비 제한을 향한 새로운 길

Jul 03, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 666(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

재활용과 순환 경제를 염두에 두고 이 연구에서는 6~38wt%의 다양한 양으로 기본 산소로에서 야금 슬래그를 추가하여 고도로 최적화되고 상업적으로 사용되는 마찰재 제제의 배출 감소를 탐구합니다. 다양한 구성을 펄라이트 회주철 상대면과 짝을 이루고 핀 온 디스크 트라이보미터에서 테스트했습니다. 슬래그 첨가에 따라 마찰계수와 핀 마모가 증가했지만 원래 배합과 비교할 때 여전히 허용 한계 내에 있었습니다. 슬래그 함량이 높은 시편에서는 극도로 압축되고 확장된 2차 접촉 고원이 관찰되었으며, 이는 또한 상당한 슬래그 존재를 기록했습니다. 확장된 고원은 결합 표면에서 덩어리 형태로 분리되어 장비 하드웨어에 정착되어 공기 중 입자의 생성을 제한했습니다. 산업 공생의 관점에서 볼 때 야금 슬래그를 추가하는 것은 배출을 줄이면서 친환경 마찰재를 얻는 유망한 방법임이 입증되었습니다.

자동차 브레이크 시스템용 마찰재는 안정적이고 바람직한 마찰 계수(CoF), 낮은 시스템 마모율, 낮은 소음 및 진동을 포함하는 다양한 요구 사항을 충족해야 합니다1,2,3. 따라서 마찰재 제제에는 다양한 구성 요소가 포함되며 때로는 30개 이상의 구성 요소가 결합제, 보강재, 충전재 및 마찰 조정제(연마재와 윤활제로 더 분류됨)4로 구분됩니다. 최근 친환경 마찰재를 생산하기 위한 여러 가지 노력이 시작되고 있다. 농업폐기물, 산업폐기물 등 다양한 종류의 폐기물을 활용하는 새로운 제제가 개발되고 있습니다. 이는 산업 공생 개념, 즉 산업이나 산업 공정의 부산물이나 폐기물이 다른 산업이나 공정의 원자재가 되는 과정에서 이루어집니다. 이 개념은 재료의 보다 지속 가능한 활용을 가져오고 '유럽 위원회의 순환 경제 실행 계획'5,6,7의 목표인 순환 경제의 발전에 도움이 됩니다. 순환 경제를 통해 산업의 환경 발자국이 줄어들고, 천연 재료에 대한 요구 사항이 제한되며, 매립 처리의 필요성이 제한되어 폐기물의 가치가 향상됩니다8,9,10. 환경적 관점에서 볼 때, 재료 배합은 오염된 입자상 물질(PM)의 배출 감소 요구도 충족해야 합니다. 실제로, 비배기 기원 소스 중 제동 과정은 현재 PM10 비율의 55wt.%와 PM2.5 비율(각각 10μm 및 2.5μm 미만의 공기 역학적 직경을 갖는 공기 중 입자)의 21%에 기여합니다. 12. PM 배출은 건강 및 환경과 관련된 수많은 영향을 미치는 것으로 관찰되었습니다. 그들은 호흡기 및 심혈관 질환에 기여할 수 있으며 PM 중 일부는 발암 물질로 분류됩니다13,14.

본 연구에서 우리는 상용 마찰재 제제의 성분으로서 순산소로(BOF)에서 반응 후 폐기된 야금 슬래그의 사용 가능성을 조사했습니다. 슬래그는 일반적으로 CaO, MgO, 실리카 및 철 함유 화합물로 구성되며 칼슘 및 규소 함유 화합물을 함유할 수도 있습니다15. 산화물은 연마제로 작용할 것으로 예상됩니다16. 또한 제동 중에 결합 표면에 증착된 2차 접촉 평탄층이 주로 Fe 산화물17,18로 만들어졌다는 것이 잘 확립된 관찰입니다. 마모 시스템의 슬래그를 통한 Fe 산화물의 존재는 2차 안정 특성(시스템의 마찰, 마모 및 방출 동작을 결정함)에 대한 흥미롭고 긍정적인 결과를 가져올 수 있습니다. 배합물의 방출 및 마모 특성에 대한 조사는 마모 잔해 특성화와 함께 슬래그 함량의 6, 12, 24, 32 및 38wt.%에서 수행되었습니다. 산업 공생 관점을 통해 배출량을 저감한 친환경 마찰재를 개발하는 것이 이번 연구의 목표이다. 이 연구의 참신함은 슬래그 추가를 통해 실행 가능한 마찰재 제제에서 PM 배출을 크게 줄이는 동시에 순수 원료의 활용도를 줄이기 위해 엄격하게 노력한다는 것입니다.