Đặt vấn đề Má phanh là một trong những bộ phận rất quan trọng trong ô tô nói riêng, cũng như trong các phương tiện giao thông nói chung, và là bộ phận rất dễ bị mài mòn, hư hỏng. Trung bình một chiếc xe sau khi sử dụng từ 3÷5 tháng thì phải thay má phanh một lần nên rất tốn kém chi phí. Đồng thời má phanh ô tô hiện nay đa số có chứa sợi amiang (từ 30%÷70%) nên trong quá trình phanh các bụi amiang bị mài mòn và bay ra ngoài gây ô nhiễm môi trường. Do đó yêu cầu đặt ra là phải tìm một loại nguyên liệu mới thay thế cho amiang trong má phanh đồng thời không gây ô nhiễm môi trường, và tận dụng được nguồn nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền trong nước nhẳm làm giảm chi phí sản xuất dẫn đến giảm giá thành sản phẩm.
Giới thiệu phanh xe 1. Sơ lược về sự phát triển phanh xe Hệ thống phanh xe có chức năng làm giảm tốc độ hoặc dừng hẳn xe bằng cách chuyển động năng của xe thành nhiệt năng thông qua lực ma sát và khuếch tán nhiệt ra môi trường xung quanh. Việc tạo ma sát để làm chậm quá trình chuyển động của phương tiện do một bộ phận gọi là má phanh đảm nhiệm. Mặc dù xét về khối lượng và giá thành của má phanh thì nó chỉ chiếm một phần rất nhỏ của phương tiện nhưng vai trò của nó thì rất lớn.
Thử nghĩ n ếu không có bộ phận này thì xe cộ của chúng ta là thế nào để có thể dừng lại. Do tính chất quan trọng của việc là giảm tốc độ xe hoặc dừng hẳn và môi trường làm việc khắc nghiệt nên vật liệu làm má phanh xe phải có một số tính chất nhất định như: Khả năng chống rỉ sét, nhẹ, bền. Ít gây tiếng ồn. Hệ thống ma sát với má trong ổn định.
Giảm khả năng mài mòn má trong. Tốc độ mài mòn chậm. Ít có tác động xấu đến môi trường sống. 1 Khảo sát công nghệ ép má phanh từ bột ma sát và chất kết dính từ dầu vỏ hạt điều Từ trước đến nay, ngưởi ta đã sử dụng rất nhiều vật liệu làm phanh.
Ví dụ như phanh xe ngựa làm từ gổ và da. Hiện nay, rất nhiều vật liệu làm má phanh vẫn còn sử dụng trên cơ sở của các vật liệu hữu cơ, như polymer và tơ sợi thực vật. Sự ra đời của ngành đường sắt trong những năm 1800 đòi hỏi vật liệu sử dụng làm má phanh phải đảm bảo được tốt hơn việc giảm tốc độ hoặc dừng hẳn xe. Để đáp ứng được tính chất cần thiết, hầu hết vật liệu làm má phanh đều được làm từ hỗn hợp của nhiều vật liệu khác nhau vì hầu như không có vật liệu nào có thể có đầy đủ các tính chất cần thiết của phanh.
Đến nay, đã có hơn 2000 loại vật liệu được sử dụng làm phanh xe và sự đa dạng của nó được sử dụng nhiều trong phanh xe thương mại (Weintrach, 1998). Theo Nicholsan (1995) Herbcert Frood được công nhận về phát minh vật liệu làm má phanh đầu tiên năm 1897, nó được làm từ vật liệu cotton có tẩm bitan và được sử dụng cho xe bò, xe ngựa cũng như ô tô thời kỳ đầu. Phát minh của ông đã dẫn đến sự thành lập công ty Ferodo, một công ty vẫn còn hoạt động trong lĩnh v ực hệ thống phanh xe cho đến ngày nay. Những má phanh đầu tiên được dệt từ vật liệu dạng sợi, nhưng đến năm 1920 được thay thế bằng vật liệu đúc có chứa các sợi amiang.
Những má phanh bằng hỗn hợp vật liệu đúc có kim loại được giới thiệu vào những năm 1950 và cho tới những năm 1960 vật liệu bán kim loại được phát triển, chúng có hàm lượng các kim loại cao.[1] Vai trò của má phanh trong xe cơ giới đường bộ Trong các phương tiện xe cộ lưu thông hiện nay thì hệ thống phanh là bộ phận đơn giản, giá trị của nó rất nhỏ so với các bộ phận khác nhưng nó là một hệ thống không thể thiếu khi phương tiện tham gia lưu thông vì nhờ nó mà ta có thể dễ dàng giảm tốc độ xe hoặc dừng hẳn xe theo ý muốn. Mặc dù hệ thống phanh xe đã phát tri ển rất mạnh khi xuất hiện các loại xe đạt tốc độ cao (có những xe với vận tốc có thể đạt 100km/h trong vòng 5 giây). Nhưng do môi trường làm việc của nó khắc nghiệt nên chỉ cần những sai sót, khuyết điểm nhỏ cũng có thể dẫn đến tai nạn không lường được, việc không có khuyết điểm trong hệ thống phanh hầu như không đạt được. Chính vì thế mà tai nạn giao thông lỗi do hệ thống phanh xảy ra rất nhiều.
2 Khảo sát công nghệ ép má phanh từ bột ma sát và chất kết dính từ dầu vỏ hạt điều Theo thống kê của các nước thì trong tai nạn giao thông đường bộ có khoảng 60% đến 70% do con người gây ra (như lái xe say rượu, mệt mỏi, buồn ngủ,…), 10% đến 15% do hư hỏng máy móc, trục trặc về kỹ thuật và 20% đến 30% do đường sá quá xấu. Trong nguyên nhân do hư hỏng máy móc, trục trặc về kỹ thuật thì tỷ lệ tai nạn do các cụm của ô tô gây nên được thống kê như sau: Phanh chân 52,2% ÷ 74,4% Phanh tay 4,9% ÷ 16,1% Lái 4,9% ÷ 19,2% Ánh sáng 2,3% ÷ 8,7% Bánh xe 2,5% ÷ 10% Các hư hỏng khác 2% ÷ 18,7% Từ các số liệu trên ta thấy rằng, tai nạn do hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các tai nạn do kỹ thuật gây nên. Cũng vì th ế mà hiện nay hệ thống phanh ngày càng được cải tiến về tiêu chuẩn, thiết kế, chế tạo và sử dụng ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ. Ở nước ta trước kia việc kiểm tra xe định kỳ còn mang tính chất thô sơ, tùy tiện, dựa trên sự quan sát bằng mắt, không dựa trên một tiêu chuẩn nào và chưa dùng thiết bị đo nào cả.
Từ ngày thực hiện nghị định 36CP của Chính phủ thì Bộ giao thông vận tải mới ra những tiêu chuẩn bước đầu để kiểm tra phanh và đã dù ng những phương tiện đo để xác định hiệu quả phanh. Hiện nay cả nước đã có 79 trạm đăng kiểm phương tiện cơ giới đường bộ với các phương tiện hiện đại kể cả thiết bị để kiểm tra phanh. Tuy nhiên các thiết bị kiểm tra phanh hiện nay có ở nước ta còn hạn chế ở dạng bệ thử với tốc độ thấp, còn thiết bị kiểm tra phanh định kỳ trên đường vẫn chưa có, các thiết bị để nghiên cứu về phanh ô tô lại càng hiếm nữa. Hệ thống phanh ngày nay đã đư ợc cải tiến nhằm tăng hiệu quả phanh, tăng tính ổn định hướng và tính dẫn hướng khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc với mục đích đảm bảo an toàn chuyển động và tăng hiệu quả vận chuyển của ô tô.
3 Khảo sát công nghệ ép má phanh từ bột ma sát và chất kết dính từ dầu vỏ hạt điều 1. Vật liệu làm má phanh Có rất nhiều công thức cũng như vật liệu khác nhau được sử dụng để làm ra má phanh ô tô nhưng tựu chung lại có thể chia các loại vật liệu đó thành 4 nhóm vật liệu chính: Nhóm vật liệu mài mòn. Nhóm bổ trợ ma sát. Nhóm chất nền và tăng cường cho vật liệu.
Nhóm các chất gắn kết. Nhóm vật liệu mài mòn Khả năng mài mòn giúp đ ảm bảo độ sạch của bề mặt vật liệu. Chúng cũng tăng cường sự ma sát, đặc biệt khi bắt đầu phanh. Công dụng của một vài loại vật liệu dung trong má phanh Vật liệu Mô tả/ chú thích Tham khảo Nhôm oxít 1.
Dạng hydrated được thêm vào như là tác Nicholson (1995) nhân tạo bề mặt mới khi mài mòn. Dạng anhydroch (khan) cũng là chất mài mòn. Fused là loại cứng và mài mòn tốt. Sắt oxít Fe2O3 có thể hoạt động như một chất mài mòn Nichisol (1995) nhẹ.
Fe3O4 cũng v ậy. Thạch anh Phần tử khoáng dạng bột (SiO2). Jang (2000) Silicate 4 Khảo sát công nghệ ép má phanh từ bột ma sát và chất kết dính từ dầu vỏ hạt điều 1. Nhóm chất bổ trợ ma sát Các chất này được thêm vào làm tăng khả năng ma sát khi phanh xe, hoặc tác dụng với oxy để điều khiển đặc tính bề mặt tiếp xúc.
Chúng được nêu trong bảng 1. Đặc tính của một số vật liệu phụ trợ gây ma sát Vật liệu Mô tả/ chú thích Tham khảo Atimony Chất bôi trơn rắn tăng cường độ ma sát, bôi Jang (2000) Trisulfide trơn > 450oC, Sb2S3 có thuộc tính độc. Nichosol (1995) Đồng thau Loại chứa 62% Cu – 38% Zn, cải thiện ma Nicholson (1995) sát ướt và phục hồi khả năng ma sát là phụ gia thông thường. Carbon Rẻ và được dùng rộng rãi, nhưng có nhiều Spurr (1972) (graphit) loại và nhiều nguồn gốc.
Một trong số chúng Nicholson (1995) có chất mài mòn và ô nhiễm, cháy trong không khí ở t0> 700oC, mức độ chịu ma sát phụ thuộc vào độ ẩm và kết cấu. Ceramic Sản phẩm đặc biệt gồm Al- Si, chất phụ là Fe PQ corporation “Microsphores” hoặc Tioxít, kích thước 10 ÷ 350µm, phủ đầy (1993) với mật độ thấp để làm giảm mài mòn rdor và điều kiện ma sát. Đồng (copper) Được dùng như là một loại bột điều khiển Nicholson (1995) trường nhiệt. “Frition dust” Được tổng hợp từ DVHĐ và một vài phụ gia (bụi ma sát) để giảm cháy nổ hoặc giúp cho việc phân tán nhiệt.
Chì Oxides PbO được dùng để điều chỉnh ma sát, nhưng Nicholson (1995) lưu ý tính độc của nó. Metals- fluxing Pb, Sp, Bi, Mo tạo hợp kim, dùng để ổn định Hooton (1969) bề mặt ma sát. 5 Khảo sát công nghệ ép má phanh từ bột ma sát và chất kết dính từ dầu vỏ hạt điều Metals Fe3O4 cải thiện ma sát lạnh, ZnO bôi trơn Nicholson (1995) oxidevarious nhưng có thể gây bóng thắng trống, Cr2O3 tăng ma sát. Metals PbS phụ gia bôi trơn rắn và mềm, giúp giảm BBU (1993) Sulfidevarious mài mòn đ ệm và rotor, giảm tiếng ồn, MoS2 dính chặt với bề mặt kim loại hơn graphite và có phạm vi chịu nhiệt rộng hơn; ZnS là chất bôi trơn rẻ, rắn dùng cho tải nhiệt cao hỗn hợp này cũng thư ờng được dùng.
Mullite, kyanite, Mullite, kyanite, Sillimanite dễ nát vụn, giúp Hooton (1969) Sillimanite, điều khiển ma sát, cũng có thể điều khiển alumina mài mòn trên những bề mặt counter nhờ vào đặc tính khó gãy của chúng. Bột ma sát được tạo thành khi cho DVHĐ phản ứng với axít, Pharaformandehit, HMTA.