Introduktion
Fenolhartseranvänds som bindemedelskomponenter i många friktionsmaterialformuleringar. Fasta smörjmedel och friktionsmodifierare tillsätts som en del av den övergripande formuleringen för att påverka friktion, slitage och ytskiktsbeteende.
Deras effekter beror på hartskvaliteten, härdningssystemet, andra formuleringskomponenter, bearbetningsförhållanden, ytegenskaper och drifts- eller testförhållanden. Friktion och slitage måste därför utvärderas på nivån av det färdiga friktionsmaterialet och det kompletta tribologiska systemet.
Fenolharts som bindemedel i friktionsmaterialformuleringar
Fenolhartser fungerar som bindemedelskomponenter som konsoliderar fibrer, slipmedel, fyllmedel, friktionsmodifierare och andra beståndsdelar inom enfriktionsmaterial formulering.
Fenolhartskvaliteter kan skilja sig åt i kemi, levererad form och härdningsbeteende. Dessa skillnader kan påverka bearbetningen och beteendet hos det färdiga materialet. Valet av harts bör därför övervägas tillsammans med härdningssystemet och resten av formuleringen snarare än att utvärderas isolerat.
Vad "smörjning" betyder i ett friktionsmaterial
I torra friktionsmaterial kan termen "smörjning" vara missvisande. Till skillnad från vätskesmorda mekaniska system kan dessa formuleringar innehålla fasta komponenter avsedda att modifiera friktion och slitagebeteende vid glidgränsytan.
Fasta smörjmedel och friktionsmodifierare kan påverka friktionskoefficienten, slitagebeteendet, friktionsstabiliteten och utvecklingen av ytskikt under glidning.
Deras syfte är inte bara att minimera friktionen. Istället måste deras roll utvärderas mot friktion, slitage, bearbetning och andra prestandakrav för den specifika applikationen.
Fasta smörjmedel och friktionsmodifierare
Fasta smörjmedel och friktionsmodifierare utgör en funktionell del av en friktionsmaterialformulering med flera komponenter.
Deras effekter kan bero på faktorer som:
- Additiv identitet och tänkt funktion.
- Partikelstorlek, form och fördelning.
- Laddningsnivå.
- Dispersion i formuleringen.
- Kompatibilitet med hartset och andra komponenter.
- Bearbetningsvillkor.
- Ytets egenskaper.
- Drift- och testförhållanden.
Samma tillsats kan därför ge olika friktions- eller slitagesvar när den omgivande formuleringen eller testförhållandena ändras.
Varför deras effekter är formuleringsspecifika
Friktion och slitage kan påverkas av flera interagerande variabler, inklusive:
- Hartsbindemedlet och dess härdningstillstånd.
- Fasta smörjmedel och friktionsmodifierare.
- Slipmedel och fyllmedel.
- Förstärkningar.
- Porositet och densitet.
- Tribofilm eller överföringsskiktbeteende.
- Ytmaterial och ytskick.
- Temperatur.
- Kontakttryck eller last.
- Glidhastighet.
- Testmetod.
Dessa variabler samverkar under bearbetning och glidning, så friktion och slitage kan inte tilldelas en enskild ingrediens oberoende av i vilket system den används.
Potentiella effekter på bearbetning och härdning
Partikelformiga formuleringskomponenter kan också påverka bearbetningsbeteendet.
Beroende på formuleringen kan relevanta överväganden inkludera:
- Blandning och dispergering.
- Flöde och packningsbeteende.
- Formningsbeteende.
- Bota svar.
- Densitet och porositet.
- Dimensionell konsistens.
Partikelegenskaper, laddning, hartskemi och processbetingelser kan alla påverka dessa svar.
Formuleringskomponenter kan också påverka härdningssvaret och bör utvärderas för kompatibilitet med det valda hartset och härdningssystemet. Riktningen för eventuell effekt bör fastställas genom formuleringsspecifik bearbetning och härdningsutvärdering snarare än antas från tillsatskategorin.
Tribofilm och ytskiktsbeteende
Tribofilmer eller överföringsskikt kan utvecklas vid det glidande gränssnittet från material som genereras och omfördelas under friktion och slitage.
Deras utveckling och beteende kan bero på:
- Den fullständiga formuleringen.
- Ytmaterial och ytskick.
- Kontakttryck eller last.
- Temperatur.
- Glidhastighet och varaktighet.
- Slitagetillstånd på friktionsytan.
Valet av fast smörjmedel och friktionsmodifierare kan påverka överföringsskiktets beteende och den resulterande friktions- och slitageresponsen under särskilda förhållanden.
Eftersom dessa ytskikt utvecklas under glidning, bör deras beteende utvärderas som en del av det övergripande friktionssystemet snarare än att tillskrivas enbart en formuleringskomponent.
Hur formuleringsförändringar påverkar friktion och slitage
Att byta ett fast smörjmedel eller friktionsmodifierare kan påverka flera aspekter av friktionssystemet.
Relevanta variabler inkluderar:
- Tillsatstyp, belastning och partikelegenskaper.
- Hartsbindemedel och härdningstillstånd.
- Slipmedelstyp och partikelegenskaper.
- Fyllmedel och förstärkningar.
- Porositet och densitet.
- Överföringslagerbeteende.
- Ytytans material och skick.
- Temperatur, belastning och glidhastighet.
- Testmetod och testförhållanden.
Den resulterande friktionskoefficienten och slitagebeteendet måste därför fastställas under förhållanden som är relevanta för den avsedda tillämpningen.
Varför avvägningar är viktiga
Potentiella avvägningar kan uppstå när en formuleringsändring påverkar flera prestandavariabler samtidigt.
Formulatorer kan behöva överväga:
- Friktionskoefficient och dess stabilitet under relevanta testförhållanden.
- Friktionsmaterialslitage.
- Ytslitage.
- Termisk respons.
- Mekaniskt beteende och integritet.
- Bearbetbarhet under blandning, formning och härdning.
Förändringar i en prestationsvariabel kan åtföljas av förändringar i andra. Målet är därför att utveckla en formulering som uppfyller de kombinerade kraven för den avsedda applikationen snarare än att maximera eller minimera en egenskap isolerad.
Vad formulerare bör utvärdera
Vid utvärdering av fasta smörjmedel och friktionsmodifierare i ett fenolhartsbaserat friktionsmaterial bör tekniska team överväga:
- Exakt fenolhartskvalitet och kemi eller typ.
- Levererad form av hartset.
- Botesystem.
- Identitet och avsedd funktion för det fasta smörjmedlet eller friktionsmodifieraren.
- Partikelegenskaper.
- Laddningsnivå.
- Spridningskvalitet.
- Kompatibilitet med hartset och andra formuleringskomponenter.
- Effekter på blandning, flöde och formningsbeteende.
- Bota svar.
- Densitet och porositet för det färdiga materialet.
- Tribofilm eller överföringsskiktbeteende där det är relevant.
- Friktionskoefficientprovning under relevanta förhållanden.
- Friktionsmaterialslitage.
- Ytslitage.
- Termisk respons.
- Mekaniska egenskaper.
- Ansökningsspecifika kvalifikationskrav.
Testning bör återspegla formuleringen, bearbetningsvägen, motsidan och driftsförhållandena som är relevanta för den avsedda användningen.
Vad köpare bör verifiera
Vid inköp av enfenolharts för friktionsmaterialapplikationer, köpare bör granska:
- Exakt hartskvalitet.
- Hartskemi eller typ där det är relevant.
- Medföljande blankett.
- Avsedd användning av friktionsmaterial.
- Information om botemedel och rekommendationer.
- Tekniskt datablad (TDS).
- Säkerhetsdatablad (SDS).
- Analyscertifikat (CoA).
- Produktspecifikation.
- Kompatibilitetsinformation där tillgänglig.
- Handledning där det finns tillgängligt.
- Angivna testmetoder.
- Tillgänglighet för prov eller prov.
- Applikationsspecifika kvalifikationsdata där så krävs.
En TDS beskriver teknisk information om det levererade hartset, medan ett CoA rapporterar batchspecifika testresultat. Inget av dokumenten i sig visar friktions- och slitageprestanda hos den slutliga friktionsmaterialformuleringen.
Formuleringsspecifik utvärdering och testning är i allmänhet lämpliga före applikationsspecifik kvalificering.
Slutsats
Fasta smörjmedel och friktionsmodifierare kan påverka beteendet hos fenolhartsbaserade friktionsmaterial, men deras effekter beror på den fullständiga formuleringen, bearbetningsförhållandena, ytskiktet och testförhållandena.
Utvärderingen bör ta hänsyn till bearbetningsbeteende, friktions- och slitagesvar, överföringsskiktbeteende där det är relevant och potentiella avvägningar mellan prestandakrav.
Tekniska team bör granska betygsspecifik dokumentation och genomföra formulerings- och tillämpningsspecifika tester före kvalificering.
Referenser
1. Cox, RL (2011). Konstruerade tribologiska kompositer: konsten att utveckla friktionsmaterial. SAE International. DOI: 10.4271/R-401.