WARSZTAT Spoiwo organiczne i ceramiczne
Inne na co dzień, inne do sportu Wymagania stawiane klockom hamulcowym przeznaczonym do codziennej eksploatacji i do sportu są na tyle różne, że klocki te w praktyce nie mogą być stosowane wymiennie.
E
lementy wykorzystywane w pojazdach sportowych uchodzą w powszechnej opinii za zdecydowanie lepsze od fabrycznie montowanych w samochodach. Faktycznie pod pewnymi względami górują nad nimi zdecydowanie, pod innymi jednak okazują się wyraźnie gorsze, gdyż w sporcie, w bardzo wielu przypadkach, istotne są zupełnie inne parametry, niż w „cywilnym” użytkowaniu pojazdu. W efekcie opinia o wyższości części sportowych nad niesportowymi stanowi daleko idące uproszczenie i bywa wręcz nieprawdziwa.
Inne wymagania
Jednym z wielu przykładów tyczącym się powyższego stwierdzenia mogą być klocki hamulcowe. Otóż dobry klocek do samochodu eksploatowanego w zwyczajny sposób to taki, który: t zapewnia skuteczne i stabilne hamowanie w rozmaitych warunkach, a więc m.in. zarówno przy niskiej jak i wysokiej temperaturze zestawu tarcza-klocek. Mówiąc inaczej, efekt hamowania powinien być tak samo dobry niezależnie od tego, czy jeździmy po mieście, czy w górach, czy nasza technika jazdy jest bardziej spokojna, czy bardziej dynamiczna itp.; tg warantuje podobną intensywność hamowania niezależnie od prędkości pojazdu; t j est odporny na przegrzanie i przy hamowaniu nie staje się źródłem uciążliwych dźwięków (cicho pracuje); 20
ŚWIAT MOTORYZACJI 12/2018
t ś ciera się powoli (cechuje się dużą trwałością), a jednocześnie nie powoduje przyspieszonego zużycia tarcz hamulcowych. W przypadku klocków sportowych wymienione wyżej właściwości są również pożądane, najważniejszymi wymaganiami są jednak: t jak najwyższy współczynnik tarcia; t odporność na zjawisko fadingu, czyli zmniejszania się skuteczności hamowania w wysokich temperaturach. (Klocki sportowe powinny skutecznie działać nawet przy temperaturze dochodzącej do 900°C); t niska „ściśliwość” materiału ciernego w szerokim zakresie temperatur, by zgodnie z oczekiwaniami kierowców rajdowych i wyścigowych pedał hamulca zawsze miał niewielki skok; t zapewnienie błyskawicznej reakcji hamulca (initial bit) na „uderzenie” w pedał. By spełnić rozmaite (bywa nawet, że sprzeczne) oczekiwania różnych grup odbiorców, trzeba zatem odpowiednio dobrać zarówno konstrukcję klocków, jak i ich materiały cierne. A następnie sprawdzić uzyskany efekt przeprowadzając wiele badań i testów laboratoryjnych oraz drogowych. W sumie nie jest to zadanie łatwe i z racji największego doświadczenia przewagę mają tu producenci dostarczający swoje wyroby na pierwszy montaż (w Europie dla samochodów osobowych są to firmy Ferodo, TMD i Jurid).
Standardowy materiał cierny przeznaczony do pojazdów eksploatowanych w typowy sposób wytwarzany jest przez czołowych producentów w oparciu o tzw. matrycę fenolową, w której to znajdują się rozproszone wtrącenia w postaci włókien wzmacniających i modyfikatorów ciernych. Jest więc owa matryca sporządzana z materiału organicznego, czyli takiego, którego strukturę tworzą głównie atomy węgla. Spoiwa tego typu, w tym również żywica fenolowa, charakteryzują się niestety tym, że zaczynają się rozkładać już przy 300–400°C. Dla klocków używanych w pojazdach sportowych to tymczasem minimalna temperatura, w jakiej przychodzi im pracować. Dlatego do ich produkcji korzysta się z materiałów „ceramicznych”, tzn. takich w których zamiast tradycyjnego spoiwa organicznego stosuje się tzw. siloxan. Oznacza to, że w trójwymiarowej strukturze spoiwa zamiast atomów węgla znajdują się atomy krzemu. Powoduje to, że temperatura początku rozkładu zaczyna się od ok. 700°C, dzięki czemu znacznie później dochodzi do zjawiska fadingu (ponieważ gaz ulatnia się ze spoiwa przy znacznie wyższych temperaturach). Jednocześnie pedał hamulca staje się mniej sprężysty (bardziej sztywny), gdyż wstępnie wypalana w procesie produkcyjnym żywica przybiera postać twardej masy ceramicznej (i – nawiasem mówiąc – ma podwyższone właściwości cierne).
Różne składniki, różne cechy
Jako, że nie udało się (i pewnie nigdy się nie uda) stworzyć jednego materiału, który w optymalny sposób spełni różne oczekiwania użytkowników, nawet jeśli byśmy brali pod uwagę tylko klocki niesportowe, każdy renomowany producent klocków i szczęk korzysta z co najmniej kilkudziesięciu mieszanek. W przypadku firmy Ferodo jest ich ponad 50, a do tego dochodzi jeszcze 7 specjalnych do zastosowań sportowych opracowanych we własnych laboratoriach. Dzięki temu można elastycznie skomponować ofertę i zaproponować klocki o określonych cechach zamawiającemu je producentowi samochodów (lub innej firmie) oraz zająć się testami i ewentualnymi modyfikacjami wyrobu. W tym miejscu jeszcze należy wyjaśnić, skąd biorą się różnice między poszczególnymi mieszankami. Otóż materiały cierne wytwarzane są z wielu składników (nowoczesne nawet z ponad piętnastu), a każdy z tych składników wpływa na ostateczną charakterystykę materiału. Jaki jest to wpływ w przypadku podstawowych składników obrazuje tabela. Już pobieżna analiza owego zestawienia pokazuje, iż chcąc uzyskać poprawę jednej cechy materiału ciernego trzeba na ogół liczyć się z pogorszeniem innych cech.