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Viaje a través de la fricción–Parte 1: Línea de salida

Toda máquina en movimiento necesita ser detenida en algún momento. El freno es responsable de transformar esta energía cinética en calor y liberarlo a través de la interfaz. Esta es el fundamento perpetuo de la industria de la fricción.

Pongamos marcha atrás por un instante y volvamos a principios de los 70. La inercia de los años 60, una década que consistió esencialmente en una libertad absoluta, en la medida que se fabricaban grandes motores y la economía de combustible era bastante pobre, dio a luz a los “muscle cars”. La seguridad se reducía principalmente a … “La distancia de frenado más corta, la más segura”. Las “reglas” en fricción eran más permisivas y las consideraciones ambientales quedaron relegadas a un segundo plano. Con la crisis del petróleo, el mercado cambió y el gobierno de los Estados Unidos comenzó a imponer una regulación estricta en lo que respecta a la economía de combustible, las emisiones y la seguridad [1].

 

Y los frenos y los materiales de fricción han estado en el punto de mira desde entonces, y han surgido múltiples regulaciones a lo largo de los años. Durante esta serie de breves crónicas, viajaremos a través del PASADO, PRESENTE Y FUTURO tratando de comprender el origen de los desafíos en esta industria y revisando qué soluciones han tenido la aceptación del mercado.

Durante una frenada convencional, el disco es responsable de disipar alrededor del 80% del calor generado por la fricción. La temperatura puede elevarse hasta 600-700 ºC en condiciones severas. Como resultado de la energía involucrada en este proceso, siempre se producen reacciones triboquímicas y erosión. [2]

La composición química de las pastillas de freno está entonces directamente relacionada con el rendimiento de todo el sistema de frenado. Cada vez que detiene su vehículo, se libera una pequeña cantidad de material en forma de PM10 y PM2,5. Esas son partículas con un diámetro inferior a 10 y 2,5 micras respectivamente, lo suficientemente pequeñas como para quedar atrapadas en el aire y entrar fácilmente en las vías respiratorias humanas. Dependiendo de su composición, pueden ser bastante dañinas para la vida silvestre, ya que pueden contener metales como cobre, cromo, plomo, antimonio y óxidos metálicos. [3]

Teniendo en cuenta que alrededor del 21% de las emisiones de PM10 relacionadas con el tráfico provienen del desgaste de los frenos, la industria automotriz, los fabricantes de materias primas y las organizaciones reguladoras tienen una responsabilidad compartida en poder hacer un seguimiento de las emisiones de polvo liberadas durante el frenado y encontrar soluciones innovadoras para superar esta amenaza ambiental. [4]

El resultado de este esfuerzo conjunto ha llevado a una evolución notable a lo largo de los años de los materiales de fricción y sus composiciones.

Hasta la década de 1980, se utilizaban revestimientos de asbesto en prácticamente todos los vehículos. El asbesto era y sigue siendo una fibra excelente para las pastillas de freno. Ofrece buena resistencia a temperatura y resistencia química, y es barato en comparación con otros materiales que se utilizan para el mismo propósito. Pero las mismas propiedades físicas que hacen del asbesto una fibra tan apropiada también la convierten en un material peligroso, ya que puede producir asbestosis.

A principios de la década de 1980, los escandinavos fueron los primeros en prohibir los productos que contenían asbesto, incluidos los forros de freno, los forros de embrague y las juntas del motor. La llegada de la tracción delantera requería pastillas de freno de disco delanteras semimetálicas que podían soportar temperaturas de funcionamiento más altas. Ambos factores conducen a la introducción de sustitutos sin amianto [5].

Los materiales a base de fibra de acero tenían sus propios problemas, como el aumento del ruido y las vibraciones [6], y también la cantidad de polvo gris / negro producido. La industria evolucionó para ofrecer una amplia gama de aditivos para equilibrar las fórmulas en función de la aplicación y reducir estos inconvenientes.

Los fabricantes también comenzaron a desarrollar fórmulas con un contenido de acero (NAO) menor e incluso nulo, utilizando materiales de refuerzo alternativos como lana de roca, fibras poliméricas y metales no férricos como cobre y latón / fibras y virutas de bronce [7].

Estos últimos productos se usaron ampliamente debido a su contribución al rendimiento y al desgaste a altas temperaturas y también debido a sus buenas propiedades NVH [8], y RIMSA tiene su origen precisamente como su proveedor para la industria de la fricción, proporcionando chips metálicos de alta calidad.

Por otro lado, las regulaciones de reciclabilidad a finales de los años 90 para vehículos en Europa (Directiva de fin de vida 2000/53 / EC) establecen un contenido máximo de metales como Pb, Hg y Cr (VI) <0,1%. Y Cd <0.01% [9]. Los materiales de fricción eran una fuente de plomo. Era común usar sulfuro de plomo como lubricante y los derivados del plomo eran contaminantes regulares en productos naturales como la pirita (FeS2 natural), a veces hasta 10%. También las virutas de metal de bronce y bronce recicladas contenían plomo. La limitación del plomo en los materiales de fricción y el uso de alternativas sin plomo hicieron que este elemento tóxico ya no estuviese presente en las emisiones de polvo.

En rimsa fuimos pioneros en la fabricación de virutas de latón y bronce sin plomo hace 20 años. Desde entonces, nuestro exclusivo proceso de fabricación nos permite ofrecer la opción para el OE de CHIPS sin plomo con la mejor relación calidad-precio.

Nuestros esfuerzos de investigación se centran en encontrar alternativas ecológicas a los productos convencionales, que deben mantener el mismo rendimiento, ¡pero teniendo en cuenta un costo razonable! Este fue, es y será el desafío imperate en la industria de la fricción.

 →Consulte aquí más información sobre nuestro latón sin plomo (ecoChip) y bronce sin plomo (ecoBronze)

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Fuentes consultadas:
[1] Hirsch, R. L., Bezdek, R., & Wendling, R. Driving Climate Change, 2007, 9–27.

[2] Roberto Dante (Woodhead Publishing, 2016), “Handbook of Friction Materials and their Applications”.
[3] G. Straffelini et al. Environmental Pollution. (2015), 207, 211-219.
[4] Vicente Cano (AutoBild nº 588, 2016), “Llegan las pastillas de freno sin cobre”.
[5] LaDou, J., Castleman, B., Frank, A., Gochfeld, M., Greenberg, M., Huff, J., Watterson, A. et al. Environmental Health Perspectives, 2010, 118, 897–901.
[6] Bernard S, S., Jayakumari, L.S. Matéria, 2016, 21, 656 – 665.
[7] Chan. D, Stachowiak, G. W. J. Automobile Engineering. (2004), 218, 953-966.
[8] Lee, J.-J., Lee, J.-A., Kwon, S., & Kim, J.-J. Tribology International, 2018, 120, 70-79.
[9] DIRECTIVE 2000/53/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL on end-of-life vehicles.