Le pastiglie dei freni sono le parti di sicurezza più critiche del sistema frenante, che svolgono un ruolo decisivo nella qualità dell'effetto frenante, e una buona pastiglia dei freni è la protezione delle persone e dei veicoli (aerei).
Innanzitutto, l'origine delle pastiglie dei freni
Nel 1897, Herbert Frood inventò le prime pastiglie dei freni (utilizzando filo di cotone come fibra di rinforzo) e le utilizzò nelle carrozze trainate da cavalli e nelle prime automobili, da cui venne fondata la famosa azienda Ferodo. Poi, nel 1909, l'azienda inventò la prima pastiglia freno al mondo a base di amianto solidificato; Nel 1968 furono inventate le prime pastiglie per freni al mondo a base semi-metallica e da allora i materiali di attrito hanno iniziato a svilupparsi verso materiali privi di amianto. In patria e all'estero hanno iniziato a studiare una varietà di fibre sostitutive dell'amianto come fibra di acciaio, fibra di vetro, fibra aramidica, fibra di carbonio e altre applicazioni nei materiali di attrito.
In secondo luogo, la classificazione delle pastiglie dei freni
Esistono due modi principali per classificare i materiali dei freni. Uno è diviso dall’uso delle istituzioni. Come materiali per freni automobilistici, materiali per freni ferroviari e materiali per freni aeronautici. Il metodo di classificazione è semplice e di facile comprensione. Uno è diviso in base alla tipologia del materiale. Questo metodo di classificazione è più scientifico. I moderni materiali per freni comprendono principalmente le seguenti tre categorie: materiali per freni a base di resina (materiali per freni a base di amianto, materiali per freni non amianto, materiali per freni a base di carta), materiali per freni con metallurgia delle polveri, materiali per freni compositi in carbonio/carbonio e materiali per freni a base di ceramica.
In terzo luogo, i materiali dei freni delle automobili
1, il tipo di materiali dei freni delle automobili è diverso a seconda del materiale di produzione. Può essere suddiviso in fogli di amianto, fogli semimetallici o fogli di metallo basso, fogli NAO (sostanze organiche prive di amianto), fogli di carbonio e fogli di ceramica.
1.1.Foglio di amianto
Fin dall'inizio, l'amianto è stato utilizzato come materiale di rinforzo per le pastiglie dei freni, poiché la fibra di amianto ha un'elevata robustezza e resistenza alle alte temperature, quindi può soddisfare i requisiti delle pastiglie dei freni, dei dischi e delle guarnizioni della frizione. Questa fibra ha una forte capacità di trazione, può persino eguagliare l'acciaio di alta qualità e può resistere a temperature elevate di 316 ° C. Inoltre, l'amianto è relativamente economico. Viene estratto dal minerale di anfibolo, che si trova in grandi quantità in molti paesi. I materiali d'attrito in amianto utilizzano principalmente fibre di amianto, ovvero silicato di magnesio idrato (3MgO·2SiO2·2H2O) come fibra di rinforzo. Viene aggiunto un riempitivo per regolare le proprietà di attrito. Un materiale composito a matrice organica si ottiene pressando l'adesivo in uno stampo a caldo.
Prima degli anni '70. I fogli di attrito del tipo amianto sono ampiamente utilizzati nel mondo. E ha dominato a lungo. Tuttavia, a causa delle scarse prestazioni di trasferimento del calore dell’amianto. Il calore di attrito non può essere dissipato rapidamente. Ciò causerà l'ispessimento dello strato di decadimento termico della superficie di attrito. Aumentare l'usura del materiale. Intanto. L'acqua cristallina della fibra di amianto precipita a una temperatura superiore a 400 ℃. La proprietà di attrito è significativamente ridotta e l'usura aumenta notevolmente quando si raggiungono i 550 ℃ o più. L'acqua cristallina è andata in gran parte perduta. Il miglioramento è completamente perso. Ancora più importante. È clinicamente provato. L'amianto è una sostanza che provoca gravi danni agli organi respiratori umani. Luglio 1989. L’Agenzia statunitense per la protezione dell’ambiente (EPA) annunciò che avrebbe vietato l’importazione, la produzione e la lavorazione di tutti i prodotti a base di amianto entro il 1997.
1.2, lamiera semimetallica
È un nuovo tipo di materiale di attrito sviluppato sulla base del materiale di attrito organico e del tradizionale materiale di attrito della metallurgia delle polveri. Utilizza fibre metalliche invece di fibre di amianto. È un materiale di attrito privo di amianto sviluppato dalla American Bendis Company all'inizio degli anni '70.
Le pastiglie dei freni ibride "Semi-metal" (Semi-met) sono costituite principalmente da lana d'acciaio grezza come fibra di rinforzo e da una miscela importante. Le pastiglie dei freni organiche (NAO) di amianto e non di amianto possono essere facilmente distinte dall'aspetto (fibre e particelle fini) e hanno anche determinate proprietà magnetiche.
I materiali d'attrito semimetallici hanno le seguenti caratteristiche principali:
(l) Molto stabile al di sotto del coefficiente di attrito. Non produce decadimento termico. Buona stabilità termica;
(2) Buona resistenza all'usura. La durata è 3-5 volte quella dei materiali di attrito dell'amianto;
(3) Buone prestazioni di attrito in condizioni di carico elevato e coefficiente di attrito stabile;
(4) Buona conduttività termica. Il gradiente di temperatura è piccolo. Particolarmente adatto per prodotti con freni a disco più piccoli;
(5) Piccolo rumore di frenata.
Gli Stati Uniti, l’Europa, il Giappone e altri paesi iniziarono a promuovere l’utilizzo di vaste aree negli anni ’60. La resistenza all'usura delle lamiere semimetalliche è superiore di oltre il 25% rispetto a quella delle lastre di amianto. Attualmente occupa una posizione dominante nel mercato delle pastiglie freno in Cina. E la maggior parte delle auto americane. Soprattutto automobili e veicoli passeggeri e merci. Le guarnizioni dei freni semimetalliche hanno rappresentato oltre l'80%.
Tuttavia il prodotto presenta anche i seguenti difetti:
(l) La fibra d'acciaio è facile da arrugginire, facile da attaccare o danneggiare la coppia dopo la ruggine, e la resistenza del prodotto si riduce dopo la ruggine e l'usura aumenta;
(2) Elevata conduttività termica, che può facilmente far sì che il sistema frenante produca resistenza ai gas ad alta temperatura, con conseguente distacco dello strato di attrito e della piastra d'acciaio:
(3) L'elevata durezza danneggerà il doppio materiale, provocando vibrazioni e rumore di frenata a bassa frequenza;
(4) Alta densità.
Sebbene il "semimetallo" non abbia piccoli difetti, ma grazie alla sua buona stabilità produttiva e al prezzo basso, è ancora il materiale preferito per le pastiglie dei freni automobilistiche.
1.3. pellicola NAO
All'inizio degli anni '80, nel mondo esistevano una varietà di guarnizioni dei freni ibride rinforzate con fibre e prive di amianto, ovvero la terza generazione di pastiglie dei freni di tipo NAO con materia organica priva di amianto. Il suo scopo è quello di compensare i difetti dei materiali frenanti semimetallici rinforzati singoli in fibra di acciaio, le fibre utilizzate sono fibra vegetale, fibra aramong, fibra di vetro, fibra ceramica, fibra di carbonio, fibra minerale e così via. A causa dell'applicazione di fibre multiple, le fibre nella guarnizione del freno si completano a vicenda in termini di prestazioni ed è facile progettare la formula della guarnizione del freno con prestazioni complete eccellenti. Il vantaggio principale della lamiera NAO è quello di mantenere un buon effetto frenante a basse o alte temperature, ridurre l'usura, ridurre il rumore ed estendere la durata del disco freno, rappresentando l'attuale direzione di sviluppo dei materiali di attrito. Il materiale di attrito utilizzato da tutti i marchi di fama mondiale di pastiglie freno Benz/Philodo è il materiale organico privo di amianto NAO di terza generazione, che può frenare liberamente a qualsiasi temperatura, proteggere la vita del conducente e massimizzare la durata del freno disco.
1.4, foglio di carbonio in carbonio
Il materiale di attrito composito in carbonio carbonio è un tipo di materiale con matrice di carbonio rinforzata con fibra di carbonio. Le sue proprietà di attrito sono eccellenti. Bassa densità (solo acciaio); Livello di capacità elevato. Ha una capacità termica molto più elevata rispetto ai materiali della metallurgia delle polveri e all'acciaio; Elevata intensità di calore; Nessuna deformazione, fenomeno di adesione. Temperatura operativa fino a 200 ℃; Buone prestazioni di attrito e usura. Lunga durata. Il coefficiente di attrito è stabile e moderato durante la frenata. I fogli compositi carbonio-carbonio furono utilizzati per la prima volta negli aerei militari. Successivamente è stato adottato dalle auto da corsa di Formula 1, che è l'unica applicazione di materiali in carbonio nelle pastiglie dei freni automobilistiche.
Il materiale di attrito composito in carbonio carbonio è un materiale speciale con stabilità termica, resistenza all'usura, conduttività elettrica, resistenza specifica, elasticità specifica e molte altre caratteristiche. Tuttavia, i materiali di attrito compositi carbonio-carbonio presentano anche i seguenti difetti: il coefficiente di attrito è instabile. Risulta molto influenzato dall'umidità;
Scarsa resistenza all'ossidazione (una forte ossidazione si verifica al di sopra dei 50 ° C nell'aria). Elevati requisiti per l'ambiente (asciutto, pulito); È molto costoso. L'uso è limitato a campi speciali. Questo è anche il motivo principale per cui la limitazione del carbonio è difficile da promuovere su larga scala.
1,5, pezzi in ceramica
Come un nuovo prodotto nei materiali di attrito. Le pastiglie dei freni in ceramica presentano i vantaggi di assenza di rumore, assenza di cenere, assenza di corrosione del mozzo della ruota, lunga durata, protezione ambientale e così via. Le pastiglie dei freni in ceramica sono state originariamente sviluppate dalle aziende giapponesi di pastiglie dei freni negli anni '90. Diventa gradualmente il nuovo beniamino del mercato delle pastiglie freno.
Il tipico rappresentante dei materiali di attrito a base ceramica sono i compositi C/C-sic, ovvero i compositi C/SiC con matrice di carburo di silicio rinforzati con fibra di carbonio. I ricercatori dell'Università di Stoccarda e dell'Istituto tedesco di ricerca aerospaziale hanno studiato l'applicazione dei compositi C/C-sic nel campo dell'attrito e hanno sviluppato pastiglie freno C/C-SIC per l'uso nelle auto Porsche. Oak Ridge National Laboratory con Honeywell Advnanced compositi, HoneywellAireratf Lnading Systems e Honeywell CommercialVehicle Systems L'azienda sta lavorando insieme per sviluppare pastiglie freno composite C/SiC a basso costo per sostituire le pastiglie freno in ghisa e acciaio fuso utilizzate nei veicoli pesanti.
2, vantaggi delle pastiglie freno in carbonio composito ceramico:
1, rispetto alle tradizionali pastiglie dei freni in ghisa grigia, il peso delle pastiglie dei freni in carbonio ceramico è ridotto di circa il 60% e la massa non sospesa è ridotta di quasi 23 chilogrammi;
2, il coefficiente di attrito del freno ha un aumento molto elevato, la velocità di reazione del freno aumenta e l'attenuazione del freno viene ridotta;
3, l'allungamento a trazione dei materiali ceramici al carbonio varia dallo 0,1% allo 0,3%, che è un valore molto elevato per i materiali ceramici;
4, il pedale del disco ceramico è estremamente confortevole, può produrre immediatamente la massima forza frenante nella fase iniziale della frenata, quindi non è nemmeno necessario aumentare il sistema di assistenza alla frenata e la frenata complessiva è più veloce e più breve rispetto al sistema frenante tradizionale ;
5, per resistere al calore elevato, è presente un isolamento termico in ceramica tra il pistone del freno e la camicia del freno;
6, il disco freno in ceramica ha una durata straordinaria, se l'uso normale è una sostituzione gratuita a vita, e il normale disco freno in ghisa viene generalmente utilizzato per alcuni anni per la sostituzione.
Orario di pubblicazione: 08 settembre 2023