O conforto acústico é um fator que, ultimamente, tem ganhado importância na indústria automobilística, especialmente porque o ruído de freio tem se apresentado como uma das principais causas de desconforto acústico para os usuários. Com isso, o material de atrito é alvo de contínuas pesquisas, com intenção de reduzir os ruídos, mas o sistema de freio também tem responsabilidade no ruído. O ruído de freio tipo squeal ocorre em altas frequências e destaca-se por ser o ruído de freio mais economicamente importante, pois gera elevados custos de acionamento da garantia do veículo. O squeal é induzido pelo efeito do atrito, existindo técnicas de simulação numérica para avaliar esse fenômeno, que se baseiam na análise de autovalores complexos (CEA) do sistema de freio. Os trabalhos encontrados na literatura tratam quase exclusivamente sobre sistemas de freio a disco. Diante disso, esse trabalho visa apresentar uma metodologia de análise de instabilidade dinâmica em sistemas de freio a tambor, considerando os efeitos de amortecimento. É utilizado o programa ANSYS e o Método dos Elementos Finitos para realizar esse estudo. Ao longo do trabalho são apresentadas discussões sobre fatores de influência nas frequências auto excitadas, como amortecimento, coeficiente de atrito e pressão de acionamento. A técnica de CEA é aplicada a dois sistemas de freio a tambor, com geometrias diferentes, sendo os dois casos validados através da comparação com resultados veiculares. Os modelos numéricos são ferramentas muito úteis, e a referida análise fornece grande vantagem no desenvolvimento de um sistema de freio acusticamente confortável. No entanto, os parâmetros de entrada no modelo numérico precisam ser coerentes e cuidadosamente definidos. A metodologia se mostrou adequada para avaliar o fenômeno de acoplamento modal induzido por atrito. / Acoustic comfort has become increasingly important nowadays, especially because brake noise is one of the major causes of acoustic discomfort to the users. Thus, the friction material is a continuous research target, intended to reduce noise, but bearing in mind that the brake system also has responsibility in noise. The squeal noise occurs at high frequencies and stands out for being the most economically important type of brake noise, because it generates high costs of the activation of the vehicle warranty. Squeal noise is induced by friction, and there are numerical simulation techniques to assess this phenomenon, which are based on the complex eigenvalues analysis (CEA). Studies in the literature deal almost exclusively on disc brake systems. Therefore, the present work addresses the dynamic instability analysis methodology applied to drum brake systems, where the damping effect is considered. It is used ANSYS and the Finite Element Method program to perform this study. The influence of damping, friction coefficient and working pressure on the self-excited frequencies of the brake system are discussed throughout this work. CEA technique is applied to two drum brake systems, which have different geometries. These two cases are validated by comparison with results obtained in vehicle tests. The numerical models are very useful tools, and this analysis provides great advantage in developing an acoustically comfortable brake system. However, the input parameters in the numerical model must be carefully defined and consistent. The methodology proved to be adequate to evaluate the modal coupling phenomenon induced by friction in drum brake systems.

Sistemas de freio automotivos são frequentemente suscetíveis a gerarem ruídos de alta frequência como resultado de uma vibração autoexcitada. Este fenômeno é genericamente nominado squeal noise e constitui o tema de diversos estudos publicados com o intuito de identificar e descrever seu mecanismo de excitação e de propor alternativas para evitar sua ocorrência. Um ponto fundamental que ainda não foi completamente explorado sobre a geração de tal fenômeno constitui-se da relação entre as propriedades do material de fricção e a propensão à ocorrência de squeal noise. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um número adimensional obtido através de análise dimensional (teorema de Buckingham) capaz de relacionar a ocorrência de squeal noise as quatro principais propriedades dos compósitos de fricção: dureza, tamanho de partícula e concentração do abrasivo utilizado na formulação, além de sua compressibilidade. Resultados experimentais foram obtidos a partir de ensaios desenvolvidos com seis diferentes materiais de fricção nos quais a concentração ou dureza ou tamanho de partícula foi alterada de modo a oportunizar a identificação do impacto destas variáveis sobre a ocorrência de squeal noise. A ocorrência de ruídos foi verificada através da aplicação de um método de ensaio em dinamômetro inercial especialmente desenvolvido a um conjunto de amostras dos materiais de fricção moldados a pastilhas de freio e aplicados a um sistema de freio a disco convencional. Os resultados obtidos validaram o número adimensional proposto (índice de excitação 2) na medida em que foi possível estabelecer sua relação com a ocorrência de ruídos verificada experimentalmente através de uma equação logarítmica (R²=0,9). Foi estabelecida também uma relação entre o aumento do coeficiente de atrito, em função da redução da velocidade de escorregamento, e o aumento da ocorrência de squeals. Uma breve investigação a respeito da relevância da rigidez de contato sobre o comportamento vibroacústico do sistema de freio também é conduzida, tendo sido demonstrado que o aumento da magnitude desta propriedade reduz a ocorrência de ruídos do tipo squeal. / Automotive brake systems are very often susceptible to generate high frequency noise as a result of a self excited vibration. This phenomenon is generically nominated brake squeal noise and is the subject of many studies which intend to identify and describe its exciting mechanism and to propose counter measures to avoid its occurrence. One key subject yet to be explored about squeal noise generation is the relation between friction material properties and its occurrence propensity. This work presents the development of an adimentional number obtained by dimensional analysis (Buckingham theorem) capable to relate the squeal noise occurrence with four main properties from the friction composite: abrasive hardness, particle size and concentration and also its compressibility. Experimental results were obtained by testing six different friction material formulations, in which the concentration of abrasive or its hardness or its particle size was altered in order to explore the impact of these variables on the squeal noise occurrence. The noise generation was accessed by testing the friction materials molded to brake pads using a standard disc brake system in an inertial dynamometer under a specially developed test procedure. The obtained results validated the proposed adimentional number (excitation index 2) since was possible to establish a logarithmic equation (R²=0,9) relating it to the squeal noise occurrence verified on the conduced tests. It was also established a relation between the friction coefficient increase, as a function of the sliding speed reduction, with the increase on squeal noise occurrence. A brief investigation about the relevance of the contact stiffness to the vibroacustic behavior of the brake systems was developed, showing that higher values of this property can reduce the squeal noise generation.

A presente dissertação descreve o desenvolvimento e análise de um experimento concebido para avaliar a contribuição de materiais de fricção sobre vibrações induzidas na superfície de um disco de freio. O aparato proposto é equipado com um excitador modal (shaker), utilizado para promover e controlar o sinal de excitação que foi aplicado sobre os materiais de fricção avaliados. A resposta dessa excitação na superfície do disco de freio foi mensurada através de acelerômetros. Além da aplicação sobre o experimento proposto, foram avaliados o coeficiente de atrito e a distribuição de asperezas da superfície das oito amostras utilizadas. A característica modal do disco utilizado foi descrita através das suas frequências naturais, amortecimento e formas modais, parâmetros identificados através da aplicação de análise modal experimental. O experimento proposto foi utilizado para identificar as principais características de resposta do disco quando a excitação é realizada através do material de fricção. Essa condição também foi comparada com aquela em que a excitação foi aplicada diretamente no disco A métrica mais adequada para avaliação desse experimento foi identificada como o valor médio da magnitude da Função Resposta em Frequência (FRF), calculado através do estimador H3. O aparato proposto se mostrou capaz de identificar diferenças nas amostras avaliadas quanto à propensão dessas à produção de vibrações na superfície do disco. As amostras foram avaliadas no experimento proposto nas condições sem e com filme tribológico sobre a sua superfície, as quais correspondem ao estado das amostras antes e depois, respectivamente, do processo de caracterização do coeficiente de atrito destas, utilizando o tribômetro do LATRIB/UFRGS. Foi observado que as amostras com filme produziram maior vibração do que as amostras sem filme. Os resultados obtidos demonstraram uma forte correlação entre a propensão das amostras à produção de vibrações e a distribuição de asperezas da superfície das amostras. Esses resultados indicam que materiais de fricção com superfícies planas são capazes de transmitir mais vibração à superfície do disco do que aqueles com superfícies mais rugosas. / The present work describes the development and analysis of an experimental apparatus designed to evaluate the contribution of friction materials in vibrations induced on the surface of a brake disc. The proposed apparatus is equipped with a modal exciter (shaker), which was used to promote and control the excitation signal applied in the evaluated friction material. The response of this excitation in the disc surface was measured with accelerometers. The eight samples evaluated in this study was also characterized in terms of its friction coefficient and the asperity distribution of its surface. The modal characteristic of the disc was described in terms of its natural frequencies, damping and modal shapes, whose parameters were obtained by application of experimental modal analysis. The proposed apparatus was used to identify the main characteristics of the disc response when the excitation is applied throw the friction material. This case was also compared to the condition in which the disc was excited directly by the shaker. The most adequate metric to evaluate this experiment was selected as the mean value of the Frequency Response Function (FRF) spectrum, calculated by the H3 estimator The proposed apparatus showed being capable of identifying differences between the evaluated samples, regarding its propensity to produce vibrations on the disc surface. The samples were evaluated in with and without tribological film deposited on its surface. It was shown that the analyzed samples had the vibration increased with tribological film compared to the condition without the film. The obtained results demonstrated a strong correlation between the samples propensity to the production of vibration and the asperity distribution of the samples surfaces. These results indicate that friction materials with flat surfaces are capable to transmit more vibrations to the disc surface than those samples with rough asperity distribution.

Sistemas de freio automotivos são frequentemente suscetíveis a gerarem ruídos de alta frequência como resultado de uma vibração autoexcitada. Este fenômeno é genericamente nominado squeal noise e constitui o tema de diversos estudos publicados com o intuito de identificar e descrever seu mecanismo de excitação e de propor alternativas para evitar sua ocorrência. Um ponto fundamental que ainda não foi completamente explorado sobre a geração de tal fenômeno constitui-se da relação entre as propriedades do material de fricção e a propensão à ocorrência de squeal noise. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um número adimensional obtido através de análise dimensional (teorema de Buckingham) capaz de relacionar a ocorrência de squeal noise as quatro principais propriedades dos compósitos de fricção: dureza, tamanho de partícula e concentração do abrasivo utilizado na formulação, além de sua compressibilidade. Resultados experimentais foram obtidos a partir de ensaios desenvolvidos com seis diferentes materiais de fricção nos quais a concentração ou dureza ou tamanho de partícula foi alterada de modo a oportunizar a identificação do impacto destas variáveis sobre a ocorrência de squeal noise. A ocorrência de ruídos foi verificada através da aplicação de um método de ensaio em dinamômetro inercial especialmente desenvolvido a um conjunto de amostras dos materiais de fricção moldados a pastilhas de freio e aplicados a um sistema de freio a disco convencional. Os resultados obtidos validaram o número adimensional proposto (índice de excitação 2) na medida em que foi possível estabelecer sua relação com a ocorrência de ruídos verificada experimentalmente através de uma equação logarítmica (R²=0,9). Foi estabelecida também uma relação entre o aumento do coeficiente de atrito, em função da redução da velocidade de escorregamento, e o aumento da ocorrência de squeals. Uma breve investigação a respeito da relevância da rigidez de contato sobre o comportamento vibroacústico do sistema de freio também é conduzida, tendo sido demonstrado que o aumento da magnitude desta propriedade reduz a ocorrência de ruídos do tipo squeal. / Automotive brake systems are very often susceptible to generate high frequency noise as a result of a self excited vibration. This phenomenon is generically nominated brake squeal noise and is the subject of many studies which intend to identify and describe its exciting mechanism and to propose counter measures to avoid its occurrence. One key subject yet to be explored about squeal noise generation is the relation between friction material properties and its occurrence propensity. This work presents the development of an adimentional number obtained by dimensional analysis (Buckingham theorem) capable to relate the squeal noise occurrence with four main properties from the friction composite: abrasive hardness, particle size and concentration and also its compressibility. Experimental results were obtained by testing six different friction material formulations, in which the concentration of abrasive or its hardness or its particle size was altered in order to explore the impact of these variables on the squeal noise occurrence. The noise generation was accessed by testing the friction materials molded to brake pads using a standard disc brake system in an inertial dynamometer under a specially developed test procedure. The obtained results validated the proposed adimentional number (excitation index 2) since was possible to establish a logarithmic equation (R²=0,9) relating it to the squeal noise occurrence verified on the conduced tests. It was also established a relation between the friction coefficient increase, as a function of the sliding speed reduction, with the increase on squeal noise occurrence. A brief investigation about the relevance of the contact stiffness to the vibroacustic behavior of the brake systems was developed, showing that higher values of this property can reduce the squeal noise generation.

Materiais de fricção são compósitos cuja matriz polimérica é, usualmente, a resina fenólica novolaca. Os requisitos de desempenho dos materiais de fricção demandam um rígido controle das condições de processamento, na formação de ligações cruzadas da resina fenólica de hexametilenotetramina (HMTA), que definem as propriedades do produto final. Nesta dissertação, resinas fenólicas novolaca pó, com teores de 7, 9 e 11% do agente de cura hexametilenotetramina (HMTA), foram caracterizadas quanto ao peso molecular, além da determinação do comportamento térmico e reológico, objetivando sua aplicação como matriz polimérica em materiais de fricção. Os resultados obtidos, principalmente em função das taxas reacionais obtidas das caracterizações reométricas, indicaram a resina fenólica novolaca com 9% de HMTA, como a melhor para o processamento de material de fricção rápido. / Friction materials are composites the polymer matrix of which is usually a novolak phenolic resin. Performance requirements of friction materials demand a steep control of the processing conditions, during crosslinking development of the phenolic resin with hexamethylene tetramine (HMTA), which define the end product properties. In this dissertation, aiming at applyind these materials as a polymer matrix in friction materials, powdered novolak phenolic resins having 7, 9 and 11wt% of hexamethylene tetramine (HMTA) curing agent were characterized as for molecular weight, molecular weight distribution, besides the determination of thermal and rheological behavior. Obtained data based rate of reaction mainly on rheological characterization indicate the 9wt% HMTA novolak phenolic resin for the processing of a typical friction material.

Pastilhas de freio para sistemas de freios automotivos correspondem a um dos materiais compósitos mais complexos já que eles contêm muitos componentes, cada qual com uma grande variedade de propriedades físicas e químicas. Esta natureza multi-fase é necessária para satisfazer a grande variedade de demandas relativas à performance. As condições de processamento também possuem grande influência nas propriedades deste complexo compósito. As pastilhas de freio usadas neste trabalho foram sem amianto do tipo semi-metálica contendo muitos elementos, incluindo resina fenólica, fibra de reforço, lubrificantes sólidos, abrasivos e cargas. Este trabalho tem como objetivo principal esclarecer a influência entre as variáveis de processo e de composição nas propriedades de compressibilidade a frio, densidade, dureza, flexão e coeficiente de atrito. Para isso foram utilizados planejamentos de experimentos fracionados e completos. O planejamento de experimentos fracionado, 25-1, indicou que a quantidade de resina fenólica e a temperatura do molde são os fatores mais significativos para a compressibilidade. O planejamento de experimentos completo, 24, mostrou mais uma vez, que a quantidade de resina e a temperatura do molde, bem como as suas interações, são fatores significativos na determinação da compressibilidade. O terceiro planejamento de experimentos, 2³, concentrou-se nas propriedades da resina, já que a mesma mostrou-se muito influente na determinação das propriedades dos materiais de atrito. Os resultados mostraram que é possível controlar as propriedades tribológicas e a compressibilidade das pastilhas de freio dentro de certa escala de valores. Assim, este trabalho mostra que é possível aplicar técnicas estatísticas para racionalizar o projeto de materiais de atrito. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-05-14T18:07:18Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Ademir R Menetrier.pdf: 3142797 bytes, checksum: 973f28293a5f77372f68c6146e790438 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-14T18:07:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Ademir R Menetrier.pdf: 3142797 bytes, checksum: 973f28293a5f77372f68c6146e790438 (MD5) / Brake pads for automotive brake systems represent one of the most complex composite materials since they contain many components with widely varying physical and chemical properties. This multiphase nature is necessary to satisfy a wide variety of performance related demands. Processing conditions also have a major influence on the properties of these complex composites. Brake pads used in these studies were semi-metallic non-asbestos friction materials containing many different ingredients, including phenolic resin, reinforcing fibers, solid lubricants, abrasives and fillers. In this work, the influence of composition and process parameters on the compressibility, density, hardness, flexure strength and coefficient of friction were investigated. The designs of experiments selected for this study were fractional and full varieties. In the initial fractional design of experiments, we found both the quantity of resin and the mold temperature to be dominant influences on the compressibility. A full design of experiments again indicated that the quantity of resin and mold temperature, as well as their interaction, are the dominant players in determining the compressibility. A third design of experiments concentrated on the resin properties since this factor was the most influential in determining the properties of friction materials. The results show that it is possible to control both the tribological properties and the compressibility of the pads within a rather large range of values. Thus, the work shows that it is possible to use statistical methods to rationalize brake pad design.

Pastilhas de freio para sistemas de freios automotivos correspondem a um dos materiais compósitos mais complexos já que eles contêm muitos componentes, cada qual com uma grande variedade de propriedades físicas e químicas. Esta natureza multi-fase é necessária para satisfazer a grande variedade de demandas relativas à performance. As condições de processamento também possuem grande influência nas propriedades deste complexo compósito. As pastilhas de freio usadas neste trabalho foram sem amianto do tipo semi-metálica contendo muitos elementos, incluindo resina fenólica, fibra de reforço, lubrificantes sólidos, abrasivos e cargas. Este trabalho tem como objetivo principal esclarecer a influência entre as variáveis de processo e de composição nas propriedades de compressibilidade a frio, densidade, dureza, flexão e coeficiente de atrito. Para isso foram utilizados planejamentos de experimentos fracionados e completos. O planejamento de experimentos fracionado, 25-1, indicou que a quantidade de resina fenólica e a temperatura do molde são os fatores mais significativos para a compressibilidade. O planejamento de experimentos completo, 24, mostrou mais uma vez, que a quantidade de resina e a temperatura do molde, bem como as suas interações, são fatores significativos na determinação da compressibilidade. O terceiro planejamento de experimentos, 2³, concentrou-se nas propriedades da resina, já que a mesma mostrou-se muito influente na determinação das propriedades dos materiais de atrito. Os resultados mostraram que é possível controlar as propriedades tribológicas e a compressibilidade das pastilhas de freio dentro de certa escala de valores. Assim, este trabalho mostra que é possível aplicar técnicas estatísticas para racionalizar o projeto de materiais de atrito. / Brake pads for automotive brake systems represent one of the most complex composite materials since they contain many components with widely varying physical and chemical properties. This multiphase nature is necessary to satisfy a wide variety of performance related demands. Processing conditions also have a major influence on the properties of these complex composites. Brake pads used in these studies were semi-metallic non-asbestos friction materials containing many different ingredients, including phenolic resin, reinforcing fibers, solid lubricants, abrasives and fillers. In this work, the influence of composition and process parameters on the compressibility, density, hardness, flexure strength and coefficient of friction were investigated. The designs of experiments selected for this study were fractional and full varieties. In the initial fractional design of experiments, we found both the quantity of resin and the mold temperature to be dominant influences on the compressibility. A full design of experiments again indicated that the quantity of resin and mold temperature, as well as their interaction, are the dominant players in determining the compressibility. A third design of experiments concentrated on the resin properties since this factor was the most influential in determining the properties of friction materials. The results show that it is possible to control both the tribological properties and the compressibility of the pads within a rather large range of values. Thus, the work shows that it is possible to use statistical methods to rationalize brake pad design.

Currently, the production of most non-asbestos organic (NAO) friction materials depends on a long and energy intensive manufacturing process and an unsustainable supply of synthetic resins and fibres; it is both expensive and bad for the environment. In this research, a new, more energy efficient, manufacturing process was developed which makes use of a naturally derived resin and natural plant fibres. The new process is known as 'cold moulding' and is fundamentally different from the conventional method. It was used to develop a new brake pad for use in low temperature (<400 °C) applications, such as rapid urban rail transit (RURT) trains. A commercially available resin based upon cashew nut shell liquid (CNSL) was analysed and found to have properties suitable for cold moulding. In addition, hemp fibre was identified as a suitable composite reinforcement. This was processed to improve its morphology and blended with aramid to improve its thermal stability. Each stage of cold mould manufacture was thoroughly investigated and the critical process parameters were identified. The entire procedure was successfully scaled up to produce an industrially sized 250 kg batch of material and the resultant composites were found to have appropriate thermal and mechanical properties for use in a rail brake pad. The tribological performance of these composites was iteratively developed through a rigorous testing and evaluation procedure. This was performed on both sub- and full-scale dynamometers. By adding various abrasives, lubricants, and fillers to the formulation it was possible to produce a brake pad with similar friction characteristics to the current market material, but with a 60% lower wear rate. In addition, this brake pad caused 15% less wear to the brake disc. A detailed examination of both halves of the friction couple found that cold moulded composites exhibit a different wear mechanism from the current market material, which was suggested to be the reason for their superior properties. Cold moulding is 3.5x faster and uses 400% less energy than the conventional method.

Para transmitir o torque gerado pelo motor de combustão interna para a caixa de transmissão por meio da embreagem, seja em automóveis ou caminhões, é necessário que haja contato por deslizamento entre um material polimérico multifásico e um contracorpo metálico de ferro fundido cinzento. Além disso, os níveis do coeficiente de atrito entre esses materiais têem que ser suficientemente alto e estável, para proporcionar uma transmissão de torque regular e eficiente. Porém, durante o deslizamento, materiais são transferidos de uma superfície para outra, e alterações microestruturais e fisico-químicas ocorrem. Como consequência, uma nova superfície (denominada de tribofilme) se desenvolve, influenciando o desempenho funcional da embreagem. Dessa forma, compreender as suas características tem se tornado essencial para desenvolver sistemas de embreagens cada vez mais eficientes. No entanto, muitos ensaios são necessários para que se possa entender como uma ou várias matérias primas se comportam em relação aos aspectos tribológicos. Isso faz com que surja a necessidade de repetir os ensaios inúmeras vezes, para que se façam as escolhas mais assertivas tanto das matérias primas quanto dos processos envolvidos. Como alternativa, para reduzir tempo e custos, e ter um maior controle sobre as variáveis de ensaio, busca-se simular em laboratório, com equipamentos mais simples, a reprodução das interações tribológicas em condições reais. A primeira fase deste trabalho tem como objetivo apresentar os mecanismos de desenvolvimento do tribofilme para três níveis de severidade em condições reais de aplicação (ensaios mais demorados, complexos e mais caros, devido à necessidade da confecção completa dos protótipos), e posteriormente correlacionar esses mecanismos com os que foram simulados por meio de ensaios conduzidos num tribômetro de laboratório do tipo pino-disco (ensaios mais rápidos e mais simples, consequentemente menos complexos), variando o PV de 3,08 até 11,08 MPa ms-1. Foi constatado que as características do tribofilme dependem da severidade da aplicação. Além do que, o tribômetro pino-disco (amostra de 13 mm de diâmetro externo) consegue reproduzir os mecanismos identificados em campo, pois houve paridade na transferência das características do tribossistema do modelo de ensaio para o da condição real (430 mm de diâmetro externo). Na segunda fase, diferentes séries de ensaios tribométricos foram realizadas para investigar a influência do tribossistema no desempenho funcional do par tribológico (atrito e desgaste). Para os ensaios tradicionais, foi constatada um aumento na taxa de desgaste para temperaturas superiores a 250°C, revelando uma transição no regime moderado de desgaste para o severo. Quando os debris de desgaste foram removidos do meio interfacial, o nível do coeficiente de atrito aumentou e a taxa de desgaste reduziu. Já a adição de debris de desgaste ao meio interfacial contribuiu para aumentar a taxa de desgaste e reduzir drasticamente o nível do coeficiente de atrito. No entanto, quando os ensaios foram realizados empregando discos pré-condicionados, a taxa de desgaste e o nível do coeficiente de atrito foram otimizados, principalmente em níveis de severidade mais elevados (PV 10,09 MPa ms-1) indicando potencial ganho na eficiência do sistema embreagem. / Torque from an internal combustion-engine to a gear box, either in automobiles or trucks, is transmitted by a clutch system. In order to transmit torque from one side to the other, sliding contact between a multiphase friction material and a gray iron rotor is necessary. Torque transmission depends on the friction level among the tribological couples, and it have to be relatively high and most importantly stable to allow an efficient and regular performance. During the sliding between the coupling surfaces, material is transferred from one surface to the other causing microstructure and chemical changes. As consequence, a new surface, also known as tribofilm, is developed. This surface governs the clutch system performance and understanding the tribofilm characteristics is very important to improve the development of efficient clutch systems. For this, a large number of tests are necessary to understand the tribological behavior of the raw materials. Such investigation is highly empirical and in order to have a consistent data it\'s necessary to carry out several friction tests repetitions. Alternatively, to save time and money, and have better control over the test variables, the real tribological interactions can be simulated in laboratory by using simple equipment, pin-on-disc tribometer. The simplicity of this device allows evaluating a larger number of alternative materials. The first part of this work aims to investigate the tribofilm development mechanisms in three severity levels on the field application (those tests are more time-consuming, complex and expensive, because it is necessary to produce the entire prototype), and then correlate these mechanisms with those simulated in a pin-on-disc tribometer (faster and simpler test) by changing the PV level from 3.08 to 11.08 MPa ms-1. It was found that the tribofilm characteristics depend on the severity of application. In addition, the pin-on-disc tribometer (sample of 13 mm outside diameter) can reproduce the same mechanisms that were identified on the field, due to the parity between the tribosystem characteristics of test model and field condition (430 mm external diameter). In the second part of this work, different series of tribometer tests were performed to investigate the influences of tribosystem on tribological couple performance (friction and wear). Standard tribometer tests presented an increasing in the wear rate at temperatures of 250°C, revealing a transition from moderate to severe wear regime. When wear debris were removed from the interfacial contact, the friction coefficient level increased and wear rate reduced. On the other hand, when the wear debris were added, it contributed to increase the wear rate and to reduce the friction level dramatically. However, when the experiments were performed by using pre-conditioned discs, the wear rate and friction coefficient level has been optimized, particularly at higher severity levels (PV 10.09 MPa ms-1).

Carbon fibre reinforced ceramic composites (Cf/C-SiC) have been explored as lightweight and durable disc in a friction brake. This composite was manufactured through infiltration of liquid silicon into a Cf/C perform. It has heterogeneous microstructure, composed of three key phases, silicon carbide, Cf/C, and un-reacted residual silicon. The development of the transfer layer on the friction surface of Cf/C-SiC was studied through microstructural image registration of the surface after a range of braking stops on a laboratory-scale dynamometer test rig. When an organic pad was used as the counter face brake pad, it was found that a steady transfer layer was developed in silicon regions right after initial stops; in carbon-fibre/carbon (Cf/C) regions and most of the silicon carbide region, the friction surfaces were unsteady and any possible friction transfer layers were hardly built up. Large voids and cracks/crevices likely became pools to quickly and efficiently collect the transferred materials generated by the friction, but the compacts formed inside the pools were susceptible to be stripped off by further braking operation. Three types of friction surfaces were generalized: type I, the friction transfer layer had a steady relationship with the matrix and respectable longevity; type II, the transfer layer had an unstable relationship with the matrix and poor durability; type III, the friction transfer layer had a steady relationship with the matrix but short lifetime. After testing against organic pads under the laboratory scale dynamometer testing condition, the friction surface of each key phase in Cf/C-SiC composites disc was studied by transmission electron microscopy (TEM). It was found that the transfer layer developed on Si consists of fine particles of metal silicides, silicates and minerals. The substrate damage of Si was not observed, while the precipitates having high oxygen content were found in the substrate. Formation of an interfacial bonding between transfer layer and silicon substrate is believed to be the key factor for the formation of a stable transfer layer on Si. However, the interfacial bonding between transferred materials and SiC was not detected. Kinks are common features developed on the friction surface of SiC. The interface between carbon fibre and carbon matrix was experienced mechanical damage, in form of microcracks, and the transferred material was developed in the interface. Instead of transfer layer, a thin amorphous film, produced by friction induced amorphisation of carbon fibre, was developed on top of carbon fibre.