Kompozit sürtünmeli fren balatalarında yerli uçucu kül katkısının raylı taşıt balata özelliklerine etkisinin incelenmesi ve kullanılabilirliğinin saptanması

Abstract

Fren balataları taşıtların en önemli emniyet ve performans parçalarından birisidir. Balata malzemeleri metalik, yarı metalik, kompozit ve karbon bazlı çeşitlere ayrılır. Pek çok fren balatası 10 dan fazla katkı malzemesi içeren kompozit fren balatalarıdır. Bu katkı maddeleri bağlayıcılar, takviye ediciler, sürtünme düzenleyiciler ve dolgu malzemeleridir. Balatalardan stabil sürtünme katsayısı, düşük aşınma hızı, çevreye zarar vermeme, hafiflik, uzun ömür, düşük ses, korozyon direnci, performans karakteristikleri ile uyumlu kabul edilebilir maliyet aranmaktadır. Fren balataları ile ilgili olarak başta otomotiv, demir yolu ve havacılıkta kullanılabilecek fren balatalarıyla ilgili 2000'in üzerinde yayın vardır. Kompozit fren balatalarında çok sayıda değişik katkı malzemesi ve karışım oranlarına göre denemeler yapılmış balata özelliklerinde çok farklı özellikler elde edilmiştir. En uygun karışım formülasyonu ve proses şartları sağlanarak optimum özellikte ve kabul edilebilir maliyette fren balatası üretimi önem arz etmektedir. Özellikle son senelerde termik santrallerin atık bir malzemesi olan uçucu kül bileşimindeki SiO2, Al2O3, Fe2O3'in balata formülasyonlarında kullanıldığı dikkate alınarak doğrudan balata malzemesine katılarak çevreye zararlı bir atığın maliyet azaltıcı bir şekilde kullanılmasını sağlayacak çalışmalar yapılmaktadır. Ancak her termik santralde kullanılan kömür aynı olamadığı gibi uçucu kül bileşim ve miktarları da aynı değildir. Bu tez kapsamında ilk olarak uçucu kül katkılı fren balatalarının testleri, standartları, formülasyonları ve üretim proses parametreleri konularında detaylı literatür incelemesi yapılmıştır. Ticari olarak kullanılan kompozit tren fren balatası örnekleri incelenmiştir. Termik santrallerden temin edilen uçucu küllerin karakterizasyonları yapılarak balatalara katılabilecek olan uçucu kül cinsleri belirlenmiştir. Yapılan tez kapsamında kütlece %5-40 uçucu kül içeren formülasyonlar oluşturularak bunlardan laboratuvar ölçekli numuneler üretilmiştir. Üretilen numunelere fiziksel, kimyasal, mekanik testlerin yanı sıra sürtünme-aşınma testleri uygulanarak en uygun formülasyon ve optimum üretim proses parametrelerine belirlenmiştir. Tez çalışması sonucunda Yeniköy ve Kemerköy termik santralinin uçucu küllerinin kütlece %40 oranında dolgu olarak kullanıldığı formülasyonların incelenen ticari balatalara en yakın sürtünme-aşınma özelliklerini sağladığı tespit edilmiştir. Uygun balata bileşimi ağırlıkça %40 Yeniköy termik santrali külü, %20 novalak tip fenolik reçine, %5 aramid yünü , % 15 taş yünü, %10 grafit, %5 petrokok, %5 Sb2S3 olarak saptanmıştır. Bu bilesim homojen olarak karıştırılıp 25 Mpa basınç altında 150 C'de 10 dakika preslenmiş ve son olarak numuneye hava sirküasyonlu bir etüvde 3 saat 180 C'de kür edilerek prototip tren balatası üretilmiştir.