制动系统非金属材料选材指南.docx

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制动系统非金属材料选材指南

奇瑞汽车有限公司

制动系统非金属材料选材指南

编制：

审核：

批准：

乘用车工程研究院

材料部

制动系统非金属材料选材指南

制动系统必须保证驾驶员在行车过程中能控制机动车安全、有效地减速和停车。

一般包括行车制动，驻车制动及压力调节装置。

行车制动必须是可控制的，且必须保证驾驶员在其座位上双手无须离开方向盘（或方向把）就能实现制动;驻车制动应能使机动车即使在没有驾驶员的情况下，也能停在上、下坡道上，驾驶员必须在座位上就可以实现驻车制动。

制动系统主要构成如下:

1）行车制动系统:

包括基础制动器、真空助力器带制动主缸总成、储液罐、真空管总成、制动管路、踏板等；

2）驻车制动系统：

包括驻车操纵机构总成、制动拉索、驻车制动器等；

3）压力调节装置：

包括包括ABS控制器总成，比例阀,ABS传感器等。

压力调节装置有ABS控制器，传感器，控制阀，限压阀，比例阀，感载阀，惯性阀等。

这部分零件材料选择这里不做分析。

本指南主要对行车制动系统及驻车制动系统的部分非金属件材料选择进行分析。

1-制动踏板2-真空助力器总成3-真空管总成4-储液罐总成5-制动主缸总成

6-比例阀总成7-左前制动管路8-左后制动管路9-右后制动管路

10-后制动器总成11-前制动器总成12-右前制动管路

图1汽车制动系统示意图

一、行车制动系统非金属选材指南

行车制动系统包括基础制动器、真空助力器带制动主缸总成、储液罐、真空管总成、制动管路、踏板等。

基础制动器是指制动系中用以产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力的部件。

由于制动器部分主要是金属材料等，这里主要对其他部分零件的非金属材料用材进行分析。

1.1真空助力器带制动主缸总成

图2真空助力器带制动主缸示意图

真空助力器带制动主缸总成是汽车制动系统的重要的传动部件。

其作用是利用发动机上的真空源，使驾驶员用很小的踏板力，就能产生很大的制动力。

真空助力器带制动主缸总成里面的液体是制动液。

因此，与之接触的非金属材料与制动液都要有极好的相容性。

如制动皮碗，当活塞相对缸体移动时，制动皮碗起着密封制动液的作用。

表1常用橡胶与制动液（DOT4）的相容性及使用温度

CR

FKM

NBR

IIR

VMQ

EPDM

SBR

NR

ACM

制动液

P

P

P

F

P

G

F

F

P

使用

温度

-40～

110℃

-30～

250℃

-40～

120℃

-50～

150℃

-80～

220℃

-50～

150℃

-50～

100℃

-50～

100℃

-40～

180℃

注：

P-相容性较差；F指相容性中等；G指相容性较好。

EPDM与非石油基制动液（目前我公司采用的DOT4制动液为非石油基制动液）有较好的相容性，当EPDM在与制动液长期接触时，仍能保持良好的性能。

另外，IIR，SBR，NR等也和制动液有较好的相容性。

而传统的耐油橡胶如CR、FKM、NBR、ACM等，与制动液之间的相容性较差，所以一般不用于与制动液接触的部分。

另外，EPDM有极好的耐热性能，使用温度范围在-50～150℃之间，而SBR，NR使用温度一般在-50～100℃之间。

如果温度超过150℃，就需要考虑ACM/AEM，VMQ等。

真空助力器带制动主缸部分主要非金属材料有橡胶皮碗，橡胶皮膜，阀体，防尘罩等等。

1.1.1橡胶皮碗

橡胶皮碗一般用于液压式单管路制动系统中，在汽车制动时，当驾驶员踩下制动踏板时，主缸内的油液在活塞的推动下通过导液胶碗的油槽沿胶碗的壁流过，并推动回位弹簧将驾驶员脚踏的力量从机械力转变为油液压力，油液从主缸传递入轮缸的分泵，在轮缸中油液的压力使轮缸回位弹簧伸张，油液压力转变为机械力通过轮缸皮碗机械力使制动蹄头子与制动鼓接触，因而产生制动作用。

1.1.1.1皮碗的分类

皮碗按照制动缸分为主缸皮碗和轮缸皮碗两种。

主缸皮碗由主皮碗和副皮碗配套组成。

皮碗按截面分为碗型和环型两种。

主缸主皮碗有导液碗型，导液环型，承压环型和位定环型四种。

导液碗型导液环型承压环型位定环型

图3主缸主皮碗各类型示意图

主缸副皮碗有环型，C型两种。

主缸副皮碗环型皮碗主缸副皮碗C型皮碗

图4主缸副皮碗示意图

用于轮缸的皮碗有碗型，环形，轮缸刀型。

轮缸碗型皮碗轮缸环型皮碗轮缸刀型皮碗

图5轮缸的皮碗示意图

1.1.1.2皮碗的选材

不管哪种类型的皮碗，其主要作用是密封，保证制动液不泄漏。

汽车用液压制动橡胶皮碗的主要特点如下：

1）橡胶皮碗必须具有一定的弹性、压缩变形性和耐磨性，以保证胶碗在使用过程中具有传递液压的一定回位能力和密封能力；

2）在高温及低温下耐液压介质性较好，胶碗在制动密封装置中较长时间与制动液接触，故要求有良好的耐制动液的抗溶涨性，不允许在高、低温、静态室温下发生泄漏；

3）精密的成型尺寸稳定性和严格的成型尺寸公差控制。

由于汽车正向高速和高制动性能发展，液压传递压力有了很大的提高，要求工作环境温度范围更宽，能承受高压等。

一般来说，皮碗橡胶要求在-45℃～150℃范围内，性能不发生大的变化，因此，以前传统的天然橡胶和丁苯橡胶不再适用，而使用耐高温更好的EPDM材料等。

橡胶皮碗必须要有极好的耐制动液腐蚀作用。

现在销售的制动液均为合成制动液，合成制动液是指用醇醚类化工原料配制的，针对以前销售的矿油刹车油和酒精类醇型刹车油而言，矿油刹车油性能较差，已逐渐被替代，酒精类醇型刹车油国家早已明令淘汰。

我公司目前使用的制动液为DOT4制动液，由多元醇和多元醇醚硼酸酯构成。

EPDM有极好的耐DOT4腐蚀性能，NR，SBR，IIR也有较好的DOT4制动液相容性，但NR，SBR耐高温较差，一般在100℃以下使用，而IIR弹性等物理性能要逊于EPDM。

所以，真空助力器皮碗主要适用EPDM橡胶材料。

EPDM是以乙烯和丙烯的共聚高分子材料，属于饱和非极性橡胶，有突出的化学稳定性、优异的电绝缘性和耐过热水性能；因为乙丙橡胶的高度饱和性，所以有优异的耐臭氧性、高的热稳定性、优异的耐天候性、极佳的耐化学药品性；乙丙橡胶是非极性，所以不耐非极性油类和溶剂，如汽油、苯等；耐极性溶剂，如水、水蒸汽、磷酸酯类液压油等；使用温度范围广，能在-60℃～150℃之间长期使用。

1.1.1.3皮碗的标准要求

对液压制动橡胶皮碗，各个企业/行业都有自己的标准。

1）化工标准HG2865-1997中液压制动橡胶皮碗材料要求如下：

表2化工标准HG2865-1997中液压制动橡胶皮碗材料要求

序号

试验项目

试验方法

要求

A类

B类

C类

1

硬度（邵氏A）

GB/T531

60±5或70±5可以调整

2

拉伸强度（MPa）

GB/T528

10min

3

拉断伸长率（%）

GB/T528

300min

4

压缩永久变形

GB/T7759

70℃×24h

120℃×24h

150℃×24h

30

30

30

5

热老化

GB/T3512

70℃×96h

120℃×72h

150℃×72h

硬度变化

-5～+5

-5～+10

-5～+10

拉伸强度变化率%

-30max

-40max

-40max

断裂伸长率变化率%

-30max

-40max

-40max

6

耐液体试验

GB/T1690

70℃×120h

120℃×72h

150℃×72h

硬度变化

-10～0

-15～0

-15～0

拉伸强度变化

-25max

-40max

-40max

断裂伸长率变化

-25max

-40max

-40max

体积变化率

0～15

0～20

0～20

7

低温脆性

GB/T1682

-50

-50

-50

表3化工标准HG-2865-1997对皮碗成品的理化性能要求

序号

试验项目

要求

A类

B类

C类

1

硬度（邵氏A）

60±5或70±5

2

耐液体试验

70℃×120h

120℃×70h

150℃×70h

体积变化

0~15

0~20

0~20

唇径变化率

0~5

0~5

0~5

端径变化率

0~5

0~5

0~5

硬度变化

-10~0

-15~0

-15~0

外观变化

无发粘及异常现象

3

沉淀

0.3

0.3

0.3

4

金属腐蚀100℃120h

质量变化量

镀镉铁皮

±2

钢

±2

铝

±1

铸铁

±2

黄铜

±4

铜

±4

锌

±4

金属试片外观变化

无腐蚀痕迹，允许变色

皮碗端径变化率

0～5

皮碗外观变化

无发粘及异常现象

沉淀体积比

0.2

5

贮存腐蚀皮碗接触的

金属工作表面变化

在相对湿度95%下，以45℃×16h

和20℃×8h为一周期，共12周期。

要求无腐蚀痕迹，允许变色。

2）GM公司制动皮碗标准GMW14721

表4GM公司制动皮碗标准

Property

TestMethod

Unit

Value

Hardness

TypeA

ISO48MethodM

IRHD

75±5

TypeB

Asspecifiedondrawing/mathdatafile

ShoreA

Asspecifiedondrawing

AgeResistance（heatAging）

TypeA

ISO188MethodB,168-2hat+125±3℃

ChangeinHardness

ChangeinAppearance

IRHD

±5max

Noevidenceofblisteringcrackingorchangeinshapefromoriginalform

TypeB

Asspecifiedofndrawing/mathdatafile

Asspecifiedondrawing

ResistancetoBrakeFluid

TypeA

ISO1817,toL0000102,125±3℃,168-2h

ChangeinVolume

Changeinoutsidediameterlip

Changeinoutsidediameterbase

Precipitationinbrakefluidafter24hat+23±5℃

%

&

%

%

0to+10max

0to+5.75max

0to+5.75max

0.3byvolumemax

Nocrystallineprecipitationsallowed

Coldresistance

TypeA

Testisperformedoncompletebrakeormastercylinderassemblies,CleanallpartswithethanolandmoistenthepartswithbrakefluidL0000102beforeassembling.FilltheCylinderWithbrakefluidandStorefor336-2hat+70±3℃（forwheelbrakecylinderleaveinletboreopenandclosebleedingscrew.）

Aftercoolingdownto+23±5℃，cylindersaredisassembledandevaluated.

Noevidenceofrubberadhesionofthetestsealsshallappearduringdisassembly.

Metalpartsmustbefreefromcorrosionorotherprecipitations.

Minorprecipitationsinthebrakefluidareallowed.

TypeB

Asspecifiedondrawing/mathdatafile

Asspecifiedondrawing

CyclingHumidityStorageCorrosionTest

TypeA

UsedassembliesasdescribedinCorrosionResistance,butwithoutfillingwithbrakefluid.Storetheassemblieswithinletboredownwardstothefollowingcycle.

16-0.5hat+40±3°Cand95±3%rel.humidity,

followedby8-0.5hat+23±5°Cand95±3%rel.humidity

Continuethe24hcycleforatotalof12cycles.

Interruptionisonlypossibleafterawholecycle.Untilcontinuingthecycle,partsmustbestoredat+23±5°Cand95±3%rel.humidity.

After12cycles,cylindersaredisassembledandevaluated.

Nocorrosionisallowedinthecontactareabetweensealingandcylinderwall.

Corrosionorstainingbeyondthecontactareaistobeignored.

TypeB

Asspecifiedondrawing/mathdatafile

Asspecifiedondrawing

DurabilityTests

GMW14392DurabilityTestofBrakeBoosters,BrakeProportioningValves,CalipersandSlaveCylinders

GMW14393ColdTestingofWheelBrakeCylinders

3）万都对制动系统用EPDM要求

表5万都对制动系统用EPDM要求

RubberMaterial

EPDM

Ambientproperty

Hardness（IRHD/HsA）

75±5

TensileStrength（MPa）Min

12

Elongation（%）,Min

200

TearStremgth（N/mm）Min

10

AcceleratedAgeinginAir

150℃×70h

HardnessChange（Points）

0～5

TensileStrengthchange（%）max

-20

ElongationChange（%）,Max

-30

AcceleratedAgeinginAir

150℃×96hWeightChange（%）

-1.5～0

150℃×4WHardnessChange

90oBendingTest

0～15

NoCrack

200℃×24hHardnessChange

90oBendingTest

0～10

NoCrack

CompressionSet

150℃×24hCompressionSet（%）,Max

20

ResistancetoFluids

150℃×168h

HardnessChange（Points）

-1～0

TensileStrength（%）,Max

-20

ElongationChange（%）Max

-30

ResistancetoFluids

70℃×70hVolumeChange（%）

-1～5

70℃×4WVolumeChange（%）

-1～5

150℃×70hVolumeChange（%）

0～8

150℃×4WVolumeChange（%）

0～8

CopperCorrosion

100℃×16hAppearance

NoCrack

LowTemperatureProperty

T10（℃）,Max

-40

Flexibility（90Bending）-40℃×24h

通过

HardnessChange（Points）

0～25

ResistancetoOzone

50×10-8,40℃,10%EL,72H

/

各公司/行业对制动皮碗要求比较如下：

HG行业中，皮碗材料分为三个等级，万都和GM标准中，只分为一个等级。

其中通用标准中试验是按照125℃等级进行，万都是按照150℃等级进行，HG行业是按照70℃，120℃和150℃三个等级进行。

比较HG行业和万都的标准可以看出，除常态断裂伸长率和脆性温度两项中HG行业比万都要求高外，其余各项要求均要求宽松。

制动皮碗橡胶材料最重要的三项性能（压缩永久变形，耐热空气老化，耐制动液）中，万都的耐热空气老化，耐制动液两项不仅试验条件苛刻，而且数值要求高；压缩永久变形试验条件一样，数值要求高。

HG行业中有对橡胶皮碗零件的具体性能要求，GM标准是对皮碗零件标准。

我公司还没有专门针对橡胶皮碗制动标准，目前制定的试验要求如下：

表6我司对制动皮碗要求

序号

试验项目

试验方法

奇瑞要求

备注

1

密度

GB/T533A

/

2

硬度（邵氏A）

GB/T531

70±5

可以调整

3

拉伸强度（MPa）

GB/T528

≥10

4

拉断伸长率（%）

GB/T528

≥200

5

热老化

150℃×70h

硬度变化

GB/T3512

0～+10

拉伸强度变化率%

-20max

断裂伸长率变化率%

-30max

6

耐DOT4

150℃×70h

硬度变化

GB/T1690

-10～0

拉伸强度变化率%

-20max

断裂伸长率变化率%

-30max

体积变化

0～10

7

压缩永久变形125℃×24h

GB/T7759

≤30

8

低温脆性（-40℃×3min）

GB/T1682

无裂纹

9

其他性能

/

按图纸要求

除皮碗之外，各种橡胶阀体，如空气阀，真空阀等，也主要使用EPDM橡胶。

如同皮碗一样，这些橡胶件也需要与制动液有极好的相容性，其性能要求可以参照皮碗要求，其中耐热等级较皮碗稍低。

1.1.2橡胶皮膜

真空助力器中的气室被膜片分隔成左右两腔，左腔经真空管与真空管连接，右腔经由空气阀与大气相通。

1.1.2.1真空助力器皮膜材料要求

真空助力器膜片的主要特点：

1）膜片必须具有一定的弹性、压缩变形性和耐磨性，以保证膜片在运动过程中，具有较好的密封能力；

2）膜片要有较好的耐臭氧性。

气室被膜片分隔成左右两腔，其中工作腔中，空气阀打开时，与大气相通，膜片与大气接触，因此，橡胶膜片需要有较好的耐臭氧性能。

3）膜片有可能与制动液蒸汽接触，需要有一定的制动液相容性。

由于以前主要使用矿物油制动液，所以膜片主要使用耐矿物油的NBR材料。

现在制动液均为极性的合成制动液，所以选用耐合成制动液的SBR，EPDM等橡胶材料。

SBR是苯乙烯与丁二烯的共聚物，其价格便宜，低于NR，EPDM，CR，NBR，IIR等常用橡胶。

SBR具有较好的弹性，虽然稍逊于NR橡胶，但在一般橡胶中仍属好的。

另外，其耐磨性与耐皲裂性较好，均优于NR。

SBR耐臭氧等老化性能较差，与NR相当。

目前在助力器的膜片中，既有NBR材料，也有SBR，EPDM材料。

我公司还没有针对该零件制定相应的材料标准。

1.1.2.2真空助力器皮膜标准

1）GM制动皮膜要求

表7GM对制动皮碗要求

Property

TestMethod

Unit

Value

Hardness

TypesAandB

ISO48MethodM

IRHD

60＋5/－10

TypeC

Asspecifiedondrawing/mathdatafile

ShoreA

Asspecifiedondrawing

ElongationatBreak

TypesAandB

ISO37,Type4dumb-bell,200±20mm/minute

%

300minmum

TypeC

Asspecifiedondrawing/mathdatafile

%

Asspecifiedofdrawing

Tensilestrength

Tensilemodulus@100%Elongation

TypesAandB

ISO37,Type4dumb-bell,200±20mm/minute

MPa

15minmum

TypeC

Asspecifiedondrawing/mathdatafile

MPa

Asspecifiedofdrawing

AgeResistance（HeatAging）

TypeA

ISO188MethodB,168-2hat+100℃

ChangeinHardness

IRHD

+10max

ChangeinElongationatBreak

%

-40max

ChangeinTensileStrength

%

-30max

ChangeinTearStrength

%

-40max

TensileModulus@100%Elongation

MPa

3minimum

TypeB

ISO188MethodB,168-2hat+125±3℃

ChangeinHardness

IRHD

+10max

ChangeinElongationatBreak

%

-50max

ChangeinTensileStrength

%

-35Max

TensileModulus@100%Elongation

MPa

3minimum

TypeC

Asspecifiedondrawing/mathdatafile

Asspecifiedondrawing

Resistancet