Development of brake components: geopolymer based brake pads

La tecnologia di frenata basata sui dischi freno è la più utilizzata sui veicoli commerciali. L'obiettivo principale di questo progetto ha riguardato la sostituzione della resina fenolica, che viene normalmente utilizzata come matrice nelle pastiglie freno, con una matrice inorganica e in particolare con geopolimeri. L'idea deriva dalla loro struttura inorganica. I geopolimeri possiedono infatti proprietà termiche migliori delle resine organiche, le quali si decompongono in genere per ossidazione a partire dai 400 °C. Infatti, in fase di frenata frenata si possono raggiungere temperature dell'ordine di 600 °C - 800 °C. La ricerca è stata finanziata da ITT Italia s.r.l, un'azienda leader mondiale nella produzione di pastiglie freno. Sulla base delle linee guida dell'azienda, l'obiettivo del progetto è stato la sostituzione della resina fenolica con la matrice geopolimerica, e con il vincolo di non introdurre alcuna modifica sul processo di produzione delle pastiglie freno a base di resina fenolica. Le pastiglie freno sono state prodotte utilizzando una tecnologia di pressatura a caldo e a secco. Durante la fase di pressatura, avviene la reticolazione della resina fenolica, che può essere completata successivamente attraverso un post-curing in forno. Sulla base del fatto che il geopolimero è prodotto in soluzione acquosa, la prima parte del progetto, si è concentrata sullo sviluppo di matrici geopolimeriche adatte ad essere lavorate nelle stesse condizioni utilizzate per la produzione di pastiglie freno a base di resine fenoliche. Sono stati sviluppati due sistemi geopolimerici: 1. La sintesi idrotermale a secco di idrosodalite dalla reazione di caolino e idrossido di sodio; 2. La sinterizzazione a freddo della polvere di geopolimero ottenuto dalla reazione tra metacaolino e silicato di sodio. Le migliori condizioni di pressatura per i due sistemi, sono state valutate sulla base del loro effetto sulle proprietà meccaniche e sulle proprietà fisiche della matrice geopolimerica. Per valutare la fattibilità della produzione su larga scala delle pastiglie freno a matrice geopolimerica, per le matrici geopolimeriche sono stati perseguiti due obiettivi allo stesso tempo: 1. L’industrializzazione della produzione delle matrici geopolimeriche. I test sono stati effettuati prima su scala di laboratorio e successivamente con tecnologie industriali. 2. L'ottimizzazione delle formulazioni per pastiglie freno, che è stata effettuata presso il centro ricerche di ITT Italia s.r.l., sulla base delle proprietà fisiche e della caratterizzazione del comportamento ad usura delle pastiglie freno basate sui geopolimeri.