DoE on geopolymeric-based friction material for brake pads application

The current thesis project was conducted in Barge (CN) at ITT Motion Technologies, material science and engineering company leading in brake pads production. The project involved the definition and performance of a Design of Experiments (DoE) on geopolymeric-based friction material for brake pads application. Specifically, the investigation was about the effect of different fillers on the overall friction material, mainly in terms of mechanical properties. Therefore, 12 material batches were designed and manufactured, in order to investigate the effect of the singular filler and, mostly, searching for some eventual combinations of them enhancing the properties and performances. For this purpose, many characterizations were made, by means of several physical tests after followed by an accurate data analysis, carried out by classical and computational approaches. The final goal was screening the best benchmark material among the tested ones, searching for a good trade-off between all the requirements. Additionally, chemometrics analysis was conducted in order to search for some clusters between material batches and properties tested, aiming to reduce the number of tests without losing scientific information. The DoE came to an end with the manufacturing, characterization and testing of real brake pads composed of the best friction formulations encountered during the study

Il progetto di tesi magistrale presentato è stato condotto presso ITT Motion Technologies (Barge, CN), azienda specializzata nella scienza dei materiali ed ingegneria, leader nella produzione di pastiglie freno. Il progetto è consistito nella definizione e conduzione di un complesso Design of Experiments (DoE) su materiale di attrito a base geopolimerica per applicazioni su pastiglie freno. Nello specifico, lo studio ha riguardato l’effetto di diversi riempitivi (fillers) all’interno del materiale di attrito, principalmente in termini di proprietà meccaniche. Sono state progettate e prodotte 12 diverse formulazioni, al fine di investigare l’effetto di ogni singolo filler e cercare eventuali combinazioni di riempitivi che migliorassero proprietà e performance. Sono state eseguite differenti caratterizzazioni, svolgendo diversi test fisici seguiti da un’accurata analisi dei dati, svolta facendo uso di metodi classici e computazionali. L’obiettivo finale è stato trovare la formulazione migliore tra le varie testate, cercando un giusto compromesso tra i requisiti da soddisfare per l’applicazione considerata. Inoltre, l’analisi computazionale mediante chemiometria è stata condotta in modo da cercare possibili correlazioni tra le formulazioni e le proprietà testate, puntando a ridurre il numero di test da eseguire senza perdere informazioni scientifiche rilevanti. Il DoE è giunto al termine con la produzione, caratterizzazione e attività di testing su vere e proprie pastiglie freno costituite dalle migliori formulazioni di materiale di attrito presentate in questo studio.