Organik malzeme esaslı hibrit sürtünme kompozitlerinin balata üretiminde kullanılabilirliğinin incelenmesi
Investigation of the use of organic material based hybrid friction composites in pad production
Yazar: SAİT ARAS
Danışman: PROF. DR. NECMETTİN TARAKÇIOĞLU
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı / Otomotiv Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Cam elyaf kompozitler = Glass fiber composites ; Fren balatası = Brake lining ; Parametre optimizasyonu = Parameter optimization

Özet:
Bu tez çalışmasında, organik malzemelerin fren balatası malzemesi olarak kullanılabilirliğini incelemek amacıyla önce; barit, kalsit, andız kozalağı tozu (AKT), midye tozu, salyangoz tozu ve yengeç tozu dolgu malzemesi olarak kullanılarak deneme numuneleri üretilmiştir. Üretilen deneme numunelerinin; yoğunluk, sertlik, aşınma oranı ve sürtünme katsayısı sonuçları incelenmiştir. Ardından; balata özelliklerine etki edeceği düşünülen 6 faktör belirlenmiştir. Bu faktörler, presleme süresi 2 seviyeli (10-15dk), elyaf çeşidi 3 seviyeli (cam elyaf-karbon elyaf-bazalt elyaf), presleme sıcaklığı 3 seviyeli (140-160-180°C), presleme basıncı 3 seviyeli (100-150-200 MPa), karıştırma süresi 3 seviyeli (10-15-20dk) ve AKT oranı (%10-%25-%40) 3 seviyeli olmak üzere Taguchi yöntemi kullanılarak L18 ortogonal dizin oluşturulmuştur. Numunelerin üretiminde; bazalt elyaf, cam elyaf ve karbon elyaf olmak üzere 3 çeşit takviye elemanı kullanılmıştır. Barit %50, elyaf %20, fenolik reçine %25 ve kok kömürü tozu %5 oranında katılarak bir içerik oluşturulmuştur. Hazırlanan bu içeriğe AKT, %10, %25 ve %40 oranında katılarak numuneler üretilmiştir. Numunelerin yoğunluk, sertlik, aşınma oranı, sürtünme katsayısı, iç kesme kuvveti ve mukavemeti özellikleri incelenmiştir. Daha sonra Minitab17™ programında varyans analizi (ANOVA) yapılmıştır. Yoğunluk ve sertlik için AKT oranının, sürtünme katsayısı, iç kesme kuvveti ve mukavemeti için elyaf çeşidinin, aşınma oranı için presleme basıncının en etkili faktör olduğu bulunmuştur. ANOVA'dan faydalanılarak doğrulama numunelerinin üretilmesine karar verilmiştir. Doğrulama numuneleri için; presleme süresi 15 dk, karıştırma süresi 15 dk, presleme basıncı 100 MPa ve presleme sıcaklığı 160 °C olarak alınmış ve cam elyaf, karbon elyaf ve bazalt elyafa ayrı ayrı AKT %0, %5, %15 ve %20 oranında katılarak doğrulama numuneleri üretilmiştir. Üretilen bu numunelerin, yoğunluk, sertlik, aşınma oranı sürtünme katsayısı, iç kesme kuvveti ve mukavemeti sonuçları incelenmiştir. Doğrulama numunelerine yapılan testler aynı şartlarda ticari ön ve arka fren balatasından alınan numunelerede uygulanmıştır. Doğrulama numunelerinin ve ticari balata numunelerinin test sonuçları birbiri ile kıyaslanmıştır.
Çalışma sonunda, üretilen numunelerin sürtünme katsayılarının, ticari balataya göre düşük olduğu görülmüştür. Sertlik, iç kesme kuvveti ve mukavemeti değerleri, ticari balatanın değerlerinden yüksek, aşınma oranı ise düşük çıkmıştır. AKT'nin belirli bir orana kadar balata içeriği olarak kullanılabileceği tespit edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, in order to investigate that organic materials can be used as brake lining material, trial samples were first produced by using barite, calcite, the juniperus drupacea cone powder (JDCP), mussel powder, winkle powder and crab powder as filler material. Trial samples produced; The results of density, hardness, wear rate and friction coefficient were investigated. Behind; six factors that were thought to affect the properties of lining were determined. These factors are the pressing time 2 level (10-15 min) fiber type 3 level (glass fiber-carbon fiber-basalt fiber) pressing temperature 3 level (140-160-180 ° C) pressing pressure 3 level (100-150-200 MPa) the mixing time was 3 levels (10-15-20 min) and the JDCP ratio was 3 levels (10%-25%-40%). For these factors and levels, the L18 orthogonal sequence was constructed using the Taguchi method. Basalt fiber, glass fiber and carbon fiber were used in the production of the samples. By weight, a composition of 50% barite, 20% fiber, 25% phenolic resin and 5%coke coal was formed. Samples were produced by adding 10%, 25% and 40% JDCP to this composition. Density, hardness, abrasion rate, friction coefficient, internal shear strength and strength properties of the samples were investigated. Then, variance analysis (ANOVA) was performed in Minitab17™ program. It has been found that for the density and stiffness, the JDCP ratio is the most effective factor for the friction coefficient, internal shear force and strength of the fiber type and the pressing pressure for the wear rate. It was decided to produce verification samples using ANOVA. For verification samples; pressing time 15 min, mixing time 15 min, pressing pressure 100 MPa and pressing temperature 160 °C and glass fiber, carbon fiber and basalt fiber separately JDCP 0%, 5%, 15% and 20% participation by verification samples are produced. The density, hardness, wear rate, friction coefficient, internal shear strength and strength of these samples were investigated. The tests performed on the validation samples were applied to the samples taken from the commercial front and rear brake pads under the same conditions. The test results of the validation samples and the lining samples were compared with each other.
At the end of the study, the friction coefficients of the produced samples were found to be lower than the friction coefficient of the commercial lining. Hardness, internal shear force and strength values were higher than the values of commercial linings and wear rate was low. It has been determined that JDCP can be used as a lining content until a certain rate.