Caratterizzazione meccanica e di emissioni di particolato di pastiglie e dischi freno per autoveicoli

Nel settore automobilistico uno degli elementi fondamentali di un veicolo è l'impianto frenante, ovvero l'unico componente attivo che permette di rallentare e fermare il veicolo. Una delle sfide principali per lo sviluppo delle pastiglie freno è realizzare prodotti che soddisfino le esigenze di mercato rispettando i requisiti di conformità delle normative attuali e future. Grazie al progresso tecnologico dei motori endotermici di ultima generazione ed alla transizione ai veicoli elettrici, le emissioni di particolato dovute ai gas di scarico sono state ridotte significativamente, pertanto l'attenzione si è spostata sulle emissioni non dovute ai gas di scarico, provocate dall'usura degli pneumatici, dei freni e del manto stradale. Dal 2025 con l’entrata in vigore della regolamentazione euro 7 l’unione europea intende limitare la quantità di PM10 emesso dall' impianto frenante degli autoveicoli, al fine di diminuire l’inquinamento atmosferico e le ripercussioni sulla salute dei cittadini. Per questo motivo risulta essere necessario studiare e caratterizzare i fenomeni di usura riguardanti la coppia tribologica pastiglia-disco. L'obiettivo principale di questo elaborato, nato in collaborazione con l'azienda ITT Motion Technologies e condotto nei laboratori R&D della sede di Barge (Italia), è la caratterizzazione meccanica e di emissioni di particolato di 4 coppie tribologiche pastiglia-disco. Per studiare il comportamento meccanico dei materiali è stato utilizzato un tribometro, uno strumento che permette di studiare in modo specifico l’interfaccia pastiglia-disco da un punto di vista tribologico e di misurare le emissioni di particolato del sistema, mediante la procedura di prova WLTP. Sono state condotte analisi sulla superficie dei dischi con un microscopio ottico ed un profilometro ottico ed è stato analizzato il particolato emesso dal punto di vista morfologico e chimico con l'analisi SEM-EDS. Le analisi condotte mostrano che i materiali NAO su disco in ghisa standard e LS su dischi rivestiti rappresentano le uniche strade percorribili al fine di ridurre le emissioni prodotte dall’impianto frenante. La resistenza meccanica della superficie dei dischi influisce sull'usura di pastiglia e disco e di conseguenza sulle emissioni di particolato. È stata osservata una correlazione tra la formazione dello strato di terzo corpo e la diminuzione di usura e di particolato emesso. Dalle analisi SEM-EDS si osservano quali sono le materie prime utilizzate nella formulazione dei materiali d’attrito che si ripercuotono sulle emissioni e su cui bisogna agire per diminuirle, tuttavia un’analisi chimica qualitativa non é sufficiente per determinare quali siano i materiali che impattano maggiormente sulle emissioni di PM10, dunque i prossimi passi prevedono di determinare in modo quantitativo tali materiali ai fini di sviluppare formulazioni che permettono di ridurre le emissioni dovute alla pastiglia.