Gwałtowny rozwój motoryzacji oraz dążenie do podnoszenia bezpieczeństwa jazdy ruchu drogowym wymusza na producentach samochodów stosowanie coraz to nowszych rozwiązań układów hamulcowych i wytwórcach płynów hamulcowych wyższej jakości.

Prawie 90% pojazdów samochodowych jest wyposażonych w hydrauliczne systemy hamulcowe, które wypełnione są płynami hamulcowymi. Układy te zasadniczo wpływają na bezpieczeństwo w ruchu drogowym, zaś ich sprawność działania zależy w dużym stopniu od jakości płynów hamulcowych. Stąd też płyny hamulcowe objęte są w Polsce obowiązkowym certyfikatem na znak bezpieczeństwa.

Wymagania jakościowe stawiane płynom hamulcowym
Płyn hamulcowy to mieszanina glikolu (eterów alkilowych glikoli alkilenowych) i wielu dodatków, które zapobiegają korozji, utlenianiu się płynu, podwyższają temperaturę wrzenia i podnoszą jego odporność na gwałtowne i częste zmiany ciśnienia. Ponadto zawiera środki smarowe, którymi są poliglikole etylenowe, pologlikole propylenowe oraz estry boronowe estrów alkilowych glikoli alkilenowych. Funkcję dodatków uszlachetniających w płynach hamulcowych spełniają środki antyutleniające, antykorozyjne, stabilizujące oraz inne dodatki poprawiające ich właściwości. Przeciętnie płyn hamulcowy zawiera około:
- 70-80% rozpuszczalnika (glikolu);
- 20-30% środka smarującego;
- od 1 do kilku procent pozostałych dodatków.
Należy podkreślić, że płyn hamulcowy stanowi silnie higroskopijną mieszaninę związków organicznych absorbującą wodę w każdej postaci, starzeje się i zmienia swoje właściwości. Jego trwałość, podobnie jak płynu chłodniczego, określa się mniej więcej na dwa lata. Po tym okresie mogą wystąpić zmiany w jego składzie chemicznym.
Jednym z najistotniejszych wymagań jakościowych płynów hamulcowych jest to parametr dotyczący temperatury wrzenia, którego wartość jest podwyższana równolegle z rozwojem motoryzacji.
Innym ważnym parametrem jest płynność w niskich temperaturach, zabezpieczająca prawidłowe funkcjonowanie hamulców w okresie zimowym. Właściwości takie zapewniają półprodukty stosowane do wytwarzania płynów hamulcowych, tj. etery alkilowe glikoli alkilenowych i ich estry boronowe oraz glikole etylenowe i propylenowe, charakteryzujące się niską temperaturą krzepnięcia, przy jednoczesnie wysokiej temperaturze wrzenia i całkowitej mieszalności z wodą.
Mieszalność z wodą oraz niska temperatura krzepnięcia zabezpieczają przed tworzeniem się kryształków lodu w płynach i gwarantują ich płynność, zależną od zawartości wody. Dopuszczalna zawartość wody jest limitowana, co określa się pomiarem temperatury wrzenia zawodnionego płynu hamulcowego. Obecność wody w płynie hamulcowym jest szczególnie niebezpieczna, gdzie podczas intensywnego używania hamulców może doprowadzić do całkowitej utraty skuteczności ich działania. Nagrzewające się podczas hamowania elementy układu hamulcowego powodują silne rozgrzewanie się płynu, a obecna w jego składzie woda ,szybko zamienia się w parę i zamiast przenieść ciśnienie wytworzone przez pompę hamulcową do siłowników kół napędowych pojazdu, sama ulega sprężeniu, wskutek czego dochodzi do ich unieruchomienia. Płyn hamulcowy powinien mieć odczyn obojętny lub zasadowy. Jest to istotny parametr wpływający między innymi na oddziaływanie korozyjne na metale, z których wykonany jest układ hamulcowy. Kolejnym ważnym parametrem jest odparowalność, związana z zawartością lotnych składników w płynie hamulcowym oraz ilość trudnolotnego środka smarującego dla zapewnienia poprawnego smarowania, nawet po maksymalnym odparowaniu części składników.
Inną właściwością jest oddziaływanie na gumę i elastomery, z których wykonane są wszystkie uszczelnienia układu hamulcowego. Płyn hamulcowy nie może działać niszcząco. Niedopuszczalne jest kurczenie uszczelnień, co w konsekwencji może powodować wyciekanie płynu z układu hamulcowego oraz rozpuszczanie gumy powodującej kleistość lub jej rozwarstwienie.

Klasyfikacja i oznaczenia płynów
W zależności od wyjściowej temperatury wrzenia i temperatury wrzenia płynu zawodnionego (nawilżonego), lepkości oraz charakteru chemicznego komponentów bazy rozróżnia się cztery klasy płynów hamulcowych do pojazdów samochodowych:
- płyn hamulcowy DOT-3;
- płyn hamulcowy DOT-4;
- płyn hamulcowy DOT-5;
- płyn hamulcowy silikonowy DOT-5.
Przydział płynu hamulcowego do odpowiedniej klasy jakościowej jest uzależniony od jego właściwości, które określają normy:
- Federal Motor Vehicle Safety Standard (FMVSS No 116);
- Society of Automotive Engineers (SAE J 1703);
- International Organization for Standariozation (ISO 4925);
- Polska norma PN-C-40005:2002 oparta na ww. normach międzynarodowych.
Oznaczenie płynów hamulcowych powinno zawierać nazwę “Płyn hamulcowy”, wyróżnik literowy i liczbowy określający klasę płynu oraz numer normy np.
PŁYN HAMULCOWY
(PN-C-40005 (DOT-4
Podstawowe wymagania jakościowe dla płynów hamulcowych wg normy polskiej i norm zachodnich przedstawiono w tabl. 1-2.
Płyny hamulcowe klasy DOT-3, DOT-4 spełniające wymagania normy FMVSS Nr 116 i PN-C-40005:2002 są wzajemnie mieszalne, a w związku z tym ich skład chemiczny musi być oparty o te same surowce.
Płyny hamulcowe DOT-3 i DOT-4 posiadają barwę żółtą zgodnie z międzynarodowymi wymaganiami dla tej klasy płynów. Stosowane są w pojazdach samochodowych, których zaleca ich instrukcja lub w przypadku, gdy układ hamulcowy jest wypełniony płynem R-3 (pojazdy produkcji zagranicznej i krajowej) (rys. 1. Według PN-C-40005:2002 do sporządzania płynów hamulcowych klasy DOT-5 stosować należy modyfikowane silikony (diorganopolisiloksany). Zawartość bazy silikonowej w płynie nie powinna być mniejsza niż 70% (m/m). Płynu hamulcowego DOT-5 na bazie silikonów nie można mieszać z płynami klasy DOT-3, DOT-4 oraz DOT-5.1 - (patrz Rys. 1).
Na polskim rynku spotkać można kilkadziesiąt gatunków płynów hamulcowych. Oprócz płynów krajowych producentów takich jak: Organika Car (Łódź), Kosmet Rokita (Brzeg Dolny), Agromix (Niepołomice), Autoland (Pawłowice), Petrooil (Kraków) znajdują się płyny międzynarodowych koncernów jak: Shell, Castrol, Elf, BASF, Mobil oraz cały szereg innych mniejszych firm.

Biodegradowalność i toksyczność płynów hamulcowych
Zagrożenie dla środowiska naturalnego w Polsce związanego z motoryzacją należy rozpatrywać w dwóch kategoriach tj. bieżącą eksploatację samochodów, jak również tych, które je utraciły. Liczbę samochodów trwale wyrejestrowanych z eksploatacji w kraju określono do niedawna na około 300-500 tys. szt. rocznie, z czego do przedsiębiorstw „Auto-złom” trafia około 200 tys. sztuk. Pozostała część likwidowanych samochodów jest rozbierana we własnym zakresie, a często porzucane w lasach, rowach, terenach zielonych lub na śmietniskach.
Kompleksowe założenia prawne dotyczące postępowania z pojazdami wycofanymi z eksploatacji oraz produktami uzyskanymi z ich utylizacji zawarto w Dyrektywie 2000/53/EC Parlamentu Europejskiego wydanej w 2000 roku.
Celem wprowadzenia tego dokumentu jest zapobieganie powstawaniu odpadów motoryzacyjnych, w tym również płynów eksploatacyjnych niebezpiecznych dla środowiska oraz traktowanie wraków samochodowych jako źródła pozyskiwania materiałów i energii. Problem ten był od kilku lat w kraju dyskutowany, a ostatnio nabiera tempa jego wdrażanie z uwagi na wejście Polski do Unii Europejskiej.
Liczba wycofanych pojazdów z eks-ploatacji w kraju ciągle wzrasta, a tym samym rosnie potencjalny wskaźnik przepracowanych płynów hamulcowych do zagospodarowania na drodze recyklingu lub utylizacji. Należy podkreślić, że płyny hamulcowe są łatwo rozpuszczalne w wodzie i często usuwane z samochodów bezpośrednio do gleby lub ścieków. Taki sposób ich pozbywania się nie pozostawia widocznych śladów i do niedawna pozostawał poza kontrolą. Aby ocenić potencjalne zagrożenia ekologiczne wynikające z przedostawania się płynów hamulcowych do środowiska naturalnego niezbędne są informacje dotyczące m.in. takich cech jak: biodegradowalność i toksyczność. Znajomość tych cech pozwoli również opracować docelowo nowe technologie płynów hamulcowych o zaprojektowanej biodegradowalności.
Do niedawna w Polsce badania (testy) biodegradacji i toksyczności płynów hamulcowych wykonywano na próbkach produktów świeżych, podczas gdy jego skład w trakcie użytkowania może się zmieniać i każda ze zmian może mieć istotne znaczenie w oddziaływaniu na środowisko.

Tablica 1.Podstawowe wymagania dla płynów hamulcowych wg normy PN-C-40005:2002

Tablica 1cd. Podstawowe wymagania dla płynów hamulcowych wg normy PN-C-40005:2002.

Tablica 1cd.Podstawowe wymagania dla płynów hamulcowych wg normy PN-C-4005:2002.

Tablica 2.Podstawowe wymagania dla płynów hamulcowych wg norm zachodnich.

Badania toksykologiczne prowadzone na zlecenie ICSO w Instytucie Medycyny Pracy w Sosnowcu wykazały, że dla płynów hamulcowych przybliżona dawka śmiertelna dla człowieka o masie 70 kg wynosi 0,5-1,0 kg. Na tej podstawie płyny hamulcowe są zaliczane wg klasyfikacji Hodge’a i Sternera do grupy związków praktycznie nietoksycznych. Systematyczne gromadzenie w organizmie ludzkim pewnych grup związków chemicznych znajdujących się w płynie może powodować zmiany histopatologiczne w wątrobie i nerkach. Oczywiście zatrucia te będą następować drogą pośrednią poprzez spożywanie produktów roślinnych i zwierzęcych. Będzie to proces powolny, lecz na pewno odczuwalny w czasie.
Płyny hamulcowe są silnie toksyczne dla człowieka przy spożyciu doustnym:
- jednorazowe dawki śmiertelne wynoszą od 100 do 600 g;
- dopuszczalne stężenie płynów hamulcowych w powietrzu NDS wynosi od 15 do 2000 ppm.
Dla płynów hamulcowych przy ciągłej eksploatacji, maksimum 8 godz. dziennie lub maksimum 40 godz. tygodniowo tzw. TLV-TWA (największe dopuszczalne stężenie) wynosi:
- 25-50 ppm dla skóry;
- 25-100 ppm w powietrzu.
Przy krótkotrwałej eksploatacji, w czasie 15 minut tzw. TLV-STEL (największe dopuszczalne stężenie chwilowe) wynosi:
- 35-100 ppm dla skóry;
- 75-150 ppm w powietrzu.
Można więc uznać, że dla człowieka są to płyny bezpieczne. Większe zagrożenia stwarzają płyny hamulcowe po rozcieńczeniu z wodą, a więc te, które odprowadzane są do ścieków lub wód gruntowych.

Sprawność i skuteczność pracy hydraulicznych układów hamulcowych w pojazdach samochodowych oraz bezpieczeństwo użytkowników w ruchu drogowym, zapewnia wysoka jakość płynów hamulcowych. Zaszeregowanie ich do odpowiedniej klasy jakościowej jest uzależnione od właściwości fizykochemicznych płynów, które określają normy międzynarodowe i krajowe. Ocenę eksploatacyjną płynu hamulcowego kształtują określone parametry jak: ogólny stan płynu, procentowa zawartość wody, temperatura wrzenia i zmiana przewodności płynu.
Żywotność eksploatacyjna większości płynów hamulcowych, w tym DOT-3 i DOT-4 określona jest na okres dwóch lat.
Gwałtowny rozwój przemysłu motoryzacyjnego w kraju oraz wejście Polski do Unii Europejskiej spowodował nasilenie problemu zagospodarowania płynów hamulcowych ze złomowanych samochodów, ze względu na skażenie środowiska naturalnego. Rozwiązanie tego problemu w Polsce należy upatrywać w rychłym wdrożeniu Dyrektywy 2000/53/EC Parlamentu Europejskiego.

Janusz Jakóbiec
Grzegorz Wysopal
Instytut Technologii Nafty - Kraków