來令片

來令片

來令片又叫剎車皮,剎車片,英文Lining的音譯,常用作Lining,Brake Lining,Brake Lining Shoe。

基本信息

概述

來令片也叫剎車片。在腳踏車的剎車系統中,剎車片是最關鍵的安全零件,所有剎車效果的好壞都是剎車片起決定性作用,所以說好的剎車片是人和腳踏車的保護神 。

剎車的工作原理主要是來自摩擦,利用剎車片與剎車碟(鼓)及輪胎與地面的摩擦,將車輛行進的動能轉換成摩擦後的熱能,將車子停下來。一套良好有效率的剎車系統必須能提供穩定、足夠、可控制的剎車力,並且具有良好的液壓傳遞及散熱能力,以確保駕駛人從剎車踏板所施的力能充分有效的傳到總泵及各分泵,及避免高熱所導致的液壓失效及剎車衰退。車子上的剎車系統分為碟式和鼓式兩大類,但是除了成本上的優勢外,鼓式剎車的效率遠比不上碟式剎車,因此所討論的剎車系統將僅以碟式剎車為主。

歷史與發展

早在1907年紐約國際汽車展上,由駱駝毛髮、棉纖維與柏油及橡膠結合而成的剎車來令片被人們視為最新科技。殊不知,此種材料不耐高溫,經劇烈使用會導致起火燃燒。從此,人類尋求適當磨耗材料之旅才剛剛開始。

當然,科技的進步是無止境的。依照現況,筆者把來令片的發展史進行了簡單的分類,除了形成期以外劃分成三個階段:第一個階段是石綿為主軸,添加樹脂為副材料。第二個階段是以鐵纖為主軸,添加傳統纖維為副材料。第三個階段是以強化纖維為主軸,添加特種金屬、陶 為副材料。

1935年,石綿(Asbestos)正式被發掘並使用在福特汽車上。石綿本身是一種相當耐磨的材料,相對於其它的傳統纖維而言,成本較低並能提供較為合理的磨耗,且不會損耗碟片,其纖維的抗拉強度與高級鐵纖維相近,可經受華氏數百度的高溫,而且對抑制噪音有一定的作用。

石綿材料一直被廣泛套用到20世紀80年代。前輪驅動汽車的大量生產,使得人們對“能夠經受更高溫度的來令片”的需求開始增加。同時,科學家也舉證了石綿的積存效應會導致人體呼吸器官病變,甚至會致癌。基於人體健康安全與剎車性能雙方面的考量下,人們又開始尋求其它替代材質。目前,石綿材質的來令片已經不多見了,基於成本與材料獲取考量,此種來令片僅存於第三世界及落後的開發中國家。

雖然從性能上來講,石綿是個很好的絕緣體和隔熱體,但同時也會由於它無法分散熱量而產生蓄熱現象,從而導致過熱衰竭(Fade),使剎車效果迅速流失——在溫度升高到176℃(350℉)以後,摩擦係數μ會迅速下降。也就是說,過熱後剎車效率會降低甚至出現失靈的現象。如此的剎車表現,當然會令駕駛者產生不快的感覺。漸漸地,另外一種金屬系(Metallic)來令片被開發出來,以取代石綿。

全金屬材質(Metallic)原本被套用於競賽或是高載荷的情況下(如卡車或坦克車上)。製造的方法為:將金屬粉末以高溫、高壓的方式燒結(Sinter)而成,因此並不需要樹脂等膠合物,而高溫也不會產生汽化和過熱衰竭現象。但是,這種來令片的初期制動(低溫下的制動)效果奇差,需要到達工作溫度後才會有制動力。於是“綜合了金屬系高溫特點及傳統纖維繫低溫特性”的半金屬系(Semi-Metallic)來令片被研究出來。

半金屬系(Semi-Metallic)來令片——顧名思義就是“含有大約一半金屬和一半合成纖維的成分”,綜合了兩種材質的優點,比傳統纖維繫更耐磨損,而且具有更好的抗溫升失效能力,最佳使用環境為中、高溫。這種來令片大量使用於1970~1980年代的前驅車上,這種車子的重量和剎車負荷大多偏重於車子的前輪,也就是說前剎車會有較高的工作溫度。但是,半金屬材質也有其最高使用溫度的限制——大約在538℃(1000℉),此時鐵纖維與摩擦材料會開始融化,最終粘結在碟片表面。

金屬系及半金屬系材料中均含有比例相當高的鐵質,最簡單的區分方法就是用磁鐵來加以判別——金屬系來令片會具有較高的磁性。當然,來令片的背板為鋼板或是鐵板,必然會具有磁性,如果以吸力較弱的磁鐵從來令片正面(也就是摩擦面)去吸附的話,就可以明顯地區分開來。鐵質成分越高就表明其硬度越高,產生噪音及磨損碟片的特性比其他材質來令片越明顯。此外,金屬系材質具有較好的導熱性,雖然有助於分散熱量,但同時也會將高溫傳到分泵活塞上,令剎車油沸騰(一般剎車油沸點約為攝氏兩百多度)從而導致剎車失靈。因此,金屬系來令片需配有隔離層(Insulation)夾在金屬摩擦材料與背板之間,以防止高溫回傳至剎車油。

越是對高溫性能有要求,越要將隔離層加厚,這樣一來有效磨損厚度就會相對變少。因此,各廠家的來令片最低磨損厚度規格不一,這與其耐溫性能及隔離層厚度有關。尤其是金屬系來令片,往往為了性能和隔熱,而犧牲來令片壽命及有效厚度。

半金屬系材料在經過不斷地改進和突破後,也能在噪音及磨損碟片的特性上接近甚至趕超傳統纖維繫來令片。但在潮濕、腐蝕性的環境中,比如寒帶國家在下雪後會灑鹽水以防止地面結冰(降低冰點),或是車輛閒置很久不使用,都有可能讓來令片與碟片鏽蝕,導致發動汽車後會感到剎車踏板跳動,直到鏽蝕與粉塵被磨掉為止。情況嚴重的話,有可能會把摩擦材料從來令片背板上生生地扯下來,此時就必須更換新的來令片了。筆者曾經使用過疑似泡過水的來令片,結果在很短的時間內,來令片好像蒸蛋糕似的膨脹和剝落,此時的安全係數幾乎為零。如果能夠獲悉生產日期的話,這對於消費者來講絕對是多了一層保障,特別是含鐵較高的來令片。

事實上,非金屬系的材質也在不斷地進化中,摩擦材料一直在性能、耐用度、噪音上尋找完美的平衡點。為了安全和性能,廠商往往把成本變成最後的考量。纖維繫來令片從使用皮革、棉質材料直到發現石綿材質後,並沒有停下發展的步伐。隨著科技的進步,從最初的天然氫碳有機化合物(Organic)纖維演化到全合成纖維(Synthetic)。

此類使用合成纖維取代石綿纖維的來令片系,被稱為非石綿系符合材質(Non-Asbestos Organic),簡稱NAO。早期傳統(Organic)有機合成纖維的耐熱度與耐磨度是其發展的兩大瓶頸——特別是在耐熱特性上,傳統纖維(Organic)非常接近石綿材質,也就是說無法及時帶走熱量,會導致其表面發生白化、裂化的現象。

最新的NAO採用的是玻璃纖維(Fiber Glass)、杜邦凱夫拉(Kevlar)纖維,其耐磨度是一般傳統合成纖維的2~6倍,而且在噪音控制方面也有傑出的表現。此種纖維還被加入非鐵系金屬如黃銅(Brass)、銅(Copper)粉末來提高其熱量傳導能力,甚至加入鎂合金、鈦合金、陶瓷等成分來增加它的熱穩定度,使其性能直逼金屬系材質。

這種來令片所含金屬成分相對較少,以特殊金屬替代鐵系金屬,並有絕佳的耐磨度與噪音表現,已經逐漸被各大車廠運用於新車的OEM標配部件。由於鐵系纖維的技術掌握在歐美國家手中,因此日系廠商非常重視最新一代NAO的研發,並努力使其成為主流產品。此外,或許是由於大量使用鐵纖系材質的關係,一些來令片產生的噪音在歐洲仍被視為可接受的水平,這一點倒是讓筆者感到驚訝與無法想像。此外,在鏽蝕等安全與環保的方面,NAO更是遠超過其他材質的來令片。惟其成本仍居高不下,量產技術也不易突破的今日,售後服務市場的普及化仍需要一些時日。

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