149℃（300°F）至93℃（200°F），共包含著兩個溫度點。④摩擦系數的變化：在第二次衰退試驗93℃（200°F）至288℃（550°F）之間（共包含著八個溫度點）以及第二次恢復試驗149℃（300°F）至93℃（200°F）之間（共包含著兩個溫度點），摩擦系數差值≤0.050或者變化率≤20%。SAE J661、SAE J866和SAE J998構成了一個較為完整的小樣試驗規范，是AMECA認證的一部分。AMECA全稱為Automotive Manufacturers Equipment Compliance Agency（美國汽車制造商設備安全監督委員會）。

8 ?摩擦系數計算—JASO C418和ISO 7881JASO C418摩擦系數計算方法如表3。

ISO 7881摩擦系數計算如下：常溫摩擦系數：衰退試驗時在100℃、150℃和200℃測得的摩擦系數平均值。高溫摩擦系數：在A工況下，衰退試驗時在300℃、350℃和恢復試驗時300℃測得的摩擦系數平均值。在B工況下，衰退試驗時在350℃、400℃和恢復試驗時350℃測得的摩擦系數平均值。

9 ?總結

本文主要是針對蔡斯試驗不同試驗標準JASO C418、ISO 7881、SAE J661、SAE J866、SAE J998及GB/T 17469在標準引用關系、試驗方法及摩擦系數計算方法等方面進行對比，得出各標準的詳細區別與共同點，對摩擦材料配方研發和測試具有重要的指導作用，具有很強的實用性。

參考文獻：

[1]SAE J661-2012， Brake Lining Quality Procedure.

[2]SAE J866-2012， Friction Coefficient Identification and Environment Marking System for Brake Linings.

[3]SAE J998-1986， Minimum Requirements for Motor Vehice Brake Linings.

[4]JASO C418-1991， Brake Linings Friction Characteristics Test Procedure.

[5]ISO 7881-1987， Road Vehicle-Brake Linings-Evalution of Friction Material Characteristics-Small Sample Bench Test Procedure.

[6]GB/T 17469-1998，汽車制動器襯片摩擦性能評價小樣臺架試驗方法[S].

[7]GB/T 17469-2012，汽車制動器襯片摩擦性能評價小樣臺架試驗方法[S].