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*composition pour garniture de ±reine** la présente invention a pour objet une composition pour garniture de freins, aindi que la fabrication d'une garniture de patina de freina à partir de cette composition* la présente invention a plus spécifiquement pour objet la fabrication de compositions pour garniture de patine de freina, particulièrement prévues pour être utilisées dans les véhicules sur rails,dans les mêmes conditions que celles ha- bituellement employées avec les patins de freins habituels en fonte et sans devoir apporter aucune modification au mécanisme de freinage, ces compositions présentant des avantagea tolu qu'une haute résistance à l'usure (c'est-à-dire faible vitesse d'usure),
un effet de freinage approprié ainsi qu'un poids léger, do talon à exclure toute possibilité de détérioration des rouée,
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auxquelles lies sont appliquées*
Les compositions de patina de freina, que l'on utilise habituellement dans les véhicule a sur rails, ont souvent un coefficient do frottement (# = 0,30 - 0,45) plus élevé que les patins de freins en fonte, de aorte que, pour atteindre une faible vitesse de freinage, il devient indispensable de modifier fondamentalement leur mécanisme de freinage.
De plus, en ce qui concerne les ingrédients de ces oom- positions de patina de freina, il subsiste des problèmes non- résolus. du fait que les granules et les copeaux de métal très dur, habituellement mélangée à ces compositions en vue d'allé- @ liorer leur résistance à l'usure et d'empêcher la formation de gerçures sur la surface de roulement de la roue, entraînent la formation de rayures sur cette surface de roulement et du fait également que la grande quantité de caoutchouc synthéti- que ou autres produits non-résistants à la ohaleur et à conducti- bilité thermique altèrent la propriété de résistance à l'usure.
par contre, les garnitures de patine de freins suivant la présente invention sont exemptes de tous ces défauts de la technique antérieure et elles ont un excellent rendement à toua pointe de vue. En particulier, comme on l'a indiqué, leur uti- lisation dans les véhioules sur rails à grande vitesse, dans les mômes conditions que celles des patins de freins en fonte, ne nécessite aucune modification du mécanisme de freinage de ces véhicules*
Pour éolairoir ce point, on obtient les garnitures de patins de freina suivant la présente invention, tout d'abord en mélangeant intmesent (a) des granules de graphite ou du noir de carbone avec (b) une réaine synthétique thermodurcissable ap- propriée, définie ci-après d'une manière plue détaillée ;
ensuite@ on mélange intimement le mélange obtenu de graphite ou de noir de carbone avec des granules d'un métal doux approprié, également
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défini ci-après et enfin, on soumet le mélange ainsi obtenu à un renflement par la pression et la chaleur dans un moule de forme appropriée. Ces garnitures de patine de freina pré- sentent les caractéristiques spéciales suivantes.
(1) leur coefficient de frottement est de 0,10 à 0,25, ce qui est inférieur à celui des compositions de patina de freina habituellement employées; (2) le changement de leur propriété de frottement, à la suite des modifications de vitesse, de température ou d'humidité, ne dépasse pas 5 à 15 % et (3) par suite de l'absence de matières dures comme ingrédients, les surfaces de roulement, auxquelles elles sont appliquées, subissent très peu d'usure et sont essentiellement exemptes de rayures ou autres.
D'une manière plus spécifique, on obtient les garnitures de freins de la composition suivant la présente invention, pré- sentant les propriétés avantageuses précitées, tout d'abord en mélangeant intimement du graphite sous forme de ^ranules de 60 à 500 mailles, en une quantité de 50 à 60 parties en poids, avec la résine synthétique (résine thermodurcissable de mélamine- formaldéhyde) oopplymère thermodurcissable de mélanine -nylon, résine thermodurcissable de phénol-formaldéhyde), en une quau- tité de 20 à 50 parties en poids;
ensuite, on mélange le mélange obtenu de granules de graphite et de résine thermodurcissable avec jusqu'à 40 parties en poids de granules de métal doux (par exemple de granules de cuivre, d'aluminium, de plomb, de fer corroyé ou autres matières métalliques analogues) de 10 à 100 mailles, puis on soumet le mélange intime ainsi obtenu à un renforcement par chaleur et pression dand un moule de forme ap- propriée. Dans une autre forme de réalisation, les granules de gravite peuvent être remplacés entièrement ou partiellement par du noir de carbone, de sorte qu'au lieu de 30 à 80 parties en
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poids de graphite,
on emploie 30 à 60 parties en poids de noir de carbone (qui est une forme quasi graphitique de carbone à pe- tites particules et qui, dans le but de la présente invention, est essentiellement l'équivalent du graphite) ou 30 à 80 parties en poids d'un mélange de l'une ou l'autre proportion désirée de graphite et de noir de carbone.
Par suite de leur forte teneur en graphite et/ou en noir de carbone et eu égard aux propriétés avantageuses de ce ou ces ingrédients, les garnitures de patins de freins de la compo- sition suivant la présente invention sont également caractéri- sées par des particularités spéciales telles qu'une résistance à la chaleur beaucoup meilleure, un accroissement de la zone de contact entre les granules, une amélioration des propriétés de résistance à l'usure, de conductibilité thermique et de dureté, une réduction de poids et, par suite de l'emploi de granules de métal doux, un coefficient de frottement libre de # = 0,08 - 0,35.
En ce qui concerne l'agent liant, le remplacement total du caoutchouc synthétique habituellement employé par une résine thermodurcissable du type précité, entraîne une amélioration remarquable des propriétés de résistance & l'usure, de résistance à la chaleur et de dureté.
On donnera ci-après une forme de réalisation préférée de la présente invention} Exemple 1
EMI4.1
<tb> % <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Granules <SEP> de <SEP> graphite <SEP> (60-500 <SEP> mailles), <SEP> 50 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Granulée <SEP> de <SEP> cuivre <SEP> (100-300 <SEP> maillée) <SEP> 10 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Granules <SEP> d'aluminium <SEP> (100-300 <SEP> mailles) <SEP> 15 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Réaine <SEP> thermodurcissable
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> phénol-formaldéhyde <SEP> (60-300 <SEP> mailles) <SEP> 25 <SEP> % <SEP>
<tb>
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Exemple
EMI5.1
<tb> % <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb> Granules <SEP> de <SEP> graphite <SEP> (60-300 <SEP> mailler <SEP> 40 <SEP> %
<tb>
<tb> Granules <SEP> de <SEP> fer <SEP> corroyé <SEP> (60-300 <SEP> Bailles)
<SEP> 5 <SEP> %
<tb>
<tb> Granules <SEP> d'aluminium <SEP> (100-300 <SEP> mailles) <SEP> 30 <SEP> %
<tb>
<tb> Résine <SEP> thermodurcissable
<tb> de <SEP> phénol-formaldéhyde <SEP> (60-300 <SEP> Milles) <SEP> 25 <SEP> %.
<tb>
Dans l'un ou l'autre cas des deux exemple* ci-dessus, on verse, dans un moule métallique (par exemple es fonte), un mélange homogène préparé en agitant physiquement et en mêlant géant ces ingrédient?ensuite, on chauffe le mélange à 170 C, tout en le soumettant à une pression de 150 kg/cm , puis on le ouit dans un four pendant quatre heures à 80 C.
Le graphite de cette forme de réalisation peut être remplacé entièrement ou par- tiellement par du noir de carbone*
Les avantages des patins de freina de la composition ob- tenue suivant la présente invention ressortent dos chiffrée ci-' après, basés sur des essais effectués pa# 1' institut de Recherchée
Techniques du Ministère japonais des communications.
En oe qui concerne la résistance à l'usure, les patins de freins de la composition habituelle ont une vitesse d'usure de 15 x 10-7 mm/kg-m à la vitesse de 120 km/h (la température de la roue étant de 150 C). Par centre, un patin de frein de la composition suivant les exemples 1 et 2 ci-dessus a une vitesse d'usure de 2 à 3 @ 10-7 mm/kg-m. En d'autres termes cette dernière est 5 à 7 fois plus résistante à l'usure que la pre- mière* De plue, lorsque la vitesse dépasse 120 km/h et que la température de la roue monte au-delà de 250*0, la vitesse d'usure du produit habituel augmente d'une manière destructive, tandis que celle du produit de la présente invention n'augmente que
1,5 à 2 fois.
A l'essai de résistance thermique, le produit de la présente invention peut également résister à une température de la roue de 45000. (A 450 0 et à 120 km/h. la propriété de ré-
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siatance à l'usure du produit de la présente invention devient de 15 x 10-7 mm/kg-m, soit à peu près la même que celle du pro- duit habituel à 15000 à cette vitesse, ce dernier produit étant rapidement détruit à 45000). Ces chiffres comparatifs démon- trent l'utilité particulière des patina de freins de la composi- tion de la présente invention pour les véhicules sur rails à très grande vitesse.
En outre, la présente invention offre l'avantage précité de ne nécessiter aucune modification de remaniement des roues, comme c'est généralement le cas pour les compositions habituelles de patins de freins. Las nouveaux patins de freins n'endommagent pas les roues qui y sont associées. Ils ont une durabilité 6 à 8 fois plus longue que celle des patins en fonte. Les véhicules, équipés de ces patins, ont un effet de freinage suffisant et ils sont d'une conduite confortable.
Un autre avantage particulier de la présente invention réside dans le fait que les garnitures de frein ont non seulement un bon coefficient de frottement, mais également qu'elles oonser- vent ce coefficient à de plus grandes vitesses et à des tempéra- tares plus élevées. Par exemple,le coefficient moyen de frotte- ment de 0,18 à 120 km/h reste pratiquement inchangé à des vites- ses allant jusqu'à 260 km/h et à des accroissements de tempéra- ture allant jusqu'à 380 C et même jusqu'à 450 C.
Il est entendu que la forme de réalisation préférée dé- crite ci-dessus n'est pas limitative, mais qu'elle est donnée simplement à titre d'illustration. Dès lors, certaines modifi- cations peuvent être apportées sans se départir du cadre et de l'esprit de la présente invention. Par exemple, le moulage à la chaleur et sous pression peut avoir lieu dans l'intervalle de température de 150 à 18000 et sous une pression de 50 à 250 kg/cm2.
Le mélange de granules de cuivre et d'aluminium peut être rempla- oé par des quantités correspondantes de granules de cuivre, de
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@
EMI7.1
granules d'aluminium,, des mélangés de' oee granules aveo des gra- nules de plomb ou des mélanges des trois types de gradée de mé- taux doux. la résine de phénol-formaldéhyde peut être remplacée
EMI7.2
par de la résine de mélal111ne-tormaldéhyde ou par un mélange de oea résines dans n'importe quelle proportion désirée, les rési* ' nea sont, de préférence, employées sous une forme solide thermo" duro1ssabre broyée et d'une grosseur de particules proportionnée à celle des autres Ingrédients de la nouvelle composition, par exemple 60 à 200 mailles.
Le noir de carbone se présente avantageusement sous la forme pouvant être obtenue,par exemple par combustion incomplète de gaz naturel, comme par exemple du noir de carbone vendu dans le commerce et utilisé comme pigmenta pour les pneus ea caoutchouc
EMI7.3
:Par le terme "15 x 10"' ma/lrg-n", employé dans la prd- sente description, on entend le degré d'usure subi par un échan- tillon d'essai ayant une surface de contact de l" carré dans l'absorption d'énergie, correspondant à celle nécessaire pour soulever d'un mètre, un produit pesant 1 kg.
EMI7.4
L'expression "tan/h* signifie "kilomètres par heure", tandis -l1e les abréviations "mm" - "cm" et "m" désignent respec- tivement des "millimètres", des "oentimètrea", et dès 'ètrea". mVENDICATIONS.
1." Composition pour garniture de patina de freina, es-
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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* composition for ± queen lining ** the present invention relates to a composition for brake lining, as well as the manufacture of a brake pad lining from this composition * the present invention more specifically relates to the manufacture of brake pad lining compositions, particularly intended for use in rail vehicles, under the same conditions as those usually used with usual cast iron brake pads and without having to make any modification to the braking mechanism, these compositions exhibiting advantages of a high resistance to wear (that is to say low rate of wear),
an appropriate braking effect as well as a light weight, so heel to exclude any possibility of deterioration of the wheels,
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to which the rules are applied *
Brake pad compositions, which are commonly used in rail vehicles, often have a higher coefficient of friction (# = 0.30 - 0.45) than cast iron brake pads, aorta. , to achieve a low braking speed, it becomes essential to fundamentally modify their braking mechanism.
In addition, with regard to the ingredients of these patina de braina formulas, unresolved problems remain. because granules and chips of very hard metal, usually mixed with these compositions for the purpose of improving their wear resistance and preventing the formation of cracks on the running surface of the wheel, cause the formation of scratches on this running surface and also the fact that the large amount of synthetic rubber or other non-heat-resistant and heat-conductive products deteriorate the wear resistance property.
on the other hand, the brake shoe linings according to the present invention are free from all of these defects of the prior art and they have excellent performance at all points of view. In particular, as indicated, their use in high-speed rail vehicles, under the same conditions as those of cast iron brake pads, does not require any modification of the braking mechanism of these vehicles *
In order to achieve this, the brake shoe linings according to the present invention are obtained, first of all by thoroughly mixing (a) granules of graphite or carbon black with (b) a suitable thermosetting synthetic resin, defined hereinafter in more detail;
then @ the obtained mixture of graphite or carbon black is intimately mixed with granules of a suitable soft metal, also
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defined below and finally, the mixture thus obtained is subjected to swelling by pressure and heat in a mold of suitable shape. These brake patina linings have the following special features.
(1) their coefficient of friction is 0.10 to 0.25, which is lower than that of the brake patina compositions usually employed; (2) the change in their frictional property, as a result of changes in speed, temperature or humidity, does not exceed 5 to 15% and (3) as a result of the absence of hard materials as ingredients, the bearing surfaces, to which they are applied, experience very little wear and are essentially free of scratches or the like.
More specifically, the brake linings of the composition according to the present invention are obtained, exhibiting the aforementioned advantageous properties, first of all by intimately mixing graphite in the form of 60 to 500 mesh ranules, in an amount of 50 to 60 parts by weight, together with the synthetic resin (thermosetting melamine-formaldehyde resin), thermosetting opplymer of melanin-nylon, thermosetting resin of phenol-formaldehyde), in an amount of 20 to 50 parts by weight;
then the resulting mixture of graphite granules and thermosetting resin is mixed with up to 40 parts by weight of soft metal granules (eg granules of copper, aluminum, lead, wrought iron or other metallic materials analogues) of 10 to 100 meshes, then the intimate mixture thus obtained is subjected to a reinforcement by heat and pressure in a mold of suitable shape. In another embodiment, the gravity granules can be replaced entirely or partially with carbon black, so that instead of 30 to 80 parts in
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graphite weight,
30 to 60 parts by weight of carbon black (which is a quasi graphitic form of small particle carbon and which, for the purpose of the present invention, is essentially the equivalent of graphite) or 30 to 80 parts is employed by weight of a mixture of either one or the other desired proportion of graphite and carbon black.
Owing to their high graphite and / or carbon black content and having regard to the advantageous properties of this or these ingredient (s), the brake pad linings of the composition according to the present invention are also characterized by special features. such as a much better heat resistance, an increase in the contact area between the granules, an improvement in the properties of wear resistance, thermal conductivity and hardness, a reduction in weight and, as a result of the use of soft metal granules, a coefficient of free friction of # = 0.08 - 0.35.
As regards the binding agent, the complete replacement of the synthetic rubber usually employed by a thermosetting resin of the above-mentioned type results in a remarkable improvement in the properties of wear resistance, heat resistance and hardness.
A preferred embodiment of the present invention will be given below. Example 1
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<tb>% <SEP> in <SEP> weight
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> granules of <SEP> graphite <SEP> (60-500 <SEP> meshes), <SEP> 50 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Granulated <SEP> of <SEP> copper <SEP> (100-300 <SEP> meshed) <SEP> 10 <SEP>%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> aluminum <SEP> granules (100-300 <SEP> meshes) <SEP> 15 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Thermosetting <SEP> Reaine
<tb>
<tb>
<tb> of <SEP> phenol-formaldehyde <SEP> (60-300 <SEP> meshes) <SEP> 25 <SEP>% <SEP>
<tb>
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Example
EMI5.1
<tb>% <SEP> in <SEP> weight
<tb>
<tb> Granules <SEP> of <SEP> graphite <SEP> (60-300 <SEP> mesh <SEP> 40 <SEP>%
<tb>
<tb> Granules <SEP> of <SEP> Wrought Iron <SEP> <SEP> (60-300 <SEP> Bailles)
<SEP> 5 <SEP>%
<tb>
<tb> <SEP> aluminum granules <SEP> (100-300 <SEP> meshes) <SEP> 30 <SEP>%
<tb>
<tb> Thermosetting <SEP> resin
<tb> of <SEP> phenol-formaldehyde <SEP> (60-300 <SEP> Miles) <SEP> 25 <SEP>%.
<tb>
In either case of the two examples * above, a homogeneous mixture prepared by physically stirring and mixing these ingredients is poured into a metal mold (for example a cast iron)? Then, the mixture is heated. mix at 170 C, while subjecting it to a pressure of 150 kg / cm, then vented in an oven for four hours at 80 C.
The graphite of this embodiment can be replaced in whole or in part by carbon black *
The advantages of the brake pads of the composition obtained according to the present invention appear in the figures below, based on tests carried out by the research institute.
Techniques from the Japanese Ministry of Communications.
With regard to wear resistance, brake pads of the usual composition have a wear speed of 15 x 10-7 mm / kg-m at a speed of 120 km / h (the temperature of the wheel being 150 C). Per center, a brake shoe of the composition according to Examples 1 and 2 above has a wear rate of 2-3 @ 10-7 mm / kg-m. In other words, the latter is 5 to 7 times more resistant to wear than the former * Moreover, when the speed exceeds 120 km / h and the temperature of the wheel rises above 250 * 0 , the wear rate of the usual product increases in a destructive manner, while that of the product of the present invention only increases
1.5 to 2 times.
In the thermal resistance test, the product of the present invention can also withstand a wheel temperature of 45000. (At 450 0 and at 120 km / h.
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The wear resistance of the product of the present invention becomes 15 x 10-7 mm / kg-m, or about the same as that of the usual product at 15000 at this speed, the latter being rapidly destroyed at 45000). These comparative figures demonstrate the particular utility of the brake pads of the composition of the present invention for very high speed rail vehicles.
In addition, the present invention offers the above-mentioned advantage of not requiring any modification of rearrangement of the wheels, as is generally the case for the usual compositions of brake pads. The new brake pads do not damage the wheels associated with them. They have a durability of 6 to 8 times longer than that of cast iron skates. Vehicles equipped with these pads have sufficient braking effect and are comfortable to drive.
Another particular advantage of the present invention is that the brake linings not only have a good coefficient of friction, but also maintain this coefficient at higher speeds and at higher temperatures. For example, the average coefficient of friction of 0.18 to 120 km / h remains practically unchanged at speeds up to 260 km / h and at temperature increases of up to 380 C and even up to 450 C.
It is understood that the preferred embodiment described above is not limiting, but that it is given simply by way of illustration. Therefore, certain modifications can be made without departing from the scope and spirit of the present invention. For example, the heat and pressure molding can take place in the temperature range of 150 to 18000 and under a pressure of 50 to 250 kg / cm2.
The mixture of copper and aluminum granules can be replaced by corresponding quantities of copper granules,
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@
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aluminum granules, mixtures of granules with lead granules or mixtures of the three types of soft metal grades. phenol-formaldehyde resin can be replaced
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By melaline-tormaldehyde resin or by a mixture of resins in any desired proportion, the resins are preferably employed in a ground thermo-durosaberic solid form and of a commensurate particle size. to that of the other ingredients of the new composition, for example 60 to 200 meshes.
The carbon black is advantageously in the form obtainable, for example by incomplete combustion of natural gas, such as, for example, carbon black sold commercially and used as pigmenta for rubber tires.
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: By the term "15 x 10" 'ma / lrg-n ", used in the present description, is meant the degree of wear undergone by a test sample having a contact area of 1" square. in energy absorption, corresponding to that necessary to lift a product weighing 1 kg by one meter.
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The expression "tan / h * means" kilometers per hour ", while the abbreviations" mm "-" cm "and" m "denote respectively" millimeters "," oentimeter ", and from 'ètrea" . mVENDICATIONS.
1. "Composition for brake patina lining, es-
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.