24
Mühendis ve Makina Cilt : 47 Sayý: 553 Rukiye ERTAN, Nurettin YAVUZUludað Üniversitesi Müh.-Mim. Fak. Makina Müh. Böl.
ÖZET ABSTRACT
Polimer esaslý sürtünme malzemelerinin arzu edilen sürtünme Investigations have been made to improve the braking ve aþýnma davranýþlarýný saðlamasý ve frenleme performance of polymer based friction materials for performansýný arttýrmasý amacýyla birçok araþtýrma obtaining desirable friction and wear behavior. There are yapýlmýþtýr. Günümüzde, taþýtlarda kullanýlan yüksek oranlý about hundreds of different friction formulas in use of seramiklerden, düþük oranlý metalik, polimerik, asbestiz vehicles today ranging from high content ceramics to low organik balata malzemelerine kadar deðiþen geniþ bir metallics to polymeric to nonasbestos organic (NAO). This yelpazede yaklaþýk yüfaz rklý sürtünme formülü geliþtirilmiþtir. paper gives a general view of the composition and Bu çalýþma, polimer esaslý fren balata malzemelerinin manufacturing parameters of polymer based brake pad kompozisyonu ve üretim parametrelerine genel bir bakýþ materials, with special emphasis on many researches for saðlamanýn yaný sýra birçok araþtýrmacýnýn farklý
composition and manufacturing parameters variations kompozisyonlarýna ve üretim parametrelerine iliþkin elde
and the corresponding variations of the material ettikleri malzeme özellikleri üzerinde durulmuþtur.
properties.
Anahtar Kelimeler: Polimer matriksli fren balatalarý, sürtünme
Keywords: Brake pads with polymer matrix, friction and wear.
ve aþýnma
POLÝMER MATRÝKSLÝ FREN BALATA MALZEMELERÝNÝN
KOMPOZÝSYON VE ÜRETÝM PARAMETRELERÝ AÇISINDAN
DEÐERLENDÝRÝLMESÝ
Giriþ
F
Yaklaþýk 25 yýl öncesine kadar, frenlerde balata renlemenin yüksek bir verimle yapýlabilmesi için malzemesi olarak kullanýlan asbestin (chrysotile) en önemli kriterlerin baþýnda disk-balata ara frenleme için gerekli optimum koþullarý saðlamasýna yüzeyinde minimum aþýnmayý saðlayan yüksek karþýn frenleme esnasýnda oluþturduðu tozlarýn havaya ve kararlý sürtünme katsayýsý yer almaktadýr. Bu kriteri karýþarak canlýlarýn akciðerlerinde kanser oluþturmasý saðlayan en önemli faktörler ise balata malzemesinin sebebiyle Avrupa'da kullanýmý yasaklanmýþtýr [1,2]. kompozisyonu ve mikroyapýsýdýr. Asbeste alternatif olarak geliþtirilen ve saðlýk açýsýndan bir
Genel olarak balata malzemeleri üzerine yapýlan problem teþkil etmeyen polimer esaslý fren balatalarý çalýþmalar kompozisyonun deðiþtirilerek istenen farklý çalýþma koþullarý altýnda güvenlik sýnýrlarýný özelliklerin saðlanmasý üzerine yoðunlaþmýþtýr. Bunun aþmadan çalýþabilmelerinin yaný sýra, kararlý bir sürtünme yanýnda fren balata malzeme özelliklerinin üretim katsayýsýna ve düþük aþýnma oranlarýna sahip olmalarý parametrelerine ve tane boyutlarýna baðlý olarak büyük nedeniyle günümüzde en çok tercih edilen malzemeler ölçüde deðiþtiði yapýlan deneyler ile görülmüþtür. olmuþtur. Polimer matriksli bir fren balata malzemesi Kompozisyonlar ayný olsa bile farklý üretim parametreleri genellikle seramik partikülleri ve lifleri, mineraller, metalik i l e ü r e t i l e n b a l a t a l a r ç o k f a r k l ý ö z e l l i k l e r lifler, katý yaðlayýcýlar, elastomerler ve hepsini baðlayan sergileyebilmektedir. Bu yüzden bir balata malzemesi fenolik reçine gibi çok sayýda farklý komponentler içerir tasarýmýnda kompozisyon, üretim ile birlikte bir bütün (10-20 çeþit). Polimer matriksli fren balata malzemeleri olarak incelenip araþtýrýlmalýdýr. dýþýnda metal içermeyen balata malzemeleri de
günümüzde taþýtlarda kullanýlan diðer bir balata türüdür. Uçak sanayinde kullanýmý yoðun olan seramik (C/C, C/SiC, C/BN, C/B C) fren balatalarý da en son geliþtirilen 4
balata malzemeleridir [3].
Özellikle geliþen teknoloji ile birlikte taþýtlarýn hýzý, büyüklüðü ve aðýrlýðý büyük bir artýþ gösterirken, bu taþýtlarda kullanýlan fren sistemlerinin boyutlarý tam tersine küçülmüþtür. Dolayýsýyla birim alana düþen enerji miktarý artmýþtýr ve çalýþma sýcaklýklarý kullanýlan balata malzemesindeki komponentlerin sýnýrlarýný aþmýþtýr ve oluþan ýsýnýn transferinin gerçekleþtirilebilmesi için gerekli
þartlarýnda ve yüksek sýcaklýklarda kararlý sürtünme yüzey alaný küçülmüþtür [4]. Bu þartlar altýnda fren
katsayýsýna sahip olma özelliklerinin yanýnda daha fazla sisteminin güvenlik sýnýrlarýný aþmadan ve gerekli konforu
ýsý iletirler. Frenleme basýncýnýn artmasý veya olumsuz saðlayacak þekilde çalýþabilmesi için araç tipini,
çevresel etkenler (soðuk, sýcak, yað ve tuzlu su) sürtünme yükleme durumunu, kullaným þartlarýný da dikkate alarak
katsayýlarýnda büyük deðiþimlere neden olmaz [5]. en uygun balata kompozisyonunun seçilmesi gerekir.
Ancak metalik balatalarýn gürültü ve vibrasyona eðilimli Yapýlan bu çalýþma ile polimer matriksli fren balata
olmasý diske hasar vermesi gibi dezavantajlarý vardýr. m a l z e m e l e r i n i n k o m p o z i s y o n u n u o l u þ t u r a n
Büyük taþýtlarda ve kamyonlarda bu sebepten dolayý komponentlerin, literatürde yapýlan çalýþmalardan
genellikle metalik balatalar tercih edilir. Daha yüksek faydalanýlarak, olumlu ve olumsuz özellikleri derlenmiþtir.
konforun tercih edildiði binek tipi hafif taþýtlarda ise Kompozisyonun yaný sýra polimer matriksli fren balata
g e n e l l i k l e d a h a a z v i b r a s y o n v e g ü r ü l t ü malzemelerinin üretimi ve üretim parametreleri de
oluþturduðundan düþük metalik veya organik balatalar literatürdeki farký çalýþmalardan elde edilen sonuçlara
tercih edilir. Ancak organik balatalarýn da çalýþma göre deðerlendirilmiþtir.
ömürleri kýsadýr ve yüksek sýcaklýklardan büyük oranda etkilenirler. Her iki tip balatanýn avantajlarýndan faydalanýp, dezavantajlarýný en düþük seviyede tutabilmek amacýyla polimer matriksli (yarý-metalik) balatalar geliþtirilmiþtir. Polimer matriksli balatalar, Bir fren sisteminin ana fonksiyonu araç hýzýný metalik ve organik balatalarýn olumlu özelliklerinin yavaþlatmak, yokuþ aþaðý yollarda hýzý sabit tutmak veya taþýmasýnýn yaný sýra, seramik balatalar ile aracý tamamen durdurmaktýr. Bunun için kinetik enerji, karþýlaþtýrýldýðýnda daha ucuz ve kolay üretilirler. Ancak disk ve balata arasýndaki sürtünme iþi tarafýndan ýsýya seramik balatalar kadar yüksek sýcaklýklara karþý dayanýklý dönüþtürülür. deðildirler [6]. Asbestli balatalar ile karþýlaþtýrýldýðýnda ise, polimerik balatalar çevre ve insan saðlýðýný tehdit Fren balatalarý istenen sürtünme kararlýlýðý, çalýþma
etmeden uygun bir kompozisyon tasarýmý ile daha ömrü, minimum gürültü ve vibrasyonu karþýlamak üzere
yüksek performans saðlayabilmektedir. Ancak en tasarlanmalýdýr. Sürtünme kararlýlýðý fren balatasýnda
önemli dezavantajý aramid (kevlar), reçine, lastik tozu, sýcak, soðuk, ýslak ve kuru çevre koþullar altýndaki ve farklý
kauçuk gibi polimer malzemeler içermesi nedeniyle frenleme hýzlarýndaki performansýný ifade eder. Bu
yüksek sýcaklýklara karþý dayanýmý düþüktür ve yapýsý bakýmdan güvenliði etkileyen faktörlerin baþýnda gelir.
sýcaklýkla birlikte büyük oranda deðiþir. Bu sebeple birçok
Polimer Matriksli Fren Balata
Malzemeleri
26
Mühendis ve Makina Cilt : 47 Sayý: 553 araþtýrmacý tarafýndan yoðun olarak incelenen katsayýsýnýn düþtüðü tespit edilmiþtir [16]. Bu durumun en frenlemede zayýflama (fade) olarak bilinen olayýn baþta gelen sebebi çelik yünü etkisiyle artan aþýnma oluþumunda en önemli etkendir [7-10]. oraný ve ara yüzeyde oluþan sürtünme filminin kalýnlýðýnýnartarak temasý kesmesidir.
Bakýr ve bakýr alaþýmlarý sürtünme ara yüzeyinde genelde termal daðýlýmý iyileþtirmek için eklenir. Ayrýca bakýr yüksek sýcaklýklarda ara yüzeyde bakýr oksit Polimer matriksli balata malzemeleri, polimer bir oluþturarak sürtünme katsayýsýný kararlý kýlar. Bu malzeme matriks içerisinde lifli yapýsal malzemeler, metal veya genellikle balataya karþýt yüzeye (diske) olan mineral dolgu partikülleri ve katý yaðlayýcýlardan agresivliðinden sakýnmak ve sürtünme deðiþimini kontrol oluþmaktadýr [2]. Bu malzemelerin seçimi ve oranlarý etmek için eklenir [15].
frenleme performansý üzerinde birinci derecede etkin Alüminyum lifler sürtünme malzemesine genellikle olmasý sebebiyle son yýllarda farklý malzemeler ve farklý alüminyum metal matriksli kompozit (Al-MMC) fren oranlarýn balata performansý üzerindeki etkileri direkt diskleri kullanýldýðý zaman eklenir. Al lifler içeren bir olarak deneylerle veya geliþtirilen optimizasyon sürtünme malzemesi, bakýr ve çelik yününe göre kayma metotlarý ile ya da deneysel tasarým metotlarý hýzýndan daha az etkilenir [15].
kullanýlarak gerek numune sayýsýný en aza indirip maliyeti Aramid lifler, lif doðrultusunda güçlü bir kovalent bað düþürmek, gerekse zaman kaybýný önlemek bakýmýndan ve enine doðrultuda da zayýf hidrojen baðýna sahip olan balata kompozisyonu tasarýmýnda önemli yer kristal yapýsý sebebiyle yüksek derecede anizotropik tutmaktadýr [11-13]. özellik sergilemektedir [17]. Bu bakýmdan, güçlü bir yapý
Polimer matriksli balata kompozisyonlarýnda saðlamak için liflerin uygun doðrultularda üretilmesi kullanýlan malzemeler sahip olduklarý görev bakýmýndan gerekir. Aramid liflerin miktarý ile ýsýl direnç doðru orantýlý beþ gruba ayrýlmaktadýr. Aþaðýda bu gruplarý oluþturan olarak artarken, sürtünme kararlýlýðý çok fazla deðiþmez malzemeler ile ilgili literatürde yapýlan çalýþmalar [18]. Genellikle balata malzemesi içerisinde yapýsal
verilmiþtir: olarak kullanýlan aramid, lifli yapýsý sebebiyle abrasiv
olarak da görev yapar. Sürtünme esnasýnda sýcaklýk
o
450 C'yi aþtýðýnda ise yaðlayýcý olarak görev yapmaya baþlar [19].
Yapýsal malzemeler, balatada mekaniksel dayaným, sertlik, termal stabilite, aþýnma direnci ve kararlý bir sürtünme üretir. Genellikle çelik yünü, Cu lifleri, Al lifleri,
kaya yünü, cam yünü, seramik lifler ve aramid (kevlar) lifler Baðlayýcýlar, tüm bileþenleri bir arada tutmak ve tek baþýna veya farklý kombinasyonlarda kullanýlýrlar [14]. kararlý bir matriks oluþturmak için kullanýlýr. Bu malzemeler
Günümüzde, çelik yünü iyi aþýnma direnci ve yüksek polimer esaslý olduðundan, yüksek sýcaklýklara sýcaklýklarda kararlý bir sürtünme sergilemesi nedeniyle dayanýksýzdýrlar ve sürtünme malzemesinin içinde kullaným alaný oldukça geniþtir, ancak diskte aþýnma, deðiþimi en az tahmin edilebilen komponentlerdir. kalýnlýk deðiþimine, vibrasyon ve gürültüye sebebiyet Genel olarak termoset veya novolac tipte fenolik reçine verirler. Bununla birlikte yapý içerisinde çelik yünü oranýnýn yer alýr ve sönümlemeyi arttýrmak için lastik tozu ile birlikte artmasýyla kesikli sürtünmeye olan eðilimi þiddetli bir kullanýlýr [14].
þekilde arttýrdýðý gözlenmiþtir [15]. Çelik yünü içeren Fenolik reçine gibi polimer malzemeler, her reçine sürtünme malzemesinde kayma hýzý arttýkça sürtünme tipi için farklý olan bir sýcaklýk aralýðýnda baðlayýcýlýk
Polimer Matriksli Fren Balata
Malzemelerinin Kompozisyonu
Yapýsal Malzemeler
baðlayýcý reçine ile uyumluluðu da son on yýl içinde özelliði kazanýr. Bu olay polimerizasyon olarak bilinir ve
yapýlan araþtýrmalarda dikkati çekmiþtir. Abrasivler katlý bað (C=C gibi) yapýsýna sahip küçük temel
üzerine yapýlan bir çalýþmada [17] balata malzemesi moleküllerin, herhangi bir yan ürün oluþturmaksýzýn ýsý
içinde yer alan aramid lifleri ve potasyum titanat'ýn vererek her molekülün birbiriyle tek katlý yeni bað ile zincir
sinerjistik etkisi ile optimum oranlarda kullanýmýnýn en iyi þeklinde makromolekülleri meydana getirir [20]. Ancak,
sonucu verdiði gözlenmiþtir. Aramid liflerin malzemeleri frenleme esnasýnda oluþan çok yüksek sýcaklýklar
bir arada tutma kabiliyeti ve potasyumun ýsýl direnci polimerin yapýsýný bozarak kimyasal baðlarýn yanmasýna
birbirini tamamlayarak balata-disk ara yüzeyinde oluþan ve baðlayýcýlýk özelliðini yitirmesine neden olur ve
sürtünme filminin bað dayanýmýný arttýrmýþtýr. balata-disk ara yüzeyinde oluþan sürtünme
Sürtünme tozu organik esaslý bir malzemedir ve kuvvetlerinde büyük bir düþüþ meydana gelir. Dolayýsýyla
genellikle yüksek sýcaklýklarda sürtünme dayanýmýný ve reçine konsantrasyonunun düþük olmasý fiziksel
soðuk aþýnmayý iyileþtirmek için kullanýlýr. Baðlayýcý özelliklerin zayýf olmasýna, yüksek konsantrasyonu ise
sistemin elastikiyetini arttýrýr, kesikli sürtünme ve buna yüksek sýcaklýklarda sürtünme katsayýsýnýn düþmesine baðlý olarak oluþan gürültü ve vibrasyonu azaltýr [16, 19]. sebep olur [21, 22, 23]. Porozite ve sertlik gibi sürtünme Balatada abrasiv olarak yer alan pirincin içerisindeki malzemesinin fiziksel özelliklerinin deðiþimi reçine çinko sürtünme esnasýnda balata yüzeyinden diske oranýyla orantýlýdýr, moleküler bað yapýsý deðiþtirilerek transfer olur. Bu sebeple frenleme sonrasýnda balata termal dayanýmý arttýrýlabilir ve balatanýn disk yüzeyi ve sürtünme tabakasý içerisinde yer almaz. Disk malzemesine alýþma süresi kýsaltýlabilir [24]. yüzeyi incelediðinde ise Zn ve O'nin homojen bir þekilde daðýlmýþ olduðu görülülür. Bu yüzden pirinç abrasive olarak görev yapmasýnýn yaný sýra, yüksek sýcaklýklarda oluþan çinko oksit sebebiyle katý yaðlayýcý olarak da Abrasivler, disk-balata ara yüzeyinde yüksek ve kararlý
görev yapar [27, 28]. Benzer durum kalsiyum sülfatta da bir sürtünme katsayýsý saðlamak için katýlýrlar [14].
meydana gelir [29]. Abrasive olarak kullanýlan ZrSiO , potasyum titanat, 4
sürtünme tozu (cashew partikülleri), pirinç ve silikat sürtünme katsayýsýný arttýrmalarýna karþýn uygun yaðlayýcý
Fren sistemlerinde yaðlayýcý olarak genellikle grafit, ve yapýsallarýn kullanýlmamasý durumunda disk
farklý metal sülfitler, antimonite (Sb S ) gibi katý yaðlayýcý 2 3
aþýnmasýna sebep olurlar.
tercih edilmektedir. Katý yaðlayýcýlar normal þartlar Abrasiv olarak kullanýlan ZrSiO (zirkonyum silikat) 4
altýnda rotor yüzeyinde sürtünme filmi oluþturur ve bu sürtünme torku üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Yüksek
filmin sürtünme katsayýsýný öncelikle yüksek sýcaklýklarda oranlarda kullanýlmasý durumunda yüksek bir sürtünme
stabilize etme, balata-disk aþýnma kontrolünü saðlama, katsayýsý saðlamasýna karþýn tork kararsýzlýðýný arttýrdýðý
gürültü eðilimini azaltma ve vibrasyonu sönümleme gibi gözlenmiþtir [25]. Tork deðerinin büyük deðiþimler çeþitli faydalarý bulunmaktadýr [30, 31].
sergilemesi ise ara yüzeyde oluþan sürtünme Grafit, karbon elementinden oluþan bir polimorftur. tabakasýnýn kalkmasýna neden olur ve bu durum aþýnma Balata malzemesi içinde iyi bir yaðlayýcý ve ucuz olmasý miktarýný arttýrdýðý için istenmez. sebebiyle yaygýn olarak kullanýlmaktadýr. Ancak
o
Potasyum titanat lifleri'nin direkt olarak sürtünme ve 700 C'nin üzerindeki sýcaklýklarda yanmaktadýr. [21] aþýnma davranýþýný iyileþtirdiði yapýlan araþtýrmalarda Tablo 1.'deki gibi bir kompozisyona sahip balata
o
ispatlanmýþtýr [26]. Özellikle yüksek sýcaklýklarda (204 C malzemesinde yapýlan testler esnasýnda Sb S ’in 2 3
o
civarýnda) aþýnmanýn %40 azaldýðý, sürtünmenin %30 arayüzeyde yüksek sýcaklýklarda (> 450 C) oluþturduðu arttýðý tespit edilmiþtir. Termal dayanýmýn yanýnda
Abrasivler
sürtünme kararlýðýný iyileþtirdiði ortaya çýkmýþtýr. Dinamometre üzerinde gerçekleþtirilen aþýnma testlerinde ise en düþük aþýnma oranýnýn maksimum Sb S ve minimum ZrSiO kullanýlmasý durumunda elde 2 3 4
edilmiþtir [25, 31]. Fren balata malzemeleri çok ince tozlar halindeki Ancak son yýllarda Sb S üzerine yapýlan çalýþmalar, 2 3 metal veya metal dýþý malzemelerin karýþtýrýlmasý, bu malzemenin kanser riski taþýdýðýný göstermiþtir. Sb'nin istenilen formda preslenmesi ve kontrollü bir atmosfer
altýnda belirlenen süre içerisinde sinterlenmesini frenleme esnasýnda bileþikten ayrýlmasý ile bir kýsmýnýn
kapsayan üretim prosesinden oluþmaktadýr. Bu yöntem havaya toz olarak karýþtýðýný, bir kýsmýnýn ise oksijen ile
ile tek bir aþamada üretim yapmak mümkündür [33]. Sb O oluþturduðunu (Sb O fizyolojik sývý içerisinde 2 3 2 3
Fren balata üretiminde bu yöntemin tercih çözünebilir) ve bunlarýn insan saðlýðýný tehdit eden
edilmesinin temel nedeni farklý özelliklere sahip karýþým kanserojen maddeler olduðu tespit edilmiþtir.[32]
malzemelerinin özelliklerini yitirmeden üretiminin gerçekleþtirilebilmesidir. Yüksek sýcaklýklara karþý dayanýmý düþük olan lastik tozu, kauçuk, reçine gibi Dolgu malzemeleri, temelde maliyeti azaltmak ve
polimer esaslý malzemeler üretim esnasýnda yanarak üretilebilirliðini iyileþtirmek için kullanýlýr. Mika ve
özelliklerini yitirebilirler. Dolayýsýyla fren balata vermikülit'in yaný sýra BaSO , potasyum titanat, aramid 4
malzemeleri yüksek sýcaklýkta gerçekleþtirilen döküm gibi lifler, CaCO ve Al O da genelde kullanýlan diðer dolgu 3 2 3
yöntemlerle üretilemez. Toz metalürjisi yöntemiyle malzemeleridir. [14]
yapýlan bir fren balatasý üretiminde ise balatayý oluþturan Vermikülit frenleme esnasýnda oluþan yüksek tüm malzemeler üretim esnasýnda özelliklerini korur, sýcaklýklar sebebiyle ekseni boyunca akordiyon gibi istenen boyutlara sahip gözenekli bir yapý elde edilebilir uzamaktadýr. Bu karakteristik genleþmenin, yapýda ve farklý boyut ve þekle sahip malzeme tozlarýný saðlam, bulunan kristal suyunun aniden buharlaþmasý sonucu hassas ve yüksek performanslý parçalara dönüþtürür. o l u þ a n b u h a r b a s ý n c ý n d a n k a y n a k l a n d ý ð ý Polimer matriksli balata malzemelerinin üretimi;
o
düþünülmektedir. 870 C'nin üzerinde içerdiði su karýþtýrma, þekillendirme (kalýplama) ve daha sonra buharlaþýr ve geriye kalan partiküller solucan (helisel) partiküllerin sinterleme yolu ile ýsýl baðlanmasý þeklinde geniþler [19, 3]. basamaklarýný içerir.
BaSO miktarý azaltýldýðýnda yüksek sýcaklýklarda dahi 4 Karýþtýrma: Karýþtýrma iþleminin tipi çoðunlukla
sürtünme katsayýsý kararlýlýðýný koruduðu, ancak aþýnma karýþýmý oluþturan malzemelerin türüne baðlýdýr. Özellikle oranýnýn önemli derecede arttýðý gözlenmiþtir. Alternatifi yoðunluklarý, partikül boyutlarý ve bazen yüzey olarak CaCO kullanýlýr. Daha ucuzdur, ancak yüksek 3 karakteristikleri ve þekilleri önemli farklýlýklar gösteren toz
bileþenlerde karýþtýrma iþlemi zor olabilmektedir. sýcaklýklarda dayanýksýzdýr [19].
Dolgu Malzemeleri
Polimer Matriksli Fren Balata
Malzemelerinin Üretimi
28
Mühendis ve Makina Cilt : 47 Sayý: 553Tablo 1. Polimer Matriksli Balata Malzemesi Ýçin Kompozsiyon (%hac) [25].
Karýþtýrma iþlemi segregasyonu önlemek açýsýndan çok kompozisyona sahip olan karýþýmýn bir kalýp içerisinde belirli basýnçta yoðunlaþtýrýlmasýdýr. Bu iþlem soðuk olarak dikkatli bir þekilde yapýlmalýdýr. Segregasyonu önlemek
gerçekleþtirilmekte ve balatanýn ön þeklini oluþturmak için karýþýma genellikle yaðlayýcý (grafit gibi) eklenir [34]
için 200-600 MPa basýnç uygulanmaktadýr. ve düþük viskoziteye sahip olan toz veya sývý (sývý reçine
gibi) komponentlerin homojen karýþmasý için karýþtýrýcý Sýcak Þekillendirme: Bu proses genellikle kollar ile kesici býçaklarýn birlikte karýþtýrma iþlemini kalýplamada yoðunluk ile yakýndan ilgilidir. Þekillendirme
burada, balatanýn son boyutlarýna oldukça yakýn gerçekleþtirmesi gerekir.[35]
hatlarýn oluþmasý anlamýndadýr. Ýþlem yaklaþýk 140-Kalýplama: Kalýplama iþlemi, karýþtýrma iþleminden
o
250 C civarýnda yapýlmaktadýr. Bazý balatalarýn sonra homojen olarak daðýlmýþ olan toz partiküllerinin
üretiminde ön ve sýcak þekillendirme iþlemleri tek bir hidrolik veya mekanik preslerle bir kalýp içerisinde
aþamada uygulanabilmektedir [35]. sýkýþtýrýlmasý iþlemidir. Kalýp içerisine tozlar doldurulduktan
Sinterleme: Sinterleme, yüksek sýcaklýklarda kontrollü sonra, üst baský plakasý ile tek yönlü basma gerçekleþir.
Uygulanan basýnç arttýkça toz kütlesinin yoðunluðu artar, atmosfer altýnda toz partiküllerinin kimyasal baðlanmasýný saðlayan iþlemdir. Özellikle, fren gözenek oraný azalýr [36]. Aþaðýda verilen (1) no'lu
denklemden de görüldüðü gibi sýkýþma oraný porozite balatalarýnda sinterleme koþullarý (sýcaklýk ve süre) reçine üzerinde direk etkiye sahiptir; [35] üreticileri tarafýndan belirlenir ve reçinenin yapýsýna zarar vermeyecek üretim parametrelerinde gerçekleþir.
P=100 - V (1)
Ayrýca sinterleme sýcaklýðý, süresi ve atmosferi P (% porozite) ve V (% sýkýþma oraný) deðerleri Young gözenekliliði de büyük oranda etkiler. Çünkü sýcaklýkla modülü ve malzemenin sönümleme özelliði ile baðlayýcý reçinenin akýcýlýðý ve dolayýsýyla gözeneklilik de doðrudan ilgilidir. Bu yüzden kalýplama parametreleri deðiþir. Gözenekliliðin en önemli avantajý, ses ve fren balata malzemesinin özelliklerine doðrudan vibrasyonu sönümleme özelliklerine sahip olmasýdýr [37]. etkilediði için oldukça önemlidir. Balata üretiminde kullanýlan farklý araþtýrmacýlarýn tespit
ettikleri üretim parametreleri Tablo 2'de verilmiþtir. Bazý araþtýrmacýlarýn yaptýklarý çalýþmalar ile
kalýplama basýncý ve zamanýnýn yüzey sertliði üzerinde çok önemli bir etkiye sahip olduðunu göstermiþlerdir
Kullanýmda yer alan ve henüz geliþim aþamasýnda [37]. Balatalarda kalýplama ön ve sýcak þekillendirme
olan polimer matriksli fren balata malzemelerinin olmak üzere iki aþamada gerçekleþen bir prosestir;
Sonuç
(2003)
komponent ve oranlarýna göre balata malzemesinin The Effect of Metal Fibers on the Friction Performance of
Automotive brake friction materials, Wear (article in press).
sergilediði tribolojik özellikler de deðiþim göstermektedir.
(2001) Compositional
Taþýtýn tipi, yükleme durumu, çevre koþullarý, trafik Effects of the Brake Friction Material on Creep Groan Phenomena, Wear 251. 1477-1483.
durumu gibi faktörler de göz önüne alýnarak uygun bir
(2001) Synergistic Effects of Aramid Pulp And Potassium Titanate Whiskers in the
balata malzemesinin seçimi ve üretim parametrelerinin
Automotive Friction Material, Wear 251,1484-1491.
optimizasyonu ile frenlemeden istenen performansý ve (2000) Friction and Wear of friction Materials Containing Two Different Phenolic Resins Reinforced
konforu saðlamak mümkündür. Yapýlan bu çalýþma ile, With Aramid Pulp. Tribology International 33, 477-84.
1995. Facts About Friction, P&W Price
polimer matriksli fren balata malzemelerinin Enterprises,Inc.,Croydon, PA.
(2004) Mühendislik Malzemeleri, Önemli
kompozisyonunu oluþturan komponentlerin ve üretim
Endüstriyel Malzemeler ve Isýl Ýþlemleri, Alfa Akademi Basým Yayým Ltd.Þti. Eminönü/ Ýstanbul. S.176-229.
parametrelerinin sürtünme performansý bakýmýndan
(1972) Fillers in Friction Materials, Wear 22, 367-409.
önemi literatürdeki çalýþmalar derlenerek sunulmuþtur. (1979) Journal in Mech E (Railway Div),
C 161, 137.
(2000)Thermal
Interaction Between Polymer-based Composite Friction Materials and Counter faces.Jour of Applied Pol Sci,Vol.81,364-369.
(2003) An Evaluation of the Historical Exposures of (2000) Friction and Wear of Friction Mechanics to Asbestos in Brake Dust, Applied Occupational Materials Containing Two Different Phenolic Resins Reinforced
With Aramid Pulp. Tribology International 33, 477-84. and Environmental Hygiene, 18: 786804.
(2000) The Effects of Sb2S3 And Zirconium Silicate ZrSiO4 in the Automotive Brake Friction (2004) Environmental and Occupational Health Hazards
Material on Friction Characteristics. Wear 239, 229236. Associated with the Presence of Asbestos in Brake Linings and
(1977) Effects Pads (1900 To Present):A “State-Of-The-Art” Review. Journal of
of Potassium Titanate Fiber on the Wear of Automotive Brake Toxicology and Environmental Health, Part B, 7:33110
Linings, International Conference on the Wear of Materials, St. (2001) Compositions, Functions, and Testing of Louis, Mo., U.S.A., April 2628.
Friction Brake Mater. and Their Additives,U.S. Department of (1997) Tribological Behaviour of Energy, Office of Transportation Technologies,USA,38. Nanocristalline Zinc Oxide Films, Wear 203-204. 245-256.
(2000) Friction, Friction Materials, and Brake (2004) Friction Layers and Friction Operational Characterstics, Short Course on the Braking of Films on PMC Brake Pads, Wear 257, 215-226.
Road Vehicles,University of Bradford,4-8 September p.13.
(1998) Calcium Sulphate as a High Temperature Solid (1996) Balata Üretim Teknolojisi, I.Ulusal Toz
Metalurjisi Kongresi, Bildiriler kitapçýðý, Gazi Üniversitesi, lubricant. Wear 219. 155-161.
Ankara, s. 6-17. (1984) The Third-Body Approach: A Mechanical Wiew of Wear, Wear 100.437-452.
(2003) Seramik Takviyeli Bronz Esaslý Toz Metal Fren
(2002) Use of scaning force Balata Üretimi ve Sürtüme-Aþýnma Özel. Araþtýrýlmasý, Doktora
microscopy studies with combined friction, stiffness and Tezi, Gazi Üniversitesi, Ankara. s. 3-47.
thermal diffusivity contrasts for microskopic characterization of (2001)
automotive brake pads. Surface and Interface Analysis 33. Chemical and microstructural changes induced by friction 100-107.
and wear of brakes, Wear 251. 14691476.
(2005) (1977) Wear 41, 309. Antimony in brake pads-a carcinogenic component?
1978. Wear 46 (1978) 163. Journal of Cleaner Production 13, 1931.
(1988) Schmierungstechnik (Berlin) 19 (1988) 205. (2002) Toz Metalurjisi Ders Notlarý. Uludað Üniversitesi (1992) Kirk Othmer Müh-Mim. Fak. Makine Müh.Böl. Bursa.
Encyclop.Chem.Tech., 4th edn, John Wiley & Sons, New York, 1978) Powder Metallurgy Processing 523-536. New Techniques and Analyses, Academic Press, New York,
(2004) Optimization of a Semimetallic Friction Material San Francisko.
Formulation. Jouranl of Reinforced Plastics and Composites, 1990.Brake Linings for Road Vol. 23, No. 14., 1537-1545. Vehicles.Verlag Moderne Ýndustrie AG&Co,D-8910,Box
1751,Germany.p. 4-44. (2002) Optimization of a
Commercial Brake Pad Formulation. Journal of Applied (1997) Toz Metalurjisi Tarihsel Geliþimi, Üretim Polymer Science, Vol.84, 2498-2504. Aþamalarý ve Yeni Eðilimler, 9. Uluslar Arasý Metalurji ve
Malzeme Kongresi, Ýstanbul, Türkiye, s. 449-475. (2002) On the
Nature of Tribological Contact in Gutomotive Brakes, Wear (2003) Optimization of Manufacturing Parameters For a Brake Lining Using Taguchi 252. 26-36.
15. Jang,H., Ko,K.,Kim, S.J., Basch, R.H. and Fash, J.W. 16. Jang,H., Lee, J.S. and Fash, J.W.
17. Kim,S.J., Cho, M.H., Lim,D.S. and Jang, H. 18. Kim,S.J. and Jang,H.
19. Nicholson,G. 20. Demirci, A.H. 21. Spurr,R.T.
22. Walsh,P. and Spurr, R.T.
23. Abbasi,F.,Shojael,A. and Katbab, A.A.
Kaynakça
1. Paustenbach, D.J., Richter, R.O., Finley, B.L., and Sheehan,
P.J. 24. Kim,S.J. and Jang,H. 25. Jang,H. and Kim, S.J. 2. Paustenbach, D.J., Finley B.L., Lu E.T., Brorby G.P., Sheehan
P.J.
26. Halberstadt, M. L., Mansfield, J. A., Rhee, S.K. 3. Blau,P.J.
27. Prasad,S.V. and Zabinski,J.S. 4. Day,A.J. 28. Österle,W. and Urban,I.
29. John,P.J.,Prasad,S.V.,Vaevodýn, A.A. and Zabinski, J.S. 5. Uygur, M.E.,
30. Godet,M. 6. Boz,M.,
31. Munz,M., Schulz, E. and Sturm, H. 7. Österle,W., Griepentrog,M., Gross, T.H. and Urban,I.
32. Uexküll, O., Skerfving, S., Doyle, R. and Braungart, M. 8. Bark,L.S.
9. Jacko,M.G.
10. Schneýder, L. 33. Yavuz, N. 11. Jacko,G.K. and Rhee,S.K.
34. Kuhn, H.A., Lawley, A. ( 12. Lu,Y.
35. Oehl,K.H. and H.G.Paul. 13. Lu,Y., Tang, C.F. and Wright, M.A.
36. Öveçoðlu, M.L. 14. Eriksson,M., Bergman, F. and Jacobson,S.
37. Kým,S.J., Kim, K.S. and Jang,H.
