Introduction
Le grincement des freins est généralement traité comme une vibration induite par la friction du système de freinage couplé. Son apparition dépend des interactions entre l'interface de friction, la plaquette de frein, le disque, l'étrier, les composants de support, les conditions de fonctionnement et la dynamique du système. Ce n’est donc pas une propriété de la résine phénolique ou de tout autre matériau unique.
Résine phénolique pour applications de matériaux de frictionest largement utilisé comme liant dans de nombreuses formulations de matériaux de friction de frein organiques. Il aide à retenir les fibres, les abrasifs, les lubrifiants solides et les charges dans le composite. Sa composition chimique, son contenu et son état de durcissement peuvent influencer les propriétés du matériau liées à la friction et aux vibrations, mais ces variables ne peuvent pas déterminer indépendamment si un système de freinage produira un grincement.
Cet article explique la relation indirecte entre la résine phénolique et le grincement des freins et présente un cadre pratique pour évaluer les changements de résine sans faire d'allégations non étayées en matière de réduction du bruit.
Pourquoi le grincement des freins est un phénomène au niveau du système
Le grincement des freins à disque peut impliquer des vibrations auto-excitées et une instabilité au sein de l'ensemble de frein couplé. Les explications proposées incluent le couplage de modes et d'autres mécanismes associés aux caractéristiques de frottement, aux conditions de contact et à la dynamique structurelle. Aucun mécanisme unique n’explique chaque événement de crissement.
Le comportement dominant peut changer en fonction de la pression de freinage, de la vitesse de glissement, de la température, de l'humidité, de l'état de la surface, de l'état d'usure et de la dynamique des composants. Un changement de formulation qui modifie les propriétés des plaquettes peut donc produire des résultats différents selon les systèmes de freinage.
Le crissement des freins ne doit pas non plus être automatiquement interprété comme une preuve d’une performance de freinage inadéquate. Le bruit, les performances de friction, l'usure et la sécurité sont des considérations de conception liées, mais ce ne sont pas des mesures interchangeables.
Le rôle du liant dans un composite à friction
La résine phénolique assure généralement la liaison et la continuité structurelle dans les matériaux organiques de friction de frein. Sa contribution doit être prise en compte avec les fibres, les charges, les abrasifs, les lubrifiants, la porosité, le processus de fabrication et la surface d'appui.
Le changement de liant peut influencer l'intégrité mécanique, la réponse au durcissement, le comportement thermique, l'usure et le développement de la couche de friction. Cependant, la direction et l'ampleur de ces changements dépendent de la formulation complète et des conditions de traitement.
Une propriété matérielle mesurée pour la résine seule ne peut pas être transférée directement au composite de friction fini. De même, un changement mesuré dans un échantillon de friction ne peut pas à lui seul prédire la réponse dynamique d'un ensemble de freinage complet.
Teneur en résine et équilibre de formulation
Des recherches utilisant une formulation spécifique de matériau de friction sans cuivre ont montré que le changementrésine phénoliqueLe contenu a affecté le comportement de glissement, l'usure et les émissions de particules dans les conditions d'essai rapportées. L’étude n’a pas établi de teneur universelle optimale en liant et n’a pas démontré de réduction du grincement des freins au niveau du système.
Cette distinction est importante. La modification de la teneur en résine peut modifier simultanément plusieurs caractéristiques du composite, mais le résultat dépend des ingrédients déplacés, de la manière dont le matériau est traité et de la manière dont il interagit avec le disque.
Par conséquent, la teneur en liant doit être optimisée par rapport à l’ensemble complet des objectifs de formulation plutôt que par rapport au bruit uniquement. Aucune teneur universelle minimale, maximale ou optimale en résine ne s’applique à tous les matériaux de friction de frein.
Chimie et modification des résines
Les composites de résine phénolique modifiée ont été étudiés pour les applications de freinage, avec des changements signalés dans le comportement au frottement et à l'usure dans des conditions expérimentales spécifiques. De tels résultats démontrent que la modification peut modifier les performances tribologiques ; ils ne prouvent pas que la même modification réduira le grincement.
Un modificateur peut affecter l'aptitude au traitement, le comportement mécanique, la réponse thermique ou l'usure. Ces effets dépendent de la chimie du modificateur, du système de résine, des conditions de durcissement, des autres composants de la formulation et de l'environnement de test.
Les conclusions liées au bruit nécessitent des preuves distinctes. Même lorsqu'une modification modifie la rigidité du matériau ou le comportement en friction, son effet sur le grincement peut être favorable, défavorable ou négligeable une fois le matériau intégré dans un système de freinage particulier.
Cohérence du durcissement et de la fabrication
Le programme de durcissement et le processus de fabrication sont des variables de qualification pertinentes car ils peuvent influencer les propriétés et la consistance du composite de friction fini. Les conditions de pressage, le post-durcissement, la variation des matières premières et le contrôle du processus doivent donc être évalués dans le cadre du développement de la formulation.
Un traitement cohérent peut réduire une source de variation du produit, mais il ne garantit pas un fonctionnement silencieux. Tout changement dans la qualité de la résine ou dans le calendrier de durcissement doit être évalué pour ses effets sur l'ensemble du matériau de friction avant de tirer des conclusions NVH au niveau du système.
Développement de couches de friction
La surface de friction d'une plaquette de frein organique évolue lors du glissement. Des plateaux de contact et des couches de friction peuvent se développer à partir de débris d'usure et de constituants transformés provenant du système complet de contact plaquette-disque.
La résine phénolique et ses produits de dégradation peuvent contribuer aux débris d'usure disponibles, mais l'interface contient également des matériaux dérivés de charges, d'abrasifs, de lubrifiants, de fibres et du disque. La couche de friction ne peut donc pas être attribuée au seul liant.
L'évolution de la couche de friction affecte le comportement de contact et de friction. Le fait que ces changements augmentent, diminuent ou n'affectent pas sensiblement le grincement des freins dépend du système de freinage couplé et nécessite une évaluation NVH distincte.
Limites de la prévision au niveau des matériaux
Les preuves disponibles ne justifient pas une affirmation universelle selon laquelle une qualité, une modification ou un niveau de contenu particulier de résine phénolique réduira le grincement des freins dans différents systèmes et conditions de fonctionnement.
Les mesures au niveau du matériau peuvent aider à expliquer comment une formulation change. Ils ne peuvent pas établir de manière indépendante qu’un système de freinage sera silencieux. Par exemple, les propriétés mécaniques dynamiques, la dureté, la compressibilité, la friction et l’usure peuvent toutes être pertinentes pour le développement, mais aucune ne sert de prédicteur autonome du grincement.
La sélection de résine ne peut pas non plus compenser une géométrie de composant inappropriée, des conditions de contact, une variation d'assemblage ou une dynamique du système. La lutte contre le bruit nécessite une coordination entre la formulation des matériaux, la conception des composants, la fabrication et la validation du système.
Un cadre d'évaluation à plusieurs niveaux
L'évaluation d'un changement de résine peut passer par plusieurs niveaux.
La caractérisation des résines et des composites peut inclure des données disponibles spécifiques à chaque qualité, le comportement de durcissement, l'analyse thermique, le comportement mécanique dynamique, la dureté, la compressibilité et l'intégrité mécanique. Les tests sélectionnés doivent refléter la formulation et le processus de fabrication prévus.
Le dépistage du frottement et de l'usure peut inclure des tests appropriés au niveau du matériau ou à une sous-échelle pour des températures, pressions et vitesses de glissement pertinentes. Les observations des couches de friction et des débris d'usure peuvent faciliter l'interprétation des changements à l'interface. Ces tests caractérisent le comportement tribologique mais n'établissent pas les performances sonores au niveau du système.
La validation NVH au niveau du système peut inclure des tests appropriés au dynamomètre de freinage, une analyse des vibrations ou modale, des conditions environnementales et de freinage représentatives et une confirmation au niveau du véhicule si nécessaire. Le programme doit être sélectionné en fonction de l'application des freins prévue et des exigences de qualification du client.
Aucun niveau de test ne remplace les autres. L'examen des matériaux peut identifier les changements qui justifient une enquête plus approfondie, tandis que le système de freinage fini détermine la réponse réelle au grincement.
Conclusion
La résine phénolique est un liant important dans de nombreux matériaux organiques de friction de frein, mais son influence sur le grincement des freins est indirecte. La chimie, le contenu et le traitement de la résine peuvent modifier le comportement du composite et de l'interface, tandis que la réponse sonore qui en résulte dépend de la formulation complète et du système de freinage couplé.
Les études publiées montrent que la teneur en résine et ses modifications peuvent affecter le comportement tribologique des matériaux de friction dans des conditions définies. Les recherches sur les surfaces organiques des plaquettes de frein démontrent également l’importance de l’évolution des plateaux de contact et des couches de friction. Aucune de ces découvertes n’établit une méthode universelle à base de résine pour réduire les grincements.
L'approche appropriée consiste à définir les propriétés des matériaux requises, à évaluer la formulation complète du frottement et à vérifier le comportement NVH au niveau du système de freinage concerné. Les fournisseurs peuvent fournir des spécifications spécifiques à chaque catégorie et des informations sur le contrôle qualité, tandis que la qualification du matériau de friction fini et du système de freinage reste de la responsabilité des fabricants concernés.
Contact
Les clients évaluant la résine phénolique pour les matériaux de friction de frein peuvent fournir la catégorie de matériau de friction prévue, la fonction de la résine, la formulation et le mode de fabrication, les conditions de durcissement, la plage de fonctionnement, le comportement de friction et d'usure cible, la préoccupation NVH pertinente et les informations spécifiques à la qualité requise.
La documentation produit disponible peut prendre en charge la sélection initiale des matériaux. L'adéquation de la formulation finale, les performances de freinage, la sécurité et le comportement NVH au niveau du système doivent être évalués et confirmés à l'aide de la configuration complète du matériau de friction et du système de freinage.
Références
[1] Kinkaid, NM, O'Reilly, OM et Papadopoulos, P. (2003). Grincement des freins à disque d'automobile. Journal du son et des vibrations, 267(1), 105-166.https://doi.org/10.1016/S0022-460X(02)01573-0
[2] Nogueira, APG, Leonardi, M., Straffelini, G. et Gialanella, S. (2020). Comportement au glissement et émissions de particules de matériaux de friction sans Cu avec différentes teneurs en résine phénolique. Transactions de tribologie, 63(5), 891-902.https://doi.org/10.1080/10402004.2020.1753870
[3] Yusubov, F. (2021). Comportement tribologique des composites de résines phénoliques modifiées pour les applications de freinage. Lubrification industrielle et tribologie, 73(5), 775-782.https://doi.org/10.1108/ILT-05-2020-0175
[4] Eriksson, M. et Jacobson, S. (2000). Surfaces tribologiques des plaquettes de frein organiques. Tribologie Internationale, 33(12), 817-827.https://doi.org/10.1016/S0301-679X(00)00127-4