Las pastillas de freno de los automóviles y la maquinaria de construcción son una especie de material de fricción. La función principal es absorber la energía cinética a través de la fricción con el metal para hacer que el vehículo funcione de forma segura y fiable. Debe tener un buen rendimiento de fricción y resistencia al desgaste, y al mismo tiempo tiene buena resistencia mecánica y resistencia al calor. Según la composición del material de la pastilla de freno, se divide en pastillas de freno de amianto (amianto), pastillas de freno semi-metal, pastillas de freno NAO (material de fricción orgánico sin amianto) y pastillas de freno a base de cerámica. Ahora está prohibida la producción y el uso de pastillas de freno de amianto; los polvos de polvo y metal que escapan al aire después de la fricción de las pastillas de freno semi-metal son perjudiciales para el cuerpo humano y el medio ambiente; Las pastillas de freno NAO no tienen una buena resistencia al calor y estabilidad del coeficiente de fricción a altas temperaturas; Las pastillas de freno a base de cerámica tienen un coeficiente de fricción estable, una buena estabilidad térmica y una buena resistencia al desgaste, no contienen componentes metálicos y tienen una vida útil superior al doble que otras pastillas de freno. Tienen un rendimiento general superior y son productos limpios y respetuosos con el medio ambiente. Poco a poco será ampliamente utilizado en el mercado.
Componentes de pastillas de freno a base de cerámica
Las pastillas de freno cerámicas se componen principalmente de fibra reforzada, relleno mineral, regulador de rendimiento de fricción y aglutinante, y están hechas de productos después de la producción y el procesamiento.
Su composición (masa %) es: fibra reforzada 25 ~ 40, relleno 10 ~ 30, matriz adhesiva 15 ~ 30, regulador de propiedad de fricción 10 ~ 20, lubricante anti-desgaste 15 ~ 30, agente de endurecimiento elástico 5 ~ 10.
1.1 Refuerzo de fibras en pastillas de freno cerámicas y sus funciones
Tabla 1 Parámetros de rendimiento de fibra cerámica
La fibra se utiliza como material de marco de refuerzo en pastillas de freno a base de cerámica y desempeña un papel importante en la resistencia, el rendimiento de fricción y la resistencia al desgaste de las pastillas de freno. Las fibras de refuerzo comúnmente utilizadas para las pastillas de freno a base de cerámica son fibra de silicato de aluminio, fibra de alúmina, fibra de carbono y fibra de zirconia. Inicialmente, se utilizan principalmente fibra de silicato de aluminio y fibra de alúmina. Estudios posteriores han encontrado que la fibra de zirconia es mejor que la fibra de alúmina y silicato de aluminio. La fibra tiene un rendimiento más superior, su resistencia a la oxidación, resistencia a la corrosión, baja conductividad térmica, mejor rendimiento de alta temperatura, es un mejor material de fibra de refuerzo. La fibra de refuerzo utilizada en la pastilla de freno a base de cerámica es una fibra híbrida con las fibras antes mencionadas en una buena proporción, que tiene un mejor efecto de refuerzo que una sola fibra. Varios parámetros de rendimiento de fibra cerámica se muestran en la Tabla 1.
1.2 Rellenos minerales y funciones en pastillas de freno a base de cerámica
El relleno mineral en pastillas de freno a base de cerámica puede mejorar las propiedades físicas y mecánicas de las pastillas de freno (como conductividad térmica, expansión térmica, densidad, resistencia, rigidez y dureza, etc.), y también puede ajustar el rendimiento de fricción y el costo del producto. El embalaje se divide en embalaje anti-fricción, aumento de fricción o embalaje de fricción. Los rellenos anti-fricción pueden mejorar la resistencia al desgaste de las pastillas de freno, reducir el coeficiente de fricción y reducir el ruido de frenado; los rellenos de fricción o fricción pueden mejorar las propiedades físicas y mecánicas de las pastillas de freno, aumentar la resistencia a la fricción, estabilizar el coeficiente de fricción y mejorar la resistencia al desgaste.
Con el fin de mejorar el rendimiento general de las pastillas de freno, los rellenos reductores de fricción y los rellenos que mejoran la fricción se mezclarán y utilizarán en una cierta proporción de acuerdo con los requisitos de uso. Los principales rellenos minerales utilizados en las pastillas de freno a base de cerámica son: barita, vermiculita expandida, sepiolita, corindón, zircón, grafito, talco, wollastonita, zeolita, tierra diatomea, bruto, hidrotalcita, etc.
Barite puede aumentar y estabilizar el coeficiente de fricción, reducir el desgaste y el ruido de frenado, y formar una interfaz de fricción relativamente estable a altas temperaturas, lo que puede evitar que la superficie del par de fricción se raye y hacer que la superficie del par de fricción sea más suave. Es un material de control que aumenta la fricción.
La vermiculita expandida tiene excelentes propiedades físicas y químicas, que pueden reducir la adherencia electrostática en la superficie de la pastilla de freno, reducir la densidad del producto y el ruido de frenado, y aumentar su elasticidad. Es un relleno para regular la reducción de ruido y la absorción de impactos.
Sepiolita es un mineral de silicato fibroso. El coloide de sepiolita se añade a la pastilla de freno como material base de refuerzo. Tiene buena dureza, alta resistencia a la tracción y flexión, alta resistencia al impacto, alta resistencia a la temperatura y baja resistencia al desgaste, y buena decaimiento de alta temperatura. .
Corundum y zircón tienen alta dureza y son rellenos duros. Añadir zircón o corindón puede ejercer un buen efecto de aumento de fricción y un menor ruido de frenado.
El grafito es un regulador de rendimiento de fricción y material de control anti-fricción. Tiene buena conductividad térmica, puede reducir la tasa de desgaste, puede estabilizar el coeficiente de fricción y también puede acelerar la dispersión del calor de fricción en la superficie de la pastilla de freno y mejorar la estabilidad térmica de la pastilla de freno.
Talc es un mineral de sílice con una estructura en capas. Desempeña un papel de reducción de la fricción y regulación de rellenos. Tiene buena adherencia con aglutinantes y puede mejorar la fuerza de las pastillas de freno.
Wollastonite tiene características similares a las agujas, baja expansión térmica y excelente resistencia a los golpes térmicos, lo que puede aumentar el coeficiente de fricción y reducir la tasa de desgaste, ayudar a la pastilla de freno a formar una superficie de contacto suave y reducir el desgaste.
La zeolita y la tierra diatomea tienen excelentes propiedades de adsorción, que pueden absorber completamente las pequeñas sustancias moleculares descompuestas por la pastilla de freno a alta temperatura, el calor generado en la superficie del par de fricción y el ruido de frenado. Es un relleno de control de rendimiento de fricción.
Brucite contiene una cierta cantidad de agua cristalina, y la estructura cristalina similar a la placa se convierte en fibra bruta fibrosa cuando se deforma. Tiene flexibilidad y flexibilidad, alta resistencia a la temperatura y una excelente resistencia alcalina.
Hidrotalcite-como tiene excelente pérdida de peso térmico y absorción de calor, puede absorber el calor de fricción, someterse a cambios de fase a alta temperatura, y transformarse gradualmente en minerales de espín, que tiene un efecto mejorado en las propiedades físicas y mecánicas de las pastillas de freno, y está lubricando, reduciendo la fricción y reparando materiales regulados.
1.3 Aglutinantes y funciones en pastillas de freno a base de cerámica
El aglutinante tiene buenas propiedades humectantes para reforzar fibras, rellenos y otros componentes. Une estos materiales y forma un vínculo químico estable con ellos. Es la matriz de la pastilla de freno. El aglutinante utilizado en pastillas de freno a base de cerámica es resina fenólica (resina modificada) y polvo sintético de caucho, principalmente resina fenólica. Bajo una cierta temperatura de calentamiento, se suavizará primero y luego entrará en un estado de fluido viscoso para generar flujo y distribuirlo uniformemente. En el material de formación de pastillas de freno a base de cerámica, la fibra de refuerzo y el relleno se unen a través del curado y vulcanización de resina para formar un producto con una textura densa, una cierta resistencia mecánica y cumpliendo con los requisitos de rendimiento de fricción de la pastilla de freno; polvo de goma se puede mejorar La suavidad del producto reduce su dureza.
Las pastillas de freno a base de cerámica funcionan en condiciones de alta temperatura de 200-500 °C durante el frenado. En este rango de temperatura, las fibras y rellenos cerámicos reforzados inorgánicos tienen un rendimiento estable y no se descomponerán térmicamente. Aglutinantes orgánicos, resina fenólica y El caucho entra en la zona de descomposición térmica, por lo que la elección de un adhesivo con buena resistencia al calor tiene un efecto muy importante en el rendimiento de la pastilla de freno.
2 Prueba de pastillas de freno a base de cerámica
2.1 Prueba de formulación de materias primas
Tabla 2 Parámetros básicos de la fórmula de materias primas
El rendimiento de fricción de las pastillas de freno a base de cerámica depende principalmente de la selección de materias primas, relación de fórmulas y proceso de producción. Durante la prueba, es necesario resolver los problemas de dispersión uniforme de fibra, medición precisa del material, mezcla uniforme, control del proceso de formación de prensa y coeficiente de fricción estable. . Se obtuvieron una gran cantidad de datos de prueba a través de experimentos y análisis, y se determinaron los parámetros básicos de una mejor fórmula. Los resultados se muestran en el Cuadro 2.
2.2 Prueba del proceso de preparación
2.2.1 Mezcla
La cantidad de alimentación es de 5 kg, la velocidad del husillo mezclador es de 180 r/min, la velocidad del reamer es de 2 200 r/min, y el tiempo de mezcla es de 210 s.
2.2.2 Pulse formación
El volumen de inyección en la cavidad del molde es de 200 g±2 g, la presión es de 3,0 MPa, 4,0 MPa y 5,0 MPa respectivamente. El tiempo de escape es de 3,0 s, la distancia de elevación de escape del molde es de 3,0 mm y el tiempo de residencia de escape es de 3,5 s. La presión de retención es de 5,0 MPa, el tiempo de retención es de 180 s, el grado de vacío es de 0,4 MPa, y el espesor de la muestra es de 11,5 mm ± 0,2 mm.
2.2.3 Tratamiento térmico
El tiempo de retención del horno de muestra es de 140 °C/1 h, 160 °C/1 h, 180 °C/1 h, 200 °C/2 h, 210 °C/3 h, y la velocidad de calentamiento es de 1 °C/10 min.
2.3 Determinación del coeficiente de fricción
Utilice el probador de fricción de velocidad constante XD-MSM para probar el coeficiente de fricción de la muestra según el método de inspección GB/T 5763-2008. Los parámetros del coeficiente de fricción se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3 Prueba de coeficiente de fricción de muestras
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3 Proceso de producción y características de las pastillas de freno cerámicas
3.1 Proceso de producción de pastillas de freno a base de cerámica
Las pastillas de freno a base de cerámica se componen principalmente de fibras cerámicas reforzadas, rellenos minerales y aglutinantes. El proceso de producción se muestra en la Figura 1.
Materias primas → ingredientes de pesaje → mezcla → pre-formación (molde) → sintering → molienda → ranurado (perforación) → pulverización → modificación → inspección → codificación → embalaje
Figura 1 Proceso de producción de pastillas de freno a base de cerámica
3.2 Características de las pastillas de freno a base de cerámica
Las pastillas de freno a base de cerámica tienen un coeficiente estable de fricción, buena estabilidad térmica, baja conductividad térmica y buena resistencia al desgaste. En el proceso de frenado, la fricción genera calor y la temperatura de trabajo aumenta. A medida que aumenta la temperatura de trabajo, el coeficiente de fricción de las pastillas de freno ordinarias comienza a disminuir, y la fuerza de fricción disminuye, reduciendo así el efecto de frenado. El coeficiente de fricción de las pastillas de freno a base de cerámica sigue siendo estable a 0,45 ~ 0,50 cuando la temperatura de trabajo es tan alta como 650 ° C. Puede soportar una mayor presión y fuerza de cizalla, tiene buena resistencia mecánica y propiedades físicas, y es adecuado para varios materiales de freno de alto rendimiento. Requisitos para satisfacer la alta velocidad, seguridad y alta resistencia al desgaste de las pastillas de freno.
Las pastillas de freno semi-metálicas y las pastillas de freno NAO (None Asbestos Organic) no tienen buenas soluciones debido a razones materiales; Las pastillas de freno a base de cerámica tienen bajo contenido de bolas de escoria de fibra reforzadas, buen refuerzo y no contienen metal, lo que puede reducir en gran medida las pastillas de freno Doble desgaste y ruido de frenado. El coeficiente de fricción de las pastillas de freno a base de cerámica es mayor que el de las pastillas de freno semi-metálicas y las pastillas de freno NAO (None Asbestos Organic). La atenuación térmica es baja, lo que puede mejorar el rendimiento y la seguridad de frenado. Es causada por una fricción anormal entre las pastillas de freno y el acoplamiento durante el frenado. Para el ruido, las imágenes de los tres tipos de pastillas de freno se muestran en la Figura 2.
La vida útil de las pastillas de freno semi-metal y las pastillas de freno NAO (None Asbestos Organic) es inferior a 60.000 km, mientras que la vida útil de las pastillas de freno a base de cerámica es de más de 100.000 km, y la vida útil se incrementa en más de un 50%. La pastilla de freno supera los defectos de los materiales y la tecnología tradicionales de la pastilla de freno, y es el producto de la pastilla de freno más avanzado.
Las pastillas de freno a base de cerámica están hechas de nuevos materiales de fibra cerámica, con calidad y calidad estables de los ingredientes, sin componentes metálicos, rendimiento estable de fricción y larga vida útil. Son productos limpios y respetuosos con el medio ambiente con un rendimiento estable. Ampliamente promovido y aplicado para mejorar la imagen corporativa y el valor de la marca juega un papel importante en la actualización y transformación de productos y el desarrollo de alta calidad.