非制限に向けた新たな道

Jul 03, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 666 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

リサイクルと循環経済を念頭に置き、この研究では、塩基性酸素炉からの冶金スラグを 6 ～ 38 wt% のさまざまな量で添加することにより、高度に最適化された商業的に使用されている摩擦材料配合物の排出量の削減を検討しています。 さまざまな組成物をパーライトねずみ鋳鉄のカウンターフェースと組み合わせて、ピンオンディスクトライボメーターでテストしました。 摩擦係数とピンの摩耗はスラグの添加に伴って増加しましたが、元の配合と比較した場合、依然として許容限界内でした。 スラグ含有量がより高い試験片では、非常に圧縮され拡張された二次接触プラトーが観察され、顕著なスラグの存在も記録されました。 拡張されたプラトーは合わせ面から塊の形で剥がれ、機器のハードウェア上に定着し、浮遊粒子の生成を制限しました。 産業共生の観点から、冶金スラグの添加は、排出量を削減した環境に優しい摩擦材料を得る有望な方法であることが判明しました。

自動車ブレーキシステム用の摩擦材料は、安定した望ましい摩擦係数 (CoF)、低いシステム摩耗率、低い騒音と振動など、膨大な要件を満たさなければなりません 1、2、3。 したがって、摩擦材料の配合にはさまざまな成分が含まれており、場合によっては 30 を超える成分が含まれており、これらは結合剤、強化剤、充填剤、摩擦調整剤 (さらに研磨剤と潤滑剤に分けられます) に分けられます。 最近、環境に優しい摩擦材料を製造するためのいくつかの取り組みが開始されています。 農業廃棄物や産業廃棄物など、さまざまな種類の廃棄物を使用した新しい製剤の開発が行われています。 これは、産業共生の概念、つまり、産業または産業プロセスからの副産物または廃棄物が別の産業またはプロセスの原材料になるプロセスで行われます。 この概念は、材料のより持続可能な利用をもたらし、「欧州委員会の循環経済行動計画」の目標である循環経済の発展に役立ちます5、6、7。 循環経済を通じて、産業の環境フットプリントが削減され、バージン材料の要件が制限され、埋め立て処分の必要性が制限されるため、廃棄物の付加価値が高まります8、9、10。 環境の観点から、材料配合は、汚染粒子状物質 (PM) の排出を削減するというニーズも満たさなければなりません。 実際、排気ガス以外の発生源のうち、ブレーキプロセスは現在、PM10 画分の 55 重量％、PM2.5 画分（空気力学的直径がそれぞれ 10 μm 未満および 2.5 μm 未満の浮遊粒子）の 21％ に寄与しています11。 12. PM の排出は、健康や環境に関連したさまざまな影響を与えることが観察されています。 これらは呼吸器疾患や心血管疾患の原因となる可能性があり、PM のいくつかは発がん性物質として分類されています 13,14。

本研究では、塩基性酸素炉 (BOF) での反応後に廃棄された冶金スラグを、市販の摩擦材料配合物の成分として使用する可能性を調査しました。 スラグは通常、CaO、MgO、シリカ、鉄含有化合物で構成され、カルシウムやシリコン含有化合物も含まれる場合があります15。 酸化物は研磨剤として機能すると予想されます16。 さらに、制動中に嵌合面に堆積する二次接触プラトーは主に Fe 酸化物でできているという十分に確立された観察があります 17,18。 摩耗システム内のスラグを介した Fe 酸化物の存在は、二次プラトー特性 (システムの摩擦、摩耗、および放出挙動を決定する) に関して興味深い肯定的な結果をもたらす可能性があります。 配合物の排出特性と摩耗特性の調査は、摩耗破片の特性評価とともに、スラグ含有量が 6、12、24、32、および 38 wt.% であるときに実行されました。 産業共生の観点から、排出ガスを削減した環境に優しい摩擦材の開発を目的としています。 この研究の新規性は、スラグの添加により実行可能な摩擦材料配合物中の PM 排出量を大幅に削減すると同時に、バージン原料の使用量削減に向けて厳密に取り組んでいることです。