Почему запретили асбест в тормозных колодках

Асбест (точнее, его разновидность — хризотил) выполнял в фрикционном композите уникальную тройную функцию, которую не мог повторить ни один другой материал в одиночку. Но все-таки его использование запретили, и производители колодок были вынуждены искать заменители.

Хризотил — это минерал, природный гидросиликат магния из группы серпентина, единственный представитель так называемого «белого асбеста». Хризотил — самый распространенный тип асбеста в мире. На его долю приходится до 90–95% всего асбеста, когда-либо использовавшегося промышленностью. Его волокна гибкие, прочные и эластичные, они пригодны для прядения и производства текстиля (ткани, ленты, набивки), в то время как другие виды асбеста (амфиболовые) хрупкие.

ТРОЙНАЯ ФУНКЦИЯ АСБЕСТА (ХРИЗОТИЛА)

Асбест - прекрасный структурообразователь, который создает прочный армирующий каркас фрикционной накладки. Его прочность при растяжении вдоль волокон достигает 30 000 кгс/см² - это выше, чем у стали. В составе колодки миллионы таких микроволокон создавали объемный хаотичный каркас, аналогичный арматуре в бетоне. Асбестовые колодки отличались механической прочностью на сдвиг и излом, были стойкими к появлению трещин и держали форму даже при высоких температурах.

Асбест - отличный термостойкий наполнитель. Он плавится при температуре 1550°C. В рабочем диапазоне тормозов (до 600-800°C) он не меняет своих свойств: не размягчается, не окисляется, не выделяет газов. Это обеспечивало стабильность коэффициента трения вне зависимости от нагрева.

Асбест - фрикционный стабилизатор. В отличие от металлических волокон, асбест не склонен к адгезионной «схватке» с чугуном диска. Он дает «чистое» фрикционное взаимодействие без микросварки и задиров. Это обеспечивало плавность торможения, отсутствие рывков и прихватов.

Содержание хризолитового асбеста в составе фрикционных накладок автомобильных тормозных колодок могло превышать 30%.

ПОЧЕМУ АСБЕСТ ЗАПРЕТИЛИ?

Медицинская причина: канцерогенность

Главная причина запрета медицинская - асбест мощный канцероген и вызывает онкологические заболевания. При износе колодок в воздух попадают микроскопические волокна асбеста, которые при вдыхании накапливаются в легких, не выводятся организмом и через десятилетия могут спровоцировать рак.

Но здесь есть один важный нюанс. Асбест бывает двух групп: амфиболовый (синий, коричневый) - чрезвычайно опасен, волокна игольчатые, не выводятся и хризотиловый (белый) - волокна гибкие, спиралевидные, при малой длине (<5 мкм) выводятся из легких за 15 дней. Более того, при нагреве асбест в колодках трансформируется в форстерит, который безопасен. Тем не менее, строгий запрет ввели на все виды асбеста.

Есть мнение, что была и другая причина запрета - политико-экономическая. Крупные месторождения хризотила расположены в России, Казахстане, Канаде. Европа не имела собственной сырьевой базы хризотила, зато имела мощную химическую промышленность. Запретив асбест, Европа открыла рынок для дорогих синтетических заменителей (арамид, кевлар, стекловолокно), производимых европейскими и американскими корпорациями.

В 2024 году Альянс за автомобильные инновации (объединение автопроизводителей, контролирующих более 90% рынка новых автомобилей в США) оспорил в суде решение Агентства по охране окружающей среды США (EPA), фактически запрещающее производство, импорт и использование всех типов асбеста, включая хризотил. Судебная тяжба длится до сих пор.

ЧЕМ ЗАМЕНИЛИ АСБЕСТ?

Здесь придется рассмотреть эволюцию применяемых альтернативных материалов за 40 лет. Замена асбеста шла пошагово и можно выделить четыре поколения альтернативных решений.

Первое поколение (1980-е – 1990-е годы): полуметаллические (SM) и низкометаллические (LM) колодки, где асбест пытались заменить металлическими волокнами. В состав входили: стальная вата, медная стружка, латунная стружка (30-65%), графит и сульфид молибдена (смазки), абразивы (оксид алюминия).

Проблемой этого типа колодок стала высокая теплопроводность, которая приводила к перегреву суппортов и тормозной жидкости. Металлические колодки были склонны к скрипам, довольно агрессивно изнашивали диски. И все же, прежде всего благодаря своей относительной дешевизне, они широко применяются на автомобилях массового сегмента

Второе поколение (1990-е годы): органические безасбестовые (NAO), где реализован полный отказ от металла в пользу органики и синтетических компонентов. Состав: стекловолокно, арамидное волокно (кевлар), резиновая крошка, пробка, целлюлоза, барит, графит.

Органические колодки тоже не лишены проблем – это, в первую очередь, низкая термостойкость (деградация при температурах выше 300°C), быстрый износ самих колодок, обилие черной пыли, как продукта износа. NAO применяются как «комфортные» (тихие) колодки для маломощных авто.

Третье поколение (2000-е годы– настоящее время): керамические колодки (Ceramic), в которых реализована идея замены металла и части органики на термостойкие силикатные волокна. Здесь используются муллит-силлиманитовые волокна (синтетические алюмосиликаты), медный порошок для лучшей теплопроводности, графит, углеродное волокно. Заменой асбеста стали муллитовые волокна. Они, как и асбест: волокнистые, термостойкие (>1200°C), имеют высокую прочность. Но они не канцерогенны и не токсичны.

Такие колодки не дешевы и применяются, в основном, на автомобилях премиум-сегмента.

Четвертое поколение – новейшие и перспективные разработки. В последние годы   инженеры и ученые предлагают еще более продвинутые альтернативы асбесту: базальтовое волокно + карбонат кальция, арамидное волокно + сульфат бария, графитовый нитрид углерода (g-C₃N₄).