As pastilhas de freio de automóveis e máquinas de construção são uma espécie de material de fricção. A principal função é absorver energia cinética através do atrito com o metal para fazer o veículo funcionar de forma segura e confiável. Deve ter bom desempenho de fricção e resistência ao desgaste e, ao mesmo tempo, boa resistência mecânica e resistência ao calor. De acordo com a composição do material da pastilha de freio, ele é dividido em pastilhas de freio de amianto (amianto), pastilhas de freio semi{3}}metálicas, pastilhas de freio NAO (material de fricção orgânico sem amianto) e pastilhas de freio à base de-cerâmica. A produção e utilização de pastilhas de travão de amianto estão agora proibidas; a poeira e os pós metálicos que escapam para o ar após o atrito das pastilhas de freio semi{7}}metálicas são prejudiciais ao corpo humano e ao meio ambiente; As pastilhas de freio NAO não apresentam boa resistência ao calor e estabilidade do coeficiente de atrito em altas temperaturas; As pastilhas de freio-de cerâmica têm coeficiente de atrito estável, boa estabilidade térmica e boa resistência ao desgaste, não contêm componentes metálicos e têm uma vida útil mais que o dobro da de outras pastilhas de freio. Eles têm desempenho geral superior e são produtos limpos e ecologicamente corretos. Aos poucos será amplamente utilizado no mercado.
Componentes de pastilhas de freio à base de cerâmica
As pastilhas de freio de cerâmica são compostas principalmente de fibra reforçada, enchimento mineral, regulador de desempenho de fricção e aglutinante, e são feitas de produtos após produção e processamento.
Sua composição (% em massa) é: fibra reforçada 25 ~ 40, carga 10 ~ 30, matriz adesiva 15 ~ 30, regulador de propriedade de fricção 10 ~ 20, lubrificante anti{8}}desgaste 15 ~ 30, agente de endurecimento elástico 5 ~ 10.
1.1 Fibras de reforço em pastilhas de freio cerâmicas e suas funções
Tabela 1 Parâmetros de desempenho da fibra cerâmica
A fibra é usada como material de reforço em pastilhas de freio-à base de cerâmica e desempenha um papel importante na resistência, no desempenho de atrito e na resistência ao desgaste das pastilhas de freio. As fibras de reforço comumente usadas para pastilhas de freio à base de cerâmica são fibra de silicato de alumínio, fibra de alumina, fibra de carbono e fibra de zircônia. Inicialmente, as fibras de silicato de alumínio e as fibras de alumina são utilizadas principalmente. Estudos posteriores descobriram que a fibra de zircônia é melhor que a fibra de alumina e o silicato de alumínio. A fibra tem desempenho mais superior, sua resistência à oxidação, resistência à corrosão, baixa condutividade térmica, melhor desempenho em altas temperaturas, é um material de fibra de melhor reforço. A fibra de reforço usada na pastilha de freio-cerâmica é uma fibra híbrida com as fibras-mencionadas acima em boa proporção, que tem um efeito de reforço melhor do que uma única fibra. Vários parâmetros de desempenho da fibra cerâmica são mostrados na Tabela 1.
1.2 Cargas minerais e funções em pastilhas de freio-cerâmicas
A carga mineral em pastilhas de freio-cerâmicas pode melhorar as propriedades físicas e mecânicas das pastilhas de freio (como condutividade térmica, expansão térmica, densidade, resistência, rigidez e dureza, etc.) e também pode ajustar o desempenho de atrito e o custo do produto. A gaxeta é dividida em gaxeta anti{3}}fricção, gaxeta de aumento de fricção- ou gaxeta de fricção. Os enchimentos anti{6}}atrito podem melhorar a resistência ao desgaste das pastilhas de freio, reduzir o coeficiente de atrito e reduzir o ruído de frenagem; O aumento de atrito-ou enchimentos de atrito podem melhorar as propriedades físicas e mecânicas das pastilhas de freio, aumentar a resistência ao atrito, estabilizar o coeficiente de atrito e melhorar a resistência ao desgaste.
A fim de melhorar o desempenho geral das pastilhas de freio, os enchimentos para redução de atrito e os enchimentos para aumento de atrito serão misturados e usados em uma certa proporção de acordo com os requisitos de uso. As principais cargas minerais utilizadas em pastilhas de freio-cerâmicas são: barita, vermiculita expandida, sepiolita, corindo, zircão, grafite, talco, volastonita, zeólita, terra diatomácea, brucita, hidrotalcita, etc.
A barita pode aumentar e estabilizar o coeficiente de atrito, reduzir o desgaste e o ruído de frenagem e formar uma interface de atrito relativamente estável em altas temperaturas, o que pode evitar que a superfície do par de atrito arranhe e torne a superfície do par de atrito mais lisa. É um material de controle-que aumenta o atrito.
A vermiculita expandida possui excelentes propriedades físicas e químicas, o que pode reduzir a adesão eletrostática na superfície da pastilha de freio, reduzir a densidade do produto e o ruído de frenagem e aumentar sua elasticidade. É um enchimento para regular a redução de ruído e a absorção de choques.
A sepiolita é um mineral de silicato fibroso. O colóide sepiolita é adicionado à pastilha de freio como material de base de reforço. Possui boa tenacidade, alta resistência à tração e flexão, alta resistência ao impacto, resistência a altas temperaturas e baixa resistência ao desgaste, e boa deterioração em altas temperaturas. .
O corindo e o zircão têm alta dureza e são cargas duras. Adicionar zircão ou corindo pode exercer um bom efeito de aumento de atrito-e menor ruído de frenagem.
O grafite é um material de controle anti{0}fricção e regulador de desempenho de fricção. Possui boa condutividade térmica, pode reduzir a taxa de desgaste, estabilizar o coeficiente de atrito e também acelerar a dispersão do calor de atrito na superfície da pastilha de freio e melhorar a estabilidade térmica da pastilha de freio.
O talco é um mineral de silicato com estrutura em camadas. Desempenha o papel de reduzir o atrito e regular os enchimentos. Possui boa adesão com ligantes e pode melhorar a resistência das pastilhas de freio.
A Wollastonita tem características-de agulha, baixa expansão térmica e excelente resistência ao choque térmico, o que pode aumentar o coeficiente de atrito e reduzir a taxa de desgaste, ajudar a pastilha de freio a formar uma superfície de contato lisa e reduzir o desgaste.
Zeólita e terra diatomácea possuem excelentes propriedades de adsorção, que podem absorver totalmente as pequenas substâncias moleculares decompostas pela pastilha de freio em alta temperatura, o calor gerado na superfície do par de fricção e o ruído de frenagem. É um enchimento de controle de desempenho de fricção.
A brucita contém uma certa quantidade de água cristalina, e a estrutura cristalina-em forma de placa torna-se fibra fibrosa de brucita quando é deformada. Possui flexibilidade e flexibilidade, resistência a altas temperaturas e excelente resistência a álcalis.
A hidrotalcita-como tem excelente perda de peso térmico e absorção de calor, pode absorver calor de fricção, sofrer mudança de fase em alta temperatura e transformar-se gradualmente em minerais de espinélio, o que tem um efeito aprimorado nas propriedades físicas e mecânicas das pastilhas de freio e é lubrificante, reduzindo o atrito e reparando materiais regulamentados.
1.3 Ligantes e funções em pastilhas de freio-cerâmicas
O aglutinante possui boas propriedades umectantes para reforçar fibras, cargas e outros componentes. Ele une esses materiais e forma uma ligação química estável com eles. É a matriz da pastilha de freio. O aglutinante usado nas pastilhas de freio-cerâmicas é resina fenólica (resina modificada) e pó de borracha sintética, principalmente resina fenólica. Sob uma certa temperatura de aquecimento, ele amolecerá primeiro e depois entrará em um estado de fluido viscoso para gerar fluxo e distribuí-lo uniformemente. No material formador de pastilha de freio à base de cerâmica, a fibra de reforço e o enchimento são unidos através da cura e vulcanização da resina para formar um produto com uma textura densa, uma certa resistência mecânica e atendendo aos requisitos de desempenho de fricção da pastilha de freio; pó de borracha pode ser melhorado A maciez do produto reduz sua dureza.
Pastilhas de freio-de cerâmica funcionam sob condições de alta temperatura de 200 a 500 graus durante a frenagem. Nesta faixa de temperatura, as fibras cerâmicas reforçadas inorgânicas e as cargas têm desempenho estável e não serão decompostas termicamente. Ligantes orgânicos, resina fenólica e A borracha entra na zona de decomposição térmica, portanto a escolha de um adesivo com boa resistência ao calor tem um efeito muito importante no desempenho da pastilha de freio.
2 Teste de pastilhas de freio-cerâmicas
2.1 Teste de formulação de matéria-prima
Tabela 2 Parâmetros básicos da fórmula da matéria-prima
O desempenho de fricção das pastilhas de freio-cerâmicas depende principalmente da seleção das matérias-primas, da proporção da fórmula e do processo de produção. Durante o teste, é necessário resolver os problemas de dispersão uniforme da fibra, medição precisa do material, mistura uniforme, controle do processo de formação da prensa e coeficiente de atrito estável. . Muitos dados de teste foram obtidos por meio de experimentos e análises, e os parâmetros básicos de uma fórmula melhor foram determinados. Os resultados são mostrados na Tabela 2.
2.2 Teste do processo de preparação
2.2.1 Mistura
A quantidade de alimentação é de 5 kg, a velocidade do fuso do misturador é de 180 r/min, a velocidade do alargador é de 2 200 r/min e o tempo de mistura é de 210 s.
2.2.2 Moldagem por prensa
O volume de injeção na cavidade do molde é de 200 g ± 2 g, a pressão é de 3,0 MPa, 4,0 MPa e 5,0 MPa respectivamente. O tempo de exaustão é de 3,0 s, a distância de elevação da exaustão do molde é de 3,0 mm e o tempo de residência da exaustão é de 3,5 s. A pressão de retenção é de 5,0 MPa, o tempo de retenção é de 180 s, o grau de vácuo é de 0,4 MPa e a espessura da amostra é de 11,5 mm ± 0,2 mm.
2.2.3 Tratamento térmico
O tempo de espera do forno de amostra é de 140 graus/1 h, 160 graus/1 h, 180 graus/1 h, 200 graus/2 h, 210 graus/3 h, e a taxa de aquecimento é de 1 grau/10 min.
2.3 Determinação do coeficiente de atrito
Use o testador de atrito de velocidade-MSM constante-XD para testar o coeficiente de atrito da amostra de acordo com o método de inspeção GB/T 5763-2008. Os parâmetros do coeficiente de atrito são mostrados na Tabela 3.
Tabela 3 Coeficiente de atrito de teste das amostras
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3 Processo de produção e características de pastilhas de freio-cerâmicas
3.1 Processo de produção de pastilhas de freio-cerâmicas
As pastilhas de freio-de cerâmica são compostas principalmente de fibras cerâmicas reforçadas, cargas minerais e ligantes. O processo de produção é mostrado na Figura 1.
Matéria-prima → pesagem de ingredientes → mistura → pré-formação (molde) → sinterização → moagem → ranhuramento (perfuração) → pulverização → modificação → inspeção → codificação → embalagem
Figura 1 Processo de produção de pastilhas de freio-cerâmicas
3.2 Características das pastilhas de freio-cerâmicas
As pastilhas de freio-de cerâmica têm coeficiente de atrito estável, boa estabilidade térmica, baixa condutividade térmica e boa resistência ao desgaste. No processo de frenagem, o atrito gera calor e a temperatura de trabalho aumenta. À medida que a temperatura de trabalho aumenta, o coeficiente de atrito das pastilhas de freio comuns começa a diminuir e a força de atrito diminui, reduzindo assim o efeito de frenagem. O coeficiente de atrito das pastilhas de freio à base de cerâmica- ainda é estável em 0,45-0,50 quando a temperatura de trabalho é tão alta quanto 650 graus. Ele pode suportar maior pressão e força de cisalhamento, tem boa resistência mecânica e propriedades físicas e é adequado para vários materiais de freio de alto desempenho. Requisitos para atender à alta velocidade, segurança e alta resistência ao desgaste das pastilhas de freio.
Pastilhas de freio semi{0}}metálicas e pastilhas de freio NAO (sem amianto orgânico) não têm boas soluções por motivos materiais; As pastilhas de freio-de cerâmica têm baixo teor de esferas de escória de fibra reforçada, bom reforço e não contêm metal, o que pode reduzir bastante as pastilhas de freio. Desgaste duplo e ruído de frenagem. O coeficiente de atrito das pastilhas de freio-de cerâmica é maior do que o das pastilhas de freio semi{4}}metálicas e das pastilhas de freio NAO (sem amianto orgânico). A atenuação térmica é baixa, o que pode melhorar o desempenho e a segurança da frenagem. É causado pelo atrito anormal entre as pastilhas de freio e o acoplamento durante a frenagem. Para ruído, as fotos dos três tipos de pastilhas de freio são mostradas na Figura 2.
A vida útil das pastilhas de freio semi{0}}metálicas e das pastilhas de freio NAO (sem amianto orgânico) é inferior a 60.000 km, enquanto a vida útil das pastilhas de freio à base de cerâmica-é superior a 100.000 km, e a vida útil é aumentada em mais de 50%. A pastilha de freio supera os defeitos dos materiais e tecnologia tradicionais das pastilhas de freio e é o produto de pastilha de freio mais avançado.
As pastilhas de freio-à base de cerâmica são feitas de novos materiais de fibra cerâmica, com ingredientes de qualidade e qualidade estáveis, sem componentes metálicos, desempenho de fricção estável e longa vida útil. São produtos limpos e ecológicos com desempenho estável. Amplamente promovido e aplicado para melhorar a imagem corporativa e a marca. O valor desempenha um papel importante na atualização e transformação de produtos e no desenvolvimento de alta-qualidade.