Состав фрикционных порошковых материалов на медной основе

Наибольшее распространение получил материал МК5 (первая строка таблицы). В автомобильном и тракторостроении из этих материалов изготавливают тормозные диски, колодки и накладки для муфт сцепления.

Порошковая технология позволяет получать фрикционные материалы с заданными свойствами. Для автомобилей малой и средней грузоподъемности и для сельскохозяйственных и промышленных тракторов малой и средней мощности обычно используются фрикционные материалы на полимерной основе. Они применяются также в сельскохозяйственном и дорожно-строительном машиностроении, в буровой технике и т.д.

Как правило, в состав материалов входит 3 компонента:

теплостойкий армирующий материал с прочными волокнами, например асбест (15¸16%);

теплостойкие с высоким и стабильным коэффициентом трения порошкообразные наполнители неорганического происхождения (20¸60%);

полимерное связующее: натуральные и синтетические каучуки, синтетические смолы (15¸30%) с вулканизационными агентами или отвердителями, ускорителями и активаторами вулканизации или отверждения.

Наиболее распространенным армирующим элементом является уникальный природный минерал, добываемый открытым методом - асбест. Элементарные волокна асбеста имеют вид трубок с наружным диаметром около 32 нм и внутренним - 2,6 нм, т.е. в поперечном направлении волокно имеет размеры, характерные для коллоидно-дисперсных материалов. Элементарные волокна упакованы в пряди диаметром от нескольких десятков до сотен микрометров. В прядях волокна удерживаются силами межмолекулярного притяжения. Средняя длина волокна составляет 1¸3 мм. По своей химической природе асбест является водным силикатом магния. Волокна асбеста обладают высокой прочностью на растяжение (до 3 гПа), много превышающей прочность стали. Полости волокон частично или полностью заполнены водой, которая образует на внутренней поверхности практически мономолекулярный слой, поэтому она проявляет свойства иные, чем обычная влага, удаляясь лишь при температуре выше 425°С. Вид кристаллической решетки этого материала достоверно не установлен. Асбест обладает высоким коэффициентом трения (до 0,8), который слабо меняется в зависимости от температуры. То же можно сказать о прочности волокон, которая при нагревании до 400°С снижается всего на 20%. Лишь при 800°С наблюдается разрушение волокнистой структуры. Таким образом, асбест как будто специально создан как основа для фрикционного материала. Однако у асбеста имеется и существенный недостаток. Он считается экологически опасным материалом. Тончайшие моноволокна, попадая в воздух в виде пыли, образуют устойчивую взвесь, которая весьма медленно оседает. Попадая в легкие людей и животных, волокна поражают органы дыхания, вызывая заболевание "асбестоз". Пораженные участки легких могут стать центрами образования раковых клеток. Во многих странах уже запрещено использование асбеста в строительстве, электротехнике и других отраслях. Такие же тенденции наблюдаются и в производстве тормозных материалов, но найти эффективную замену асбесту пока не удалось. Имеются попытки заменить асбест волокнами из стекла, базальта, шлака, бора, углерода, но эти материалы еще не дали такого же эффекта, как асбест. В частности, нет такого материала, который так же, как асбест, очищал бы поверхность металлического контртела и при этом поглощал и связывал продукты изнашивания, не говоря о других качествах. Поэтому асбест пока сохраняет заслуженное лидерство среди компонентов фрикционных материалов.

Наполнителями асбестовых материалов служат железный сурик, баритовый концентрат, окислы хрома и других металлов. Добавляются также порошкообразный кокс, графит, технический углерод. Для повышения теплопроводности вводятся порошки и стружка из меди, латуни, цинка, алюминия, железа и т.д.

Связующими являются натуральные и искусственные каучуки и смолы, а также их комбинации. Используются бутадиеновые, бутадиен-тиррильные, бутадиенметилвинилпиридимовые, стирольные и другие синтетические каучуки. В качестве смол применяются фенол-формальдегидные, анилинфенолформальдегидные, кремнеорганические, эпоксидные компаунды и др. Одновременно вводятся вулканизаторы и отвердители.

Изделия на каучуковой основе обладают достаточно высоким коэффициентом трения и износостойкостью. Однако при повышении температуры выше 200 ¸ 250 °С коэффициент трения и износостойкость заметно снижаются.

Изделия на смоляной основе имеют большую теплостойкость, но обладают нестабильным коэффициентом трения, хрупкостью. Поэтому наилучший результат достигается при совместном использовании смол и каучуков. Неудачное сочетание связующих из-за нестабильности коэффициента трения приводит к возникновению автофрикционных колебаний (скрип и визг тормозов).

Фрикционные муфты и тормоза являются весьма ответственными узлами, поскольку определяют безопасность эксплуатации транспортных средств, поэтому при их разработке производится весьма точный и детальный расчет. Изготавливаются опытные образцы, которые проходят сначала лабораторные, затем стендовые и натурные испытания. Особо тщательно отрабатываются новые тормозные материалы, подвергающиеся длительным испытаниям по специальным методикам.

По способу изготовления фрикционные материалы на полимерной основе делятся на 4 группы: формованные (прессованные) материалы (колодки, накладки, секторы, пластины, вкладыши); вальцованные (ленты и накладки); тканные (ленты, накладки); картонно-латексные (накладки). Номенклатура и характеристики фрикционных и антифрикционных материалов очень обширна и содержится в справочной литературе.