Úvod
Fenolové živicesa bežne používajú ako termosetové spojivá v organických zmesiach suchých bŕzd pre automobilové aplikácie. Obsah živice je dôležitou premennou formulácie, ktorá môže ovplyvniť mechanické, tribologické a tepelné vlastnosti. Jeho účinky sa však často zovšeobecňujú spôsobmi, ktoré nie sú podložené systematickými dôkazmi. Tento článok skúma úlohu obsahu fenolovej živice z hľadiska formulácie, pričom zdôrazňuje, že výsledky výkonnosti sú špecifické pre formuláciu a aplikáciu a vyžadujú validáciu pre každý materiálový systém.
Definovanie obsahu živice
Akákoľvek diskusia o obsahu živice si vyžaduje jasnú definíciu metriky. Bez konzistentného základu nie sú uvádzané hodnoty priamo porovnateľné medzi formuláciami alebo štúdiami. V popise by malo byť uvedené:
1. Základ výpočtu, ako je percento celkovej hmotnosti prípravku, percento organickej fázy alebo iná definovaná referencia.
2. Či sa hodnota vzťahuje len na pevnú živicu alebo zahŕňa aj tužidlá, rozpúšťadlá, modifikátory alebo iné spojivové zložky.
3. Či je fenolová živica jediným spojivom alebo súčasťou hybridného spojivového systému.
V tomto článku sa obsah živice používa ako všeobecný deskriptor. V akomkoľvek kontexte experimentu alebo obstarávania by sa skutočný základ výpočtu mal uviesť explicitne, a nie predpokladať, že sa riadi univerzálnou konvenciou.
Premenná závislá od formulácie
Trecie materiály sú viaczložkové kompozity. Úprava obsahu živice mení podiel iných zložiek, ako sú plnivá, vlákna, modifikátory trenia alebo abrazíva, podľa použitej substitučnej alebo normalizačnej schémy.
Namerané zmeny výkonu preto odrážajú kombinované účinky obsahu živice, substituovaných zložiek, výslednej kompozitnej štruktúry, výrobného procesu a testovacích podmienok. Žiadny univerzálny trend neplatí pre všetky formulácie. Hlásené účinky sa musia interpretovať v kontexte špecifického zloženia a skúšobného protokolu.
Vplyv na koeficient trenia
Nameraný koeficient trenia je skôr odozvou definovaného tribologického systému než bezkontextovou konštantou živice alebo kompozitu. Meria sa pri špecifikovaných podmienkach zaťaženia, rýchlosti, teploty, prostredia a spojovacích materiálov.
Organické povrchy brzdových doštičiek sa vyvíjajú prostredníctvom kontaktnej plošiny a vytvárania trecej vrstvy. Účinky na obsah živice by sa preto mali hodnotiť v rámci celého zloženia a vyvíjajúceho sa trecieho rozhrania.
V špecifických formuláciách s brzdným trením, ktoré skúmal Kim a spoluautori, meniaci sa obsah fenolovej živice zmenil namerané tribologické správanie. Toto zistenie je obmedzené na formulácie a testovacie podmienky skúmané v tejto štúdii a nemalo by sa zovšeobecňovať na všetky živice, trecie materiály alebo brzdné podmienky.
Žiadny konkrétny obsah živice nie je možné nárokovať na zabezpečenie stabilného trenia vo všetkých prevádzkových podmienkach bez dôkazov špecifických pre aplikáciu.
Opotrebenie a integrita materiálu
Živicová matrica prispieva k integrite vytvrdeného trecieho kompozitu väzbou jeho zložiek. Zmena obsahu spojiva spolu so zvolenou substitučnou schémou môže zmeniť kontinuitu matrice, pórovitosť, zadržiavanie zložiek a namerané správanie pri opotrebovaní. Smer a veľkosť týchto zmien musia byť určené pre konkrétnu formuláciu.
Správanie pri opotrebovaní odráža interakcie medzi kompozitom, spárovaným povrchom, vyvíjajúcou sa trecou vrstvou a testovacími podmienkami. Organické povrchy brzdových doštičiek môžu počas kĺzania vytvárať kontaktné plató a trecie vrstvy. Tieto pozorovania poskytujú užitočný kontext rozhrania, ale nestanovujú univerzálny účinok obsahu živice.
Preto musí byť stanovený prijateľný rozsah obsahu živice pre výkon pri opotrebovaní na základe testovacích podmienok špecifických pre zloženie a akceptačných kritérií.
Tepelná odozva, slabnutie a zotavenie
Fenolové živice môžu podliehať tepelným a termooxidačným zmenám počas vystavenia zvýšenej teplote. Nameraná odozva závisí od chémie živice, stavu vytvrdzovania, atmosféry a tepelnej histórie.
Vyblednutie a zotavenie sú merané odozvy kompletného trecieho materiálu a spojovacieho systému v rámci definovaného skúšobného cyklu. Obsah spojiva a tepelné správanie živice môžu byť relevantné, ale nemožno ich interpretovať nezávisle od úplného zloženia, výrobného stavu a prevádzkových podmienok.
Tepelné správanie na úrovni živice samo osebe nepredpovedá stav alebo výkon trecej plochy, slabnutie a zotavenie alebo brzdný výkon na úrovni systému.
Mechanická pevnosť a aspekty spracovania
Mechanické a rozmerové vlastnosti závisia od formulácie. Zmena obsahu živice spolu so súvisiacou substitučnou schémou a odozvou spracovania môže ovplyvniť hustotu kompozitu, pórovitosť, stav vytvrdnutia a namerané mechanické vlastnosti. Nemal by sa predpokladať žiadny univerzálny monotónny vzťah alebo jediné optimum.
Rozmerové správanie závisí od vytvrdenej receptúry, histórie výroby, orientácie vzorky a špecifikovaných podmienok prostredia a zaťaženia. Vhodné testy na úrovni materiálu môžu podporiť skríning zloženia alebo kontrolu kvality, ale priamo nepredpovedajú brzdný výkon na úrovni systému.
Stanovenie rozsahu obsahu živice špecifického pre zloženie
Pre danú aplikáciu by sa mal príslušný obsah živice považovať skôr za kvalifikovaný rozsah špecifický pre formuláciu než za univerzálne optimum. Hodnotenie môže zvážiť:
1. Zmena obsahu živice v príslušnom rozsahu pomocou jasne definovanej substitučnej alebo normalizačnej schémy.
2. Meranie trenia, opotrebovania, mechanických odoziev a odoziev spracovania pomocou definovaných metód.
3. Hodnotenie kompromisov medzi relevantnými kritériami výkonnosti, vyrobiteľnosti a komerčných kritérií.
4. Potvrdenie kompatibility s reprezentatívnymi výrobnými podmienkami.
Vhodné úrovne obsahu, množstvá vzoriek, testovacie metódy a akceptačné kritériá závisia od aplikácie a kvalifikačného plánu. Tento rámec nie je univerzálnou testovacou požiadavkou.
Obsah živice, ktorý poskytuje prijateľné výsledky v jednej formulácii, môže byť nevhodný pre inú. Dodávateľská dokumentácia a technická komunikácia môžu byť základom predbežného preverovania, ale návrh formulácie a kvalifikácia si vyžadujú hodnotenie špecifické pre aplikáciu.
Dodávateľská dokumentácia a technická komunikácia
Zákazníci hodnotiafenolová živica pre trecie materiálysi môže vyžiadať dostupné karty technických údajov, karty bezpečnostných údajov, špecifikácie produktov, certifikáty analýzy a vzorovú dokumentáciu.
Technický list môže uvádzať vybrané typické vlastnosti, informácie o spracovaní alebo pokyny na skladovanie v závislosti od kvality a dodávateľa. Typické hodnoty nie sú nevyhnutne zaručené špecifikácie.
Karta bezpečnostných údajov poskytuje informácie o nebezpečenstve a manipulácii s dodaným produktom. Nevykazuje trenie, opotrebovanie, vyblednutie, NVH, trvanlivosť, bezpečnosť alebo regulačné vlastnosti v hotovom trecom materiáli.
Význam špecifikácie produktu alebo certifikátu analýzy závisí od vlastností, testovacích metód, akceptačných limitov a dojednaní o odbere vzoriek dohodnutých medzi stranami.
Pre technickú výmenu môžu zákazníci opísať:
1. Zamýšľaná kategória materiálu suchého trenia.
2. Typ živice a fyzická forma dodávky.
3. Základ výpočtu použitý pre obsah živice.
4. Schéma náhrady formulácie a príslušné obmedzenia procesu.
5. Cieľové vlastnosti, testovacie podmienky a akceptačné kritériá.
Kontaktovať
Priemyselní zákazníci môžu kontaktovať dodávateľa so žiadosťou o dostupnú produktovú dokumentáciu a prediskutovať predbežné materiálové požiadavky.
Predbežná komunikácia nestanovuje vhodný rozsah obsahu živice ani nezaručuje konečné trenie, opotrebovanie, vyblednutie, NVH, trvanlivosť, bezpečnosť alebo regulačné výkony. Konečná kvalifikácia vyžaduje vyhodnotenie kompletnej formulácie za reprezentatívnych podmienok výroby a použitia.
Záver
Obsah fenolovej živice je dôležitou premennou zloženia v suchých trecích materiáloch. Môže ovplyvniť tribologické, mechanické, tepelné a spracovateľské reakcie kompozitu, ale jeho účinky sú vo svojej podstate závislé od formulácie.
Na stanovenie prijateľného rozsahu obsahu živice je potrebné hodnotenie špecifické pre formuláciu pomocou definovaných testovacích metód a kritérií prijateľnosti. Výber materiálu by preto mal byť založený skôr na zdokumentovaných zmenách zloženia, reprezentatívnom testovaní a špecifických požiadavkách aplikácie než na všeobecných pravidlách o nízkom, strednom alebo vysokom obsahu živice.
Referencie
[1] Gardziella, A., Pilato, LA a Knop, A. (2000). Fenolové živice: chémia, aplikácie, štandardizácia, bezpečnosť a ekológia (2. vydanie). Springer Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-04101-7
[2] Blau, PJ (2001). Význam a využitie koeficientu trenia. Tribology International, 34 (9), 585–591. https://doi.org/10.1016/S0301-679X(01)00050-0
[3] Eriksson, M., & Jacobson, S. (2000). Tribologické povrchy organických brzdových doštičiek. Tribology International, 33 (12), 817–827. https://doi.org/10.1016/S0301-679X(00)00127-4
[4] Kim, YC, Cho, MH, Kim, SJ a Jang, H. (2008). Vplyv obsahu fenolovej živice na tribologické vlastnosti brzdových trecích materiálov. Wear, 264 (11-12), 931-936. https://doi.org/10.1016/j.wear.2007.07.005