В 1897 году Герберт Фруд изобрел фрикционный материал. Первые фрикционные пластины изготавливались из волокон хлопка с примесями битума и использовались в тележках и первых автомобилях. В 1920 году колодки усложнились и к примесям хлопка стали добавлять асбест с большим количеством минералов, а сама фрикционная пластина стала проходить опрессовку. В 1950 году началась разработка нового фрикционного материала, который широко использовал смолы с металлическими вкраплениями и уже в 1960 впервые на промышленном уровне стали использоваться полу-металлические составы на базе полимерных смол.
Тормозная колодка должна обеспечить высокий коэффициент трения (от его величины напрямую зависит эффективность торможения) во всем диапазоне скоростей, давлений в тормозном приводе и температур тормозного диска. Она состоит из металлического каркаса, к которому приформован фрикционный материал.Фрикционная смесь может состоять из более чем 20-ти различных компонентов. Оксиды металлов, входящие в состав, призваны повысить коэффициент трения, а графит способен предотвращает т.н. «схватывание», или прилипание, колодки к диску. В качестве скрепляющего компонента теперь используются современные заменители асбеста.
Все компоненты фрикционной смеси, смешанные в определенной пропорции в зависимости от нужных характеристик, скреплены специальными связующими смолами, и спрессованы при высоких температурах. Имеет важное значение также состав клея, с помощью которого фрикционная накладка прикрепляется к пластине. Клей должен быть устойчивым к повышенной температуре, он должен выдерживать высокие вибрации на протяжении всего расчетного срока службы колодки. Нужно также учитывать, что и накладка, и клей, и металлическая пластина должны иметь сопоставимые коэффициенты термического расширения.
Современной колодка может содержать около 2000 ингредиентов, некоторые из которых настолько необычны, что в них трудно поверить. Фирменным наполнителем китайский и индийских колодок являются ореховая пыль, которая, как считается, хорошо отводит тепло. Другим способом снижения стоимости колодки является использование асбеста. Если колодка использует асбест, содержимое асбеста в ней - не менее 30%. Асбест официально признан канцерогенным веществом и запрещен к использованию в фрикционных материалах (пыль, которой мы дышим на улицах в пробках), тем не менее множество Азиатских производителей не брезгуют присадками асбеста. Альтернативами асбеста является вермикулит, слюда, фиберфакс, пиро-пан, полиэфир, технология использования которых значительно дороже.
- Полуметаллические тормозные колодки .Они содержат 30-65 процентов металлической составляющей, обычно, включает в себя порошок железа, меди или графита смешанный с неорганическими соединениями, а также модификаторов трения, что скрепляют все эти ингредиенты вместе. Полуметаллические колодки более долговечны и имеют высокую теплоотдачу, но изнашиваются намного быстрее, шумные, и не приспособлены для оптимальной работы при низких температурах.
- Низкометаллические НАО. Они сделаны по такой же формуле, что и органические НАО с добавлением 10-30 процентов меди или стали, для улучшения теплообмена и обеспечения лучшего торможения. Наличие металлической составляющей определяет большее количество тормозной пыли, колодки могут быть более шумными в эксплуатации.
- Керамические тормозные колодки Такие колонки считаются самыми прогрессивными. Они состоят из керамических волокон, наполнителя из цветных металлов, связующих и, небольшого количества металла. Они легче и дороже, чем другие типы тормозных колодок. Керамические колодки более износостойкие, поскольку конкретно абразивная пыль, а не собственно колодка, является основной причиной износа дисков. Кроме этого, керамические колодки работают значительно тише, чем классические.
- Nonasbestos (органические или НАО). Этот тип сделан из волокон, в состав которых входят такие материалы, как стекло, резина, углерод, кевлар и высокотемпературная смола. Органические колодки мягче и менее шумные, быстро изнашиваются и относительные пыльные.
Несмотря на необходимость снижения массы тормозного механизма металлический каркас делают, как правило, массивным с целью более равномерного распределения давлений на фрикционный материал.
Фрикционный материал представляет собой сложную композицию, содержащую по 50 и более компонентов. Связано это со сложностью физико-химических процессов происходящих при торможении. Тормозная накладка должна обеспечить надежное торможение при температурах до 600…700°С. При этом она не должна разрушаться, обеспечивая необходимый ресурс, а также прочно держаться на металлическом каркасе. Также следует помнить, что с ростом температуры фрикционный материал становится более мягким, т.е. он сильнее сжимается.
Вследствие этих процессов различные компоненты тормозной накладки отвечают за различные ее свойства. Однако основой любого фрикционного материала являются наполнители, в качестве которых раньше использовали асбестовое волокно. Сегодня применения асбеста запрещено и его заменяют другими видами волокон, например, стальной шерстью, но она значительно повышает теплопроводность, что негативно скажется на работе всего тормоза и соответственно в спортивных колодках это недопустимо. Вследствие этого заменой асбесту является применение различного вида арамидных волокон. Наилучшими свойствами для этих целей обладает кевлар или другие виды углеродных волокон. Однако эти материалы очень дорогие и соответственно значительно удорожают стоимость спортивных колодок.
