Recepta na dobre hamulce

© Raven Media – Maciej Blum

Udostępnij:

Skład materiałów ciernych używanych w układach hamulcowych zależy od rynku, firmy opracowującej oraz produkującej klocki i szczęki hamulcowe, a także zastosowania. Materiał cierny jest mieszaniną kilkunastu składników, których proporcje są tajemnicą ich producentów.

Składnikami nadającymi podstawowe właściwości cierne są smary stałe (np. grafit, koks naftowy, siarczki metali) oraz wypełniacze cierne (np. tlenek glinu, piasek cyrkonowy, tlenek magnezu). Oprócz tego materiał cierny tworzą włókna (np. włókno poliakrylonitrylowe, włókno celulozowe), metale (np. wełna stalowa, proszki i wióry aluminium, miedzi, brązu), a także spoiwa i elastomery (żywica nowolakowa, kauczuk NBR). Wchodzące w danej grupy komponenty o jednakowym przeznaczeniu nigdy nie są tego samego typu, ponieważ jedne są bardziej aktywne w niskich temperaturach, a inne w wysokich. W celu uzyskania idealnej równowagi do materiałów ciernych dodaje się pewną ilość składników o silnych właściwościach smarujących i substancje zwiększające tarcie. Przewodność cieplna jest modyfikowana przez dodanie metali. Włókna zapewniają scalenie i zwiększenie wytrzymałości gotowego produktu. Zaś elastyczność, zmniejszenie sztywności i kruchości zapewniają elastomery. Podstawowym spoiwem używanym przez wszystkich producentów jest termoutwardzalna żywica fenolowa.

Podział współczesnych materiałów ciernych jest następujący:

  • Materiały półmetaliczne (Semimetallic), które zawierają ponad 50% wełny stalowej, proszku żelaza oraz metali kolorowych (miedzi, brązu, mosiądzu); stosowane są głównie w USA. Współczynnik tarcia wynosi najczęściej poniżej 0,40. Materiały te charakteryzują się dobrymi właściwościami akustycznymi, komfortem użytkowania oraz małym zużyciem, w tym również tarczy. Są mniej stabilne termicznie niż materiały azbestowe i materiały „Low Steel”. To powoduje, że nie nadają się do hamowania z dużych prędkości oraz używania w samochodach ciężarowych powyżej 6 t, gdyż wówczas ich skuteczność hamowania spada drastycznie przy szybkim wzroście zużycia.
  • Materiały o niskiej zawartości stali (Low Steel) zawierają wagowo do 30% tego składnika. Jako zamiennik azbestu stosuje się tutaj różne włókna organiczne i nieorganiczne. Niektóre z nich podejrzewane są o efekt rakotwórczy. Współczynnik tarcia wynosi od 0,35 do 0,5. Cechują się gorszymi właściwościami akustycznymi i powodują większe zużycie tarczy niż w przypadku materiałów półmetalicznych, ale mają zdecydowanie większą odporność termiczną oraz wysoką skuteczność hamowania w szerokim zakresie temperatury, prędkości i obciążeń. Z tego powodu są stosowane zarówno w samochodach osobowych, jak i ciężarowych. Materiały te używane są głównie w Europie.
  • Materiały NAO (Non Asbestos Organic) nie zawierają stali ani twardych składników ciernych. Współczynnik tarcia wynosi od 0,3–0,4. Materiały te mają bardzo dobre właściwości akustyczne, dobrą charakterystykę zużycia, nie nadają się jednak do pojazdów osiągających wysokie prędkości oraz jeżdżących z dużym obciążeniem. Stosowane są głównie w Japonii.
  • Materiały niezawierające metali (Nonmetallic) – podobnie jak materiały typu NAO – nie zawierają stali, a ponadto nie zawierają metali nieżelaznych, jak miedź, brąz czy mosiądz. Ze względu na niską przewodność cieplną rzadko są spotykane w hamulcach tarczowych do pojazdów osobowych i ciężarowych.
  • Materiały hybrydowe zawierają kombinację charakterystyk mieszanek NAO i materiałów o niskiej zawartości stali. Połączenie tych właściwości oraz ograniczenie zawartości metali sprawiło, że materiały te – potocznie nazywane ceramicznymi – coraz częściej stosowane są w Europie.
  • Materiały spiekane przeznaczone są do zastosowań specjalnych, np. w urządzeniach przemysłowych, pojazdach szynowych, motocyklach. W przeszłości próbowano łączyć elementy materiałów ciernych spiekanych z prasowanymi również z myślą o tradycyjnych zastosowaniach, jednak ze względu na koszty nie zyskały one na popularności.
    Materiały cierne do tarcz ceramicznych. Obecnie najczęściej stosuje się organicznie wiązane materiały o niskiej zawartości stali. Są to jednak inne materiały niż te produkowane z myślą o tarczach stalowych i aluminiowych.
  • Międzywarstwa – cienka warstwa (2–3 mm grubości) specjalnego materiału znajdująca się między płytką nośną klocka a właściwym elementem ciernym. Jej głównym zadaniem jest zwiększenie przyczepności między blachą nośną a materiałem ciernym. Dodatkowo jest również izolatorem termicznym oraz poprawia właściwości akustyczne klocka hamulcowego.
  • Kompozyty węglowe C/C i pokrewne stosowane są np. w hamulcach samolotów. Opracowane zostały przez firmę Brembo. Charakteryzują się dużą odpornością na szok termiczny, dobrą przewodnością cieplną, wysoką wytrzymałością mechaniczną w podwyższonej temperaturze, małym współczynnikiem rozszerzalności cieplnej oraz niewielką masą.

 

Warto wiedzieć
Miedź w klockach

Miedź jest istotnym składnikiem materiałów ciernych. Procentowy udział miedzi metalicznej i jej stopów (brązów i mosiądzów) w materiałach ciernych wynosi od 1 do 14%. Występuje również jako związki – głównie tlenki i siarczki. Miedź w materiale ciernym spełnia szereg funkcji, takich jak stabilizacja współczynnika tarcia, ograniczenie zużycia, rozpraszanie ciepła czy tłumienie hałasu.

Pył powstający podczas hamowania jest zmywany do wód powierzchniowych. Miedź nie stanowi zagrożenia dla organizmów żywych wyżej rozwiniętych, ale może być toksyczna dla niektórych mchów, porostów, glonów i ryb (np. zakłóca tarło łososi) oraz innych organizmów wodnych. Z tego powodu w wielu krajach, głównie w USA i Szwecji, organizacje ekologiczne domagały się wyeliminowania miedzi i jej stopów z materiałów ciernych hamulców samochodowych. Ustalono, że materiały cierne produkowane po 2021 r. mogą zawierać nie więcej niż 5% miedzi, a po 2025 r. – poniżej 0,5%. Zostało to prawnie usankcjonowane w USA w Better Brake Rule, Chapter 173-901 WAC. Materiały cierne nowej generacji nie zawierają już miedzi.


TOP w kategorii


#Technika motoryzacyjna



Brak miedzi może skutkować hałasem podczas hamowania. Jest to szczególnie męczące w miejskim ruchu ulicznym. Hałas jest jednym z najbardziej uciążliwych czynników środowiskowych powodujących znaczny dyskomfort, ma także negatywny wpływ na zdrowie. Zwykle jest definiowany jako każdy dźwięk, który w danych warunkach jest niepożądany, uciążliwy czy wręcz szkodliwy dla zdrowia człowieka. Szkodliwość lub uciążliwość hałasu zależy od jego natężenia, częstotliwości, charakteru zmian w czasie, długotrwałości działania oraz zawartości składowych niesłyszalnych, a także indywidualnych cech odbiorcy: stanu zdrowia, wieku, kondycji psychicznej i wrażliwości na dźwięki.

Ceramiczne klocki hamulcowe mają przewagę nad tradycyjnymi z powodu mniejszego zużycia materiału ciernego oraz samej tarczy hamulcowej. Ponadto nie brudzą felg pyłem powstającym z ich zużywania się, ponieważ sam pył ma inny skład. Wadą klocków ceramicznych jest mniejsza skuteczność hamowania w warunkach jazdy sportowej przy dużych obciążeniach termicznych i mechanicznych. Przy normalnej jeździe wada ta jest nieodczuwalna.

Ceramiczne materiały cierne nowej generacji charakteryzują się wysoką stabilnością współczynnika tarcia w funkcji temperatury, ciśnienia w układzie hamulcowym oraz prędkości. Praktycznie oznacza to ogromny komfort użytkowania bez obawy o przegrzanie hamulców podczas ostrej sportowej jazdy oraz gwarantuje bezpieczne zatrzymanie pojazdu nawet w ekstremalnych warunkach zjazdów górskich. Z wyników badań zużyciowych wg SAE J2707 wynika, że zużycie klocków z nowego materiału jest o wiele niższe niż przy zastosowaniu standardowego materiału ciernego OE.

Udostępnij:

Drukuj





Tomasz Orłowski



Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również