Emise plynných produktů třecích procesů v brzdových systémech automobilů a jejich dopad na životní prostředí

Věroslava Foldina

Doctoral thesis

Gaseous emissions of frictional processes in automotive brake systems and their impact on the environment

Abstract:

Silniční doprava je jednou z nejvýznamnějších antropogenních činností. Je nedílnou součástí našeho života, ovšem přináší rizika pro životní prostředí a zdraví člověka. Frikční kompozitní materiály používané jako brzdová obložení se skládají z mnoha komponent různých chemických vlastností a struktur. Jejich charakterizace je obtížná a vyžaduje kombinaci několika metod. Pro tuto disertační práci bylo vybráno šest vzorků komerčně dostupného brzdového obložení, které byly charakterizovány pomocí řady metod: stanovení uhlíku, rentgenová fluorescenční spektrometrie, skenovací elektronová mikroskopie, atomová emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem, rentgenová difrakční analýza a Ramanova mikrospektroskopie. Vzorky brzdového obložení byly testovány pomocí brzdového dynamometru. Frikční proces, který nastává mezi brzdovou destičkou a diskem při brzdění, je spojen s poměrně vysokými teplotami a tlaky na třecím povrchu. Během brzdění dochází k modifikaci frikčních kompozitů, uvolňování pevných částic a také plynů. Plynné emise byly jímány do vaků a analyzovány pomocí plynové chromatografie a infračervené spektrometrie. Dále byly odebírány vzorky pomocí sorpčních trubiček s aktivním uhlím, zachycené organické látky byly analyzovány po extrakci sirouhlíkem. Získané výsledky byly porovnány s výsledky analýz plynných produktů tepelného rozkladu zkoumaných vzorků brzdových obložení při definované teplotě v trubkové peci. Výsledky analýz plynných produktů třecího procesu v brzdových systémech automobilů prokázaly zejména tvorbu CO2. Dále byly nalezeny nižší koncentrace CO, SO2 a organických látek. Byla identifikována řada lehkých uhlovodíků. V odebraných vzorcích plynů byla nalezena také poměrně vysoká koncentrace benzenu. Množství uvolňovaných plynů se u zkoumaných obložení značně liší. Lze tedy konstatovat, že tvorbu plynných zplodin při tření lze výrazně ovlivnit složením frikčního kompozitu.

Abstract:

Road transport is one of the main anthropogenic activities. It is important part of our life but it may also pose risks to the environment and human health as well. Friction composite materials used in car brake systems contain a lot of components with various chemical properties and textures. Characterization of friction composites materials is difficult and requires a combination of several methods. Six samples of commercially available brake linings were chosen for this dissertation thesis. They were characterized using a variety of methods: determination of carbon, X-ray fluorescence spectroscopy, scanning electron microscopy, atomic emission spectrometry with inductively coupled plasma, X-ray diffraction and Raman microspectroscopy. Samples of brake pads were tested using a full-scale dynamometer. Friction processes between pad and disc during forced deceleration is associated with relatively high temperatures and high pressures on the friction surface. During the friction process various chemical reactions can cause the modification of a friction composite. It leads to the release of wear particles and the formation of gaseous products. Gaseous emissions were collected in bags and analysed by gas chromatography and infrared spectroscopy. Gaseous samples were taken in the sorption tubes with charcoal as well, trapped organics were firstly extracted with carbon disulphide and then analysed. The obtained results were compared with the results of analyses of the gaseous products of thermal decomposition of samples of brake linings at defined temperatures in the tube furnace. Results of gaseous emissions released during frictional process proved particularly creation of CO2. In addition, lower concentrations of CO, SO2 and light hydrocarbons were also found. As mentioned above, light hydrocarbons and also a relatively high concentration of benzene were found. The amount of released gases varies considerably in investigated linings. Creation of gaseous products during the friction can be evidently significantly affected by composition of a friction composite.

Keywords

Frikční kompozitní materiály, frikční proces, brzdová obložení, tepelný rozklad materiálů, plynné emise.

Keywords

Friction composite materials, fiction process, brake linings, thermal decomposition of materials, gaseous emissions.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 9. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 15. 10. 2015
• Supervisor: Vladimír Tomášek
• Reader: Petra Skalková, Pavol Koštial, Jaroslav Purmenský

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství

Doctoral programme:
Materiálové vědy a inženýrství