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La présente invention se rapporte à une matière de fric- tion et à un procédé pour fabriquer la matière de friction pour l'application aux. freins, et particulièrement aux freins à disque utilisés pour le freinage des avions et d'autres types de véhicu- les de transport.
Les matières de friction comprennent habituellement.com- me constituants essentiels des charges créant la friction et un liant pour ces charges. Le liant et les charges sont habituelle- ment mélangés en un mélange homogène et moulés ensuite sous l'ac- tion de la chaleur et de la pression dans les dimensions, forme et dureté désirées. Dans le type de freins à disque où un disque métallique tourne en relation fixe avec une roue de véhicule en-
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tre deux garnitures de friction, il devient extrêmement difficile de construire et d'assembler les parties de manière que les surfa- ces en contact du disque et des garnitures de friction soient par- faitement parallèles entre elles.
Même lorsque cette condition est approchée, on constate que dans des conditions de freinage diffici- le, des vibrations se produisent entre le disque et les garnitures de friction dans une mesure telle que la'surf ace effective des garnitures en contact de freinage ou de firction avec le disque est davantage réduite. Lorsque ce phénomène se produit, une force plus grande est nécessaire pour provoquer le frottement voulu pour réduire le moment d'un véhicule, ce qui donne naissance à une pro- duction de chaleur et a une usure localisées avec le résultat que la garniture de friction rend un service moindre et qu'elle a une efficacité de freinage réduite.
On a découvert à présent qu'en utilisant des charges et des liants classiques on peut faire une garniture de friction qui maintienne un contact de freinage constant entre elle et, par exem ple, le disque d'un fretn à disques tout au long de l'opération de freinage quelles que soient les conditions de freinage et la cons- truction du frein. Ce contact de freinage amélioré est rendu possi ble par les garnitures de friction suivant la présente invention à cause de la manière nouvelle de les fabriquer.
On a découvert qu'une matière de friction perfectionnée -peut être fabriquée à partir d'une composition de friction conte- nant une charge classique créant une friction, et un liant en pro- curant une pluralité d'éléments de friction, ou zones créant une friction, d'une composition de friction carbonisée entremêlés avec et liés à une pluralité d'éléments de friction, ou zones créant une friction, d'une composition de friction non carbonisée.
La matière de friction perfectionnée est fabriquée à partir d'un mélange de particules'broyées carbonisées et non carbonisées d'une composition de friction comprenant une charge créant une friction et un liant organique thermodurcissable, mélange qui est ensuite soumis à cui son et rendu compact par l'action d'une chaleur et d'une pression
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suffisantes pour durcir la partie liant des particules non carbo- nisées et transformer ainsi le mélange de particules en une masse liée unitaire.
On a constaté que les particules carbonisées sont de ha- ture plus molle que les particules non carbonisées, et par consé- quent, les particules non carbonisées ont une plus grande capacité de charge, dans le sens de supporter une charge, que les particule: carbonisées. On croit que cette différence de capacité de charge permet une répartition plus uniforme des forces 'sur la surface de \ la garniture de friction, et, par conséquente une répartition plus uniforme de l'usure due à la friction, ce qui a pour résultat une action de freinage pratiquement uniforme sur toute la surface de la garniture de friction et donc un freinage par la garniture de friction sûr et efficace.
On croit également que l'action sûre et efficace de la matière de friction suivant la présente invention est due à la formation d'une phase ou matrice continue de composi- tion de friction non carbonisée dont les vides sont remplis par la composition de friction carbonisée, la fonction de la matrice é- tant de répartir de manière uniforme la pression de freinage sur chacune des surfaces des nombreux éléments de friction carbonisés et non carbonisés isolés.
La composition de friction utilisée dans la présente in- vention est préparée en mélangeant des chargés classiques quelcon- ques désirées avec des liants organiques classiques quelconques dé. sirés en utilisant un solvant afin de faciliter le mélange de ces divers ingrédients. Un procédé approprié pour mélanger les charges avec le liant est d'introduire d'abord de la fibre d'amiante dans un mélangeur classique et d'ajouter ensuite le liant comprenant, par exemple, une résine organique, thermodurcissable et transfor- mable par la chaleur et un caoutchouc comme le polychloroprène ou le copolymère caoutchouteux de butadiène-1,3 et d'acrylonitrile dans un solvant pour la résine et le caoutchouc jusqu'à ce que la fibre d'amiante et la solution de liant soient mélangées parfaite- ment en une pâte.
A ce mélange on ajoute ensuite les autres char-
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ges ordinairement utilisées pour la fabrication des matières de friction, y compris le talc, l'argile, l'ardoise, la pierre ou ter- re pourrie, le mica, la farine de bois, les copeaux et les poudres métalliques, les fibres de verre, le feutre, les oxydes métalli- ques, la silice, la craie, le graphite, les nitrures métalliques, le carbon black, etc., chacune de ces substances donnant à la gar- niture de friction finie une caractéristique désirée, par exemple de résistance à l'usure, de coefficient de frottement, d'absorp- tion d'énergie, de conductibilité thermique, de résistance aux cas- sures, de lubrification, et autres propriétés désirables.
Des agents de vulcanisation nécessaires pour provoquer la vulcanisation et la prise du liant sont également ajoutés et soigneusement mélangés.
Ce mélange peut être chauffé pendant qu'il est mélangé pour chas- ser le solvant. Ce mélange séché est ensuite retiré du mélangeur et amené dans un broyeur pour réduire les particules individuel le de la masse séchée à des dimensions pratiquement uniformes, et la masse à l'état broyé non compact avec une tendance faible, sinon nulle, de la matière broyée à cohérer lorsqu'elle est comprimée par les doigts. Ce mélange broyé et séché de matière de friction est la composition de friction brute à partir de laquelle sont faites les garnitures de friction suivant la présente invention.
Une partie de cette composition brute est étendue sur des plateaux sous forme broyée et est suffisamment chauffée ou cui- te pour volatiliser et carboniser les composants/liant. La compo- sition cuite et carbonisée est semblable à la composition brute quant à son apparence physique, la seule différence étant que la .position cuite a une couleur plus sombre, voisine du noir. La composition de friction carbonisée peut passer dans un broyeur pour broyer la masse carbonisée en un mélange de particules broyées non compact ou encore le broyage peut se faire durant le mélange de la composition de friction carbonisée dans un baratteur avec la composition brute.
La composition carbonisée est ensuite mélangée avec la
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composition brute dans un baratteur approprié' en proportions di- verses allant de 20 à 80 % pour l'une à 80 à 20 % pour l'autre.
Ce mélange de composition brute et de composition carbonisée est ensuite rendu compact ou moulé sous forme d'une garniture de frein désirée, sous pression, et cuite à une chaleur suffisante pour transformer le liant présent dans la composition brute en matière infusible, mais sans provoquer une carbonisation ou un frittage partiel du liant.
Le mélange de la composition de fric- tion carbonisée et non carbonisée peut être rendu compact dans un moule sous une pression d'environ 5. 000 à 15.000 livres/pouce car- ré (351 à 1054 kg/cm2), et il est préférable d'utiliser une près- sion d'environ 10. 000 livres/pouce carré (703 kg/cm ). Le mélange peut être cuit à une température de 275 F (135 C) environ à 400 F (204 C) et pendant une période de tempssuffisante pour transformer le liant thermodurcissable en une masse infusible. Il est préfé- rable de cuire le mélange à une température de 300 à 350 F (149 à 177 C) pendant 2 heure environ. On n'utilise jamais de conditions de cuisson qui provoquent la carbonisation du liant de la partie ,non carbonisée du mélange.
La matière de friction non carbonisée cuite a une plus grande dureté ou capacité de supporter'une char- ge que celle que possède la matière carbonisée noyée. Ces garnitu- res de friction moulées sont ensuite amenées aux dimensions appro- priées, assemblées avec un dispositif de retenue classique quelcor que et placées dans un frein prêtes au service.
De manière plus spécifique, la garniture de friction sui- vant la présente, invention peut être faite suivant l'exemple ci- dessous, dans lequel les parties sont exprimées en poids : Exemple..
On prépare les constituants suivants en utilisant la com- position de friction brute à partir de laquelle on fabrique une garniture de friction suivant la présente invention:
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EMI6.1
<tb> Fibre <SEP> d'amiante <SEP> 100
<tb>
<tb>
<tb> Liant
<tb>
<tb>
<tb> Sulfate <SEP> de <SEP> baryum <SEP> 20
<tb>
<tb> Poudre <SEP> de <SEP> cuivre <SEP> 15
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Copeaux <SEP> de <SEP> laiton <SEP> 100
<tb>
<tb>
<tb> Poudre <SEP> de <SEP> plomb <SEP> 15
<tb>
<tb> Talc <SEP> 25
<tb>
Le liant de la composition ci-dessus comprend les consti- tuants suivants : Parties,.
EMI6.2
<tb>
Résine <SEP> à <SEP> base <SEP> de <SEP> phénol-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 170
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> formaldéhyde
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Hexaméthylène <SEP> tétramine <SEP> 10
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Copolymère <SEP> caoutchouteux <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> butadiène <SEP> et <SEP> d'acrylonitrile <SEP> 20
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 75/25
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Méthyl-éthyl-cétone, <SEP> solvant
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pour <SEP> la <SEP> résine <SEP> et <SEP> le <SEP> caout- <SEP> 250
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> chouc.
<tb>
Les fibres d'amiante et le liant sont mélanges dans un malaxeur à pâte classique jusqu'à ce qu'on obtienne une pâte rela- viement homogène, et on ajoute ensuite les charges à cette pâte et on poursuit le mélange à une température de 120F (49 C) jus- qu'à ce que pratiquement tout le solvant ait été éliminé. On fait passer ensuite le mélange résultant dans un broyeur en vue de ré- duire la composition de friction brute en une masse de particules uniformes fibreuses non compactes ayant une couleur gris pâle dont la tendance à cohérer lorsqu'elles sont comprimées entre les doigts est faible ou inexistante.
Une partie de cette composition de friction brute sous forme broyée est exposée sur un plateau en couche de 1/2 pouce d'é- paisseur (12,7 mm) dans un four à une température de 650 F (326C) jusque ce que la partie volatile de la composition soit chassée t que la partie carbonisable de liant soit carbonisée. Le empé-
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peinture de la composition s'élève à 800 F (409 C) au cours de sa carbonisation. L'opération, de carbonisation demande environ 15 mi- nutes.
On mélange ensuite 50 parties de cette matière carbonisée avec 50 parties de la composition brute et on place le mélange dans un sous une pression de 10,000 livres/pouce carré (70-3 kg/cm ) et on le cuit sous cette pression pendant heure à 325 F (163 C).
On monte une garniture de friction suivant la présente in- vention dans un dispositif de freinage du type frein à disque et on avec un dyscmemètre d'intertie sussceptible d'absorber 827.000 livres/pied (11429lkilogrammètres) d'énergie cinétique en 12,5 secondes en utilisant 6 disques de friction de 2 pouces 50,8 mm) de diamètre portant sur un disque de freinage en acier au carbone mi-dur S.A.E.
1035 de 10 pouces (254 mm) et de 3/8 pouce (9,5 mm) d'épaisseur ces 6 disques de friction étant placés de que 3 disques soient opposés à 3 autres disques, sur les côtés opposés du disque de frein en acier, Une garniture de fricition fabriquée suivant le procédé de la présente invention a un coeffi- cient de frottement de 0,405 et elle présente une usure moyenne par arrêt de 0,00146 pouce (0,03708 mm).
A titre de comparaison des résultats, une garniture de friction normale est fabriquée à l'aide d'une composition brute seule en moulant la composition sous une pression de 10. 000 li- vres/pouce carré (703 kg/cm2) et en la cuisant à une température de 325 F (163 C) pendant -1 heure. La composition est ensuite sou- mise à cuisson dans un four dans lequel la température est gradu- ellement portée à 550 F (270 C) et maintenue ensuite à 550 F pen- dant une heure. A l'essai, cette garniture de frein normale n'a qu'un coefficient de frottement de 0,345, et présente une usure moyenne par arrêt de 0,001925 pouce (0,04889 mm).
Après que ces garnitures de friction aient été utilisées pour opérer 50 arrêts du dynamomètre, on fait une lecture du dia-
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gramme des couples au 51ème arrêt. La garniture de friction sui- vant la présente invention donne une courbe de couples relative- ment linéaire et en pente douce indiquant un couple de freinage initial de 1.000 livres/pied (138,2 kgm) descendant à 900 livres- pied (124,4.
kgm) au cours des 3 premières secondes d- temps de freinage, et retourne ensuite graduellement vers un couple de 1.000 livres-pied (138,2 kgm) pour la plus grande partie du temps de freinage restant et s'élève ensuite à un couple de 1050 livres- pied (145,1 kgm) au cours de la dernière seconde et demie du temps de freinage.
On obtient une courbe de couples beaucoup plus irré- gulière avec la garniture de frictionnormale faite p'our la compa- raison comme décrit ci-dessus avec laquelle il se développe un couple de freinage de 950 livres-pied (131,2 kgm) qui tombe ensui- te brusquement en 3 secondes à 750 livres-pied (103,5 kgm) et va- rie ensuite d'une manière très irrégulière entre des écarts gra- duels de couples de 50 à 150 livres-pied (6,9 à 20,7 kgm) en 30 sauts séparés environ depuis un couple minimum moyen de 850 livres. pied (117,3 kgm) à un couple maximum moyen de 1150 livres-pied (158,9) durant les 7,5 dernières secondes du temps de freinage.
Ceci est dû au contact de friction approprié dans le cas du cou- ple relativement linéaire et en pente douce obtenu pour la garni- ture de friction suivant la présente invention et du contact de friction inadéquat dans le ces de la courbe de couples irrégulière pour la garniture de friction normale.
Le constituant liant de la garniture de friction suivant la présente invention peut être composé d'une composition quelcon- que appropriée résineuse, organique, thermodurcissable. De petites quantités d'une matière caoutchouteuse, ou d'une huile siccative, peuvent être ajoutées à la composition résineuse afin d'améliorer la résistance de la garniture de friction aux cassures. Des rési- nes organiques transformables ou durcissables par la chaleur com- prennent tes produits de condensation d'aldéhyde avec un phénol com- me le phénol, une mélamine, la liqueur décorce de noix d'acajou,
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l'aniline, le cyanamide, une cétone, l'urée ou le tanin.
Le liant préféré suivant la présente invention comprend un mélange d'une résine thermodurcissable comme le produit de condensation de for- maldéhyde et d'un phénol, qui peut être utilisé en quantité allant d'environ 60 à environ 97 parties, et un copolymère caoutchouteux de butadiène-1.,3 et d'acrylonitrile, appelé communément Buna N, qui peut être utilisé en une quantité allant d'environ 3 parties à environ 40 parties pour 100 parties en poids de la résine et du caoutchouc combinés. La résine de phénol et de formaldéhyde peut être prépares en utilisant des proportions équimoléculaires de cha- cun des agents de réaction, ou un excès moléculaire de formaldéhy- de pouvait atteindre 2 moles par mole de phénol.
La résine utili- sée dans l'exemple ci-dessus comprend des proportions équimolécu- laires de phénol et de formaldéhyde, un excès de formaldéhyde é- tant ajouté par l'utilisation d'hexaméthylène-tétramine pour ame- ner la résine à l'état insoluble.
Le terme "carbonisé" désigne la présence de carbone ré- sultant de la carbonisation de matière carbonisable et l'absence de matière volatile volatilisable au cours de la carbonisation.
Bien que certains modes et détails d'exécution aient été dé- dits à titre d'illustration de la présente invention, il est clair que de nombreux changements et modifications peuvent y être appor- tés sans sortir de son cadre.
REVENDICATIONS.
1.- Composition de friction caractérises en ce qu'elle comprend un mélange de matières de friction carbonisées et non carbonisées, les matières comprenant une phase de liant et une charge créant la friction.