Caracterização físico-tribológica de materiais de travagem

Palavras-chave: Pastilhas de Travão,,Ensaio Tribológico,,Desgaste específico,Módulo de Elasticidade,Brake Pads,Tribological Test,Specific Wear,Elastic Modulus

A finalidade dos travões é desacelerar o veículo, através da transformação da energia cinética em calor, dissipando para o meio através do atrito. Os materiais de travagem fazem parte integrante de veículos pesados ou ligeiros e, têm, por isso, requisitos específicos, tais como: a resistência à corrosão, peso reduzido, longa vida, baixo ruído, atrito estável, baixa taxa de desgaste, e uma relação aceitável entre custo e desempenho. Existem dois tipos de sistemas de travagem – travões de tambor/calços e travões de disco/pastilhas. De modo a atingir o desempenho necessário, a maior parte dos materiais de atrito não são constituídos por um único elemento ou composto, antes são materiais compósitos. Mais de 2000 materiais diferentes e suas variantes são actualmente usados em componentes comerciais para pastilhas de travão. No que diz respeito à sua função, os materiais de travagem são classificados em quatro categorias principais: matriz, conhecido como material de ligação, fibras, modificadores de atrito e materiais de enchimento/reforço [1]. A matriz é o núcleo do compósito pois tem a função de aglomerar firmemente todos os ingredientes, de modo a que cada um desempenhe a sua função de material de atrito. As fibras, por sua vez, são adicionadas para uma maior resistência, enquanto os modificadores de atrito são usados para manipular a gama de coeficiente de atrito desejado. Os materiais de enchimento/reforço pretendem manter o coeficiente de atrito numa gama elevada de temperaturas, e também, reduzir custos. Os fabricantes de material de atrito reivindicam excelente resistência ao desgaste mas não dão garantias de uma determinada vida útil dos seus produtos, e, raramente publicam dados relativamente ao desgaste dos materiais por eles produzidos. Os ensaios à escala de material de travagem é muito demorado e muito custoso. Deste modo, existem inúmeros testes a escala reduzida que permitem a comparação, mais rápida, de diferentes formulações. Este tipo de equipamento não permite simular e obter resultados idênticos aos obtidos pelos materiais em serviço. Para além da complexidade dos materiais de atrito para travagem, a sua caracterização mecânica e tribológica também é difícil. A presente dissertação tem, como objectivo principal, a caracterização mecânica e tribológica de quatro materiais de desgaste de travagem - pastilhas - para veículos pesados, sendo estes o ACERCHINA, o ATV 55, o FRASLE FLE1749 e o JURID FF29. Para o efeito foi usado um equipamento a uma escala reduzida que permitiu variar os parâmetros que mais influenciam a travagem, e, controlar a temperatura e a força de atrito das pastilhas em estudo. Nos ensaios tribológicos foram usadas três velocidades de travagem e três forças normais. Como outputs foram obtidas as temperaturas das pastilhas e a força de atrito ao longo do ensaio. O desgaste de cada conjunto de pastilhas ensaiado foi determinado através de pesagem. A comparação do desempenho das formulações foi realizada através da representação gráfica de força e coeficiente de atrito ao longo da distância de escorregamento, bem como os volumes de desgaste de todas as condições e materiais. Por forma a complementar a caracterização tribológica, e para auxiliar a compreensão dos resultados, foram determinados os valores de dureza, densidade e o módulo de elasticidade para várias temperaturas. As amostras ensaiadas foram também observadas através de microscopia óptica e microscopia electrónica de varrimento. Genericamente, observou-se, para todos os materiais, que o volume de desgaste, para a mesma pressão, sofria um aumento quando a velocidade de escorregamento aumentava. O volume desgastado aumentava ainda mais quando se mantinha a velocidade e se aumentava a pressão. Em alguns materiais, mas apenas em algumas condições de ensaios, ocorreu uma diminuição abrupta da força de atrito e consequentemente diminuição da temperatura da pastilha. Outros materiais registaram um ruído agudo na maior parte dos ensaios. No que concerne às propriedades mecânicas, o módulo de elasticidade de todas as pastilhas diminuiu com o aumento da temperatura. Com o aumento da dureza das pastilhas verifica-se um aumento do desgaste específico [mg/MJ]. As formulações com melhor desempenho foram: o JURID no coeficiente de atrito, por registar valores mais elevados; o ATV na temperatura, por dissipar melhor a energia térmica; e o FRASLE no volume de desgaste, por ter valores mais reduzidos de desgaste volúmico e o único dentro dos valores de referência do desgaste específico.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias