Как тормозят органические колодки

В составе фрикционных накладок органических тормозных колодок (NON-ASBESTOS ORGANIC — NAO) нет выраженных, высокоэффективных отдельных фрикционных агентов (как, например, металлическая стружка в составе полу- и низкометаллических колодок). Их фрикционные свойства создаются за счет комбинации умеренно абразивных и упруго-деформируемых компонентов, работающих в относительно низкотемпературном режиме. В основу работы «органики» положено гистерезисное (вязкоупругое) трение, которому «помогают» микроабразивное трение и трение сдвига в графите.

Говоря простым языком, NAO работают, как ластик по бумаге - частицы прилипают к диску, деформируются, отрываются. Шероховатость есть, но она мелкая. Для сравнения, среднеметаллические колодки реализуют абразивно-адгезионное трение. Металлические выступы врезаются в диск, между ними происходит микросварка и последующий срыв. Как будто водишь по поверхности наждачкой, намазанной клеем – и царапает, и прилипает.

Рассмотрим подробнее фрикционные функции компонентов органических колодок:

1. АБРАЗИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ выступают в роли умеренных фрикционных агентов, которые обеспечивают основной "зацеп" за диск, но в очень мягкой, щадящей форме.

• Оксид алюминия (глинозем, Al₂O₃) присутствует всегда, но в мелких фракциях (5-20 мкм) и в небольшом количестве (3-8%). Его основная задача — не агрессивно стачивать диск, а мягко очищать его поверхность от окислов и грязи, поддерживая стабильный микрорельеф. Это контролируемое абразивное трение.
• Диоксид кремния (кварцевый песок SiO₂) может использоваться как слабый и, к тому же, дешевый абразив.
• Карбонат кальция (мел) - скорее наполнитель, но на микроуровне тоже работает, как очень мягкий "псевдоабразив".

2. УПРУГО-ДЕФОРМИРУЕМЫЕ КОМПОНЕНТЫ - это ключевые модификаторы трения, сердце фрикционного механизма NAO. Они создают трение за счет гистерезисных потерь — энергии, затрачиваемой на их многократное сжатие и восстановление в контакте с диском.

• Резиновая крошка (10-20%) - чаще всего применяется SBR - бутадиен-стирольный каучук, полученный при переработке старых шин. При контакте с горячим диском крошка прилипает и отрывается, создавая силу трения. Она же гасит вибрации при работе колодки. Это вязкоупругое трение.
• Модифицированное связующее - смола, будучи наполненным каучуками (акриловым, бутадиен-стирольным), также обладает упругостью и участвует в этом процессе.
• Пробковая пыль, древесная мука ведут себя аналогично, поглощая энергию деформации.

3. ТВЕРДЫЕ СМАЗКИ / МОДИФИКАТОРЫ действуют, как стабилизаторы трения - они не создают трение напрямую, а лишь регулируют его.

• Графит (5-12%) - основной модификатор в составе органических колодок. Выступает как фрикционный компонент при низких и средних температурах. Механизм его работы таков: слоистая структура графита под давлением и нагревом ориентируется параллельно поверхности, создавая смазку. Но при определенных условиях эта смазка может превращаться в источник стабильного, предсказуемого трения за счет сдвига между слоями. Это стабилизирует коэффициент трения (, не давая ему резко падать или расти.
• Сульфид цинка (ZnS), тальк (Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂) – эти компоненты работают как "буферные" материалы, сглаживающие трение.

4. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ДОБАВКИ: цинковая пыль (Zn), олово (Sn) - могут добавляться в количестве 1-5%. Их основная задача - улучшать отвод тепла от поверхности накладки при торможении, чтобы избежать локального перегрева и деградации органики на поверхности. Они также помогают предотвратить "зализывание" поверхности колодки. Но и свою толику в создание трения они тоже вносят.

ПРОБЛЕМА ДЕГРАДАЦИИ ФРИКЦИОННЫХ СВОЙСТВ NAO

Именно "мягкий" состава органических колодок и определяет их главный недостаток – склонность к термической деградации. В низкотемпературном режиме (до 150°C) они работают хорошо за счет гистерезиса резины и графита. С ростом температуры (150-250°C) модифицированная смола и органические компоненты стабилизируются – коэффициент трения стабилен. При нагреве свыше 300-350°C наступает пиролиз: резиновая крошка обугливается, теряет упругость, становится хрупкой, смола начинает разлагаться, выделяя газы (эффект "газовой подушки"), что резко снижает эффективность торможения, графит окисляется. На поверхности накладки образуется глянцевая "корка" из обугленного материала с очень низким коэффициентом трения - колодка "плывет". Восстановить ее работоспособность можно только механическим удалением поверхностного слоя и то не всегда.

ПОДВЕДЕМ ИТОГ

В органических (NAO) колодках фрикционные материалы — это сама органическая матрица (резина, модифицированная смола, упругие волокна) в комбинации с микродозами абразивов и относительно большим количеством графита. Они обеспечивают тихое и комфортное торможение и рассчитаны на щадящий режим эксплуатации, а не на экстремальную эффективность. Отсутствие крупных, твердых фрикционных включений (металла, керамики) одновременно определяет и достоинства органических колодок (тишина, бережный износ диска), и их главный недостаток (боязнь перегрева).