การพัฒนาผ้าเบรกที่ทำจากวัสดุเชิงประกอบชนิดหล่อลื่นด้วยตัวเองแบบอบประสานสำหรับระบบขนส่งทางราง

การพัฒนาระบบการขนส่งทางรางเชื่อมโยงกับโครงข่ายคมนาคมภายในประเทศและระหว่างประเทศเป็นหนึ่งในยุทธศาสตร์การพัฒนาที่สำคัญของประเทศไทยในแผนแม่บทภายใต้ยุทธศาสตร์ชาติ ประเด็นโครงสร้างพื้นฐานด้านคมนาคมและระบบโลจิสติกส์ (พ.ศ. 2561-2580) ปัจจุบันการพัฒนาระบบขนส่งทางรางที่สำคัญ ได้แก่ การพัฒนาระบบขนส่งมวลชนในกรุงเทพมหานครและปริมณฑล โครงการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐาน/รถไฟความเร็วสูงเชื่อม 3 สนามบิน ความร่วมมือระหว่างราชอาณาจักรไทยและรัฐบาลสาธารณรัฐประชาชนจีนเพื่อพัฒนาระบบรถไฟความเร็วสูงเชื่อมกรุงเทพฯ – หนองคาย หรือ โครงการรถไฟความเร็วสูงไทย-จีน สายตะวันออกเฉียงเหนือ (กรุงเทพมหานคร - หนองคาย - เวียงจันทน์) เป็นต้น การเพิ่มขึ้นของระบบขนส่งทางรางจะส่งผลให้มีผู้โดยสารและรถไฟบรรทุกสินค้าเพิ่มขึ้น การพัฒนาทางคู่สำหรับรถไฟระหว่างเมืองจะเพิ่มความเร็วของรถไฟ จำเป็นต้องใช้ระบบเบรกรถไฟและวัสดุผ้าเบรกประเภทใหม่ในรถไฟความเร็วสูง ผ้าเบรกที่ทำจากวัสดุเชิงประกอบเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมเนื่องจากมีน้ำหนักเบา มีความแข็งแรงสูง มีความเหนียวต้านทานแรงกระแทกได้ดี และมีอายุการใช้งานนาน

ปัจจุบันมีการนำวัสดุเชิงประกอบเนื้อพื้นเหล็กมาใช้เป็นวัสดุเสียดสีสำหรับงานชิ้นส่วนยานยนต์ชนิดต่าง ๆ รวมถึงผ้าเบรก (Brake pads) จากการศึกษาข้อมูลผลิตภัณฑ์ผ้าเบรกจากบริษัทผู้ผลิตระบบเบรกสำหรับรถไฟและยานพาหนะเชิงพาณิชย์ เช่น Akebono Brake Industry Co., Ltd ประเทศญี่ปุ่น Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH สหพันธ์สาธารณรัฐเยอรมนี และ MLP Friction Braking Ltd สหราชอาณาจักร เป็นต้น รวมถึงแหล่งข้อมูลอื่น ไม่พบข้อมูลองค์ประกอบของผ้าเบรก พบเพียงระบุว่า Railway friction materials สำหรับรถไฟหัวกระสุน (Bullet train) หรือรถไฟความเร็วสูงสุด 400 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ใช้วัสดุประเภท Sintered alloy หรือ Sinter pads และมีการระบุค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน (Nominal coefficient of friction) เท่ากับ 0.35 ดังนั้นเพื่อรองรับการพัฒนาระบบขนส่งทางรางของประเทศไทย เช่น โครงการรถไฟความเร็วสูงไทย-จีน สายตะวันออกเฉียงเหนือ ที่ใช้ขบวนรถรุ่น CR300AF "ฟู่ซิงห้าว" ผลิตโดย  บริษัท ซีอาร์อาร์ซี ฉางชุน เรลเวย์ วีฮิเคิลส์ จำกัด (CRRC Changchun Railway Vehicles) มีความเร็วสูงสุดที่ 350 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (ให้บริการในประเทศไทย 250 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) เป็นต้น การศึกษาวิจัยวัสดุสำหรับผ้าเบรกจึงมีความสำคัญ เนื่องจากอุตสาหกรรมผ้าเบรกที่ทำจากวัสดุผสมหรือวัสดุเชิงประกอบในประเทศยังมีองค์ความรู้เฉพาะทางน้อยอาจจะไม่เพียงพอที่พัฒนาผ้าเบรกเพื่อรองรับระบบการขนส่งทางราง

งานวิจัยนี้เป็นการพัฒนาวัสดุเสียดสีสำหรับผ้าเบรก โดยศึกษาวัสดุเชิงประกอบโลหะผสมเหล็ก-โมลิบดินัม โดยเติมโมลิบดินัมไดซัลไฟด์และแกรไฟต์ซึ่งเป็นสารหล่อลื่นของแข็งเพื่อเพิ่มสมบัติทางไตรโบโลยี (Tribology) ผลิตโดยกระบวนการทางโลหะผงวิทยา (Powder Metallurgy) ซึ่งเป็นกระบวนการผลิตวัสดุประเภท Sintered alloy หรือ Sinter pads ดังที่กล่าวข้างต้น เพื่อให้มีสมบัติทางกายภาพ สมบัติทางกล และพฤติกรรมทางไตรโบโลยี เหมาะสมกับการใช้งานเป็นผ้าเบรกคือมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสูง มีอัตราการสึกหรอต่ำเพื่อยืดอายุการใช้งานลดเวลาและค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนผ้าเบรก รวมถึงลดผลกระทบสิ่งแวดล้อมจากฝุ่นที่เกิดจากการสึกหรอของวัสดุเสียดสี และเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานและอัตราการสึกหรอของวัสดุไม่มีการเปลี่ยนแปลงมากนัก จากนั้นนำข้อมูลสมบัติทางกลและสมบัติไตรโบโลยีของชิ้นส่วนผ้าเบรกที่ผลิตได้จากงานวิจัยเปรียบเทียบกับข้อมูลผ้าเบรกจากต่างประเทศ