Otomotivde kullanılan kompozit sürtünmeli fren balatalarında yerli uçucu kül katkısının balata özelliklerine etkisinin incelenmesi
An investigation of effects of fly ash additive on the properties of automotive composite brake friction materials
Yazar: EMRE GÜMÜŞ
Danışman: PROF. DR. AHMET TOPUZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear ; Fren balatası = Brake lining ; Sürtünme = Friction ; Uçucu kül = Fly ash

Özet:
Fren sistemleri, hareket halindeki araç hızının kontrolü açısından en önemli donanımlardan biridir. Bu yüzden fren balatalarının gerek güvenlik gerekse konfor bakımından zor şartlar altında bile yüksek mukavemet, dengeli sürtünme katsayısı, düşük aşınma oranı ve düşük gürültü gibi özelliklerinden ödün vermemesi gerekir. Ticari bir ürün olduğundan uygun maliyette üretimlerinin gerçekleştirilmesi de söz konusudur.Kompozit fren balatalarında bağlayıcılar, takviyeler, sürtünme düzenleyiciler ve dolgular olarak kategorize edilen farklı malzemeler kullanılır. Değişik katkı malzemesi ve karışım oranlarına gore çok sayıda deneme yapılmış, balata özelliklerinde farklı özellikler elde edilmiştir. En çok kullanılan malzemeler bağlayıcı olarak fenolik reçineler ve kauçuk; takviye olarak çelik, bakır, pirinç, aramid, potasyum titanat, kaya yünü; abrasiv olarak Fe2O3, ZrSiO4, SiO2, Al2O3; yağlayıcı olarak grafit, petrokok, MoS2, Sb2S3; dolgu olarak BaSO4 ve CaCO3'tır.Özellikle son senelerde termik santrallerin atık bir malzemesi olan uçucu kül bileşimindeki SiO2, Al2O3, Fe2O3'in balata formülasyonlarında kullanıldığı dikkate alınarak doğrudan balata malzemesine katılarak çevreye zararlı bir atığın maliyet azaltıcı bir şekilde kullanılmasını sağlayacak çalışmalar yapılmaktadır. Ancak her termik santralde kullanılan kömür aynı olamadığı gibi uçucu kül bileşim ve miktarları da aynı değildir.Bu çalışma kapsamında ilk olarak uçucu kül katkılı fren balatalarının testleri, standartları, formülasyonları ve üretim proses parametreleri konularında detaylı literatür incelemesi yapılmıştır. Ticari olarak kullanılan kompozit fren balatası örnekleri incelenmiştir. Yerli termik santrallerden temin edilen uçucu küllerin karakterizasyonları yapılarak balatalara katılabilecek olan kül cinsleri belirlenmiştir. Yapılan çalışmalar ışığında kütlece %40-65 uçucu kül içeren formülasyonlar oluşturularak bunlardan laboratuvar ölçekli numuneler üretilmiştir. Üretilen numunelere fiziksel, kimyasal, mekanik testlerin yanısıra sürtünme-aşınma testleri uygulanarak en uygun formülasyon ve optimum üretim proses parametrelerine sahip balata malzemesi belirlenmiştir.Çalışma sonucunda Yeniköy Termik Santrali'nin uçucu küllerinin kütlece %50 oranında dolgu olarak kullanıldığı formülasyonların incelenen ticari balatalara en yakın sürtünme-aşınma özelliklerini sağladığı tespit edilmiştir.

Abstract:
Brake systems are one of the most important safety parts of vehicles for speed control. Because of this even under extreme conditions brake linings should satisfy a number of requirements such as high strenght, stable coefficient of friction, low wear rate and low noise. Also it?s a commercial product that can be manufactured with an acceptable price.In composite brake friction linings, different materials which are categorized as binders, reinforcements, friction modifiers and fillers are used. For composite brake linings, a large number of different additives and mixture ratios were experimented and different properties were obtained. Most common materials used in commercial brake linings are phenolic resin, rubber as binder; steel, copper, brass, aramid, potassium titanate, lapinus as reinforcement; Fe2O3, ZrSiO4, SiO2, Al2O3 as abrasive;graphite, petrocoke, MoS2, Sb2S3 as lubricant and BaSO4, CaCO3 as filler.Recent years waste fly ash of thermal power plant that contain Al2O3, SiO2, Fe2O3 are used brake lining compositions, studies are undertaken to ensure that adding of environmentally harmful waste to lining material used in a cost reducing way. However every power plant do not use the same coal, so compositions of fly ash are different.In this study first a detailed literature research was made in the topics of brake linings containing fly ash, characterization, testing, standards, formulation and process parameters. Commercial composite brake pad samples were investigated. Characterizations of fly ash samples obtained from different local power plants were made and fly ash types which can be used in the production of brake linings were identified. Formulations that contain 40-65 %wt. fly ash were developed and samples were produced in laboratory scale. Physical, mechanical, chemical and tribologicaltests were applied to determine the optimum formulation and production terms.Especially formulations which include Yeniköy Power Plant?s fly ash 50 %wt. as filler exhibited the closest tribological properties to commercial brake pads.