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Verfahren zur Herstellung von Reibkörpern, insbesondere Brems-und Kupplungsbelägen
Die Herstellung von Bremskörpern nach einem Holländer-Verfahren aus Asbestfaser mit oder ohne Mitverarbeitung pulveriger Füller und unter Verwendung von Phenolharzen als Bindemittel ist bekannt. Die so herstellbaren mechanisch festen Bremskörper haben den Nachteil, dass ihr Reibwert sich bei Gebrauch, insbesondere bei Überbeanspruchung stark vermindert, wobei die Reibfläche ein glasiges Aussehen annehmen kann.
Es ist ferner bekannt, Asbestpappe oder - papier mit Kunstharzen, wie Phenol-oder Aminotriazinharz, zu imprägnieren, zu trocknen und zu Bremsbelägen zu verpressen. Dieses Verfahren hat aber verschiedene Nachteile. Einer- seits ist es zweistufig, indem Papierherstellung und Imprägnierung gesondert vorgenommen werden müssen, anderseits ist in der Regel wegen der Teilung der Arbeitsgänge eine Mitverwendung von pulverigen Füllern mit Schwierigkeiten verbunden.
Diese Nachteile des Imprägnierungsverfahrens wurden überwunden, indem pulverige Füllstoffe (wie z. B. Asbestine und gegebenenfalls andere anorganische Füller) mit pulverigen Aminotriazinharz trocken gemischt und wie eine Heisspressmasse zu Reibkörpern geformt werden (schweizerische Patentschrift Nr. 227652).
Dabei wurde erstmalig die wichtige Beobachtung gemacht, dass die Aminotriazinharze, z. B. Melaminharze, Bremskörper herzustellen gestatten, deren Reibungskoeffizient beim Gebrauch nicht mehr abfällt, sondern sich auf einen höheren Wert als den Anfangswert einstellt. Diese Bremskörper haben sich gut be- währt, aber ihre mechanische Festigkeit ist im allgemeinen geringer als diejenige der nach dem einleitend erwähnten Holländer-Verfahren hergestellten Bremskörper.
Die Bestrebungen, diesen Nachteil zu über- winden, gingen dahin, im Holländer-Verfahren solche Aminotriazinharze zu verwenden, die zwar bereits bis zur hydrophoben Stufe konden- siert, jedoch noch flüssig oder schmelzbar sind (A-Stufe). Trotz ihrer Eigenschaft, aus ihren konzentrierten wässerigen Lösungen durch Wasser ausgefällt zu werden, eignen sich jedoch diese Harze für die Verwendung im Holländer-Verfahren nicht, indem infolge der grossen zur Anwendung gelangenden Wassermengen hohe Harzverluste auftreten, so dass mit grossen Harz- überschüssen gearbeitet und die verwendete Imprägnierungsflüssigkeit zirkulicrt werden musste, um auf einigermassen befriedigende Harzgehalte in der Pülpe zu kommen.
Ferner bestand eine grosse Unsicherheit hinsichtlich des Grades der Aufnahme des Harzes durch die Pülpe und eine befriedigende Fabrikation wäre nicht möglich, wegen der grossen Menge des zirkulierenden Harzes.
Es wurde nun gefunden, dass man im HolländerVerfahren zu befriedigenden Ergebnissen gelangen kann, wenn man Aminotriazinharze verwendet, welche über die A-Stufe hinaus kondensiert sind. Als besonders geeignet haben sich solche Harze erwiesen, die weitgehend gehärtet, d. h. praktisch unlöslich und unschmelzbar sind, jedoch noch eine gewisse Wärmeplastizität aufweisen (fortgeschrittene B-Stufe), während anderseits Harze der C-Stufe, d. h. solche, die vollkommen ausgehärtet sind, nicht mehr genügende Bindefähigkeit mit dem Füllstoff ergeben und sich deshalb nicht mehr unter Hitze und Druck zu mechanisch festen Bremskörpern verpressen lassen.
Um zu den für die vorliegende Erfindung verwendbaren Harzen zu gelangen, kann man z. B. ein wasserlösliches Aminotriazin-Formaldehyd-Kondensationsprodukt in wässeriger Lösung unter Zusatz einer Säure in bekannter Weise weiterkondensieren, bis eine Probe der Lösung in alkalischem Medium eine scheinbar inerte, voluminöse Fällung eines festen Harzes ergibt. Dieses Harz hat, wenn rein hergestellt, so wenig Fluss, dass es als Bindemittel für eine Pressmasse nicht mehr in Frage käme.
Wird nun diese Harzfällung aus der sauren Lösung in Gegenwart einer alkalischen Suspension von faserigen Füllstoffen im Holländer vorgenommen, so kann aus der entstehenden neutralisierten Pülpe, Papier bzw. Pappe hergestellt werden, das nach der Trocknung zu mechanisch festen Reibkörpern verpressbar ist, obwohl in dem verwendeten Harz kaum mehr Fluss nachzuweisen ist.
Man kann aber auch, in noch einfacherer Weise, ein Aminotriazinharz so weit in Substanz vorhärten, dass sein Fluss und seine Wasser-
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löslichkeit praktisch verschwunden sind, und das pulverisierte vorgehärtete Harz direkt dem Holländer beifügen, welcher anorganische Faser und gegebenenfalls andere Füller enthält. Die so erhaltenen Pülpen sind besonders leicht filtrierbar und lassen sich deshalb noch leichter zu plattenförmigem Material aufarbeiten, das nach dem Trocknen direkt zu Reibkörpern heiss verpresst werden kann. Als besonderer Vorteil muss hier die leichte Dosierbarkeit des Harzes zur Erreichung eines bestimmten Harzgehaltes im Endprodukt erwähnt werden, da es leicht möglich ist, die praktisch wertvollen Harzgehalte von 10 bis 50% einzuhalten.
Die nachfolgende Tabelle gibt ein Bild über den Grad der Wasserunlöslichkeit, welcher erfindungsgemäss vorhanden sein muss.
EMI2.1
<tb>
<tb>
Versuch <SEP> l <SEP> # <SEP> I <SEP> 2'3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6
<tb> Härtung <SEP> bei <SEP> 110 <SEP> 110 <SEP> 110 <SEP> 110 <SEP> 110 <SEP> 120
<tb> Härtungszeit <SEP> 0' <SEP> 45' <SEP> 90' <SEP> 180' <SEP> 360' <SEP> 180'
<tb> Viskosität
<tb> in <SEP> C. <SEP> P. <SEP> 1350 <SEP> 26009500 <SEP> c <SEP> oo <SEP> co
<tb> wasserlösl.
<tb>
Anteil <SEP> 91% <SEP> 44% <SEP> 26% <SEP> 12% <SEP> 2#5% <SEP> etwa
<tb> 1%
<tb>
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B-Stufe, wobei natürlich zwischen den Stufen 3 und 4 gewisse Übergänge bestehen. Die Tabelle zeigt immerhin, dass im Rahmen der die Wasserlöslichkeit noch so gross @t, dass im Holländer-Verfahren Harzverluste entsr', üu müssten, die im allgemeinen das tragbare Mass übersteigen, während bei den Harzen der B-Stufen diese Verluste mit steigendem Härtungsgrad (gelierte Stufe) schliesslich so klein werden, dass man sie vernachlässigen kann.
Statt reine Aminotriazinharze können auch deren Mischharze verwendet werden. Insbesondere haben Mischharze mit Phenolkörpern Interesse, da deren grössere natürliche Wasserunlöslichkeit die gewünschte Wirkung unterstützt. Selbstverständlich ist es vorteilhaft, dass sich der Phenolgehalt in solchen Grenzen bewegt, dass die wertvollen hohen Bremswerte der reinen Aminotriazinharz-Bremskörper nicht merklich verschlechtert werden.
Das Verfahren wird durch folgende Beispiele erläutert, ohne dass dadurch dessen Umfang beschränkt wird.
Beispiel l : a) In einem Holländer werden 100 Gew.-Teile Asbestkartonabfälle zu einer 10% igen Pulpe aufgeschlagen und 50 Gew.-Teile pulverig-feinsandiges Aluminiumoxyd sowie 25 Gew.-Teile Natriumcarbonat zugegeben und gemischt.
EMI2.3
1 Mol Melamin+3 Mol Formaldehyd werden in 1000 Gew.-Teilen Wasser von 70 C gelöst, 22#5 Gew.-Teile konz. Salzsäure zugegeben und 15 Minuten bei 60-70 C weiter kondensiert.
Eine Probe der Harzlösung zeigt nun in 1% piger Sodalösung starke Fällung eines weisslichen, flockigen Harzes. c) Die saure Harzlösung b) wird nun innerhalb weniger Minuten in den alkalischen Holländerinhalt einlaufen gelassen und gut durchgemischt, wobei am Schlusse der pH-Wert etwa 8. 5 betragen soll und wenn nötig auf diesen Wert eingestellt wird. Die Holländermischung wird in bekannter Weise auf einem Drahtsieb zu einer Kartonplatte geformt, die gut abgepresst
EMI2.4
und wird in einer Stahlform bei 160 0 C während 10 Minuten und 200 kg/cm2 zu einem Bremsbelag gepresst.
Es wird ein hellgrauer, mechanisch fester Pressling erhalten. d) Wird in gleicher Weise, aber unter Verwendung von 80 Gew.-Teilen Aminotriazinharz gearbeitet, so wird eine Asbestpappe erhalten, die einen Harzgehalt von etwa 26% aufweist.
Man erhält ähnliche, aber noch dichtere Bremskörper als die unter c) beschriebenen.
Beispiel 2 : Das in Beispiel 1 b erwähnte wasserlösliche Aminotriazinharz wird in Pulverform 3 Stunden bei 120 C im Trockenschrank behandelt und dann fein pulverisiert. Das erhaltene Pulver ist praktisch wasser@nlöslich und unschmelzbar.
100 Gew.-Teile Faserasbest werden mit etwa 2000 Gew.-Teilen Wasser im Holländer aufgeschlagen und 50 Gew.-Teile Aluminiumoxyd- Plver scwie 45 Gew.-Teile des obigen weitgehend gehärteten Aminotriazinharzes zugemischt.
Nach gründlicher Mischung wird der Holländer- i : inalt auf Asbestkarton aufgearbeitet und die trockene Asbestpappe 10 Minuten bei 160 C und 200 kg/cm2 verpresst. Man erhält einen hellgrauen, mechanisch sehr festen Bremsbelag.
Werden steigende Mengen des gehärteten Harzes zum gleichen Holländer-Ansatz gegeben, so werden folgende Resultate erhalten :
EMI2.5
<tb>
<tb> Harzgehalt <SEP> Aus@chen
<tb> Zusatz <SEP> der <SEP> Asbest- <SEP> der <SEP> Bremskörper
<tb> pappe
<tb> 45 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Harz <SEP> 17#0% <SEP> hellgrau, <SEP> fest
<tb> 75 <SEP> # <SEP> 24#0# <SEP> grau, <SEP> sehr <SEP> fest
<tb> 100 <SEP> # <SEP> 28#5# <SEP> grau, <SEP> sehr <SEP> fest
<tb> 150 <SEP> # <SEP> 40#5# <SEP> gelbgrau, <SEP> sehr <SEP> fest
<tb> 200 <SEP> # <SEP> 46#0# <SEP> gelbgrau, <SEP> sehr <SEP> fest
<tb>
Beispiel 3 : 60 Gew.-Teile Melamin werden mit 26 Gew.-Teilen Xylenol und 155 Volumteilen 33 vol.-%iger Formaldehydlösung bei alkalischer Reaktion am Rückfluss auf dem kochenden Wasserbad bei 950 C 30 Minuten reagieren gelassen.
Dann wird das Wasser durch Vakuumdestillation entfernt und das klare Harz in dünner Schicht 6 Stunden bei 100 C
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im Trockenofen nachbehandelt und fein pulverisiert (Harz I).
In gleicher Weise wird unter Verwendung von 51 Gew.-Teilen Xylenol das Harz II und unter Verwendung von 102 Gew.-Teilen Xylenol das Harz III hergestellt.
Die Herstellung der Bremsbeläge nach dem Holländer-Verfahren erfolgt wie in Beispiel 2, unter Verwendung der obigen Harze an Stelle des reinen Triaminotriazinharzes, wobei die folgenden Resultate erzielt werden :
EMI3.1
<tb>
<tb> Zusatz <SEP> Harzgehalt
<tb> @@ <SEP> Harz <SEP> der <SEP> Asbest- <SEP> Aussehen <SEP> der <SEP> Bremskörper
<tb> wichtsteile <SEP> pappe
<tb> 50 <SEP> I <SEP> 16#5% <SEP> hellgrau, <SEP> fest
<tb> 50 <SEP> 11 <SEP> 17-0"hellgrau, <SEP> fest
<tb> 50 <SEP> III <SEP> 17-5 <SEP> hellgrau, <SEP> fest
<tb> 80 <SEP> I <SEP> 26-5"grau, <SEP> sehr <SEP> fest
<tb> 80 <SEP> II <SEP> 25-5"grau, <SEP> sehr <SEP> fest
<tb> 80 <SEP> III <SEP> 23-5"grau, <SEP> sehr <SEP> fest
<tb> 100 <SEP> III <SEP> 29-0 <SEP> dunkelgrau,
<SEP> sehr <SEP> fest
<tb>
Statt Asbestfasem können beim vorliegenden Verfahren auch Gemische von Asbestfasem mit anderen faserigen Substanzen ; statt Aluminiumoxyd auch andere pulverige anorganische Füller, wie sie bei der Herstellung von Reibkörpern üblich sind, verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE : l. Verfahren zur Herstellung von Reibkörpern, insbesondere Brems- und Kupplungsbelägen unter Verwendung von anorganischen, faserigen und pulverigen Füllern und AminotriazinFormaldehyd-Kondensationsprodukten als Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, dass man die Füller mit solchen Aminotriazirtharzen, die über die A-Stufe hinaus kondensiert sind, in wässeriger Dispersion nach bekannten Methoden, zu einem papier-oder pappeartigen Gebilde verarbeitet, und hierauf heiss verpresst.