T.C.
DÜZCE ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
TİCARİ ARAÇ BALATALARINA CEVİZ ve FINDIK KABUĞU
TOZU KATKILARININ AŞINMA ve SÜRTÜNME
DAVRANIŞINA ETKİSİNİN İNCELENMESİ
GÜLŞAH AKINCIOĞLU
DOKTORA TEZİ
MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
DANIŞMAN
PROF. DR. İLYAS UYGUR
Doç. Dr. Hasan ÖKTEM
T.C.
DÜZCE ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
TİCARİ ARAÇ BALATALARINA CEVİZ ve FINDIK KABUĞU
TOZU KATKILARININ AŞINMA ve SÜRTÜNME DAVRANIŞINA
ETKİSİNİN İNCELENMESİ
Gülşah AKINCIOĞLU tarafından hazırlanan tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından Düzce Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı’nda
DOKTORA TEZİ olarak kabul edilmiştir. Tez Danışmanı
Prof. Dr. İlyas UYGUR Düzce Üniversitesi
Eş Danışman
Doç. Dr. Hasan ÖKTEM Kocaeli Üniversitesi
Jüri Üyeleri
Prof. Dr. İlyas UYGUR
Düzce Üniversitesi _____________________ Prof. Dr. Fehmi ERZİNCANLI
Düzce Üniversitesi _____________________ Prof. Dr. Adem KURT
Gazi Üniversitesi _____________________ Prof. Dr. Zafer TATLI
Sakarya Üniversitesi _____________________ Yrd. Doç. Dr. Yusuf ARSLAN
Düzce Üniversitesi _____________________
BEYAN
Bu tez çalışmasının kendi çalışmam olduğunu, tezin planlanmasından yazımına kadar bütün aşamalarda etik dışı davranışımın olmadığını, bu tezdeki bütün bilgileri akademik ve etik kurallar içinde elde ettiğimi, bu tez çalışmasıyla elde edilmeyen bütün bilgi ve yorumlara kaynak gösterdiğimi ve bu kaynakları da kaynaklar listesine aldığımı, yine bu tezin çalışılması ve yazımı sırasında patent ve telif haklarını ihlal edici bir davranışımın olmadığını beyan ederim.
26 Ocak 2018
TEŞEKKÜR
Doktora öğrenimimde ve bu tezin hazırlanmasında gösterdiği her türlü destek ve yardımdan dolayı çok değerli hocam Prof. Dr. İlyas UYGUR’a en içten dileklerimle teşekkür ederim.
Tez çalışmam boyunca değerli katkılarını esirgemeyen eş danışmanım Doç. Dr. Hasan ÖKTEM’e de şükranlarımı sunarım.
Görüş ve önerileriyle tezimin gelişmesine katkıda bulunan sayın Prof.Dr. Fehmi ERZİNCANLI, Doç.Dr. Suat SARIDEMİR’e ve Hamdi KARAKAŞ’a teşekkür ederim. Ayrıca tezimin yapılmasına katkı sunan Kale Balata A.Ş.’nin üretim müdürü Mühendis Kubilay ATUK Bey’e, Balatacılar Balatacılık Sanayi ve Tic. A.Ş.’den Mühendis Simge UZUN AYTEKİN Hanım’a teşekkürlerimi sunarım.
Bu çalışma boyunca yardımlarını ve desteklerini esirgemeyen sevgili eşim Sıtkı AKINCIOĞLU’na, anneme, babama, kardeşlerime ve çocuklarıma büyük bir sevgiyle bakarak çalışmalarıma odaklanmamı sağlayan Emine-Yavuz BUDAK çiftine sonsuz teşekkürlerimi sunarım.
Bu tez çalışması, Düzce Üniversitesi BAP- 2015.06.05.313 numaralı Bilimsel Araştırma Projesiyle desteklenmiştir
İÇİNDEKİLER
Sayfa No
ŞEKİLLER ... viii
ÇİZELGE LİSTESİ ... xii
KISALTMALAR ... xv
SİMGELER ... xvi
ÖZET ... xvii
ABSTRACT ... xviii
EXTENDED ABSTRACT ... xix
1. GİRİŞ ... 1
2. FREN BALATALARINDA KULLANILAN MALZEMELER ... 4
2.1. TAKVİYE MALZEMELERİ ... 4
2.1.1. Çelik Yünü ... 4
2.1.2. Kaya Yünü ... 4
2.1.3. Kevlar ... 5
2.1.4. Cam Elyaf ... 5
2.1.5. Bor Elyaf ... 5
2.1.6. Kynol Elyaf... 5
2.1.7. Karbon Elyaf ... 6
2.1.8. Seramik Elyaf ... 6
2.1.9. Pirinç Talaşı ... 6
2.1.10. Diğer Takviye Malzemeleri ... 7
2.2. DOLGU MALZEMELERİ... 7
2.2.2. Kalsiyum Karbonat ... 8
2.2.3. Mika ... 8
2.2.4. Vermikülüt ... 8
2.2.5. Potasyum Titanat ... 8
2.2.6. Kauçuk ... 8
2.2.7. Diğer Dolgu Malzemeleri ... 9
2.3. BAĞLAYICI MALZEMELER ... 9
2.3.1. Fenolik Reçine ... 9
2.3.2. Siyanat Ester Reçine ... 10
2.3.3. Epoksi Takviye Reçine ... 10
2.4. SÜRTÜNME DÜZENLEYİCİ MALZEMELER... 10
2.4.1. Katı Yağlayıcılar ... 11
2.4.1.1.Grafit ... 11
2.4.1.2.Metal Sülfit ... 11
2.4.2. Aşındırıcılar ... 11
2.4.2.1. Alüminyum Oksit (Alümina) ... 11
2.4.2.2. Demir Oksit ve Metal Oksit ... 12
2.4.3. Diğer Sürtünme Düzenleyiciler ... 12
2.5. FINDIK KABUĞU ... 13
2.6. CEVIZ KABUĞU ... 15
2.7. BOR OKSİT ... 16
2.8. BORAKS ... 17
2.9. WOLLASTONITE ... 17
3. TRİBOLOJİ ... 20
3.1. SÜRTÜNME ... 20
3.1.1. Sürtünme Katsayısı ... 20
3.2. AŞINMA ... 21
3.2.1. Aşınmanın Temel Unsurları ... 21
3.2.2. Aşınma Tipleri ... 22
3.2.2.1. Adhesiv aşınma ... 22
3.2.2.2. Abrazif aşınma ... 22
3.2.2.3. Yorulma aşınması ... 23
3.2.2.4. Korozif aşınma ... 23
3.2.3. Aşınma Hesabı Yöntemleri ... 24
3.2.3.1. Ağırlık Farkı Metodu ... 24
3.2.3.2. Kalınlık Farkı Metodu ... 24
3.2.3.3. Özgül aşınma... 25
4. LİTERATÜR TARAMASI ... 26
5. DENEYSEL ÇALIŞMA ... 52
5.1. FREN BALATASI BASIMI ... 52
5.1.1. Kompozisyonun Hazırlanması ... 53
5.1.2. Balataların Kalıbının ve Presin Hazırlanması ... 56
5.1.3. Fren Balatalarının Taşlanması... 58
5.1.4. Fren Balatalarının Basım Hataları ve Çözümü... 59
5.2. SERTLİK TESTLERİ ... 60
5.3. YOĞUNLUK ÖLÇÜMLERİ ... 60
5.3.1. Görünür Yoğunluk ve Partikül Ölçümü ... 61
5.4. SUDA VE YAĞDA BEKLETME ... 62
5.5. KESME TESTLERİ ... 63
5.6. SIKIŞTIRMA TESTİ ... 66
5.7. ISIL İLETKENLİK ... 69
5.8. SEM VE EDX ANALİZLERİ ... 70
5.9. AŞINMA VE SÜRTÜNME TESTİ ... 72
5.9.2. Pin-On Disk Cihazı ... 74
5.9.3. Özel Tasarım Aşınma Sürtünme Test Cihazı ... 75
5.9.3.1. Profilometre Ölçümleri ve Yüzey Pürüzlülüğü ... 80
6. SONUÇLAR ve TARTIŞMA... 82
6.1. SERTLİK TESTİ... 82
6.2. YOĞUNLUK TESTİ ... 84
6.3. SU VE YAĞ EMİLİMİ ... 85
6.3.1. Su Emilimi ... 86
6.3.2. Yağ Emilimi ... 88
6.4. KESME TESTİ ... 89
6.5. SIKIŞTIRMA TESTİ ... 93
6.6. ISIL İLETKENLİK ... 95
6.7. MİKROYAPI VE EDX ANALİZLERİ ... 96
6.8. SÜRTÜNME AŞINMA DENEYLERİ ... 102
6.8.1. Chase Tipi Aşınma Sürtünme Cihazının Test Sonuçları ... 103
6.8.1.1. Chase Tipi Aşınma Sürtünme Test Sonuçları ... 136
6.8.2. Pin-On Disk Cihazının Test Sonuçları ... 139
6.8.2.1. Pin-On Disk Test Sonuçlarının Genel Değerlendirilmesi .. 141
6.8.3. Test Sonuçlarının Karşılaştırılması ... 143
6.8.4. Özel Tasarım Aşınma Sürtünme Test Cihazı ... 145
6.8.5. Özel Tasarım Aşınma Sürtünme Test Cihazı Aşınma ... 163
6.8.6. Aşınma Yüzeylerinin Değerlendirilmesi ... 186
6.8.7. Profilometre Ölçümleri ve Yüzey Pürüzlülüğü Sonuç ... 191
6.8.8. Termal Kamera Görüntüleri ... 193
7. SONUÇLAR ve ÖNERİLER ... 196
7.1. SONUÇLAR ... 196
7.3. GELECEK ÇALIŞMALAR ... 198
8. KAYNAKLAR ... 199
ÖZGEÇMİŞ ... 209
viii
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa No
Şekil 1.1. Diskli Fren sisteminin genel görünümü ... 1
Şekil 2.1. Ülkelerin dünya fındık üretim miktarındaki payları ... 13
Şekil 2.2. Fındık ve fındık kabuğu ... 14
Şekil 2.3. Ceviz ve ceviz kabuğu ... 15
Şekil 3.1. Sürtünme kuvvetinin şematik gösterimi ... 20
Şekil 3.2 Bir tribolojik sistemin şematik olarak gösterilişi ... 21
Şekil 3.3. Adhesiv aşınmanın şematik olarak gösterilişi ... 22
Şekil 3.4. Abrasif aşınmanın şematik olarak gösterilişi ... 23
Şekil 3.5. Yorulma aşınmasının şematik olarak gösterilişi ... 23
Şekil 3.6. Korozif aşınmanın şematik olarak gösterilişi ... 24
Şekil 4.1. Numunelere ait sürtünme katsayısı grafikleri... 26
Şekil 4.2. Fındık kabuğu tozlarının SEM görüntüleri ... 28
Şekil 4.3. SEM görüntüleri a) Bakır, b) Kaya yünü, c) Aramid elyafı ... 30
Şekil 4.4. Fren balatası test cihazı ... 33
Şekil 4.5. Deneylerde kullanılan numunenin a) SEM görüntüsü ... 36
Şekil 4.6. SEM görüntüleri a) silikon karbür b) zircon ... 40
Şekil 4.7. RSP sisteminin şematik gösterimi ... 41
Şekil 4.8. Fren balatası numunelerinin mikroskop görüntüleri ... 43
Şekil 4.9. SEM görüntüleri a) Bakır tozu, b) Bakır lifi ... 44
Şekil 4.10. Al2O3 malzemesinin SEM görüntüsü ... 46
Şekil 4.11. Özel tasarım aşınma sürtünme test düzeneği... 48
Şekil 4.12. Kuru ve ıslak şartlardaki sürtünme katsayıları ... 49
Şekil 4.13. Cam elyaf içeren numunenin sürtünme katsayısı grafiği ... 50
Şekil 5.1. SEM görüntüsü, a) fındık kabuğu tozu, b) ceviz kabuğu tozu ... 54
Şekil 5.2. Fren balatası numunelerinin adlandırmaları ... 55
Şekil 5.3. Sanayi tipi karıştırıcı ile tozların karıştırılması ... 55
Şekil 5.4. Tozların karıştırıldıktan sonraki hali. ... 56
Şekil 5.5. Fren balatalarının kalıplanma ve basım süreci ... 57
ix
Şekil 5.7. Hatalı basılan fren balataları ... 59
Şekil 5.8. Fren balatalarının sertlik ölçümü ... 60
Şekil 5.9. Yoğunluğu ölçülen balata numunesi ... 61
Şekil 5.10. Fren balatalarının su ve yağ emilim süreci ... 63
Şekil 5.11. Fren balatası kesme test fikstürü ... 64
Şekil 5.12. Kesme testi için kullanılan cihaz ... 65
Şekil 5.13. Kesme testi yapılan balata numunesi ... 66
Şekil 5.14. Sıkıştırma testi yük uygulama ... 67
Şekil 5.15. Sıkıştırılabilirlik testi yük uygulama grafiği ... 67
Şekil 5.16. Sıkıştırma test cihazının baskı aparatı ... 68
Şekil 5.17. Sıkıştırma test cihazı ... 69
Şekil 5.18. Isıl iletkenlik ölçüm cihazı ... 69
Şekil 5.19. Sıkıştırılmış tozlar a) Fındık kabuğu tozu, b) Ceviz kabuğu tozu ... 70
Şekil 5.20. SEM görüntüsü için kesilen numuneler ... 70
Şekil 5.21. Numunelere altın kaplama yapılan cihaz ... 71
Şekil 5.22. Mikro yapı görntülerinde kullanılan SEM cihazı ... 71
Şekil 5.23. Chase tipi test cihazı ve numune ... 73
Şekil 5.24. Chase tipi test cihazı için hazırlanmış numune ... 73
Şekil 5.25. Pin-on-disk tipi test cihazı ... 74
Şekil 5.26. Cihazın üstündeki balata numunesi ... 75
Şekil 5.27. Özel tasarım sürtünme aşınma test cihazı ... 76
Şekil 5.28. Deneylerde kullanılan termal kamera ... 79
Şekil 5.29. 3 boyutlu profilometre ve pürüzlülük ölçüm cihazı ... 80
Şekil 5.30. Profilometre ile yüzey pürüzlülük ölçüm grafiği ... 80
Şekil 6.1. Kesme testi sonucunda balata sacına yapışan yüzey görüntüleri ... 92
Şekil 6.2. 1A numunesine ait sıkıştırma testi grafiği ... 94
Şekil 6.3. 1A numunesine ait EDX analizi ... 97
Şekil 6.4. Mikro yapı görüntüsü, a) 1A numunesi, b) 1B numunesi ... 97
Şekil 6.5. 2B numunesine ait EDX analizi ... 98
Şekil 6.6. Mikro yapı görüntüsü, a) 2A numunesi, b) 2B numunesi ... 98
Şekil 6.7. 3B numunesine ait EDX analizi ... 99
Şekil 6.8. Mikro yapı görüntüsü, a) 3A numunesi, b) 3B numunesi ... 99
Şekil 6.9. 4B numunesine ait EDX analizi ... 100
Şekil 6.10. Mikro yapı görüntüsü, a) 4A numunesi, b) 4B numunesi ... 100
x
Şekil 6.12. Mikro yapı görüntüsü, a) 5A numunesi, b) 5B numunesi ... 101
Şekil 6.13. Ticari fren balatası numunesine ait mikro yapı görüntüsü ... 102
Şekil 6.14. 1A numunesine ait sürtünme katsayısı test grafiği ... 105
Şekil 6.15. 1B numunesine ait sürtünme katsayısı test grafiği ... 108
Şekil 6.16. 2A numunesine ait sürtünme katsayısı test grafiği ... 111
Şekil 6.17. 2B numunesine ait sürtünme katsayısı test grafiği ... 114
Şekil 6.18. 3A numunesine ait sürtünme katsayısı test grafiği ... 117
Şekil 6.19. 3B numunesine ait sürtünme katsayısı test grafiği ... 120
Şekil 6.20. 4A numunesine ait sürtünme katsayısı test grafiği ... 123
Şekil 6.21. 4B numunesine ait sürtünme katsayısı test grafiği ... 126
Şekil 6.22. 5A numunesine ait sürtünme katsayısı test grafiği ... 129
Şekil 6.23. 5B numunesine ait sürtünme katsayısı test grafiği ... 132
Şekil 6.24. Tic. numunesine ait sürtünme katsayısı test grafiği ... 135
Şekil 6.25. Numunelerin sıcak ve soğuk sürtünme katsayıları ... 138
Şekil 6.26. 1A numunesinin sürtünme katsayısı grafiği ... 140
Şekil 6.27. Fren balatası numunelerinin sürtünme katsayısı sonuçları ... 142
Şekil 6.28. Sürtünme katsayısı test sonuçlarının karşılaştırılması ... 144
Şekil 6.29. 1A için faktörlerin sürtünme katsayısına etkisi ve S/N oranı ... 148
Şekil 6.30. 1B için faktörlerin sürtünme katsayısına etkisi ve S/N oranı ... 150
Şekil 6.31. 2A için faktörlerin sürtünme katsayısına etkisi ve S/N oranı ... 151
Şekil 6.32. 2B için faktörlerin sürtünme katsayısına etkisi ve S/N oranı ... 152
Şekil 6.33. 3A için faktörlerin sürtünme katsayısına etkisi ve S/N oranı ... 153
Şekil 6.34. 3B için faktörlerin sürtünme katsayısına etkisi ve S/N oranı ... 155
Şekil 6.35. 4A için faktörlerin sürtünme katsayısına etkisi ve S/N oranı ... 156
Şekil 6.36. 4B için faktörlerin sürtünme katsayısına etkisi ve S/N oranı ... 157
Şekil 6.37. 5A için faktörlerin sürtünme katsayısına etkisi ve S/N oranı ... 158
Şekil 6.38. 5B için faktörlerin sürtünme katsayısına etkisi ve S/N oranı ... 160
Şekil 6.39. Tic. numunesinin sürtünme katsayısı ve S/N oranı ... 161
Şekil 6.40. Sürtünme katsayısı ve tahmin değerleri regresyon analizi ... 163
Şekil 6.41. 1A numunesi aşınma oranı ve S/N oranı grafiği ... 166
Şekil 6.42. 1A numunesinin aşınma oranlarına ait normal olasılık grafiği ... 167
Şekil 6.43. 1B numunesi aşınma oranı ve S/N oranı grafiği ... 168
Şekil 6.44. 1B numunesinin aşınma oranlarına ait normal olasılık grafiği ... 168
Şekil 6.45. 2A numunesi aşınma oranı ve S/N oranı grafiği ... 169
xi
Şekil 6.47. 2B numunesi aşınma oranı ve S/N oranı grafiği ... 171
Şekil 6.48. 2B numunesinin aşınma oranlarına ait normal olasılık grafiği ... 172
Şekil 6.49. 3A numunesi aşınma oranı ve S/N oranı grafiği ... 173
Şekil 6.50. 3A numunesinin aşınma oranlarına ait normal olasılık grafiği ... 174
Şekil 6.51. 3B numunesi aşınma oranı ve S/N oranı grafiği ... 175
Şekil 6.52. 3B numunesinin aşınma oranlarına ait normal olasılık grafiği ... 175
Şekil 6.53. 4A numunesi aşınma oranı ve S/N oranı grafiği ... 176
Şekil 6.54. 4A numunesinin aşınma oranlarına ait normal olasılık grafiği ... 177
Şekil 6.55. 4B numunesi aşınma oranı ve S/N oranı grafiği ... 178
Şekil 6.56. 4B numunesinin aşınma oranlarına ait normal olasılık grafiği ... 179
Şekil 6.57. 5A numunesi aşınma oranı ve S/N oranı grafiği ... 180
Şekil 6.58. 5A numunesinin aşınma oranlarına ait normal olasılık grafiği ... 180
Şekil 6.59. 5B numunesi aşınma oranı ve S/N oranı grafiği ... 181
Şekil 6.60. 5B numunesinin aşınma oranlarına ait normal olasılık grafiği ... 182
Şekil 6.61. Tic. numunesi aşınma oranı ve S/N oranı grafiği ... 183
Şekil 6.62. Ticari numunenin aşınma oranlarına ait normal olasılık grafiği ... 184
Şekil 6.63. Deneysel sonuçlar ve tahmin değerleri regresyon analizi ... 185
Şekil 6.64. Fren balatalarının aşınmış yüzeylerin görüntüleri a) 1A, b) 1B ... 186
Şekil 6.65. Fren balatalarının aşınmış yüzeylerin görüntüleri a) 2A, b) 2B ... 187
Şekil 6.66. Fren balatalarının aşınmış yüzeylerin görüntüleri a) 3A, b) 3B ... 188
Şekil 6.67. Fren balatalarının aşınmış yüzeylerin görüntüleri a) 4A, b) 4B ... 189
Şekil 6.68. Fren balatalarının aşınmış yüzeylerin görüntüleri a) 5A, b) 5B ... 190
Şekil 6.69. Ticari fren balatasının aşınmış yüzeylerinin görüntüleri ... 191
Şekil 6.70. Aşınma yüzeylerine ait 3 boyutlu yüzey görüntüleri ... 192
Şekil 6.71. Aşınma testleri sonrasında çekilen termal kamera görüntüleri ... 194
xii
ÇİZELGE LİSTESİ
Sayfa No
Çizelge 2.1. Dünya fındık üretimi ... 14
Çizelge 2.2. Türkiye yıllara göre ceviz üretimi ... 15
Çizelge 2.3. Dünya Bor Rezervleri ... 17
Çizelge 4.1. Numunelerin karışımdaki malzeme oranları ... 31
Çizelge 4.2. Mermer tozu katkılı numunelerin malzeme oranları ... 35
Çizelge 4.3. Kompozitin bileşenleri ... 38
Çizelge 5.1. Balatalarda kullanılan katkı maddelerinin ağırlıkça oranları ... 53
Çizelge 5.2. Fındık kabuğu ve ceviz kabuğu tozunun fiziksel özellikleri ... 54
Çizelge 5.3. Sıkıştırma testi uygulama şartları ... 67
Çizelge 5.4. Sürtünme katsayılarının harflerle gösterimi ... 74
Çizelge 5.5. Taguchi L18 methoduna göre faktörler ve seviyeler ... 77
Çizelge 5.6. Taguchi ortogonal L18 deney düzeni ... 78
Çizelge 6.1. Balataların sertlik değerleri ... 82
Çizelge 6.2. Fren balata numunelerinin yoğunluk değerleri... 84
Çizelge 6.3. Fren balatalarının su emiliminden sonra fiziksel değişimi ... 86
Çizelge 6.4. Fren balatalarının su emiliminin fiziksel özelliklerine etki oranı ... 87
Çizelge 6.5. Fren balatalarının yağ emiliminden sonraki fiziksel değişimi ... 88
Çizelge 6.6. Yağ emiliminin fiziksel balataların özelliklerine etki oranları ... 88
Çizelge 6.7. Fren balatalarının kesme testi sonuçları ... 90
Çizelge 6.8. Fren balatalarının sıkıştırma testi sonuçları ... 93
Çizelge 6.9. Fren balatalarına ait ısıl iletkenlik katsayıları ... 95
Çizelge 6.10. 1A numunesine ait sürtünme test sonuçları ... 104
Çizelge 6.11. 1A numunesine ait sürtünme katsayıları ... 106
Çizelge 6.12. 1B numunesine ait sürtünme test sonuçları ... 107
Çizelge 6.13. 1B numunesine ait sürtünme katsayıları... 109
Çizelge 6.14. 2A numunesine ait sürtünme test sonuçları ... 110
Çizelge 6.15. 2A numunesine ait sürtünme katsayıları ... 112
Çizelge 6.16. 2B numunesine ait sürtünme test sonuçları ... 113
xiii
Çizelge 6.18. 3A numunesine ait sürtünme test sonuçları ... 116
Çizelge 6.19. 3A numunesine ait sürtünme katsayıları ... 118
Çizelge 6.20. 3B numunesine ait sürtünme test sonuçları ... 119
Çizelge 6.21. 3B numunesine ait sürtünme katsayıları... 121
Çizelge 6.22. 4A numunesine ait sürtünme test sonuçları ... 122
Çizelge 6.23. 4A numunesine ait sürtünme katsayıları ... 124
Çizelge 6.24. 4B numunesine ait sürtünme test sonuçları ... 125
Çizelge 6.25. 4B numunesine ait sürtünme katsayıları... 127
Çizelge 6.26. 5A numunesine ait sürtünme test sonuçları ... 128
Çizelge 6.27. 5A numunesine ait sürtünme katsayıları ... 130
Çizelge 6.28. 5B numunesine ait sürtünme test sonuçları ... 131
Çizelge 6.29. 5B numunesine ait sürtünme katsayıları... 133
Çizelge 6.30. Ticari fren balatası numunesine ait sürtünme test sonuçları ... 134
Çizelge 6.31. Tic numunesine ait sürtünme katsayıları ... 136
Çizelge 6.32. Numunelerin sürtünme katsayıları, aşınma oranları ... 137
Çizelge 6.33. Pin-on disk test cihazı sürtünme katsayısı sonuçları ... 139
Çizelge 6.34. Sürtünme katsayısı sonuçlarının karşılaştırılması ... 144
Çizelge 6.35. Taguchi L18’ e göre elde edilen sürtünme katsayısı sonuçları ... 146
Çizelge 6.36. Taguchi L18’ e göre elde edilen sürtünme katsayısı S/N oranları ... 147
Çizelge 6.37. 1A numunesi ortalama sürtünme katsayısı sonucu ve S/N oranı ... 148
Çizelge 6.38. 1A numunesi sürtünme katsayısına ait ANOVA testi ... 149
Çizelge 6.39. 1B numunesi ortalama sürtünme katsayısı sonucu ve S/N oranı ... 149
Çizelge 6.40. 1B numunesi sürtünme katsayısına ait ANOVA testi ... 150
Çizelge 6.41. 2A numunesi ortalama sürtünme katsayısı sonucu ve S/N oranı ... 151
Çizelge 6.42. 2A numunesi sürtünme katsayısına ait ANOVA testi ... 151
Çizelge 6.43. 2B numunesi ortalama sürtünme katsayısı sonucu ve S/N oranı ... 152
Çizelge 6.44. 2B numunesi sürtünme katsayısına ait ANOVA testi ... 153
Çizelge 6.45. 3A numunesi ortalama sürtünme katsayısı sonucu ve S/N oranı ... 153
Çizelge 6.46. 3A numunesi sürtünme katsayısına ait ANOVA testi ... 154
Çizelge 6.47. 3B numunesi ortalama sürtünme katsayısı sonucu ve S/N oranı ... 154
Çizelge 6.48. 3B numunesi sürtünme katsayısına ait ANOVA testi ... 155
Çizelge 6.49. 4A numunesi ortalama sürtünme katsayısı sonucu ve S/N oranı ... 156
Çizelge 6.50. 4A numunesi sürtünme katsayısına ait ANOVA testi ... 156
Çizelge 6.51. 4B numunesi ortalama sürtünme katsayısı sonucu ve S/N oranı ... 157
xiv
Çizelge 6.53. 5A numunesi ortalama sürtünme katsayısı sonucu ve S/N oranı ... 158
Çizelge 6.54. 5A numunesi sürtünme katsayısına ait ANOVA testi ... 159
Çizelge 6.55. 5B numunesi ortalama sürtünme katsayısı sonucu ve S/N oranı ... 160
Çizelge 6.56. 5B numunesi sürtünme katsayısına ait ANOVA testi ... 161
Çizelge 6.57. Tic numunesi ortalama sürtünme katsayısı sonucu ve S/N oranı ... 161
Çizelge 6.58. Tic numunesi sürtünme katsayısına ait ANOVA testi ... 162
Çizelge 6.59. Nominal sürtünme katsayıları ve doğrulama test sonuçları ... 162
Çizelge 6.60. Taguchi L18 düzeneğine göre elde edilen aşınma oranı sonuçları... 164
Çizelge 6.61. Taguchi L18 düzeneğine göre elde edilen aşınma oranı S/N ... 165
Çizelge 6.62. 1A numuneye ait ortalama aşınma oranı ve S/N oranı ... 165
Çizelge 6.63. 1A numunesinin aşınma oranına ait ANOVA test sonuçları... 166
Çizelge 6.64. 1B numuneye ait ortalama aşınma oranı ve S/N oranı ... 167
Çizelge 6.65. 1B numunesinin aşınma oranına ait ANOVA test sonuçları ... 168
Çizelge 6.66. 2A numunesine ait ortalama aşınma oranı ve S/N oranı ... 169
Çizelge 6.67. 2A numunesinin aşınma oranına ait ANOVA test sonuçları... 170
Çizelge 6.68. 2B numunesine ait ortalama aşınma oranı ve S/N oranı ... 171
Çizelge 6.69. 2B numunesinin aşınma oranına ait ANOVA test sonuçları ... 172
Çizelge 6.70. 3A numunesine ait ortalama aşınma oranı ve S/N oranı ... 173
Çizelge 6.71. 3A numunesinin aşınma oranına ait ANOVA test sonuçları... 173
Çizelge 6.72. 3B numunesine ait ortalama aşınma oranı ve S/N oranı ... 174
Çizelge 6.73. 3B numunesinin aşınma oranına ait ANOVA test sonuçları ... 175
Çizelge 6.74. 4A numunesine ait ortalama aşınma oranı ve S/N oranı ... 176
Çizelge 6.75. 4A numunesinin aşınma oranına ait ANOVA test sonuçları... 177
Çizelge 6.76. 4B numunesine ait ortalama aşınma oranı ve S/N oranı ... 178
Çizelge 6.77. 4B numunesinin aşınma oranına ait ANOVA test sonuçları ... 178
Çizelge 6.78. 5A numunesine ait ortalama aşınma oranı ve S/N oranı ... 179
Çizelge 6.79. 5A numunesinin aşınma oranına ait ANOVA test sonuçları... 180
Çizelge 6.80. 5B numunesine ait ortalama aşınma oranı ve S/N oranı ... 181
Çizelge 6.81. 5B numunesinin aşınma oranına ait ANOVA test sonuçları ... 182
Çizelge 6.82. Ticari numuneye ait ortalama aşınma oranı ve S/N oranı ... 183
Çizelge 6.83. Ticari numunenin aşınma oranına ait ANOVA test sonuçları... 183
xv
KISALTMALAR
1A %3,5 Fındık Kabuğu Tozu Katkılı Balata Numunesi 1B %7 Fındık Kabuğu Tozu Katkılı Balata Numunesi 2A %3,5 Ceviz Kabuğu Tozu Katkılı Balata Numunesi 2B %7 Ceviz Kabuğu Tozu Katkılı Balata Numunesi 3A %3 Bor Oksit Tozu Katkılı Balata Numunesi 3B %6 Bor Oksit Tozu Katkılı Balata Numunesi 4A %2,25 Wollastonite Katkılı Balata Numunesi 4B %4,5 Wollastonite Katkılı Balata Numunesi 5A %3,5 Boraks Pentahidrat Katkılı Balata Numunesi 5B %7 Boraks Pentahidrat Katkılı Balata Numunesi
ANOVA Varyans Analizi
ASTM Amerikan Test Ve Malzeme Kurumu DIN Alman Standartlar Enstitüsü
EDX Enerji Yayılımlı X-Işını Analizi
FAST Aşınma Sürtünme Test Cihazı
ISO Uluslararası Standartlar Örgütü
MTA Maden Tetkik Arama
NAO Asbestsiz Fren Balatası
PKSM Polimerik Kompozitli Sürtünme Malzemelerinin
RSP Azalan Ölçek Prototipi
S/N Sinyal/Gürültü Oranı
SAE Otomotiv Mühendisleri Topluluğu SEM Taramalı Elektronik Mikroskop
Tic Ticari Fren Balatası
TSE Türk Standartları Entitüsü TÜİK Türkiye İstatistik Kurumu
xvi
SİMGELER
∆G Ağırlık Kaybı °C Santigrat Derece µm Mikron d Yoğunluk dak Dakika Test Makinesi Deformasyonu
di Ortalama Kalınlık
Baskı Gerilimi
F Kuvvet
FB Fren Balatası Yüzeyine Gelen Toplam Kuvvet fm Deneydeki Ortalama Sürtünme Kuvveti
Fs Sürtünme Kuvveti
g Gram
kcal/m.h°C Kilokalori/ Metre x Saat x Santigrat Derece
kPa Kilopascal
M Yükleme Ağırlığı
m1 Deneyden Önce Ölçülen Fren Balatası Kütlesi
m2 Deneyden Sonra Ölçülen Fren Balatası Kütlesi
MgO Magnezyum Oksit
MPa Megapascal
N Newton
n Toplam Devir Sayısı
NaOH Sodyum Hidroksit
PB Fren Balatası Yüzeyine Gelen Toplam Basınç
Pm Manometre Basıncı
Rd Disk Yarıçapı
SAE Otomotiv Mühendisleri Topluluğu
SB Balata Yüzey Alanı
SiC Silisyum Karbür
Sp Pres Piston Alanı
V Özgül Aşınma
W Normal Kuvvet
W/m.K Watt/ Metre x Kelvin
Wa Aşınma Oranı
xvii
ÖZET
TİCARİ ARAÇ BALATALARINA CEVİZ ve FINDIK KABUĞU
TOZU KATKILARININ AŞINMA ve SÜRTÜNME
DAVRANIŞINA ETKİSİNİN İNCELENMESİ
Gülşah AKINCIOĞLU Düzce Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı Doktora Tezi
Danışman: Prof. Dr. İlyas UYGUR Ocak 2018, 208sayfa
Fren balataları genellikle beş farklı grup kompozisyon bileşeninden oluşmaktadır. Bu gruplar takviye edici, bağlayıcı, aşındırıcı madde, yağlayıcı madde ve dolgu maddesi olarak sınıflandırılabilir. Bu grupların her biri, sürtünme özelliğini, aşınma direncini artırmak, mukavemeti artırmak ve gözeneklilik ve gürültüyü azaltmak gibi birçok farklı işlevlera sahiptir. Bu malzemelerin seçimi için katkı maddelerinin fren balataların performasına, üretim maliyetine ve çevreye etkisi gibi özelliklerine bakılmaktadır. Bu çalışmada fındık kabuğu, ceviz kabuğu, bor oksit, boraks ve wollastonite tozu kullanılarak organik, sağlığa ve çevreye zararsız fren balataları üretilmiştir. Farklı kompozisyonlar denenerek en ideal karışım elde edilmek istenmiştir. Fren balatalarının performanslarını değerlendirmek için aşınma sürtünme, sertlik, yoğunluk, gözeneklilik, sıkıştırma, kesme, ısıl iletkenlik testleri ve mikro yapı analizleri yapılmıştır. Aşınma sürtüne testleri için Pin-on-disk, Chase tipi ve özel tasarım cihazlar kullanılmıştır. Cihazlardan elde edilen sürtünme katsayısı değerleri bütün numuneler için 0,30-0,55 µ arasındadır. En düşük sürtünme katsayısı %3,5 ceviz kabuğu tozu katkılı 2A numunesinde 0,316 olarak elde edilmiştir. En yüksek sürtünme katsayısı değeri ise 0,496 olarak %7 boraks katkılı 5B numunesinden elde edilmiştir. Bu en yüksek ve en düşük sürtünme katsayıları standart değerlere uygundur. Özel tasarım cihazda en ideal parametreleri belirlemek için Taguchi Methodu L18 deney dizilimi kullanılmıştır.
Alternatif toz malzemelerle üretilen fren balatalarına uygulanan test sonuçlarının standartlara uygun olduğu sonucuna varılmıştır. Sürtünme katsayısı ve aşınma oranı regresyon analizinde Taguchi Methoduyla yapılan tahmin değerlerinin %95 güven aralığında olduğu tespit edilmiştir.
xviii
ABSTRACT
INVESTIGATION INTO THE EFFECTS OF WALNUT AND HAZELNUT SHELL DUST ADDITIVES ON WEAR AND FRICTION BEHAVIOR IN
COMMERCIAL VEHICLE BRAKE PADS
Gülşah AKINCIOĞLU Duzce University
Graduate School of Natural and Applied Sciences, Departmant of Mechanical Engineering
Doctoral Thesis
Supervisors: Prof. Dr. İlyas UYGUR January 2018, 208 pages
Brake pad components are usually classified into five different groups which include binders, abrasives, reinforcements, lubricants and fillers. These materials have many different functions such as increasing the frictional stability, wear resistance and strength and reducing the porosity and noise. When selecting the materials for brake pads, the cost of production and the impact of these materials on the environment must be taken into consideration. In this study, safe and environmentally friendly brake pads were produced using natural additives which included hazelnut shell dust, walnut shell dust, boron oxide, borax and wollastonite. The aim was to test different compositions in order to obtain the most ideal mixture. Tests for wear, friction, hardness, density, porosity, compression, shear, and thermal conductivity as well as microstructural analyses were performed in order to evaluate the performance of the brake pads. Pin-on-disk and Chase-type testers and a specially designed device were used for wear friction tests. The friction coefficient values obtained from the devices are between 0.30-0.55 µ for all samples. The lowest coefficient of friction was obtained as 3.516 on the sample of 2A with 3.5% walnut shell powder added. The highest coefficient of friction is 0.496, which is obtained from 5B samples %7 borax added. The highest and lowest coefficients of friction conform to the standard value. The Taguchi method L18 test
sequence was applied to determine the ideal parameters for the specially designed device. It was concluded from the test results that the brake pads produced with alternative dust additives were in accordance with the standards. Regression analysis showed that the coefficient of friction and the rate of wear as estimated by the Taguchi method were at a 95% confidence interval.
xix
EXTENDED ABSTRACT
INVESTIGATION INTO THE EFFECTS OF WALNUT AND HAZELNUT SHELL DUST ADDITIVES ON WEAR AND FRICTION BEHAVIOR IN
COMMERCIAL VEHICLE BRAKE PADS
Gülşah AKINCIOĞLU Düzce University
Graduate School of Natural and Applied Sciences, Department of Mechanical Engineering
Doctoral Thesis
Supervisors: Prof. Dr. İlyas UYGUR January 2018, 208 pages
1. INTRODUCTION
The basic function of a brake pad is to slow down the car speed by transforming the kinetic energy into heat through friction activity at the interface between the brake pad and the rotor disk. Brake pads usually consist of two components: a back plate and friction materials bound by adhesives. Brake pad compositions generally include five different component groups: reinforcements, binders, abrasives, lubricants and fillers. Many experimental studies have been carried out on the different compositions of brake linings with the goal of providing stable friction, sufficient wear resistance and acceptable environmental conditions. The selection of the constituents for a new formulation is often based on experience or a trial-and-error method. The influence of these ingredients on performance properties is quite complex; therefore, the literature reports a number of formulations for the pads (metallic, semi-metallic, organic, ceramic-based, etc.). Recently, the environmentally hazardous characteristics of some components have been positively confirmed. In order to provide the properties required by the brakes, most of the braking materials used are a combination of many materials, with more than 2000 different materials and variants now being used as commercial brake components. The basic materials of brake pads include a reinforcement, abrasives, friction modifiers, fillers and binding materials. The variation of the coefficient of friction depends on these materials. According to the United States Clean Air and Water Association, the use of amosite and crocidolite asbestos was banned in European
xx
countries in 1985. Significant changes have been made in the materials used in brake pads over the last 20 years out of concern for harmful effects on health. Therefore, a great effort is being made to develop high-performance asbestos-free brake pads.
Alternatively, agricultural and natural by-products have begun to be regarded as new and inexpensive materials for the development of brake pads. To this end, the nature of the vehicle to be used, the nature of the materials to be used, the cost and the health and environmental impact are all taken into consideration according to the type of pads and the composition required. Lately, brake pads with natural additives are being produced which are environmentally friendly as well as being beneficial to regional development. Waste products are produced in abundance worldwide and can be harmful to human as well as environmental health; however, scientific efforts at finding effective, convenient and environmentally friendly usage have been constantly met with challenges. Consequently, the search for environmentally friendly, low-cost and safe alternative materials is intensifying.
The aim of this study was to obtain an environmentally friendly brake pad composition using walnut shell, hazelnut shell, wollastonite, borax and boron oxide powders as alternatives to chalcopyrite and petroleum coke, respectively. In addition, the hazelnut shell and boron oxide dusts were expected to increase the industrial value.
2. MATERIAL AND METHODS
In this study, new compositions for brake pads were obtained using hazelnut shell dust, walnut shell dust, boron oxide, borax and wollastonite added in different ratios as alternatives to the petro coke, chalcopyrite and/or mica + quartz used in commercial brake pads. The hardness values of the brake pads obtained with different compositions were measured using a Shore D test device. The density test was carried out on the brake pad samples using the Archimedes principle according to ASTM D792. A particle size analysis was performed and the apparent density of the powders was also measured. Water and oil absorption tests were conducted in order to observe the changes in the new brake pad compositions in water and oil environments. The shear test was carried out in accordance with the ISO 6312 standard to determine the bond strength between the brake pads and the plate. To determine the amount of compression of the brake pads during braking and to identify the elastic properties of the brake pads under pressure,
xxi
compression testing was carried out according to ISO 6310 standards. Thermal conductivity measurements were made to determine the thermal conductivity coefficient of the brake pads in the different compositions produced. Microstructure images of the produced brake pads revealed the microstructure of the dusts forming the brake pads. Three different methods (a pin-on-disk, a Chase-type tester and a specially designed wear friction device) were used to determine the friction coefficient and wear rates of the brake pads. Using the specially designed wear friction tester, experiments were conducted via the Taguchi method because a great number of tests needed to be done and thus, much time was saved.Analysis of variance (ANOVA) was also performed to determine the factors affecting the test results. The temperature was measured with a thermal camera to determine the heat distribution resulting from the friction tests. Wear images were taken to detect the wear on the surface of the brake pads. In addition, three-dimensional profiles of the wear surfaces were taken and the surface roughness and the condition of the wear surfaces were investigated.
3. RESULTS AND DISCUSSIONS
The test results of the new brake pads produced using alternative dusts were examined and evaluated with reference to commercial brake pads and related standards.Hardness values varied depending on the hardness of the elements making up the brake pads. For example, when the ratio of the hard material in the composition increased, the hardness of the brake pads also increased. The obtained hardness values were consistent with the literature. When a high-density material was added to the composition, the density of the brake pads was also increased. It was observed that the density of the brake pads formed in different compositions varied between 2 and 2.5 g/cm3. The weight of the brake pads immersed in water was increased by about 0.5%. The changes in hardness of the brake pads immersed in water were parallel to the weight change rates. When the weight change rates of the samples held in oil were evaluated, the greatest weight change (0.89%) was found in a brake pad with boron oxide added (Sample 3B). When the changes in hardness of the brake pads after immersion in water and oil were evaluated in general, the brake pads held in water lost more hardness than the brake pads held in oil. The shear test results of all brake pad samples were higher than the limit value of 350 N. According to the shear test results, all samples conformed to the standards. At the end of the compression test, the obtained values in microns were in compliance with the standard. Compression test results showed that a brake pad with
xxii
borax added (Sample 5A) appeared to have the highest value. The thermal conductivity values of the brake pads were determined according to standard values. The dusts forming the brake pads were generally homogeneously distributed within the microstructure. When the friction coefficients obtained from the pin-on-disk and Chase-type friction testers were examined, the results differed according to the test methods. The size of the test specimens, the applied loads and the test conditions were influential in the difference of the friction coefficients. The lowest coefficient of friction was determined in a brake pad with walnut shell dust added (Sample 2A). The highest coefficient of friction was observed in a pad with borax added (Sample 5B). This difference in friction coefficients was thought to be due to the alternative materials in the composites. Friction and wear tests with the specially designed dynamometer were carried out using the Taguchi L18 test setup. The obtained coefficient of friction and
wear rates were in parallel with the test results of the pin-on-disk and Chase-type devices. The friction coefficient and wear rates are found to be within reasonable ranges when compared to the results of commercial brakes taken as a reference. According to the results of the regression analysis, it was seen that the friction coefficients obtained experimentally and the predicted values obtained via the Taguchi method were at a 95% confidence interval.
4. CONCLUSION AND OUTLOOK
The following results were obtained by investigating the friction, wear and other physical and mechanical properties brake pads produced using alternative powder additives:
In this thesis work, hazelnut shell, walnut shell, borax, boron oxide and wollastonite were used as alternative dusts in brake pads.
With reference to commercial brake pads, it was concluded that the test results applied to the brake pads produced with the alternative dust materials were in line with the standards.
1
1. GİRİŞ
Otomobiller başta olmak üzere motorlu taşıtların ve birçok makinenin frenleme sistemleri vardır. Dolayısıyla fren balataları bütün araçlar için frenleme sisteminin önemli bir parçasıdır. İlk frenler bir at arabasının arka dingilinin etrafında sarılı bir ip ya da tekerlek jantına preslenen bir ahşap parçadan oluşmaktaydı. Modern fren balatası malzemeleri bu ilkel halatlar ile birçok benzerlik göstermektedir [1]. Gelişen otomotiv teknolojsi ile birlikte yüksek performanslı, ucuz, çevreye ve sağlığa zararsız fren balatası için birçok araştırma yapılmaktadır [2], [3]. Günümüzde yaygın olarak kullanılan, kampanalı ve diskli fren olmak üzere iki tip fren türü vardır. Diskli fren sistemine ait örnek Şekil 1.1’de verilmiştir [4].
Şekil 1.1. Diskli Fren sisteminin genel görünümü.
Diskli fren balatası şekilde görüldüğü gibi birçok makine elamanından oluşmaktadır. Fakat en önemli bileşenleri fren diski ve balatasıdır. Sistemi oluşturan diğer parçlar ise fren balatasının diske baskı uygulamasını sağlamak için kullanılan bağlantı elemanlarıdır. Bir frenleme sisteminde fren balataları, frenleme görevini disk ile birlikte
2
yapar [5]. Sistemin performansı dönen diske karşı baskı uygulayan fren balatası ile disk arasındaki sürtünmeye bağlıdır [6]. Fren balatası malzemeleri, hareketli bir aracın kinetik enerjisini, frenleme işlemi sırasında oluşan sürtünme yoluyla, termal enerjiye dönüştürürler [7], [8]. Fren sürtünme malzemeleri, geliştirilmiş kompozisyonun fiziksel, mekanik ve kimyasal özelliklerinde çeşitlilik gösteren heterojen materyallerdir. Fren balatasının içeriğini oluşturan malzemeler; bağlayıcılar, takviye maddeleri, dolgu maddeleri, sürtünme düzenleyici maddeler olarak sınıflandırılırlar. Geliştirilen kompozisyonun sürtünme ve aşınma özellikleri, fiziksel ve mekanik özelliklere dayanarak tahmin edilemez [1], [9]. Frenlerde kullanılan sürtünme malzemelerinin, çeşitli çalışma hızlarında, basınçlarda, sıcaklıklarda ve çevre koşullarında istikrarlı bir sürtünme katsayısı ve daha düşük bir aşınma hızı sağlamaları gerekir. Bu sürtünme materyalleri, frenleme esnasında aşırı aşınma, titreşim ve ses seviyesini azaltmak için rotor malzemesi ile uyumlu olmalıdır [10]. Fren balatalarının gerektirdiği özellikleri elde edebilmek için çoğu fren balatası malzemesinde, birçok malzemenin birleşiminden oluşan kompozitler kullanılır [11]. 2000'den fazla farklı malzeme ve varyantları artık ticari fren balatası bileşenleri olarak kullanılmaktadır [12], [13]. Sürtünme katsayısının değişimi bu malzemelere bağlıdır.
Fren balatası içeriğini oluşturan malzemelerden en önemlilerinden biri de asbest elyafıydı ancak insan sağlığına zararı ve kansere sebep olduğu anlaşılmıştı. Asbestin kanserojen olduğu ortaya çıkınca, Amerika Birleşik Devletleri Temiz Hava ve Su Birliği tarafından, amosit ve krosidolit asbestin yasaklanmasının ardından, 1985 yılında Avrupa ülkelerinde de yasaklanmıştır [14]. Bazı malzemelerin sağlığa zararlı etkilerinden dolayı son 20 yılda balata malzemelerinde önemli değişiklikler olmuştur. Bu yüzden yüksek performanslı asbestsiz fren balatalarının geliştirilmesi için büyük bir çaba sarf edilmektedir [15], [16]. Asbeste alternatif olarak kullanılan malzemelerin hiçbiri asbest gibi değildir ancak mika, vermikülit, wollastonite, bazalt lifi, kıyılmış cam elyafı, seramik elyaf, poliakrilonitril, kaya yünü, polyester organik malzemeler ve aramid elyafları benzer performans özelliklerine sahiptir [17]. Alternatif olarak tarımsal ve doğal kalıntılar, artıklar fren balatalarının geliştirilmesinde yeni ve ucuz malzemeler olarak kabul edilmeye başlanmıştır [18], [19]. Fren balatalarının içeriğinde yüzlerce alternatif malzeme bulunmaktadır. Kompozite eklenebilecek malzeme sayısının fazla olması sebebiyle bu konuda geniş bir çalışma alanı vardır. Bu nedenlerle ihtiyaç duyulan fren balatası türü ve kompozisyonunun belirlenmesinde fren balatasının
3
kullanılacağı aracın cinsi, kullanılacak malzemelerin temin kolaylığı, maliyeti, sağlığa ve çevreye etkisi gibi konular göz önünde bulundurulmaktadır [20]-[23]. Araştırmacılar yerel kaynaklardan faydalanarak bu alternatif malzemeleri tespit etme çalışmaları yapmaktadır. Hem ekonomik hem de çevre dostu olması beklenen fren balataları, çeşitli organik malzemeler ile üretilerek en ideal kompozisyon elde edilmeye çalışılmaktadır. Bu çalışmada fındık kabuğu tozu, ceviz kabuğu tozu, bor oksit, boraks ve wollastonite kullanılarak organik, sağlığa ve çevreye zararsız fren balataları üretilmiştir. Farklı kompozisyonlar denenerek en ideal karışım elde edilmek istenmiştir. Yerli maddeler kullanılarak ürünlerin endüstriyel değerinin arttırılması ile ithal maddelerin azaltılarak ülke ekonomisine katkı sağlanmak istenmiştir. Üretilen fren balataları ülkemizde yaygın olarak kullanılan bir otomobilin fren balatası referans alınarak üretilmiştir. Hazırlanmış olan yeni fren balatası kompozisyonlarına eklenen alternatif malzemelerin ticari olarak kullanılabilmesi için standart testler uygulanmştır. Sürtünme aşınma testleri üç farklı yöntem ile yapılmıştır. Ayrıca özel tasarım sürtünme test cihazında yapılan testlerde deney düzeni Taguchi L18’e göre tasarlanmıştır. Bu yöntem kullanılarak deney
maliyetinin ve süresinin azaltılması amaçlanmıştır. Fren balatalarının aşınma oranı ve sürtünme katsayına etki eden parametreleri ve etki oranlarını belirlemek için ANOVA analizi yapılmıştır.
4
2. FREN BALATALARINDA KULLANILAN MALZEMELER
Fren sürtünme malzemeleri bağlayıcı, takviye, dolgu maddesi, sürtünme düzenleyici olarak sınıflandırılır. Fren balatası, kompozisyonunu oluşturan malzemeler belli oranlarda karıştırılarak imal edilir. Geliştirilen kompozitin sürtünme ve aşınma davranışları, içeriğinde bulunan malzemelerin fiziksel ve mekanik özelliklerine dayanarak tahmin edilemez [24].
2.1. TAKVİYE MALZEMELERİ
Takviye edici elyaflar, sürtünme malzemesine mekanik mukavemet sağlamak için kullanılırlar [25]. Elyafların türleri ve göreceli miktarları fren performansını ve aşınma ömrünü etkiler [26]. Fren balatalarında takviye malzemesi olarak çelik yünü, kaya yünü, kevlar cam elyaf, bor elyaf, kynol elyaf gibi birçok malzeme kullanılmaktadır [26] .
2.1.1. Çelik Yünü
Çelik yün, sürtünme malzemelerinde elyaf olarak kullanılır [27]. Genellikle, çelik yün yüksek sıcaklık uygulamaları için kullanılabilir [28]. Ayrıca karıştırma esnasında parçalanmaya karşı dirençlidir. Kısa çelik elyaflar, uzun olanlarına göre daha çabuk korozyona uğramasına rağmen ucuz olmaları sebebiyle balata üretiminde sıklıkla kullanılırlar [29]. Bijwe ve ark. çelik yünü ilavesi nedeniyle kompozitlerin yoğunluğunun artan bir eğilim gösterdiğini gözlemlemiştir. Çelik yünün artmasıyla boşluk içeriği artmıştır. Çelik yünün artmasıyla mekanik özellikler bozulmuştur ancak aşınma bu bağlamda herhangi bir değişim göstermemiştir [30].
2.1.2. Kaya Yünü
Taşyünü, düşük yoğunluğu ve yüksek sıcaklıklarda yüksek mukavemetini koruması nedeniyle elyaf olarak kullanılmıştır. Çeşitli şekillerde piyasada bulunan kaya yünü, fren balatalarının önemli bir bileşenini oluşturur ve ısı, korozyon, titreşim ve akustiğe karşı mükemmel direnç sağlarken, bunun yanında geniş mekanik mukavemete sahiptir. [31]-[33].
5 2.1.3. [Kevlar
Kevlar -aramid- elyaf, asbestsiz sürtünme malzemelerinde mukavemet ve aşınma direncinde katkı sağlamaktadır [34], [35]. Kevlar, hafif karbon kökenli, sağlam liflerden oluşan organik elyaf grubuna giren bir malzemedir. Aramid elyaflar, fren balatalarının mukavemetini ve aşınma dayanımını iyileştirir. Kevlar ayrıca fren balatasının preslenirken şeklini korumasını da sağlar [36]. Aranganathan ve ark. %10 oranında aramid katkılı olarak ürettikleri fren balatasında en ideal sürtünme ve aşınma değerlerini elde etmişlerdir [37].
2.1.4. Cam Elyaf
Cam elyafı fiziksel olarak güçlü, reçine ile bağlanabilir bir malzemedir ve ısı direnci yüksektir [38]. Asbest ile karşılaştırıldığında iletkenliği daha düşüktür. Kırılganlığı sebebiyle tek başına fren sürtünme malzemesi olarak kullanılamaz [14]. Baklouti ve ark. cam elyafın, fren balatalarının tribolojik ve frenleme üzerindeki etkilerini araştırmışlardır. Cam elyaf katkısının aşınma direncini arttırdığını gözlemişlerdir [39].
2.1.5. Bor Elyaf
Bor elyaflar, çok fazlı malzemeler grubuna girerler. Bu fazların bir veya birkaçı kristal yapıdadır. Çok fazlı malzemeler grubuna bor, bor karbit, silikon karbit ve boritler de dâhil edilirler. Bor elyaflar ile epoksi veya polimit gibi reçine matrisler arasında birleşme bağları, oldukça yüksek mukavemetlidir [40]. Mutlu ve ark. elyaf yerine; bakır tozu, borik asit, barit, alümina, kaşhev, grafit kullanarak kompozisyonu oluşturmuşlardır. Borik asit eklenmiş balataların frenleme üzerine olumlu etkiler yaptığı sonucunu elde etmişlerdir [41].
2.1.6. Kynol Elyaf
Kynol lifler, eritilerek püskürtülmüş novolak reçinesi ile üretilir. Asit katalizleme ile çapraz bağlıdır. Kynol lifler tamamen çapraz bağlı ve üç boyutlu ağ yapısına sahiptir [42], [43]. Fiber alev almaz, inceltilebilir ve organik çözücülerde şişmeye karşı dirençlidir. Kynol Novaloid elyafları, kürlenmiş fenol-aldehit elyaf ve filamanlarıdır.
6 2.1.7. Karbon Elyaf
Karbon (grafit) elyaflar fren balatalarında asbeste alternatif olarak kullanılırlar. Karbon elyaflar, içerisinde son derece küçük çapta karbon atomlarından oluşan fiberler bulunan materyallerdir [44]. Karbon elyafları ucuzdur ve yaygın olarak kullanılmaktadır; ancak bazıları, aşındırıcı atıkları içerebilen birçok formda ve kaynakta bulunmaktadır [17]. Karbon fiberleri düşük yoğunluklu, yüksek modüllü, yüksek ısıl dirençli, düşük termal genleşme ve iletkenliğe sahip fren balataları verir [45],[46]. Guan Q.F. ve ark. yaptıkları çalışmada kompozisyon içerisindeki karbon elyaf oranı arttıkça balatanın sürtünme katsayısının ve aşınma oranının arttığını belirlemiştir. Ayrıca fren balatasının sıcaklığı 100ºC’den 300ºC’ye yükseldikçe karbon elyafının sürtünme katsayısını arttığını gözlemlemişlerdir [47].
2.1.8. Seramik Elyaf
Seramik elyaflar metalik elyaflara kıyasla daha yeni kullanılmaya başlanmıştır ve yüksek ısı direncine sahiptir [48]. Seramik, az miktarda alümina-silika ve titanyum oksit içeren alumina özel ürünü içerir. Seramik düşük yoğunluğa ve iyi bir aşınma direncine sahiptir [17]. Düşük ağırlıklı olmaları nedeniyle, hafif araçlarda daha verimli bir potansiyelleri vardır [48]. Seramik elyaflar hafif oluşu ve yüksek direnci sebebiyle takviye edici olarak kullanılmaya çok uygundur. Sadece fren balatalarında değil fren disklerinde de kullanılmaktadır [49]. Aramid hamuru ile alüminyum-silikon ve potasyum titanat elyafları gibi çeşitli seramik elyafları vardır [50]. Seramik malzemelerin fren balatlarında kullanılmasıyla ilgili birçok çalışma yapılmıştır. Hee ve Filip çalışmalarında seramik tozlarının diğer malzemelerle kombine edilerek etkili bir şekilde fren balatası üretiminde kullanılabileceğini gözlemlemişlerdir [51]. Kumar ve ark. seramik ve aramid elyafları kıyasladıkları çalışmalarında, seramik katkısının fazla olduğu numunede feyd meydana gelmediğini ancak aramid katkısının fazla olduğu numunede sürtünme katsayısının daha kararlı olduğunu gözlemişlerdir [52].
2.1.9. Pirinç Talaşı
Pirinç, bakır çinko alaşımıdır. En çok kullanılan metalik takviye malzemelerindendir. Mekanik dirence sahip olması ve ucuzluğu sebebiyle tercih edilir [53]. Pirinç, ıslak sürtünmeyi iyileştiren genel katkı maddesidir [17].
7 2.1.10. Diğer Takviye Malzemeleri
Birçok çalışmada fren balatalarında alternatif takviye olarak farklı malzemeler kullanılmaktadır. Alternatif olarak kullanılan takviye malzemelere örnek olarak, kaya elyafı, çeşitli organik elyaflar, zeolit ve bambu elyafı vb. gösterilebilir. Satapathy ve Bijwe volkanik kaya elyaflı (basalt ya da lapinus) balata ile organik elyaflı (aramid veya PAN) balatanın feyd ve iyileştirme davranışlarını incelemiştir. Katılan elyafların sürtünme katsayısı üzerinde önemli ölçüde etkili olduğunu görmüştür. Sürtünme performansını arttırmada kaya elyafı basaltın lapinustan daha etkili olduğunu gözlemişlerdir [54]. Keskin zeolit malzemesi ile yeni bir fren balatası yaparak onun frenleme performansına etkilerini araştırmıştır. Sırasıyla %5, %10, %15, %20, %25, %30, %35 oranlarında zeolit katkılı fren balatası numunelerini hazırlamıştır. Fren balatası numunelerinden %10 oranında zeolit katkılı numune ile en ideal sonuçları elde etmiştir ve ticari fren balatası olarak önermektedir [55]. Metal elyaf katkısının, otomobil fren balatalarının sürtünme performansına etkilerini araştırdıkları çalışmalarında Jang ve ark. Cu, düşük karbonlu çelik ve Al kullanarak üç farklı numune hazırlamıştır. En fazla aşınma çelik elyaflı numunede ondan sonra bakır elyaflı numunede gerçekleşmiştir. En az aşınma Al elyaflı kompozitte olmuştur. Sürtünme katsayısı uygulanan basınca göre büyük farklılıklar göstermiştir [56]. Bir diğer takviye malzemesi olan bambu elyafının mekanik özellikleri üzerine çalışan Ma ve ark. bambu elyafı katkılı fren balatası numunesi üretmişlerdir. Bambu katkılı olan fren balatasının aşınma sürtünme performansının bambu katkılı olmayan fren balatası numunesine göre daha iyi olduğunu gözlemlemişlerdir [57]. Bakır partiküllerinin ve elyaflarının sürtünme malzemelerindeki rolünü çalışmalarında Kumar ve Bijwe araştırmıştır. Sonuç olarak bakırın toz hali de elyaf hali de frenleme performansı üzerinde olumlu etki yapmıştır. Bütün numunelerden, endüstriyel uygulamalar için gerekli olan standart sürtünme katsayısı değerlerini elde etmişlerdir [58].
2.2. DOLGU MALZEMELERİ
Dolgu maddeleri, fren sürtünme malzemesinin özelliklerini değiştirmede önemlidir. Dolguların doğru seçimi, sürtünme malzemesinin diğer bileşenlerine bağlıdır [7]. Dolgu malzemeleri, maliyeti düşürürken aynı zamanda üretilebilirliği de arttırırlar. Kalsiyum,
8
potasyum titanat, kauçuk, mika ve vermikülit gibi farklı mineraller sıklıkla kullanılır. Baryum sülfat yaygın olarak kullanılan bir dolgu maddesidir [59], [60].
2.2.1. Barit
Barit (BaSO4) baryum sülfattan oluşan bir mineraldir. Genellikle beyaz ya da renksizdir,
bazen de sarı ve gri olabilir. Düşük maliyetli olduğu için balata endüstrisinde dolgu malzemesi olarak kullanılır. Isı kararlılığı ve frenleme karakteristiğine etki etmesi sebebiyle çok tercih edilir [61]. Baryum yoğunluğu ve aşınma direncini arttırır [17]. Birçok fren balatası kompozisyonunda barit kullanılmıştır [62].
2.2.2. Kalsiyum Karbonat
Kalsiyum karbonat (CaC03) baryum sülfata bir alternatif olarak düşünülebilir çünkü
onunla benzer özellikler göstermektedir [17], [63]. Kalsiyum karbonat yüksek sıcaklıkta aşınma direncini ve yoğunluğu sabit tutar [17].
2.2.3. Mika
Mika yaygın kullanılan bir başka dolgu malzemesidir. Düşük frekanslı frenleme gürültüsünü önleyebilir [64]. Bununla birlikte katmanlı yapısından dolayı yüksek
frenleme gücünde katmanlar birbirinden ayrılabilir [65].
2.2.4. Vermikülüt
Mika gibi vermikülitte frenleme esnasında gürültüyü önlemede yardımcı olmaktadır [66]. Katmanlı bir yapıya sahip olmasına rağmen gözenekliliği ve aşınma direnci daha
iyidir [64].
2.2.5. Potasyum Titanat
Potasyum Titanat dolgu malzemesidir. Yalıtkandır ve asbestin etkisine alternatif olarak yapıya eklenir. Ayrıca balataların ısıl direncini arttırmaktadır. Yapılan çalışmalarda fren balatalarının sürtünme aşınma performanslarına olumlu katkı sağladığı tespit edilmiştir [67].
2.2.6. Kauçuk
Lastik gibi üstün viskoelastik özelliklerinden dolayı fren malzemelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu nedenle, fren seslerini azaltmak için genellikle kauçuk fren
9
balatalarına dâhil edilir ve sıkıştırılabilirliği değiştirir [7], [17]. Saffar ve Shojaei kauçuk bileşenlerinin fren sürtünme malzemelerinin performanslarına etkisi üzerine çalışmışlardır. Fenolik reçineli ve kauçuklu kompozitler oluşturmuşlardır. Kauçuk bazlı malzemelerde sürtünme katsayısı yüksek, reçine bazlı malzemelerde aşınma direnci yüksek elde edilmiştir [68].
2.2.7. Diğer Dolgu Malzemeleri
Potasyum titanat, alüminyum silikon yünü, zirkon oksit, aramid hamuru, bakır tozu veya talaşı, vermikülit, mika, grafit, seramik fren balatalarında kullanılan diğer malzemelerdendir [49].
2.3. BAĞLAYICI MALZEMELER
Bağlayıcı malzemeler, mekanik ve termal stresler altında sürtünme malzemelerinin yapısal bütünlüğünü korumak için eklenen esas bileşendir. Bir sürtünme malzemesinin diğer bileşenlerini birlikte tutmak için kullanılır [25].
2.3.1. Fenolik Reçine
Fenolik reçineler, düşük fiyata, iyi mekanik özelliklere sahip oldukları için fren sürtünme malzemeleri için sıklıkla bağlayıcı olarak kullanılırlar. Bununla birlikte, bu reçineler ısıya ve neme duyarlıdır [25],[69]. Ancak yüksek sıcaklıkta ayrışmaya uğrar ve 450 °C’de karbonize olur [70]. Fenolik reçinenin başka bir dezavantajı ise kırılgan olması ve darbe direncinin düşüklüğüdür. Bu nedenle esnekliğinin arttırılması için başka malzemeler kullanılarak modife edilir [71]. Değişik miktarlarda fenolik reçine katkısı ile ürettikleri fren balatası numuneleri ile ilgili çalışmalarında Jang ve ark. sürtünme malzemelerinde fenolik reçine miktarının arttırılmasının sürtünme katsayısında dalgalanmalara sebep olduğunu gözlemişlerdir [72]. Fenolik reçine esaslı sürtünme malzemeleri büyük miktarlarda takviye ve dolgu malzemeler içerirler. Bu malzemeleri doğru miktarlarda kullanarak kompozit oluşturmak çok önemlidir. Bu çalışmalarında Yi ve Yan, bor nitrür (h-BN) ve düşük maliyetli olması sebebiyle, sönmüş kok katarak (CPC), fenolik reçineli sürtünme malzemeleri imal etmişler ve bu malzemelerin aşınma davranışlarını incelemişlerdir. İncelemelerin sonucunda CPC ve h-BN malzemelerinin sürtünme katsayısını sabitlemeye ve aşınma oranını düşürmeye etki ettiğini belirtmişlerdir [73]. Gurunath ve Bijwe bu çalışmalarında, fenolik reçine ile
10
ilgili problemlerin üstesinden gelebilecek alternatif reçine sentezlemiştir. Sentezledikleri reçinelere ek olarak 12 farklı malzeme daha (aramid, pan, lapinus, cam, çelik, pirinç, alümina, grafit, kaşhev vb.) kullanmışlardır. Sonuç olarak yeni ürettikleri reçinenin uzun kabuk ömrü, zararlı uçucu çıkartmaması, sıfıra yakın daralma gibi olumlu özellikler gösterdiğini gözlemişlerdir. Sentezlenen yeni reçinenin ticari amaçlı kullanılabileceğini düşünmektedirler [74]. Ho ve ark. bakır ve fenolik reçine esaslı fren balatasının tribolojik özelliklerini incelemiştir. Hazırlanan numunelerin sertliklerini, yoğunluklarını, baskı kuvvetlerini, ağırlıklarını ve kalınlıklarını ölçmüşlerdir. Ayrıca numunelerin tribolojik özelliklerini test etmişlerdir. Sonuç olarak bütün malzemelerin ağırlıklarında, kalınlıklarında azalma gözlemişlerdir [75].
2.3.2. Siyanat Ester Reçine
Siyanat ester reçine yüksek sıcaklıklarda kararlıdır ancak fenolik reçine gibi kırılganlık özelliği gösterir [76]. Ohya ve Kimbarya’ya göre siyanat esterli balatalarda sürtünme katsayısı 350 °C’de sürdürülebilmektedir ve fren balatası plakasına iyi yapışmaktadır [63].
2.3.3. Epoksi Takviye Reçine
Epoksi reçine tek başına yüksek sıcaklıklara karşı koyamaz 260°C’den yüksek sıcaklıklarda çözünmeye başlar [77]. Epoksi daha çok fenolik reçinenin ısı direncini arttırmak için modife etme amaçlı kullanılır [78]. Ikpambese ve ark. palmiye çekirdeği liflerinden üretilen asbest içermeyen otomotiv fren balatalarını epoksi-reçine bağlayıcısı ile değerlendirmiştir. Balataların kompozisyonu için kullanılan epoksi reçinenin, aşınma hızlarına direnç gösteren sürtünme malzemelerinin, daha iyi bağlanmasını sağladığını gözlemişlerdir [79].
2.4. SÜRTÜNME DÜZENLEYİCİ MALZEMELER
Sürtünme katsayısını kontrol etmek veya aşınma türünü değiştirmek için sürtünme düzenleyiciler eklenir. Yağlayıcılar, sürtünme katsayısını azaltmaya,aşındırıcı parçacıklar, sürtünme katsayısını arttırmaya yarar [80].
11 2.4.1. Katı Yağlayıcılar
Genel olarak, katı yağlayıcıların yükseltilmiş sıcaklıkta bir araya getirilmesi, sürtünme malzemelerinin yüksek sıcaklıklardaki ısı direncini ve kayganlığını arttırmaya yardımcı olur [25], [81]. Ticari sürtünme malzemeleri için kullanılan katı yağlayıcılar grafit, molibden disülfit, antimon trisülfid, bakır sülfür, kalsiyum florürdür [82].
2.4.1.1.Grafit
Grafit karşı sürtünme yüzeyinde hızlıca yağlanmayı sağladığı için yaygın olarak kullanılan bir malzemedir [83]. Grafit, yumuşak, yağlı, siyah renkli bir katı maddedir. Katı yağlayıcı olarak grafit, düşük maliyet ve mükemmel yağlama performansı nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır [84]. Grafit aralarındaki bağlantı gücü az olduğu için fenolik reçineyle çok fazla beraber kullanılamaz [61]. Cho ve ark. farklı miktarlarda katı yağlayıcı (grafit, Sb2S3 ve MoS2) içeren sürtünme kompozitlerinin
tribolojik özelliklerini incelemiştir. Sonuçlara göre katı yağlayıcıların, sürtünme kararlılığına, feyd direncine olumlu etki yaptığını gözlemişlerdir [82].
2.4.1.2. Metal Sülfit
Malzemenin karakteri sürtünme materyalinin kompozisyonuna bağlıdır. Metal sülfidlerin sürtünme katsayısını geliştirdiği ve kararlı hale getirdiği bilinmektedir [85]. Metal sülfid çok kullanılan bir yağlayıcıdır ve grafitten daha düşük iletkenliğe sahiptir bu yüzden yüksek sıcaklıkların oluşmasına neden olmaz [81].
2.4.2. Aşındırıcılar
Aşındırıcı parçacıklar (abrazifler) , tipik olarak silis ve alümina, disk aşınmasını ve sürtünme katsayısını arttırır [56]. Amaç demir oksitleri ve istenmeyen diğer yüzey filmlerini diskten çıkararak daha iyi tanımlanmış bir sürtünme yüzeyi sunmaktır [59]. Aşındırıcıların seçimi, sertlik derecelerine, boyutlarına, şekillerine, aşınma direncine yaptığı etkiye bağlıdır [25]. En yaygın kullanılan abrazifler şunlardır; alüminyum oksit (Alümina), demir oksit, metal oksit, boron karbit, zirconyum oksit, titanyum oksit, zirconyum silikat vb.
2.4.2.1. Alüminyum Oksit (Alümina)
Alümina malzemesi, fren balatası kompozisyonuna aşınma dayanımı düzenlemek için ve yüzey parlatıcı olarak katılır, ancak feyd etkisine (frenleme nedeniyle ısınan
12
balatanın performansında düşme etkisine) neden olabilir. Susuz hali, daha aşındırıcıdır ancak kimyasal olarak birleştirilmiş hali en aşındırıcı olanıdır [17], [86]. Fan ve ark. değişik oranlarda alümina katkısıyla ürettikleri sürtünme malzemesinin tribolojik özelliklerini incelemiştir. Hazırladıkları 5 farklı numuneye sırasıyla %0- %3,4- %5,6- %9- %14,6 oranlarında alümina eklemişlerdir. En iyi sürtünme performansını ise %5,6 alümina katkılı kompozitten elde etmişlerdir ve otomobil fren balatası olarak üretilebileceğini bildirmişlerdir [87].
2.4.2.2. Demir Oksit ve Metal Oksit
Metal oksitler, birçok kompozit materyalin geliştirilmesinde anahtar bileşenlerdir [88]. Hematit (Fe2O3) ve magnetit (Fe3O4) yumuşak aşındırıcılardır. Demir oksitler, fren
balatası yüzeyinde gevşek parçacıklar halinde bulunurlar [89]. Bu kadar küçük boyutlu parçacıkların üretilmesi birçok nedenden ötürü son derece zordur [90].
2.4.3. Diğer Sürtünme Düzenleyiciler
Bor karbür, zirkonyum oksit, titanyum oksit, zirkonyum silikat, krom oksit ve alüminyum oksit gibi çeşitli aşındırıcılar şu anda fren sürtünme malzemesi olarak kullanılmaktadır [25]. Ma ve ark. farklı miktarlarda Zirkon ekleyerek ürettikleri metalik olmayan balataların sürtünme performanslarını incelemiştir. Numunelerin içinde %0, %3,4- %5,6- %9 ve %14,6 (ağırlıkça) zirkon bulunmaktadır. Deneyler sonucunda zirkonun bir aşındırıcı olarak sürtünme katsayısını arttırmada anahtar bir rol üstlendiği ortaya çıkmıştır. En iyi sonuçlar %5,6 oranında Zirkon katkılı kompozitte meydana gelmiştir [91]. Jang ve Kim yakın miktarlardaki aşındırıcı ZrSiO4 –Zirkonyum silikat-
ile katı yağlayıcı Sb2S3 –antimon trisülfit- kullanarak ürettikleri fren balatalarının
sürtünme özelliklerine bakmıştır. ZrSiO4 ve Sb2S3 oranları hacimce %2, %4, %6
şeklindedir. Yakın miktarlarda kompozite eklenen ZrSiO4 ve Sb2S3’in aşınma miktarı
üzerinde büyük etkisi olduğunu gözlemişlerdir [92].
Ülkemizde birçok tarımsal atık yakılarak ya da başka alanlarda tüketilmektedir. Fındık kabuğu ve ceviz kabuğu ticari değeri geliştirilmeye uygun ürünlerdir. Fren balatası malzemelerinde sürtünme düzenleyici olarak kaşhev adlı maun ağacı meyvesinin kabuğu kullanılmaktadır. Kaşhev yerine fındık ya da ceviz kabuğunun fren balatası kompozitine eklenmesi, bu tarım ürünlerinin değerini arttıracaktır. Ayrıca yurt dışından ithal edilen bir ürünün yerine geçeceği için ülke ekonomisine de katkı sağlayacaktır. Bu
