Фрикционная смесь и ее влияние на характеристики колодок

В составе фрикционной смеси тормозной колодки содержится в среднем от 20 до 30 различных составляющих, включая органические и неорганические волокна, абразивы, минеральные, синтетические и органические смазочные материалы, металлическую стружку и др. наполнители.

Сочетание этих компонентов в той или иной пропорции обеспечивает адресный подбор фрикционной смеси под тот или иной тип применения. К примеру, большее содержание абразивов увеличивает эффективность торможения, которая характеризуется безразмерной величиной, называемой коэффициентом трения. Чем выше коэффициент трения, тем меньше тормозной путь автомобиля.

Однако слишком большое содержание абразивов в составе фрикционной смеси приводит к чрезмерному износу колодки, диска и повышенной шумности при торможении. Графит, сульфиды металлов в составе смеси выполняют роль смазки. Они снижают степень износа колодки и диска, уменьшают шум при торможении, но приводят к уменьшению коэффициента трения и повышению вибрации при торможении. Чрезмерное содержание стальной стружки и органических соединений в составе смеси увеличивает долю углеродистых отложений в продуктах износа колодки.

До середины 90-х годов XX века в составе фрикционных смесей активно использовался асбест, обеспечивающий высокий коэффициент трения и высокую температурную стабильность. Общее количество компонентов в составе фрикционной смеси асбестосодержащей колодки по сравнению с современной колодкой было значительно меньше (6–10 компонентов). Компания Ferodo первой на рынке еще за 16 лет до официального запрета асбеста наладила выпуск безасбестовых фрикционных смесей. Заменить асбест одним компонентом невозможно, поэтому общее количество составляющих в смеси увеличилось.

Медь до недавнего времени являлась одним из основных компонентов фрикционной смеси тормозной колодки с удельным весом до 20%. Медь выполняла следующие важные функции: обеспечение эффективности торможения, снижение шума при торможении, снижение пыльности при износе, обеспечение эффективного отвода тепла, обеспечение целостности и прочности фрикционной смеси. Однако медь – тяжелый металл, и в окружающей среде она окисляется, образуя вредные соединения. Мельчайшие частицы меди с продуктами износа фрикционного материала попадают на дорожное полотно и смываются дождями в водоемы, где медь оказывает негативное влияние на экосистему водной среды. Постепенное ограничение на использование меди во фрикционных смесях уже принято в ряде штатов США – к 2021 году ее содержание в тормозных колодках должно быть менее 5%, а к 2025 году – менее 0,5%, что принято считать нулевым содержанием. Похожие инициативы вводятся и в странах Европы. Предполагается, что к 2025 году содержание меди в составе фрикционной смеси тормозных колодок будет законодательно регламентировано или полностью запрещено во всем мире. И уже сегодня крупнейшие европейские автопроизводители требуют установки на свои автомобили тормозных механизмов с колодками с пониженным и нулевым содержанием меди.

При проектировании тормозной колодки должны учитываться основные тенденции в современном автомобилестроении. Увеличение доли автомобилей с электрическими и гибридными силовыми установками (требуются смеси с пониженной шумностью при торможении), использование электромеханического стояночного тормоза (требуются смеси с большим коэффициентом статического трения), применение производителями тормозных систем суппортов меньшего размера и веса для снижения неподрессоренных масс в подвеске автомобиля (уменьшение размера тормозной колодки – использование фрикционной смеси с обеспечением большей эффективности торможения), использование тормозных колодок с меньшим содержанием во фрикционной смеси стальной стружки и с меньшим или нулевым содержанием меди (существующие и грядущие законодательные ограничения) – все эти тенденции были учтены в недавно внедренной Federal-Mogul новой технологии тормозных колодок Ferodo Eco-Friction с низким или нулевым содержанием меди.

Основой для Ferodo Eco-Friction стала комбинация из 25 компонентов, в том числе сульфидов металлов, минералов, абразивов, волокон, керамических частиц и различных видов графита. Этот состав обеспечивает эффективность торможения, не уступающую медьсодержащим фрикционным материалам. Результаты независимого тестирования колодок по технологии Eco-Friction для популярных европейских автомобилей подтвердили их превосходство по эффективности торможения в сравнении со стандартными медьсодержащими колодками Ferodo Premier и с продукцией конкурентов (меньший тормозной путь и меньшая степень износа в паре трения колодка/диск). Благодаря успешным исследованиям Federal-Mogul стала мировым лидером в области создания фрикционных материалов с низким или нулевым содержанием меди.

Серийный выпуск колодок Eco-Friction начался в 2014 году, когда компания Daimler выбрала продукцию Ferodo в качестве оригинальных комплектующих для нового Mercedes-Benz C-Class, а с сентября 2015 года колодки Eco-Friction устанавливаются и на Audi A4. Также эти колодки были рекомендованы для вторичного рынка автокомплектующих. Свыше 85% ассортимента колодок Ferodo для вторичного рынка выполнены по этой современной технологии.

До середины XX века фрикционная накладка дисковой тормозной колодки прикреплялась к несущей стальной пластине потайными заклепками во многих точках, но в середине XX века для соединения композитов с металлом были разработаны достаточно термостойкие и прочные клеи на основе термореактивных смол. В технологии производства дисковых тормозных колодок как для легковых, так и для грузовых автомобилей в настоящее время используется два основных способа формования фрикционного материала на стальной несущей пластине: прессование (только давление) и термопрессование (давление плюс нагрев). При производстве фрикционных накладок для грузовой техники используется метод термопрессования фрикционного материала. Для барабанных тормозов легковых и легких коммерческих автомобилей фрикционная накладка приклеивается к поверхности стального башмака. Фрикционные накладки барабанных тормозных механизмов для грузовых автомобилей закрепляются на тормозном башмаке с помощью заклепок. Это обуславливается большими габаритами тормозного механизма, более высокими нагрузками на фрикционную накладку при торможении, а также удобством и оптимизацией затрат при замене фрикционных накладок при регламентном обслуживании тормозной системы (без необходимости замены тормозных башмаков).

Большое содержание абразивов в составе фрикционной смеси приводит к чрезмерному износу колодки, диска и повышенной шумности при торможении.