随着科学技术的蓬勃发展,铁路客货车的运输量也随之迅速增长,由此提升列车的速度也逐渐成为发展的必然选择,也是唯一的方向。铁路高速化建设与运营首要目标便是对列车相关技术的提升,保障运行的安全、可靠,而实现该目标的关键之一就是对列车的基础制动装置的提升,换个概念就是对基础制动装置中的刹车材料性能有了更高的要求。目前当高速列车的电气制动系统失效时,主要就是依靠紧急摩擦制动系统,此时制动闸片与制动盘的接触表面会受到热冲击,因此研究更高性能的制动闸片就变成了当前高铁技术领域中课题研究的重要内容之一。本文结合高速列车闸片摩擦材料的基本物理性能和摩擦磨损的能力,设计并制备了准高速列车制动用的树脂基合成闸片的摩擦材料,对该摩擦材料进行了摩擦磨损性能试验以及对偶面的扫描表征。通过模拟在紧急制动工况下对制动闸片的温度场和应力场的分布和变化规律进行研究,为优化和改善制动闸片的耐热性能以及实现准高速列车的安全稳定运行做一些基础的研究。本文主要研究工作和成果如下:1.通过水解反应制备以还原氧化石墨烯（RGO）与氧化铜（CuO）的纳米复合材料为填料以及缩聚反应制备的聚酰亚胺（PI）作为闸片的基体制备出合成闸片材料的试样。通过XRD对填料材料的结构和组成分析,通过红外测试了官能团在其表面的性质,以从分子层面探究填料对PI基合成闸片性能的提升,通过扫描电子显微镜（SEM）观察合成填料材料过程中典型产物的形态以及对该闸片材料的摩擦形貌进行观察和分析,对合成闸片材料在制动过程中的摩擦磨损机理进行了探讨。2.研究不同含量填料以及不同的施加压力对摩擦材料性能的影响,采用M-200型摩擦试验机测出该合成闸片摩擦材料的摩擦系数和磨损率。由试验可知:闸片材料中RGO/CuO填料的质量分数为0%-2%时,随着含量的增大,摩擦材料中的孔隙度明显降低,磨屑堆积较少,磨损性能也逐渐的提升;材料中填料的质量分数不变时,随着施加的压力的增加,闸片材料的孔隙度继续降低,磨损的痕迹逐渐变的光滑,磨屑堆积减轻,磨损性能得到大幅的提升。3.通过对自行研制的RGO/CuO/PI闸片摩擦材料进行力学及热学性能分析,得到了材料的一些物理性能,初步确定其作为制动闸片材料是可行的。RGO/CuO填料能有效改善聚酰亚胺树脂基刹车闸片的力学性能,且RGO/CuO/PI改性树脂闸片材料的耐热性高于纯PI树脂,减少刹车闸片的热衰退,提高摩擦系数的稳定性,降低磨损率;另外,RGO/CuO填料的加入使闸片材料的摩擦性能更稳定。4.本文采用ABAQUS有限元仿真模拟紧急制动过程中热-力耦合过程,主要分析了RGO/CuO/PI填料制动闸片的温度场分布以及应力场的分布特点,发现主要的温升区域出现在制动闸片与制动盘相接触的环面中心,然后温度梯度由制动闸片环面中心逐渐向两侧延伸,制动时应力场的分布特点和变化趋势基本与温度场相似。制动过程中温度梯度导致应力场变化,应力场的变化又反过来影响了接触面热变形,因此可以看出制动过程中合成闸片你的温度场与应力场是高度耦合的。选取RGO/PI填料与RGO/CuO/PI填料仿真模拟中摩擦单元通过折线图进行温度场与应力场的对比,RGO/PI摩擦材料的最高温度相比较于RGO/CuO/PI摩擦材料的最高温度提升大约25℃,相比较RGO/CuO/PI摩擦材料的峰值压力大了大约6MPa,RGO/CuO/PI摩擦材料比热容更大以及热物理属性更好,因此更适合作为闸片材料。