Viaje a través de la fricción – Parte 3: La carrera del “Cu-free”

Después de visitar la costa chilena y los polígonos industriales chinos, permítenos llevarte ahora a los pasillos de los juzgados en los EE. UU., Donde la legislación que aborda la presencia de cobre y otros metales pesados en material de fricción nació, en 2010, en los estados de Washington y California [ 1]. Y como acostumbra a suceder cuando la política se encuentra involucrada, hay diferentes perspectivas para entender por qué esto sucedió .

Varios estudios han informado que el desgaste de los frenos es la causa principal de las emisiones de cobre al medio ambiente (hasta el 75% en Europa occidental) [2] [3]. Las organizaciones ambientales sostuvieron que estos metales pueden encontrar un camino hacia el suministro de agua y afectar no solo al medio ambiente sino que también se bioacumulan en peces y moluscos para llegar indirectamente a nuestros productos de consumo [4]. El punto de inflexión se produjo cuando el cobre se relacionó como la causa principal de la extinción del salmón y la trucha arco iris debido a sus propiedades neurotóxicas en los peces [5] [6] [7].

Pero hay áreas grises en el sentido que, siendo el Plan de Control de Calidad del Agua de California tan restrictivo, los límites en metales pesados se establecen solo en términos de Dureza [8]. La Asociación de Desarrollo del Cobre (CDA) ha alentado recientemente a la Junta Regional del Agua a considerar el modelo de ligando biótico de cobre (BLM) como referencia base para los objetivos de calidad de contenido de cobre en agua.

Debemos entender que si no se alcanza la calidad esperada, se revertirán impuestos adicionales sobre los ciudadanos. Y también hay otras causas del el aumento de cobre en el agua. Los fungicidas, los conservantes para madera y las pinturas antiincrustantes para barcos también pueden contribuir a los altos niveles de cobre en el medio ambiente acuático, además de los transportes de mercancías importadas y exportadas por mar, lo que resulta en un aumento continuo de las actividades de los astilleros y el tráfico marítimo [10].

Así es como Estados Unidos se colocó en una posición de privilegio en la búsqueda de la eliminación de todos los productos a base de cobre de las formulaciones de material de fricción. Siendo la automotriz una industria global, esta tendencia también ha impactado en otras regiones, incluso las que no tienen una legislación. Como mencionamos en una publicación anterior, la principal preocupación en Europa es reducir las emisiones. La funcionalidad de productos como cobre, latón y bronce se basa en su capacidad para eliminar el calor a través de la interfaz del PAD debido a la alta conductividad térmica de estos materiales (al tiempo que proporciona también un refuerzo y formación de mesetas primarias), aumentando la resistencia en la sección “fade” y reduciendo el desgaste [11].

Así pues, la carrera hacia el “Cu-free” fijó en 2021 su primer objetivo. Entonces, será obligatorio comenzar a reducir el contenido de cobre en las formulaciones de pastillas de freno en productos que pueden venderse en California y Washington. Más específicamente, la regla permitirá solo 5% de cobre en PADS, mientras que en 2025, la cantidad máxima permitida será solo de 0,5% [12].

Cambio en la regulación estadounidense de sustancias químicas para pastillas de freno [13]

Esta carrera ha obligado a muchos protagonistas de esta industria a invertir mucho tiempo y dinero en el desarrollo de alternativas a las formulaciones de base cobre, que sean capaces de proporcionar el mismo nivel de seguridad. Ningún material puede reemplazar el cobre por sí solo. Y ninguna solución única ha surgido tampoco. Muchas de las soluciones han incurrido en cambios profundos en las formulaciones, pasando por el aumento en el uso de sulfuros metálicos.

Los sulfuros metálicos son modificadores de la fricción que contribuyen a la formación de la capa intermedia de fricción (TBL), proporcionando estabilidad del coeficiente de fricción a altas temperaturas, al tiempo que reducen el “fade” y el desgaste [11]. Algunos de los más populares son los sulfuros a base de estaño. Hay varias composiciones de sulfuros de estaño, pero debido al alto porcentaje de estaño, todas son bastante caras y dependen del LME. Gracias a nuestros esfuerzos de I + D, hemos establecido una correlación entre el rango de temperatura de oxidación de los sulfuros y su efecto sobre el rendimiento y el desgaste del material de fricción. Así es como desarrollamos nuestra gama SF de compuestos de sulfuros de hierro / estaño. Su microestructura única nos permite modificar la temperatura de oxidación en comparación con una mezcla mecánica de FeS y SnS de la misma composición química. Con este cambio, podemos acercarnos a la temperatura de oxidación de los sulfuros basados solo en estaño, y a un rendimiento muy similar, pero reduciendo el contenido de estaño y, por lo tanto, su coste [14].

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Hemos dicho que ningún material puede reemplazar al cobre. Pero podemos decir que la sinergia entre varios puede hacerlo posible. enviroLube es un aditivo sinérgico a base de estaño que ha demostrado ofrecer un rendimiento óptimo al reemplazar el cobre en formulaciones existentes, y ahora se utiliza en proyectos “Cu-free” en OE, OES y AM en todo el planeta.

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Fuentes consultadas

[1] Memorandum Of Understanding On Copper Mitigation In Watersheds And Waterways (EPA-NPDES, 2015).

[2] H.A.C.Denier van der Gon, J.H.J.Hulskotte, A.J.H.Visschedijk, M.Schaap. Atmospheric Environment (2007), 41, 8697-8710.

[3] A. P. Davis, M. Shokouhian, S. Ni. Chemosphere (2001), 44, 997-1009

[4] J.H.J. Hulskotte, H.A.C. Denier van der Gon, A.J.H. Visschedijk, M. Schaap. Water Sci Technol (2007) 56, 223-231.

[5] B. Dhir, P. Sharmila, P. P. Saradhi, S. Sharma, R. Kumar, D. Mehta. Ecotoxicology and Environmental Safety (2007), 74, 1678-1684

[6] J. A. Hansen, J. D. Rose, R. A. Jenkins, K. G. Gerow, H. L. Bergman. Environmental Toxicology and Chemistry (1999), 18, 1979-1991

[7] Toshiaki J. Hara, , Y. M. C. Law, and , S. Macdonald, Canadian Science Publishing (2011), 33, 1568-1573

[8] Water Quality Control Plan for the San Francisco Bay Basin. Chapter 3.

[9] Letter from Robert W. Gensemer (GEI Consultants) and Carrie Claytor (CDA) to Celline Gallon (Los Angeles Regional Water Board) addressing the use of the BLM for the freshwater copper water quality objectives. April 25, 2018.

[10] A. García et al. Sci. Mar. (2013), 77, 91-99.

[11] Roberto Dante (Woodhead Publishing, 2016), “Handbook of Friction Materials and their Applications”.

[12] Vicente Cano (AutoBild nº 588, 2016), “Llegan las pastillas de freno sin cobre”

[13] G. Straffelini et al. Environmental Pollution. (2015), 207, 211-219

[14] EUROBRAKE 2019 (Dresden, May 2019) oral only conference by Dr. Carlos Lorenzana (rimsa) based on internal investigation.