Las pastillas de freno de los automóviles y de la maquinaria de construcción son un tipo de material de fricción. La función principal es absorber energía cinética mediante la fricción con el metal para que el vehículo funcione de forma segura y confiable. Debe tener un buen rendimiento de fricción y resistencia al desgaste y, al mismo tiempo, buena resistencia mecánica y resistencia al calor. Según la composición del material de las pastillas de freno, se divide en pastillas de freno de amianto (amianto), pastillas de freno semi-metálicas, pastillas de freno NAO (material de fricción orgánico sin -asbesto) y pastillas de freno de base cerámica-. Actualmente está prohibida la producción y el uso de pastillas de freno de amianto; el polvo y los polvos metálicos que se escapan al aire tras la fricción de las pastillas de freno semi-metálicas son perjudiciales para el cuerpo humano y el medio ambiente; Las pastillas de freno NAO no tienen buena resistencia al calor ni estabilidad del coeficiente de fricción a altas temperaturas; Las pastillas de freno a base de cerámica-tienen un coeficiente de fricción estable, buena estabilidad térmica y buena resistencia al desgaste, no contienen componentes metálicos y tienen una vida útil de más del doble que otras pastillas de freno. Tienen un rendimiento general superior y son productos limpios y respetuosos con el medio ambiente. Poco a poco se utilizará ampliamente en el mercado.
Componentes de pastillas de freno de base cerámica.
Las pastillas de freno cerámicas se componen principalmente de fibra reforzada, carga mineral, regulador de rendimiento de fricción y aglutinante, y están hechas de productos después de la producción y procesamiento.
Su composición (% en masa) es: fibra reforzada 25 ~ 40, relleno 10 ~ 30, matriz adhesiva 15 ~ 30, regulador de propiedades de fricción 10 ~ 20, lubricante anti-desgaste 15 ~ 30, agente endurecedor elástico 5 ~ 10.
1.1 Fibras de refuerzo en pastillas de freno cerámicas y sus funciones
Tabla 1 Parámetros de rendimiento de la fibra cerámica
La fibra se utiliza como material de refuerzo en las 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 pastillas de freno a base de cerámica-son fibra de silicato de aluminio, fibra de alúmina, fibra de carbono y fibra de circonio. Inicialmente, se utilizan principalmente fibra de silicato de aluminio y fibra de alúmina. Estudios posteriores han descubierto que la fibra de circonio es mejor que la fibra de alúmina y el silicato de aluminio. La fibra tiene un rendimiento superior, su resistencia a la oxidación, resistencia a la corrosión, baja conductividad térmica, mejor rendimiento a altas temperaturas y es un mejor material de fibra de refuerzo. La fibra de refuerzo utilizada en las pastillas de freno de base cerámica-es una fibra híbrida con las fibras mencionadas-antes en una buena proporción, que tiene un mejor efecto de refuerzo que una sola fibra. En la Tabla 1 se muestran varios parámetros de rendimiento de la fibra cerámica.
1.2 Cargas minerales y funciones en pastillas de freno de base cerámica-
El relleno mineral en las pastillas de freno a base de cerámica-puede mejorar las propiedades físicas y mecánicas de las pastillas de freno (como la conductividad térmica, la expansión térmica, la densidad, la resistencia, la rigidez y la dureza, etc.) y también puede ajustar el rendimiento de la fricción y el costo del producto. El embalaje se divide en embalaje anti-fricción, embalaje-de fricción o embalaje de fricción. Los rellenos antifricción pueden mejorar la resistencia al desgaste de las pastillas de freno, reducir el coeficiente de fricción y reducir el ruido de frenado; El aumento de la fricción-o los rellenos de 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.
Para mejorar el rendimiento general de las pastillas de freno, se mezclarán y utilizarán rellenos reductores de fricción y rellenos mejoradores de fricción en una cierta proporción de acuerdo con los requisitos de uso. Las principales cargas minerales utilizadas en las pastillas de freno de base cerámica-son: barita, vermiculita expandida, sepiolita, corindón, circonio, grafito, talco, wollastonita, zeolita, tierra de diatomeas, brucita, hidrotalcita, etc.
La barita 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 suavizar la superficie del par de fricción. 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.
La sepiolita es un mineral de silicato fibroso. Se añade coloide de sepiolita a la pastilla de freno como material base de refuerzo. Tiene buena tenacidad, alta resistencia a la tracción y a la flexión, alta resistencia al impacto, resistencia a altas temperaturas y baja resistencia al desgaste, y buena descomposición a altas temperaturas.. .
El corindón y el circón tienen una gran dureza y son rellenos duros. Agregar circonio o corindón puede ejercer un buen efecto de aumento de la fricción-y reducir el ruido de frenado.
El grafito es un material de control antifricción y un regulador del rendimiento de la 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.
El talco es un mineral de silicato con estructura en capas. Desempeña el papel de reducir la fricción y regular los rellenos. Tiene buena adherencia con aglutinantes y puede mejorar la resistencia de las pastillas de freno.
La wollastonita tiene características-similares a agujas, baja expansión térmica y excelente resistencia al choque térmico, lo que puede aumentar el coeficiente de fricción y reducir la tasa de desgaste, ayudar a que las pastillas de freno formen una superficie de contacto suave y reducir el desgaste.
La zeolita y la tierra de diatomeas 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 del rendimiento de la fricción.
La brucita contiene una cierta cantidad de agua cristalina y la estructura cristalina en forma de placa-se convierte en fibra fibrosa de brucita cuando se deforma. Tiene flexibilidad y flexibilidad, resistencia a altas temperaturas y excelente resistencia a los álcalis.
La hidrotalcita-tiene una excelente pérdida de peso térmica y absorción de calor, puede absorber el calor por fricción, sufrir cambios de fase a alta temperatura y transformarse gradualmente en minerales de espinela, lo que tiene un efecto mejorado sobre las propiedades físicas y mecánicas de las pastillas de freno y lubrica, reduce la fricción y repara los materiales regulados.
1.3 Aglutinantes y funciones en pastillas de freno de base cerámica-
El aglutinante tiene buenas propiedades humectantes para fibras de refuerzo, cargas y otros componentes. Une estos materiales y forma un enlace químico estable con ellos. Es la matriz de la pastilla de freno. El aglutinante utilizado en las pastillas de freno de base cerámica-es resina fenólica (resina modificada) y polvo de caucho sintético, principalmente resina fenólica. Bajo una cierta temperatura de calentamiento, primero se ablandará y luego entrará en un estado de fluido viscoso para generar flujo y distribuirlo uniformemente. En el material formador de pastillas de freno a base de cerámica-, la fibra de refuerzo y el relleno se unen mediante curado de resina y vulcanización para formar un producto con una textura densa, cierta resistencia mecánica y que cumple con los requisitos de rendimiento de fricción de la pastilla de freno; El polvo de caucho se puede mejorar. La suavidad del producto reduce su dureza.
Las pastillas de freno de base cerámica-funcionan en condiciones de alta temperatura de 200 a 500 grados durante el frenado. En este rango de temperatura, las fibras y rellenos cerámicos reforzados inorgánicos tienen un rendimiento estable y no se descomponen térmicamente. Aglutinantes orgánicos, resina fenólica y caucho entran 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 de base cerámica-
2.1 Prueba de formulación de materia prima
Tabla 2 Parámetros básicos de la fórmula de la materia prima.
El rendimiento de fricción de las pastillas de freno de base cerámica-depende principalmente de la selección de materias primas, la proporción de la fórmula y el proceso de producción. Durante la prueba, es necesario resolver los problemas de dispersión uniforme de la fibra, medición precisa del material, mezcla uniforme, control del proceso de conformado en prensa y coeficiente de fricción estable.. . Se obtuvieron muchos datos de prueba a través de experimentos y análisis, y se determinaron los parámetros básicos de una mejor fórmula. Los resultados se muestran en la Tabla 2.
2.2 Prueba del proceso de preparación
2.2.1 Mezclado
La cantidad de alimentación es de 5 kg, la velocidad del eje del mezclador es de 180 r/min, la velocidad del escariador es 2 200 r/min y el tiempo de mezclado es de 210 s.
2.2.2 Conformación en prensa
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 del escape del molde es de 3,0 mm y el tiempo de residencia del escape es de 3,5 s. La presión de mantenimiento es de 5,0 MPa, el tiempo de mantenimiento 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 mantenimiento del horno de muestra es 140 grados/1 h, 160 grados/1 h, 180 grados/1 h, 200 grados/2 h, 210 grados/3 h, y la velocidad de calentamiento es 1 grado/10 min.
2.3 Determinación del coeficiente de fricción
Utilice el probador de fricción de velocidad constante-MSM-XD para probar el coeficiente de fricción de la muestra de acuerdo con el método de inspección GB/T 5763-2008. Los parámetros del coeficiente de fricción se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3 Coeficiente de fricción de prueba de muestras.
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3 Proceso de producción y características de las pastillas de freno de base cerámica-
3.1 Proceso de producción de pastillas de freno a base de cerámica-
Las pastillas de freno de base cerámica-están compuestas principalmente de fibras cerámicas reforzadas, cargas minerales y aglutinantes. El proceso de producción se muestra en la Figura 1.
Materia prima → pesaje de ingredientes → mezcla → pre-formado (molde) → sinterización → 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 de base cerámica-
Las pastillas de freno de base cerámica-tienen un coeficiente de fricción estable, 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 normales comienza a disminuir y la fuerza de fricción disminuye, reduciendo así el efecto de frenado. El coeficiente de fricción de las pastillas de freno de base cerámica- sigue siendo estable en 0,45-0,50 cuando la temperatura de trabajo es tan alta como 650 grados. Puede soportar una mayor presión y fuerza de corte, tiene buena resistencia mecánica y propiedades físicas y es adecuado para diversos materiales de frenos de alto rendimiento. Requisitos para cumplir con 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 (sin amianto orgánico) no tienen buenas soluciones por razones materiales; Las pastillas de freno a base de cerámica- tienen un bajo contenido de bolas de escoria de fibra reforzada, un buen refuerzo y no contienen metal, lo que puede reducir en gran medida el desgaste dual de las pastillas de freno y el ruido de frenado. El coeficiente de fricción de las pastillas de freno de base cerámica-es mayor que el de las pastillas de freno semi-metálicas y las pastillas de freno NAO (sin amianto orgánico). La atenuación térmica es baja, lo que puede mejorar el rendimiento y la seguridad del frenado. Es causado por una fricción anormal entre las pastillas de freno y el acoplamiento durante el frenado. En cuanto al 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-metálicas y las pastillas de freno NAO (sin amianto orgánico) es inferior a 60 000 km, mientras que la vida útil de las pastillas de freno de base cerámica-es de más de 100 000 km, y la vida útil aumenta en más de un 50 %. La pastilla de freno supera los defectos de los materiales y la tecnología de las pastillas de freno tradicionales y es el producto de pastillas de freno más avanzado.
Las pastillas de freno a base de cerámica- están hechas de nuevos materiales de fibra cerámica, con calidad y calidad de ingredientes estables, sin componentes metálicos, rendimiento de fricción estable y larga vida útil. Son productos limpios y respetuosos con el medio ambiente con un rendimiento estable. Ampliamente promocionado y aplicado para mejorar la imagen corporativa y la marca. El valor juega un papel importante en la actualización y transformación del producto y en el desarrollo de alta-calidad.