Vývoj metod charakterizace frikčních kompozitů a produktů frikčního procesu

Abstract

Frikční materiály jsou důležitou součástí brzdových systémů automobilů. Při běžném provozu brzd dochází k úniku otěrových částic do okolí. Část kompozitu brzdového obložení uniká do životního prostředí jako sedimentovaný podíl prachu, který se usazuje v okolí cest, může způsobovat kontaminaci půd a následně povrchových a podzemních vod. Další část frikčního kompozitu se uvolňuje do prostředí jako tzv. suspendovaný podíl prachu, který se šíří na dlouhé vzdálenosti a může nepříznivě působit na živé organismy, tudíž i na člověka. Frikční kompozit používaný v brzdových systémech automobilů je velmi složitý materiál složený z množství komponent (více než 20) různých vlastností. Pro studium tohoto materiálu a produktů třecího procesu z těchto materiálů je nezbytné připravit frikční kompozit podobného složení jako kompozity na bázi fenol-formaldehydových pryskyřic běžně užívané v praxi. Byla vypracována metodika přípravy laboratorních vzorků frikčních kompozitů. Na základě této metodiky byly připraveny referenční vzorky frikčních kompozitů pro kalibraci spektrometru rentgenové fluorescenční analýzy. Byl navržen postup chemické analýzy frikčních kompozitů metodou XRF doplněn o metody AAS a AES – ICP. Fázové složení frikčních kompozitů a jeho modifikovaných forem bylo analyzováno metodou XRD v kombinaci s metodou SEM a EMA. Metody SEM a EMA byly použity také k posouzení struktury materiálu a velikosti, morfologii a rozložení jednotlivých komponent ve studovaných vzorcích. Byl navržen postup analýzy otěrových částic, tj. produktu frikčního procesu, metodou XRF a metodami SEM a XRD. Na příkladu brzdovém obložení JURID bylo demonstrováno využití touto prací navržených analytických postupů složení a struktury frikčních kompozitů na bázi fenol-formaldehydových pryskyřic a otěrových částic. Následující příklad ukazuje, že navržená metodika přípravy frikčních kompozitů je vhodná pro posouzení vlivu jednotlivých složek na třecí vlastnosti výsledného kompozitu.

Friction composites are significant components of brake lining materials. During braking process friction phenomena causes release of wear particles into the environment. Part of composite of brake lining enters the environment as the non-airborne particles. This fraction settles in the surrounding of roads and can also contaminate soil and surface and ground water. Another part of a friction composite is being released into the environment as the airborne particles. These particles can be transported to a long distance and can adversely affect living organisms, and thus humans. Friction composites used in automotive brake systems are complicated materials composed of a number of components (more than 20) having different properties. To study this material and products of friction process (non-airborne and airborne particles) it is necessary to prepare a friction composite of similar composition as the composites based on phenol-formaldehyde resin commonly used in practice. Methodology of preparation of laboratory samples of friction composites was designed. Reference materials for calibration X-ray fluorescence analysis using this methodology were prepared. Experimental design consisting of chemical analyses of friction composites using XRF methods supplemented by AAS and AES – ICP. Phase composition of the friction composites and its modified forms were analyzed by XRD combined with SEM method and EMAX. To assess the structure of the material and size, morphology and distribution of individual components in the studied samples were also used SEM method and EMAX. Procedure for the analysis of wear particles as a product of friction process using following methods: XRF, XRD and SEM was used. The commercial brake pads JURID is demonstrated usage of designed procedure analysis of the composition and structure of friction composites (based on phenol-formaldehyde resin) and wear particles. The next example shows that the designed methodology for preparation of the friction composites is suitable for assessing the impact of individual components of the friction properties of the resulting composite.