Production and Characterization of Composed-Based Friction Materials for Safety Cluthes in Aviation Applications

Abstract

Debriyaj sistemleri, araç hızını kontrol etmede kritik öneme sahiptir. Bu çalışmada, uçak debriyaj sistemleri, yüzey malzemelerinin kimyasal ve mekanik özellikleri, üretim yöntemleri ve kullanım koşulları incelenmiştir. Ticari kompozit esaslı bir uçak fren balatası (Trimat MN2221) malzeme karakterizasyonu, mikro yapısal (OM, SEM-EDS), faz (XRD), kimyasal (XRF), bağ yapısı (FTIR) ve termal (TGA) analizleri ile gerçekleştirilmiştir. Yeni balata formülasyonları geliştirilmiş ve kompozit balata üretim yöntemleri kullanılarak sabit koşullar altında güvenlik debriyaj balataları üretilmiştir. Farklı katkı maddeleri ve karışım oranları ile deneyler yapılarak balata özelliklerindeki farklılıklar analiz edilmiştir. Bu araştırma, fenolik reçine, kuvars, alümina, cam elyafı ve grafit miktarlarının sürtünme kuvveti ve aşınma direnci üzerindeki etkilerini incelemeyi amaçlamaktadır. Farklı oranlarda alümina (Al2O3) ve kuvars (SiO2) içeren üç farklı debriyaj balatası örneği üretilmiş ve sürtünme özellikleri test edilmiştir. Benzer deneyler, fenolik reçine, cam elyafı ve grafit miktarları değiştirilerek tekrar edilmiştir. SAE J661 standardına göre sürtünme-aşınma testleri yapılmış, yoğunluk, yüzey pürüzlülüğü ve sertlik gibi fiziksel özellikler değerlendirilmiştir. Yoğunluk kütle-hacim ilişkisine göre hesaplanmış, sertlik SHORE D cihazı ile ölçülmüştür. TSE 555 standardına göre spesifik aşınma oranları belirlenmiştir. Sonuçlar, alüminanın sürtünme malzemelerini ve debriyaj performansını artırdığını, kuvarsın ise sürtünme katsayısını iyileştirdiğini göstermiştir. Çalışma, debriyaj performansı için en uygun formülasyon ve optimum üretim parametrelerini belirlemiştir.

Clutch systems are one of the most important equipment in terms of controlling the speed of the moving vehicle. This study investigates aircraft clutch systems, focusing on the chemical and mechanical properties, production methods, and usage conditions of facing materials. Material characterization of a commercial composite-based aircraft brake pad (Trimat MN2221) was performed to understand pad compositions, using microstructural, phase (XRD), chemical (XRF), bond structure (FTIR), and thermal (TGA) analyses. New pad formulations were developed, and safety clutch pads were produced under constant conditions by varying raw materials using composite pad production methods, including raw material mixing, hot pressing, and baking. Experiments with different additives and mixture ratios were conducted, and the differences in pad properties were analyzed. This research aims to investigate the effects of varying the amounts of phenolic resin, quartz, alumina, glass fiber, and graphite in a predetermined clutch friction material composite matrix on the friction force and wear resistance of the samples. Three different clutch pad samples were produced with varying proportions of alumina and quartz, and their friction properties were tested. Similar experiments were conducted with different amounts of phenolic resin, glass fiber, and graphite. Physical properties were evaluated by measuring density, surface roughness, and hardness. Density was calculated based on mass-volume, and hardness was measured using a SHORE D device. Results showed alumina enhances friction materials and clutch performance, while quartz improves the friction coefficient. The study identified the most suitable formulation and optimal production parameters for clutch performance.