Avaliação de propriedades tribológicas e físicas para redução de faíscas de material de atrito aplicado a freios automotivo

Abstract

Atualmente, diversas pesquisas relacionadas a materiais ligantes, modificadores de atrito e reforços mecânicos vem sendo conduzidas, e também novos estudos relacionados a fibras e cargas funcionais estão sendo explorados na indústria de material de fricção. No entanto, a otimização das propriedades de atrito é uma tarefa complexa visto a elevada performance necessária e a redução dos níveis de desgaste e baixa agressividade ao disco de freio. Estas complexidades aumentam quando fatores como aquecimento do sistema de freio e geração de faíscas durante o processo de frenagem necessitam ser minimizados em função de aplicações severas pelo qual o sistema é submetido. Neste campo, estudos vêm sendo conduzidos a fim de identificar estes fatores e quais materiais podem atenuar ou eliminar a geração de faíscas e, em alguns momentos, a ignição dos materiais. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é desenvolver uma nova composição de material de atrito para freios automotivos, com propriedades tribológicas e físicas adequadas à redução de faíscas. Para isso, a fibra poliacrilonitrila oxidada foi adicionada em combinação com os materiais da formulação base do sistema de freio, com variações percentuais equivalentes de 1:1 (amostra S1), 1:2 (amostra S2) e 1:4 (amostra S3), em volume, quando comparado com fibra de aramida originalmente utilizada. E o borato de zinco foi adicionado, em combinação com os materiais da formulação base, nos percentuais de 5, 10 e 15% (amostra S4, S5 e S6), em volume, em substituição da carga base. Por fim foi realizada a combinação da fibra e do borato de zinco (amostra S7) a fim de avaliar a ação combinada. A caracterização das propriedades físicas foi realizada por meio de ensaios de força de cisalhamento interno, compressibilidade e transmissibilidade térmica. Avaliando o desempenho do material, as amostras foram submetidas ao procedimento FMVSS 121D. Foi possível verificar que a amostra S7 obteve resultados ligeiramente superiores em relação ao material base nos ensaios de desempenho e mecânicos.

Currently, several researches related to binder materials, friction modifiers and mechanical reinforcements have been conducted, and new studies related to fibers and functional fillers are being explored in the friction material industry. However, optimizing frictional properties is a complex task given the high performance required and the reduced levels of wear and low aggression to the brake disc. These complexities increase when factors such as heating of the brake system and generation of sparks during the braking process need to be minimized due to severe applications to which the system is submitted. In this field, studies have been conducted to identify these factors and which materials can mitigate or eliminate the generation of sparks and, in some moments, the ignition of the materials. In this context, the objective of this work is to develop a new composition of friction material for automotive brakes, with tribological and physical properties suitable for the reduction of sparks. For this, the oxidized polyacrylonitrile fiber was added in combination with the materials of the base formulation of the brake system, with equivalent percentage variations of 1:1 (sample S1), 1:2 (sample S2) and 1:4 (sample S3) in volume when compared with aramid fiber originally used. And for zinc borate was added in combination with the base formulation materials with equivalent percentage variations of 5, 10 and 15% (sample S4, S5 and S6) in replacement of the base load. Finally, the combination of fibre and zinc borate was carried out (sample S7) to evaluate the combined action. The physical properties were characterized by tests of internal shear force, compressibility and thermal transmissibility. Evaluating the material performance, the samples were submitted to the procedure FMVSS 121D. It was possible to verify that sample S7 obtained slightly superior results in relation to the base material in the performance and mechanical tests.