การแนะนำ
วัสดุเสียดทานเป็นส่วนประกอบสำคัญในระบบเบรกของรถยนต์ คลัตช์อุตสาหกรรม และอุปกรณ์ส่งกำลังต่างๆเรซินฟีนอลมีการใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นสารยึดเกาะในวัสดุดังกล่าว เนื่องจากมีความเสถียรทางความร้อน ความแข็งแรงเชิงกล และความสามารถในการรวมตัวกับเส้นใย สารกัดกร่อน และสารตัวเติม อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาระหว่างการหล่อลื่นไม่ว่าจะปรากฏเป็นสารปนเปื้อนภายนอก สารหล่อลื่น หรือสารเติมแต่งที่เป็นของแข็งภายในและวัสดุผสมที่มีฟีนอลเรซิน มักถูกเข้าใจผิด บทความนี้จะอธิบายสถานการณ์ที่แตกต่างกันซึ่งการหล่อลื่นส่งผลต่อประสิทธิภาพการเสียดสี และสรุปข้อควรพิจารณาในทางปฏิบัติสำหรับการเลือกใช้วัสดุและการออกแบบระบบ
ฟีนอลิกเรซินเป็นตัวประสานในคอมโพสิตแรงเสียดทาน
เรซินฟีนอลเป็นโพลีเมอร์เทอร์โมเซตติงที่เกิดขึ้นจากการควบแน่นของฟีนอลและฟอร์มาลดีไฮด์ ในวัสดุเสียดสี เรซินที่บ่มจะทำหน้าที่เป็นเมทริกซ์ที่ยึดเส้นใยเสริมแรง (เช่น อะรามิด แก้ว หรือเหล็ก) ตัวเติมอนินทรีย์ และตัวปรับแรงเสียดทานให้เป็นคอมโพสิตที่ต่อเนื่องกัน คุณลักษณะด้านประสิทธิภาพที่สำคัญของค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของวัสดุเสียดสีสำเร็จรูป ความต้านทานการสึกหรอ และความต้านทานการซีดจาง ไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับเคมีของเรซินเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับสูตรผสมทั้งหมดและสภาวะการทำงานด้วย
ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยคือค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสูงเป็นสิ่งที่พึงปรารถนาเสมอ ในทางปฏิบัติ วัสดุเสียดสีได้รับการออกแบบเพื่อให้ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีคงที่ตลอดช่วงอุณหภูมิ ความดัน และความเร็วการเลื่อนที่หลากหลาย แรงเสียดทานที่มากเกินไปอาจทำให้เกิดการสั่น เสียงดัง และการสึกหรอที่เร็วขึ้น ในขณะที่แรงเสียดทานที่ไม่เพียงพอจะส่งผลต่อการเบรกหรือการส่งกำลัง ดังนั้นวัตถุประสงค์จึงไม่ใช่การขยายสูงสุดแต่เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพระดับแรงเสียดทาน รวมกับความต้านทานการซีดจางที่สม่ำเสมอและอัตราการสึกหรอที่ยอมรับได้
สถานการณ์การหล่อลื่นที่แตกต่างกันสามแบบ
เมื่อกล่าวถึงการหล่อลื่นและวัสดุเสียดสีฟีนอลิก จำเป็นต้องแยกแยะสถานการณ์โดยพื้นฐานที่แตกต่างกันสามสถานการณ์:
1. การปนเปื้อนของน้ำมันหรือจาระบีภายนอกในการใช้งานแรงเสียดทานแบบแห้ง
ผ้าเบรกและคลัตช์แห้งของรถยนต์ส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบมาให้ทำงานโดยไม่ต้องใช้สารหล่อลื่นที่เป็นของเหลวบนส่วนต่อประสานการเสียดสี ในการใช้งานเหล่านี้ สารปนเปื้อนในน้ำมัน จาระบี หรือของเหลวอื่นๆ สามารถเข้าสู่คู่แรงเสียดทานผ่านการรั่วไหล ข้อผิดพลาดในการบำรุงรักษา หรือการสัมผัสต่อสิ่งแวดล้อม นี่คือการปนเปื้อน ไม่ใช่การหล่อลื่น
เมื่อน้ำมันเหลวแทรกซึมเข้าไปในโครงสร้างที่มีรูพรุนของวัสดุเสียดสีแบบแห้ง จะเกิดฟิล์มที่มีแรงเฉือนต่ำบนพื้นผิวเสียดสี สิ่งนี้สามารถลดค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีได้อย่างมาก ซึ่งจะเพิ่มระยะการหยุดเบรกโดยตรงและลดความสามารถในการบิดในคลัตช์ นอกจากนี้ น้ำมันอาจซึมเข้าไปในรูพรุนที่เชื่อมต่อถึงกันของคอมโพสิต ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมแรงเฉือนของพื้นผิวระหว่างเมทริกซ์เรซินและส่วนประกอบเสริมแรงภายใต้การเลื่อนอย่างต่อเนื่อง แม้ว่าเทอร์โมเซตเรซินที่บ่มแล้วโดยทั่วไปจะมีความไวต่อการบวมเป็นกลุ่มต่ำกว่าโพลีเมอร์ที่ไม่เชื่อมขวางหลายตัวมาก แต่การดูดซึมของของไหล การทำให้เป็นพลาสติก หรือการเปลี่ยนแปลงมิติที่จำกัดอาจยังคงเกิดขึ้นได้ ขึ้นอยู่กับเคมีของของไหล อุณหภูมิ และระยะเวลาการสัมผัส การซึมของน้ำมันยังสามารถปรับเปลี่ยนเงื่อนไขของส่วนต่อประสานเฉพาะที่ และอาจส่งผลต่อการกักเก็บอนุภาคของพื้นผิว โดยขึ้นอยู่กับระดับการสัมผัส ประเภทของของไหล และความรุนแรงในการทำงาน
ภายใต้การสัมผัสความร้อนอย่างรุนแรง สารปนเปื้อนของน้ำมันหรือจาระบีโดยไม่ตั้งใจอาจระเหย ออกซิไดซ์ หรือสลายตัว ขึ้นอยู่กับสูตรและประวัติอุณหภูมิในท้องถิ่น การเปลี่ยนแปลงทางเคมีเหล่านี้อาจรบกวนพฤติกรรมการเสียดสีของผิวหน้าเพิ่มเติมโดยการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ตกค้าง ดังนั้น สำหรับระบบเสียดสีแบบแห้ง การปนเปื้อนของน้ำมัน/จาระบีภายนอกควรถือเป็นโหมดความล้มเหลว ไม่ใช่มาตรการเพิ่มประสิทธิภาพ
2. วัสดุแรงเสียดทานแบบเปียกที่ออกแบบมาสำหรับสภาพแวดล้อมที่แช่น้ำมัน
การใช้งานบางอย่าง เช่น คลัตช์เกียร์อัตโนมัติ เฟืองท้ายลิมิเต็ดสลิป และระบบเบรกเปียก ทำงานในอ่างน้ำมันหล่อลื่น ในกรณีเหล่านี้ วัสดุเสียดสีได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมมาเป็นพิเศษเพื่อให้ทำงานในสภาพแวดล้อมที่เปียกชื้น วัสดุดังกล่าวใช้วัสดุคอมโพสิตที่ทำจากกระดาษหรือทอที่มีรูพรุนพิเศษ ซึ่งมีสถาปัตยกรรมเส้นใยที่ปรับแต่งเอง ระบบสารยึดเกาะ และระดับความพรุนที่ออกแบบมาเพื่อให้น้ำมันไหลผ่านส่วนต่อประสานแรงเสียดทาน ในการใช้งานคลัตช์เปียกบางประเภท เช่น เกียร์อัตโนมัติ น้ำมันอาจส่งผลต่อพฤติกรรมของไฮโดรไดนามิกหรือฟิล์มผสมระหว่างการปลดออก ซึ่งจะช่วยลดแรงต้าน
ฟีนอลเรซินที่ใช้ในคลัตช์เปียกจะต้องมีความเข้ากันได้ดีกับน้ำมันเกียร์เฉพาะ และรักษาความแข็งแรงทางกลที่เพียงพอภายใต้การแช่น้ำมันเป็นเวลานานและการเสื่อมสภาพจากความร้อน วัสดุเสียดสีที่ใช้กระดาษเปียกมีลักษณะพิเศษคือโครงสร้างที่มีรูพรุนและเปลี่ยนรูปได้ พร้อมด้วยเครือข่ายที่สามารถซึมผ่านได้ ซึ่งช่วยให้น้ำมันเกียร์อัตโนมัติซึมเข้าไปในวัสดุและบีบออกเมื่อใช้งานโหลดที่มีส่วนร่วม ในระบบดังกล่าวที่ทำงานภายใต้สภาวะการหล่อลื่นแบบขอบเขตหรือแบบผสม ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีจะแปรผันแบบไดนามิกตามแรงปกติหรือแรงดันสัมผัส ความเร็วการเลื่อน อุณหภูมิ คุณสมบัติของของไหล และโครงสร้างของวัสดุ ตัวอย่างเช่น Park and Jung (2019) ตรวจสอบผลกระทบของแรงและอุณหภูมิปกติต่อวัสดุเสียดสีแบบเปียก ซึ่งแสดงให้เห็นว่าพฤติกรรมการเสียดสีที่วัดได้นั้นขึ้นอยู่กับสภาวะการทดสอบมากกว่าที่จะแสดงถึงค่าคงที่โดยธรรมชาติ ในการใช้งานคลัตช์เกียร์อัตโนมัติบางประเภท ความชันของแรงเสียดทานและความเร็วเชิงบวกเป็นวัตถุประสงค์การออกแบบที่สำคัญในการลดแนวโน้มที่จะเกิดการสั่น ระบบวัสดุเหล่านี้ได้รับการตรวจสอบผ่านแท่นทดสอบแรงเสียดทานเปียกโดยเฉพาะหรือโปรโตคอลไดนาโมมิเตอร์เฉพาะของ OEM และลักษณะพฤติกรรมของระบบดังกล่าวไม่สามารถสรุปได้ทั่วไปกับระบบเสียดสีแบบแห้ง
3. น้ำมันหล่อลื่นที่เป็นของแข็งเป็นส่วนประกอบในการกำหนดสูตร
กราไฟต์ โมลิบดีนัมไดซัลไฟด์ (MoS₂) และโลหะซัลไฟด์บางชนิดมักเติมลงในสูตรเสียดสีที่มีฟีนอลิกเรซินเป็นหลัก เป็นสารหล่อลื่นที่เป็นของแข็งภายใน สารเติมแต่งเหล่านี้ถูกกระจายอย่างจงใจในเมทริกซ์ระหว่างขั้นตอนการผสม แทนที่จะทำหน้าที่เป็นสิ่งปนเปื้อนภายนอก
สารหล่อลื่นที่เป็นของแข็งทำงานโดยมีส่วนทำให้เกิดฟิล์มถ่ายโอนแรงเฉือนต่ำบางๆ บนผิวหน้าคู่ผสมพันธุ์ ซึ่งสามารถปานกลางค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีโดยรวมและมีอิทธิพลต่อความต้านทานการสึกหรอ อย่างไรก็ตาม ผลกระทบของสารหล่อลื่นที่เป็นของแข็งนั้นไม่เป็นสากลและขึ้นอยู่กับสูตรและตัวแปรการทำงานหลายประการ:
- ประเภทของสารหล่อลื่น: สารหล่อลื่นชนิดแข็งที่แตกต่างกันมีพฤติกรรมทางความร้อนและไตรโบโลยีที่แตกต่างกัน การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการเติมกราไฟท์สามารถมีประสิทธิผลในการยืดอายุการสึกหรอของคอมโพสิตฟีนอลิก ในขณะที่ประสิทธิภาพของโมลิบดีนัมไดซัลไฟด์ (MoS₂) ในฐานะสารตัวเติมนั้นถูกกำหนดอย่างใกล้ชิดโดยอุณหภูมิในการทำงาน สภาพแวดล้อมออกซิเดชัน ระดับการเติม และปฏิกิริยาระหว่างการผสมสูตรโดยรวม
- ขนาดอนุภาคและสัณฐานวิทยา: โดยทั่วไปอนุภาคที่ละเอียดกว่าจะให้การครอบคลุมฟิล์มที่สม่ำเสมอมากกว่า แต่ขนาดของอนุภาคจะต้องมีความสมดุลกับข้อกำหนดทางกลและแรงเสียดทานโดยรวมของเมทริกซ์
- คุณภาพการกระจายตัว: การจับกลุ่มที่กระจายตัวไม่ดีสามารถสร้างบริเวณที่มีแรงเสียดทานไม่สอดคล้องกันเฉพาะจุด ทำให้เกิดการสึกหรอและการสั่นสะเทือนที่ไม่สม่ำเสมอ
- สภาวะการทำงาน: อุณหภูมิ ความเร็วการเลื่อน ความดันปกติ และคุณลักษณะพื้นผิว ล้วนส่งผลต่อประสิทธิภาพของสารหล่อลื่นที่เป็นของแข็งในการเปลี่ยนแปลงของฟิล์มถ่ายโอน
- สูตรโดยรวม: ปฏิกิริยาระหว่างสารหล่อลื่นที่เป็นของแข็งกับส่วนประกอบที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เช่น สารตัวเติมแร่หรืออนุภาคแข็ง ถือเป็นสิ่งสำคัญ อัตราส่วนที่สมดุลเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้บรรลุระดับแรงเสียดทานและความมั่นคงเป้าหมาย
ด้วยเหตุนี้ อิทธิพลของสารหล่อลื่นที่เป็นของแข็งต่อความต้านทานการซีดจางจึงไม่สามารถสรุปเป็นวงกว้างได้ การมีอยู่ของพวกมันอาจดีขึ้น แสดงผลน้อยที่สุด หรือภายใต้เงื่อนไขบางประการทำให้ประสิทธิภาพการเฟดลดลง ขึ้นอยู่กับชนิดของสารเติมแต่ง ปริมาณ ขนาดอนุภาค สถานะการกระจายตัว และปฏิกิริยาระหว่างกันของสูตรโดยรวม การก่อตัวและความเสถียรของไทรโบฟิล์มซึ่งได้รับการยอมรับว่ามีบทบาทสำคัญในการรักษาเสถียรภาพการเสียดสีและการลดการสึกหรอ ได้รับอิทธิพลจากการมีอยู่และคุณสมบัติของสารหล่อลื่นที่เป็นของแข็งภายในคอมโพสิต
ข้อควรพิจารณาในทางปฏิบัติสำหรับการเลือกใช้วัสดุและการออกแบบระบบ
เมื่อพิจารณาถึงความซับซ้อนของผลการหล่อลื่น การเลือกใช้ฟีนอลิกเรซินสำหรับการใช้งานแบบเสียดสีจะต้องขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมการทำงานและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพเฉพาะ สำหรับการใช้งานเบรกแห้งหรือคลัตช์ เรซินควรมีเสถียรภาพทางความร้อนสูงและการยึดเกาะที่แข็งแรงกับสารตัวเติม ในขณะที่สูตรโดยรวมต้องรวมสารหล่อลื่นที่เป็นของแข็งและสารกัดกร่อนที่เหมาะสมเพื่อให้ได้ระดับแรงเสียดทานที่ต้องการ ระบบจะต้องได้รับการปกป้องอย่างเพียงพอต่อการปนเปื้อนของน้ำมันภายนอกผ่านการปิดผนึกและการบำรุงรักษาที่เหมาะสม
สำหรับการใช้งานแบบเปียก เรซินและคอมโพสิตทั้งหมดจะต้องมีคุณสมบัติตามข้อกำหนดของน้ำมันเกียร์ตามที่ต้องการ อุณหภูมิและอายุการใช้งานที่คาดไว้ การทดสอบความเข้ากันได้ รวมถึงการทดสอบการแช่ การประเมินแท่นขุดเจาะแบบไดนามิก และการวัดการสึกหรอ เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้
ในฐานะซัพพลายเออร์ของเรซินฟีนอลสำหรับวัสดุเสียดสี เราไม่ได้อ้างว่าเกรดเรซินเพียงเกรดเดียวสามารถตอบสนองทุกสถานการณ์การหล่อลื่นได้ แต่เราขอแนะนำให้ลูกค้ากำหนดเงื่อนไขการใช้งานเฉพาะของตน ไม่ว่าจะเป็นแบบแห้งหรือเปียก ช่วงค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีเป้าหมาย โปรไฟล์อุณหภูมิการทำงาน แรงกดสัมผัส ความเร็วการเลื่อน และมาตรฐานอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง จากข้อมูลดังกล่าว เราสามารถเสนอตัวเลือกเรซินที่เหมาะสมสำหรับการประเมินเบื้องต้นได้ การเพิ่มประสิทธิภาพการกำหนดสูตรขั้นสุดท้ายและการตรวจสอบความถูกต้องเต็มรูปแบบยังคงเป็นความรับผิดชอบของผู้ผลิตส่วนประกอบแรงเสียดทาน เนื่องจากประสิทธิภาพขั้นสุดท้ายขึ้นอยู่กับระบบวัสดุที่สมบูรณ์และกระบวนการผลิต
บทสรุป
อิทธิพลของการหล่อลื่นต่อวัสดุเสียดสีที่มีฟีนอลิกเรซินต้องได้รับการประเมินโดยการแยกแยะแหล่งที่มาและบทบาทของสารหล่อลื่น:
- การปนเปื้อนของน้ำมันหรือจาระบีภายนอกในระบบเสียดสีแบบแห้งช่วยลดค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีได้อย่างมาก เปลี่ยนแปลงเงื่อนไขของส่วนต่อประสาน และทำให้เกิดความเสี่ยงในการสลายตัวเนื่องจากความร้อนที่อาจส่งผลต่อความปลอดภัยและความทนทาน
- วัสดุเสียดสีแบบเปียกได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการทำงานแบบจุ่มน้ำมัน และอาศัยสถาปัตยกรรมเรซิน-ไฟเบอร์-รูพรุนแบบพิเศษ โดยต้องมีการตรวจสอบความเข้ากันได้ของของไหลโดยเฉพาะ ซึ่งแตกต่างจากระบบแห้งโดยพื้นฐาน
- สารหล่อลื่นที่เป็นของแข็งภายใน เช่น กราไฟต์หรือโลหะซัลไฟด์ เป็นส่วนผสมในสูตรที่ออกฤทธิ์ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อขนาดและความเสถียรของแรงเสียดทาน โดยประสิทธิภาพจะขึ้นอยู่กับคุณลักษณะของสารเติมแต่ง การกระจายตัว และพารามิเตอร์การทำงานอย่างเคร่งครัด
สำหรับโครงการพัฒนาวัสดุเสียดทาน เราสนับสนุนแนวทางที่เป็นระบบ: การกำหนดสภาพแวดล้อมการทำงานจริง การเลือกประเภทเรซินและสารเติมแต่งที่เหมาะสม ดำเนินการทดสอบซ้ำในระดับห้องปฏิบัติการและแท่นขุดเจาะ และการตรวจสอบความถูกต้องภายใต้สภาวะโลกแห่งความเป็นจริง ทีมเทคนิคของเราพร้อมที่จะหารือเกี่ยวกับความต้องการเฉพาะของคุณและสนับสนุนกระบวนการเลือกวัสดุของคุณด้วยประสบการณ์ของเราในด้านเคมีเรซินฟีนอล
อ้างอิง
- บลู, พีเจ (2001) ความสำคัญและการใช้สัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ไทรโบโลยีอินเตอร์เนชั่นแนล, 34(9), 585–591. https://doi.org/10.1016/S0301-679X(01)00050-0
- อีริคสัน, เอ็ม. และจาคอบสัน, เอส. (2000) พื้นผิวไตรโบโลยีของผ้าเบรกออร์แกนิก ไทรโบโลยีอินเตอร์เนชั่นแนล, 33(12), 817–827. https://doi.org/10.1016/S0301-679X(00)00127-4
- Kim, YC, Cho, MH, Kim, SJ และ Jang, H. (2008) ผลของปริมาณฟีนอลเรซินต่อคุณสมบัติไตรโบโลยีของวัสดุเสียดสีเบรก สวม, 264(11–12), 931–936. https://doi.org/10.1016/j.wear.2007.07.005
- Österle, W. และ Dmitriev, AI (2016) บทบาทของสารหล่อลื่นที่เป็นของแข็งสำหรับวัสดุเสียดสีเบรก น้ำมันหล่อลื่น 4(1), 5. https://doi.org/10.3390/lubricants4010005
- ปาร์ค HS และจุง KH (2019) ผลของแรงและอุณหภูมิปกติต่อคุณสมบัติไตรโบโลยีของวัสดุเสียดสีคลัตช์เปียก วารสารสมาคมไทรโบโลยีแห่งเกาหลี, 35(1), 30–36 https://doi.org/10.9725/kts.2019.35.1.30