^Matière de friction, sa fabrication et élément de friction comprenant cette matière".
La présente invention concerne une matière de friction comprenant du carbone renforcé de fibres au carbone et ayant une température d'oxydation d'au moins
<EMI ID=1.1>
<EMI ID=2.1>
tion concerne également un procédé de fabrication de cette matière, de même que des éléments de friction dans lesquels on utilise ce carbone renforcé de fibres au carbone.
Le carbone renforcé de fibres au carbone a de plus en plus attiré l'attention en tant que matière utilisée dans différentes matières de friction, en particulier, dans les freins des avions et ce, en raison de son poids léger et de ses bonnes caractéristiques de friction. Pour la fabrication de cette matière de friction à base
de carbone renforcé de fibres au carbone, on connaît les procédés suivants :
(a) on imprègne des fibres au carbone avec une résine carbonisable, puis on les moule et on les carbonise, tandis que l'on répète le procédé d'imprégnation et de carbonisation afin d'accroître la densité du carbone renforcé de fibres au carbone ;
(b) on dépose du carbone de pyrolyse sur des fibres au carbone par un procédé de dépôt à la vapeur chimique
(voir "SAMPE", "l6th National Symposium and Exhibition", page 257 ; avril 1971) et
(c) on imprègne des fibres au carbone avec une résine carbonisable, puis on les moule et on les carbonise, après quoi on augmente la densité du carbone renforcé de fibres au carbone par un procédé de dépôt à la vapeur chimique.
En ce qui concerne les matières de friction classiques, en particulier, les matières pour freins d'avions comprenant du carbone renforcé de fibres au carbone, on a considéré qu'en effectuant les étapes opératoires (a), (b) ou (c) ou encore entre deux de ces étapes Ou au terme de celles-ci, il était préférable de soumettre le carbone ' renforcé de fibres au carbone au moins à un traitement thermique à une température élevée, généralement, à une
<EMI ID=3.1>
brevet japonais (OPI) 101770/1975). Cette caractéristique est due au fait qu'une haute graphitisation du carbone conduit à une réduction des pertes par abrasion au cours
du freinage, ce qui est souhaitable pour une matière destinée à la fabrication des freins.
Toutefois, cette graphitisation pose des problèmes du fait que les frais de fabrication sont plus élevés, car la graphitisation exige le traitement thermique du carbone renforcé de fibres au carbone à la température élevée indiquée ci-dessus et, par ailleurs, le carbone renforcé
de fibres au carbone est ramolli, ce qui entraîne une réduction de la résistance et de la rigidité. Toutefois, si le carbone renforcé de fibres au carbone n'est pas soumis à la graphitisation, les pertes par abrasion de la matière pour freins au cours du freinage augmentent habituellement, ce qui n'est nullement souhaitable pour une matière destinée à la fabrication des freins.
Un objet de la présente invention est de fournir une matière de friction utile, un procédé de fabrication de cette matière, ainsi qu'un élément de friction constitué
de cette dernière.
Un autre objet de la présente invention est de fournir une matière de friction subissant de faibles pertes par abrasion à des températures élevées lorsqu'elle est utilisée pour un frein, cette matière ayant' également des caractéristiques de friction suffisamment élevées ; l'invention a également pour objet un procédé de fabrication de cette matière, ainsi qu'un élément de friction dans lequel on utilise cette dernière.
La matière de friction de la présente invention est à base de carbone renforcé de fibres au carbone ayant une valeur R (c'est-à-dire l'indice de cristallinité du
<EMI ID=4.1>
cette matière contenant un antioxydant en une quantité calculée de telle sorte que la température d'oxydation soit d'au moins environ 800[deg.]C.
La fabrication du carbone renforcé de fibres au carbone comporte une étape au cours de laquelle le carbone de la matrice est soumis à un traitement thermique à une température permettant de conférer, au carbone de la matrice, une valeur R se situant entre environ 2,3 et 5, de même qu'une étape au cours de laquelle on incorpore un antioxydant en une quantité calculée de telle sorte que la
<EMI ID=5.1>
ce, pendant ou après la fabrication du carbone renforcé
de fibres au carbone.
La matière de friction de la présente invention peut être utilisée pour un élément de friction, par exemple,
<EMI ID=6.1>
Dans les dessins annexés , la figure 1 est un graphique montrant un diagramme de diffraction des rayons X du carbone renforcé de fibres au carbone et obtenu comme décrit à l'exemple 3 ci-après ; la figure 2 est un graphique montrant la relation poids/température dans une analyse thermogravimétrique du carbone renforcé de fibres au carbone et obtenu comme décrit à l'exemple 3 ci-après.. <EMI ID=7.1>
Suivant la présente invention, on utilise des fibres au carbone comme fibres de renforcement. Les fibres au carbone sont obtenues par carbonisation et/ou graphitisation, généralement à une température se situant dans
<EMI ID=8.1>
peut utiliser une combinaison de fibres au carbone obtenues
à différentes températures et ce, dans n'importe quel rapport volumétrique facultatif. Ces fibres peuvent être utilisées sous forme de fibres découpées, de fils à filaments, de fils filés, de rubans; de tissus tissés, de tissus tricotés, de feutres, de tissus non tissés ou analogues. Bien que le diamètre des fibres ne soit pas critique, il se situe
<EMI ID=9.1>
De préférence, la teneur en fibres du carbone renforcé de fibres au carbone se situe entre environ 20 et
65% en volume, en particulier, entre environ 25 et 50% en volume.
Par l'expression "carbone de la matrice", que l'on utilise dans la présente spécification, on entend la fraction de carbone du carbone renforcé de fibres au carbone qui est différente de celle des fibres de renforcement.
On définira ci-après les expressions "indice de
<EMI ID=10.1>
utilise suivant la présente invention.
Indice de cristallinité R
Dans la relation entre un angle de diffraction des rayons X 29 et une intensité de diffraction dans une diffraction de rayons X à grand angle en utilisant des rayons X
<EMI ID=11.1>
graphite) est indiquée par Imax et si l'intensité de diffrac-
<EMI ID=12.1> <EMI ID=13.1>
tensité de diffraction due à l'air), l'indice de cristallinité R est alors défini par la relation : R = Imax/I14 '
<EMI ID=14.1>
l'intensité de diffraction due à l'air. On mesure les
<EMI ID=15.1>
14
rayons X de 35 KV et 15 mA et avec une largeur de fente
<EMI ID=16.1>
Lorsqu'on mesure la valeur R du carbone de la matrice du carbone renforcé de fibres au carbone suivant
la présente invention, seul le carbone de la matrice est prélevé, au moyen d'une aiguille ou d'un élément analogue,
de la surface brisée du carbone renforcé de fibres au carbone et on le mesure par le procédé décrit ci-dessus.
<EMI ID=17.1>
Du carbone renforcé de fibres au carbone, on découpe un échantillon d'environ 3 mm x 3 mm x 3 mm pesant environ 40 mg, puis on le dépose sur une plaque d'un appareil d'analyse thermogravimétrique (par exemple, un produit vendu par "Rigaku Denki Co." ou "Perkin Elmer Co."), puis on mesure la réduction de poids en soufflant de l'air et en chauffant l'échantillon à une vitesse d'élévation de température de 10[deg.]C/minute.
La figure 2 illustre un exemple de la relation entre la température et la réduction de poids.
En se basant sur la figure 2, on mesure la température à laquelle le poids diminue de 10% par rapport au poids initial et cette température est appelée "température
<EMI ID=18.1>
On a trouvé qu'avec un indice de cristallinité R
<EMI ID=19.1>
<EMI ID=20.1>
environ 800[deg.]C par le traitement d'inhibition d'oxydation du carbone renforcé de fibres au carbone (que l'on peut constater en comparant l'exemple 1 et les exemples comparatifs
<EMI ID=21.1>
<EMI ID=22.1>
<EMI ID=23.1>
ture d'oxydation'du carbone renforcé de fibres au carbone à environ 800[deg.]C ou plus par le traitement inhibiteur d'oxydation suivant l'invention (voir exemple comparatif 2) et qu'avec
<EMI ID=24.1>
<EMI ID=25.1>
nique, le module d'élasticité et la dureté du carbone de la matrice diminuaient, tandis que les pertes par abrasion augmentaient et que l'on ne pouvait obtenir du carbone renforcé de fibres au carbone pouvant être utilisé comme matière de friction (ainsi qu'on peut le constater en comparant l'exemple 1 et l'exemple comparatif 7). Lorsque la valeur R est inférieure à environ 2,3, il est impossible d'élever la température d'oxydation au-delà d'environ 800[deg.]C par le traitement inhibiteur d'oxydation, par exemple, en ajoutant une importante quantité d'un agent antioxydant
(voir exemple comparatif 2).
En résumé, on réalise les objets de la présente invention uniquement lorsque la température d'oxydation est
<EMI ID=26.1>
<EMI ID=27.1>
Avec le carbone classique renforcé de fibres au carbone, on peut effectuer un traitement thermique à une
<EMI ID=28.1>
sation du carbone contenu dans le carbone renforcé de fibres au carbone et, au besoin, on a procédé à un traitement d'oxydation complémentaire. Toutefois, même si la température d'oxydation était supérieure à environ 800[deg.]C, la valeur R serait généralement de 7 ou plus et, par conséquent, il est impossible de réduire les pertes par abrasion dans les mêmes proportions que celles pouvant être réalisées par la présente invention (voir exemples comparatifs 7 et 9).
En tant que matière de friction, le carbone renforcé de fibres au carbone suivant la présente invention possède des propriétés nettement supérieures à celles des matières dans lesquelles la valeur R est supérieure à 5 et pour lesquelles la température d'oxydation est supérieure
à environ 800[deg.]C ; en particulier, les pertes par abrasion sont faibles, tandis que la résistance, le module d'élasticité et la dureté sont élevés (voir exemples 1 à 3).
Suivant la présente invention, on n'adopte pas
le traitement à température élevée qui a été effectué jusqu'à présent en vue d'améliorer les propriétés en tant que matière de friction, en particulier, en vue de réduire les pertes par abrasion. Au contraire, on applique un traitement à des températures relativement basses de telle sorte que la valeur R se situe dans un intervalle bien défini tel que celui indiqué ci-dessus tandis que, en combi- nant le traitement à une température relativement basse et le traitement inhibiteur d'oxydation en vue d'élever la température de décomposition par oxydation à une valeur bien définie, on peut obtenir une matière de friction dont les caractéristiques sont nettement supérieures à celles
des matières de friction constituées du carbone classique renforcé de fibres au carbone.
En règle générale, on fabrique le carbone renforcé
de fibres au carbone de la manière suivante :
(1) Par un procédé consistant à utiliser au moins
une fibre au carbone comme fibre de renforcement, imprégner
cette dernière d'une résine carbonisable, mouler le produit
ainsi obtenu et soumettre ce.dernier à une carbonisation
afin de carboniser la résine, puis imprégner le moule d'une résine carbonisable et chauffer cette dernière afin de la carboniser et ainsi accroître la densité du carbone renforcé
de fibres au carbone.
(2) Par un procédé consistant à déposer du carbone
sur la fibre de renforcement décrite ci-dessus moyennant un
dépôt à la vapeur chimique.
(3) Par un procédé dans lequel on imprègne une
fibre de renforcement du type décrit ci-dessus avec une
résine carbonisable, pour procéder ensuite à un moulage et
à une carbonisation afin de carboniser la résine, le produit carbonisé étant ensuite densifié par un procédé de dépôt à
la vapeur chimique.
Bien que, suivant la présente invention, on puisse adopter l'un ou l'autre des procédés décrits ci-dessus, on
ne doit appliquer aucun traitement thermique portant la
<EMI ID=29.1>
régnant lors du traitement thermique suivant la présente invention n'est jamais réglée au-delà de 2.400[deg.]C. Suivant la présente invention, on règle la température des étapes de traitement thermique de telle sorte que la valeur R se situe entre environ 2,3 et 5 ou on effectue au moins un traitement thermique à une température calculée de telle <EMI ID=30.1>
deux étapes quelconques après la formation du carbone de la matrice ou au terme de toutes les étapes.
On effectue le traitement inhibiteur d'oxydation du carbone renforcé de fibres au carbone suivant la présente
<EMI ID=31.1>
oxydant, par exemple, le phosphore, le bore ou leurs composés.
Parmi les composés de phosphore et de bore que
l'on peut utiliser, il y a, par exemple, l'acide borique,
l'acide phosphorique ou leurs sels métalliques, par exemple,
les sels de calcium, les sels de zinc, les esters d'acide phosphorique tels que le phosphate de triméthyle, etc.
Parmi ces composés, l'acide phosphorique et l'acide borique
sont préférés. Lorsque le sel métallique est insoluble dans l'eau, on peut obtenir une solution aqueuse de ce sel en vue
de l'utiliser en combinaison avec l'acide phosphorique-ou
l'acide borique.
Pour incorporer le phosphore, le bore ou leurs
composés dans du carbone renforcé de fibres au carbone, on imprègne généralement ce dernier d'une solution aqueuse ou
d'une solution dans un solvant organique (dans le cas des
esters de l'acide phosphorique). On peut effectuer aisément cette imprégnation, étant donné que le carbone renforcé de
fibres au carbone est poreux. En répétant la mise sous vide
et l'application d'une pression, on peut également imprégner l'intérieur du carbone renforcé de fibres au carbone avec la solution. On peut effectuer l'imprégnation à n'importe quel stade succédant à la formation du carbone de la matrice. Une
<EMI ID=32.1>
se situe entre 1 et environ 10% en poids, La solution appliquée par imprégnation ne s'écoule pratiquement pas du carbone renforcé de fibres au carbone, à moins que l'on applique un procédé de séparation, par exemple, une séparation par centrifugation.
Après l'avoir imprégné de la solution, on sèche le carbone renforcé de fibres au carbone. On peut effectuer le séchage à n'importe quelle température se situant dans un intervalle calculé de telle sorte que la valeur R du carbone de la matrice ne dépasse pas environ 5* Lors de cette étape de séchage, on peut adopter une température
<EMI ID=33.1>
Lorsqu'on emploie de l'acide phosphorique et de l'acide borique qui sont des composés hygroscopiques exerçant une influence néfaste sur les caractéristiques de friction (coefficient de friction et pertes par abrasion) ou des composés organiques tels que les esters de l'acide phosphorique, après l'imprégnation, on peut soumettre le carbone renforcé de fibres au carbone à un traitement thermique complémentaire dans une atmosphère non oxydante telle qu'une atmosphère d'azote ou analogues, à une température
<EMI ID=34.1>
composés à une forme sous laquelle ils n'exercent aucune influence néfaste.
Lorsqu'on utilise du bore, du phosphore et leurs composés en combinaison avec des antioxydants tels que
<EMI ID=35.1>
augmente davantage l'effet du traitement inhibiteur d'oxydation.
Bien que le composé mentionné ci-dessus et utilisé comme antioxydant subisse parfois un changement chimique au
cours du traitement thermique, suivant la présente invention,
il suffit qu'au moins le phosphore ou le bore existe sous
une certaine forme dans le produit final.
<EMI ID=36.1>
<EMI ID=37.1>
aussi élevée que possible.
La quantité d'antioxydant requise pour effectuer le traitement inhibiteur d'oxydation de telle sorte que la
<EMI ID=38.1>
<EMI ID=39.1>
de la matrice du carbone renforcé de fibres au carbone. Lorsque cette valeur R est faible, on doit appliquer -on traitement efficace inhibiteur d'oxydation afin de porter la température T. à environ 800[deg.]C ou plus ; d'autre part,
<EMI ID=40.1>
relativement élevée sans appliquer aucun traitement et, par conséquent, on peut porter cette température T. à environ
800[deg.]C ou plus par un traitement inhibiteur d'oxydation moins efficace. Toutefois, lorsque la valeur R est trop basse,
<EMI ID=41.1>
environ 800[deg.]C ou plus par n'importe quel traitement d'oxy-
<EMI ID=42.1>
Lorsque la valeur R est inférieure à environ 2,3, on peut l'élever davantage en appliquant un traitement thermique avant ou après le traitement inhibiteur d'oxydation.
La quantité dans laquelle l'antioxydant doit être contenu dans le carbone,renforcé de fibres au carbone pour porter la température T. à au moins environ 800[deg.]C, est géné-
<EMI ID=43.1>
exprimé en termes de la teneur en phosphore et en bore élé-mentaires sur la base du poids du carbone renforcé de fibres i
<EMI ID=44.1>
<EMI ID=45.1>
<EMI ID=46.1>
antioxydant. D'autre part, lorsque la valeur R est plus faible, c'est-à-dire lorsqu'elle est plus proche de 2,3, il est nécessaire d'ajouter l'antioxydant en une importante
<EMI ID=47.1>
<EMI ID=48.1>
Bien que l'antioxydant puisse être utilisé en quantités supérieures à 0,5% en poids, on ne peut observer aucun accroissement correspondant de l'effet exercé. En règle générale, on ajoute cet antioxydant en quantités calculées
de façon à obtenir une teneur d'environ 10% en poids ou moins.
Le traitement d'imprégnation décrit ci-dessus permet l'introduction presque uniforme d'un composé de phosphore et/ou d'un composé de bore à l'intérieur du carbone renforcé de fibres au carbone. Lorsqu'on utilise ce dernier comme matière de friction, il n'est pas toujours nécessaire d'introduire uniformément ces éléments à l'intérieur du carbone renforcé de fibres au carbone, puisqu'aussi bien les effets de la présente invention peuvent être réalisés pour autant que ces éléments existent sur ou près de la surface
du carbone, c'est-à-dire que ces éléments peuvent être introduits dans la quantité indiquée ci-dessus dans la zone devant être exposée après abrasion ou au voisinage de cette zone. Loraqu'on procède à cette imprégnation, il n'est pas nécessaire d'appliquer l'opération décrite ci-dessus au cours de laquelle on procède à une mise sous vide et à l'application d'une pression.
<EMI ID=49.1>
<EMI ID=50.1>
matière pour freins ou pantographes, que l'on utilise à des températures élevées à l'air, subira brusquement une plus forte abrasion au cours de son utilisation. En outre,
<EMI ID=51.1>
<EMI ID=52.1>
par abrasion augmentent et, en outre, la résistance, le module d'élasticité et la dureté du carbone renforcé de
fibres au carbone diminuent.
Comme on le constate d'après la définition donnée précédemment, la valeur R du carbone de la matrice que l'on utilise suivant la présente invention, est une mesure indiquant qu'un degré de cristallisation R d'environ 5 ou moins pour ce carbone est l'indice d'un carbone pratiquement amorphe. En règle générale, le carbone subit une cristallisation par un traitement thermique à des températures élevées et la facilité avec laquelle se produit la cristallisation, varie en fonction de la matière de départ. Les carbones obtenus à partir de fractions de pétrole, par exemple, la
poix de pétrole et l'asphalte, de même que les carbones obtenus par dépôt à la vapeur chimique cristallisent aisément et subissent également aisément une cristallisation par traitement thermique à des températures inférieures. D'autre part, les carbones obtenus à partir d'une résine phénolique, d'une résine de furanne, de goudron de houille ou analogues
ne cristallisent que difficilement et il est nécessaire de soumettre ces carbones à un traitement thermique à des températures plus élevées afin de provoquer la cristallisation. De plus, l'application d'une contrainte au cours du traitement thermique Accélère la cristallisation.
<EMI ID=53.1>
cours de fabrication, à un traitement thermique à une température spécifique et ce, habituellement, pendant une période se situant entre environ 1 minute et environ 1 heure
ou plus. Bien que la température à laquelle est effectué
le traitement thermique, varie suivant la facilité avec
laquelle le carbone de la matrice cristallise, dans le cas
d'un carbone de matrice cristallisant aisément, cette température se situe entre environ 1.200[deg.]C et 2.100[deg.]C tandis que, dans le cas d'un carbone de matrice cristallisant difficilement, cette température se situe entre environ 1.300[deg.]C et <EMI ID=54.1> valle de 1.300[deg.]C à 2.100[deg.]C permet de régler la valeur R de n'importe quelle résine carbonisable dans l'intervalle préconisé suivant la présente invention.
Lors de la fabrication pratique d'une matière de friction à base de carbone renforcé de fibres au carbone suivant l'invention, les conditions dans lesquelles sont effectués le traitement thermique et le traitement inhibiteur d'oxydation, doivent être déterminées de telle sorte que les
<EMI ID=55.1>
renforcé de fibres au carbone ainsi obtenu soient respectivement d'environ 2,3 à 5, ainsi que d'environ 800[deg.]C ou plus.
Lorsque la température régnant lors de l'un ou l'autre des traitements thermiques succédant à la formation du carbone de la matrice dépasse 300[deg.]C, le traitement thermique doit être effectué sous une atmosphère non oxydante telle qu'une atmosphère d'azote.
L'ordre dans lequel sont effectués le traitement inhibiteur d'oxydation succédant à l'étape de carbonisation, de même que le traitement thermique en vue de régler la valeur R, n'est pas critique. Le traitement destiné à accroître
la densité peut être effectué à n'importe quel moment, par exemple, avant ou après les deux traitements ci-dessus ou encore entre ces traitements. Lorsqu'on effectue le traitement inhibiteur d'oxydation avant au moins un des traitements ci-dessus, on peut omettre le séchage et le traitement thermique décrits ci-dessus que l'on effectue afin d'empêcher
la réduction des caractéristiques de friction lors d'un traitement avec l'acide phosphorique, l'acide borique ou les esters de l'acide phosphorique.
Le procédé (1) sera décrit ci-après plus en détail.
La fibre de renforcement se présentant sous la forme décrite ci-dessus est imprégnée d'une résine thermodurcissable et carbonisable telle qu'une résine de furanne, une résine phénolique ou analogues, puis on moule. Bien que les conditions du moulage varient en fonction de la résine,
la température se situe habituellement entre environ 100[deg.]C
et 300[deg.]C et la pression, entre 0 kg/cm2 manométrique et
100 kg/cm2 manométriques. Après le moulage, on effectue un traitement d'oxydation préliminaire à l'air à une température
<EMI ID=56.1>
tant en carbone lors de la carbonisation, puis on effectue le traitement thermique sous une atmosphère inerte à une
<EMI ID=57.1>
carbonisation.
La vitesse d'élévation de la température peut varier dans de larges limites, par exemple, de O,l[deg.]C/minute
<EMI ID=58.1>
préférence, pendant plus de 10 minutes, puis on refroidit progressivement. En règle générale, il n'est pas nécessaire
<EMI ID=59.1>
de 5 heures mais, si l'on inclut le temps requis pour l'élévation de la température, le refroidissement progressif, etc.,
<EMI ID=60.1>
pendant une plus longue période, par exemple, pendant environ
24 heures, pratiquement sans exercer aucune influence néfaste sur la valeur R. Suivant la substance devant être carbonisée et la température, on peut régler la valeur R entre environ 2,3 et 5 en procédant à cette étape de traitement thermique. Le carbone ainsi obtenu et renforcé de fibres au carbone
a habituellement une faible densité et, par conséquent, on l'imprègne d'une résine carbonisable et on le chauffe pour carboniser l.a résine, augmentant ainsi sa densité.
Parmi ces résines carbonisables, il y a, par exemple, une résine phénolique, une résine de furanne, le goudron de houille, la poix de pétrole, l'asphalte et leurs mélanges. Lorsqu'on emploie des matières solides ou très visqueuses telles que la poix de pétrole et l'asphalte, on les liquéfie par chauffage. On effectue l'imprégnation en répétant la mise sous vide et l'application d'une pression dans un récipient.
On effectue la carbonisation comme décrit ci-dessus et on peut également l'effectuer sous une haute pression se situant entre 10 kg/cm2 et 1.000 kg/cm2.
La densité de la matière de friction est générale-
<EMI ID=61.1>
Afin d'obtenir cette densité, l'étape décrite ci-dessus et destinée à accroître la densité est généralement répétée plus de deux fois, habituellement cinq à dix fois. En règle générale, on peut porter la densité à environ 1,8 g/cm3.
On effectue généralement l'imprégnation avec une solution aqueuse contenant un antioxydant à n'importe quel stade succédant à la première étape de carbonisation. Si l'on n'effectue aucun traitement thermique à une température à laquelle on obtient une valeur R d'environ 2,3 ou plus jusqu'au terme de ces étapes, on effectue un traitement thermique à n'importe quel stade désiré afin d'obtenir une valeur R se situant entre 2,3 et 5.
On peut effectuer le procédé (2) de la manière suivante :
On intercale la fibre de renforcement entre deux plaques réalisées, par exemple, en une matière au carbone, puis on dépose le tout dans un four et ensuite, on chauffe
<EMI ID=62.1>
faisant passer un hydrocarbure subissant une pyrolyse et formant du carbone, par exemple, le méthane, l'éthane, le propane, l'acétylène, le benzène, le méthanol, etc., en combinaison avec un gaz non oxydant tel que l'azote, l'argon, l'hydrogène, etc., après quoi le carbone formé par la pyrolyse de l'hydrocarbure se dépose sur la fibre de renforcement.
On effectue ce dépôt jusqu'à ce que la densité du carbone renforcé de fibres au carbone atteigne au moins 1,4 g/cm3. Lorsque le carbone déposé recouvre la surface et que la densité n'augmente pas, on soumet cette surface à une abrasion et l'on applique à nouveau le dépôt à la vapeur chimique afin d'accroître davantage cette densité.
Le procédé (3) est une combinaison des procédés
(1) et (2) indiqués précédemment. On effectue les opérations comme décrit ci-dessus.
La matière de friction de la présente invention
possède d'excellentes caractéristiques pour les freins et
elle subit peu d'abrasion à des températures élevées. Suivant le procédé de la présente invention, on n'effectue pas
le traitement thermique à des températures élevées et, par
<EMI ID=63.1>
il permet également de réaliser des économies d'énergie.
Les exemples ci-après sont donnés afin d'illustrer
plus en détail la présente invention.
Bien que l'exposé ci-dessus et les exemples ci-après concernent principalement l'utilisation du carbone renforcé
de fibres au carbone suivant la présente invention comme
matière pour freins d'avions, ce carbone peut être utilisé
non seulement à cet effet, c'est-à-dire comme matière de
friction pour un élément de friction, mais également comme élément de friction tel que ceux utilisés pour les freins du matériel de chemin de fer, les véhicules automobiles, les motocyclettes, etc., les pantographes pour chemins de fer,
etc. ; en effet, lorsqu'on utilise un tel élément de friction
à l'air et à des températures élevées, l'abrasion par oxydation est faible et ainsi un tel élément constitue une excellente matière.de friction.
Exemples 1 à 3 et
<EMI ID=64.1>
<EMI ID=65.1>
(290 g/m2) d'une fibre au carbone (fabriquée par "Toho
<EMI ID=66.1>
50 kg/cmZ pendant une heure afin d'obtenir un produit moulé
(40 x 40 x 1,7 cm) ayant une teneur en fibres de 40% en volume
<EMI ID=67.1>
la résine phénolique, puis on procède à un refroidissement.
De la sorte, on obtient du carbone renforcé de fibres au carbone.
Etant donné que la densité de ce carbone renforcé
de fibres au carbone est réduite à 1,02 g/cm3, on le plonge dans du goudron de houille que l'on a déposé dans un récipient, puis on imprègne ce carbone avec ce goudron par mise soue vide à 740 mm de Hg pendant une heure, puis par mise sous pression à 5 kg/cm2. Ensuite, on effectue la carbonisation
de la même manière que celle décrite ci-dessus. On effectue dix fois ce procédé de densification (c'est-à-dire un accroissement de la densité par imprégnation et carbonisation) jusqu'à ce que la densité atteigne une valeur de 1,5 g/cm3.
On soumet la matière ainsi obtenue à un traitement thermique aux températures indiquées dans le tableau 1 sous une atmosphère d'azote (maintenue pendant une heure aux températures indiquées dans le tableau 1), puis on la traite <EMI ID=68.1>
d'un diamètre intérieur de 200 mm. On plonge ensuite cet organe dans une solution aqueuse d'acide phosphorique ayant les concentrations indiquées dans le tableau 1, puis on sèche à 150[deg.]C et on maintient ensuite cet organe à 7000C sous une atmosphère d'azote pendant 60 minutes.
On mesure l'indice de cristallinité R, la température d'oxydation To, la résistance à la flexion et les caractéristiques 'de friction du carbone ainsi obtenu et renforcé de fibres au carbone. Les résultats sont repris dans le tableau 1.
Conditions de mesure des caractéristiques pour freins
On mesure le coefficient de friction moyen et les pertes par abrasion par arrêt (réduction de l'épaisseur d'un disque de frein) lorsqu'une force d'inertie de 320 kg-m/cm2 de la surface de friction est arrêtée par une pression de surface de freinage de 20 kg/cm2.
Suite à la chaleur résultant de la friction, la température de la matière de friction s'élève à environ <EMI ID=69.1>
<EMI ID=70.1>
<EMI ID=71.1>
<EMI ID=72.1>
Le tableau 1 indique clairement que les matières
<EMI ID=73.1>
parativement aux matières des exemples comparatifs et que, par conséquent, elfes peuvent être utilisées pour la fabri- cation des freins. En d'autres mots, on peut constater que l'on obtient une excellente matière de friction en effectuant le traitement thermique de façon à obtenir une valeur
<EMI ID=74.1>
<EMI ID=75.1>
Exemples 4 et 5 et
Exemples comparatifs 10 à 13
On procède de la même manière qu 'à 1 ' exemple 1,
avec cette exception que, comme fibre de renforcement, on
utilise une toile (370 g/m2) formée à partir d'un fil à
filaments de fibres au carbone de haute résistance (fabri- que par "Toho Beslon Co., Ltd." ; résistance : 330 kg/mm2 ; module : 24 tonnes/mm2 ; nombre de filaments : environ 6*000) ou à partir d'une fibre au carbone à module élevé (résistance :
250 kg/mm2 ; module : 35 tonnes/mm2 ; nombre de filaments :
<EMI ID=76.1>
prégnation et de densification, puis on applique le même
<EMI ID=77.1>
températures indiquées dans le tableau 2. Dans certains cas, comme indiqué au tableau 2, on applique un traitement inhi-
<EMI ID=78.1>
d'acide phosphorique de la même manière qu'à l'exemple 1.
En ce qui concerne la valeur R du carbone de la matrice, on racle et mesure une certaine portion de la matrice du carbone ainsi obtenu renforcé de fibres au carbone. A titre de référence, comme indiqué au tableau 2, on mesure également la valeur R du carbone entier comportant les fibres de renforcement. La valeur R des fibres au carbone de haute résistance et des fibres au carbone à module élevé est respectivement de 2,6 et de 16,5*
'Pour le carbone ainsi obtenu renforcé de fibres au carbone, on effectue l'essai de freinage dans les mêmes conditions que celles décrites à l'exemple 1 et l'on mesure les caractéristiques de friction. Les résultats obtenus sont repris dans le tableau 2.
<EMI ID=79.1>
<EMI ID=80.1>
En comparant lea exemples et les exemples comparatifs, on peut constater que, pour la présente invention, il importe que la matrice de carbone ait une valeur R de
5 ou moins et que, même si l'on utilise une fibre au carbone à module élevé comme fibre de renforcement (dans ce cas., la valeur R du carbone entier renforcé de fibres au carbone est élevée), l'effet de la présente invention peut être réalisé en effectuant le traitement thermique de telle sorte que la matrice ait une valeur R de 5 ou moins, tandis que l'on effectue le traitement inhibiteur d'oxydation de façon à obtenir une température d'oxydation de 800[deg.]C ou plus.
Exemple 6
<EMI ID=81.1>
furan 502", fabriquée par "Hitachi Chemical Co., Ltd."),
30 feuilles de tissu en fils filés de fibres au carbone
<EMI ID=82.1>
lamifie et on moule par compression en maintenant une température de 120[deg.]C et une pression de 35 kg/cm2 pendant
<EMI ID=83.1>
viron 30% en volume et une densité de 0, 98 g/cm? .
On soumet le produit moulé ainsi obtenu à une carbonisation de la même manière qu'à l'exemple 1 afin d'obtenir du carbone renforcé de fibres au carbone ayant
<EMI ID=84.1>
On répète 11 fois le traitement d'imprégnation/ densification de la même manière qu'à l'exemple 1 avec cette exception que, lors du onzième traitement d'imprégnation/densification, la température du traitement thermique .
<EMI ID=85.1> fibres au carbone dans une solution aqueuse à 8% d'acide
<EMI ID=86.1>
revenir la pression à la pression atmosphérique. De la sorte, on imprègne le carbone renforcé de fibres au carbone avec la solution aqueuse d'acide borique, puis on le sèche
<EMI ID=87.1>
sous une atmosphère d'azote. La densité du carbone ainsi
<EMI ID=88.1>
<EMI ID=89.1>
850*C et l'indice de cristallinité R du carbone de la matrice
<EMI ID=90.1>
le coefficient de friction est de 0,34 et les pertes par
<EMI ID=91.1>
Bien que l'invention ait été décrite en détail et en se référant à certaines de ses formes de réalisation spécifiques, l'homme de métier comprendra que diverses modifications peuvent y être apportées sans se départir de son esprit et de son cadre.
un procédé de dépôt à la vapeur chimique.
<EMI ID=92.1>
tion à base de carbone renforcé de fibres au carbone suivant la revendication 15, caractérisé en ce que la fabrication du carbone renforcé de fibres au carbone comporte une étape de traitement thermique effectuée à une température se situant
<EMI ID=93.1>
dante.
18. Procédé de fabrication d'une matière de friction à base de carbone renforcé de fibres au carbone suivant l'une quelconque des revendications 8, 14 et 16, caractérisé en ce que la fabrication du carbone renforcé de fibres au carbone comporte une étape de traitement thermique par laquelle la valeur R est réglée entre environ 2,3 et 5 après l'étape de carbonisation.
19. Elément de friction comprenant du carbone renforcé de fibres au carbone, l'indice de cristallinité R du carbone de la matrice se situant entre environ 2,3 et 5, tandis qu'un antioxydant y est contenu en une quantité calculée de telle sorte que la température d'oxydation soit d'au moins 800*C, ce carbone contenant au moins une fibre au carbone comme fibre de renforcement.
20. Elément de friction suivant la revendication
19, caractérisé en ce qu'il est un frein pour un avion, une voiture automobile, un véhicule de chemin de fer ou une motocyclette*
21. Elément de friction suivant la revendication
19, caractérisé en ce qu'il est un pantographe pour chemin de fer électrique.
<EMI ID=94.1>
<EMI ID=95.1>
la revendication 18, caractérisé en ce que l'étape destinée à
<EMI ID=96.1>
ment thermique et de traitement inhibiteur d'oxydation.
23. Procédé de fabrication d'une matière de friction à base de carbone renforcé de fibres au carbone suivantla revendication 18, caractérisé en ce qu'on effectue l'étape consistant à accroître la densité entre les étapes de traitement thermique et de traitement inhibiteur d'oxydation.
24. Procédé de fabrication d'une matière de friction à base de carbone renforcé de fibres au carbone suivant la revendication 18, caractérisé en ce qu'on effectue l'étape consistant à accroître la densité après les étapes de traitement thermique et de traitement inhibiteur d'oxydation.
25. Matière de friction à base de carbone renforcé de fibres au carbone suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la teneur en fibres de renforcement se situe entre
25 et 50% en volume, calculés sur le volume total de la matière.
26. Matière de friction à base de carbone renforcé de fibres au carbone suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un antioxydant supplémentaire choisi parmi le groupe comprenant ZnO,
<EMI ID=97.1>
<EMI ID=98.1>
de fibres au carbone suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'indice de cristallinité R se situe entre environ
<EMI ID=99.1>
28. Matière de friction à base de carbone renforcé
<EMI ID=100.1>
en ce que la température d'oxydation T. est d'au moins environ
<EMI ID=101.1>