BR112014003684B1 - material de fricção para um freio, e, método para formar uma pastilha de freio - Google Patents
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Abstract
MATERIAL DE FRICÇÃO PARA FREIOS Uma fibra metálica, cobre e um material de fricção sem amianto e livre de titanatos é fornecido. O material de fricção inclui um aglutinante, tal como uma resina fenólica, formando 16-24% em volume; uma fibra, tal como fibra de aramida, formando 4-12% em volume; um lubrificante, tal como uma mistura de trissulfeto de antimônio e outro sulfeto metálico, formando 2-5% em volume; e pelo menos um abrasivo, tal como uma mistura de fibra mineral, óxido de magnésio e mica, formando 10-22% em volume. O material de fricção ainda compreende o pó de borracha em uma quantidade de pelo menos 4% em volume. A pastilha de freio pode ser formada por um processo com boa relação custo/benefício consistindo essencialmente em misturar os ingredientes, prensar e curar o material de fricção a uma placa de apoio e pós-cozer a pastilha de freio.
Description
[0001] Este pedido de patente é uma prorrogação parcial e reivindica o benefício do pedido de patente U.S. número de série 12/245.222, depositado em 3 de outubro de 2008, que é incorporado neste pedido, por referência, em sua totalidade.
[0002] A presente invenção refere-se a um material de fricção sem amianto e especialmente a um material de fricção para uma pastilha de freio a ser utilizada em freios de veículos ou de máquinas industriais.
[0003] O cobre, em materiais de fricção não baseados em amianto para pastilhas de freio, fornece muitas características de desempenho e de propriedade úteis, incluindo excelente força de reforço, coeficiente de fricção aumentado em altas temperaturas e excelentes propriedades de transferência de calor. Além disso, o cobre fornece muitas outras qualidades que aumentam a longevidade do material de fricção e dos componentes com que o material de fricção entra em contato, bem como reduz o pó do freio. Entretanto, o cobre é caro e, dessa forma, aqueles versados na técnica procuram materiais com melhor relação custo/benefício para o uso em pastilhas de freio.
[0004] Materiais sem amianto para pastilhas de freio comumente também incluem titanatos, por exemplo, os materiais de fricção da Patente U.S. No. 6.656.240 para Chiba et al. Os titanatos podem fornecer estabilidade à alta temperatura comparável com os materiais do tipo que possuem amianto. Os materiais de titanato, tais como o hexatitanato e o octatitanato, são úteis, já que recobrem a superfície do rotor com uma camada de transferência uniforme e consistente. Entretanto, como o cobre, os titanatos também são caros e, dessa forma, aqueles versados na técnica procuram materiais com melhor relação custo/benefício para o uso em pastilhas de freio.
[0005] As fibras de aço têm sido usadas no lugar do cobre e dos titanatos em materiais de fricção não baseados em amianto para pastilhas de freio. A Patente U.S. No. 6.220.405 para Kesaven et al revela exemplos de materiais de fricção livres de cobre incluindo fibras de aço. Entretanto, as fibras de aço não têm muitos dos atributos positivos do cobre e são mais friccionalmente agressivas, por meio disso, aumentando a quantidade de desgaste do rotor contra o qual o material de fricção entra em contato. As fibras de aço também geram pó, que pode rápida e permanentemente manchar o acabamento superficial dos aros de um veículo.
[0006] Materiais para pastilhas de freio livres de cobre, sem amianto, incluindo altas quantidades de pó também foram desenvolvidos. A Patente U.S. No. 6.617.375 para Kobayashi et al revela exemplos de materiais de fricção livres de cobre, sem amianto, incluindo altas quantidades de pó de caju.
[0007] Entretanto, o processamento de tais materiais fornece altas taxas de resíduos e requer outras etapas de processo custosas.
[0008] Um aspecto da presente invenção fornece um material de fricção sem amianto para um freio que é livre de cobre, de fibras metálicas e de titanatos. O material de fricção compreende, em porcentagem (%) por volume do material de fricção: um aglutinante formando 15-24% em volume; uma fibra formando 3-13% em volume e um lubrificante formando 2-6% em volume. O lubrificante inclui pelo menos um sulfeto. O material de fricção ainda compreende pelo menos um abrasivo formando 9- 22% em volume e um preenchedor formando 46-65% em volume. O preenchedor inclui um pó de borracha e o pó de borracha forma pelo menos 4% em volume do material de fricção. Fibras metálicas, titanatos e cobre, cada, formam não mais do que 0,2% em volume do material de fricção.
[0009] Outro aspecto da invenção fornece uma pastilha de freio que compreende uma placa de apoio e uma pastilha de fricção fixada à placa de apoio, em que a pastilha de fricção é fabricada do material de fricção.
[0010] Ainda outro aspecto da invenção fornece um método de formação de uma pastilha de freio, compreendendo a etapa de: misturar um aglutinante, um lubrificante, pelo menos um abrasivo e pó de borracha para formar uma mistura homogênea. A mistura homogênea inclui, com base no volume total da mistura: um aglutinante formando 15-24% em volume; uma fibra formando 3-13% em volume; um lubrificante formando 2-6% em volume; o lubrificante incluindo pelo menos um sulfeto; pelo menos um abrasivo formando 9-22% em volume; um preenchedor formando 46-65% em volume, o preenchedor incluindo um pó de borracha, em que o pó de borracha forma pelo menos 4% em volume da mistura; fibras metálicas formando não mais do que 0,2% em volume; titanatos formando não mais do que 0,2% em volume; e cobre formando não mais do que 0,2% em volume. O método ainda inclui a prensagem da mistura homogênea sob uma pressão de 4-25 toneladas/peça à temperatura ambiente, para formar uma pastilha de fricção da mistura; prensar a pastilha de fricção e uma placa de apoio em conjunto, sob uma pressão de 5-50 toneladas/peça a uma temperatura de 129,4-146,1 °C (265-295° F); e cozer a pastilha de fricção prensada e a placa de apoio a uma temperatura de 165,6-187,8° C (330 - 370° F).
[0011] Enquanto a técnica prévia inclui esforços para, pelo menos parcialmente, remover o cobre, ou compostos de cobre, e certos graus de titanatos das composições de pastilhas de fricção, sabe-se que esta não tem sido bem sucedida sem sacrificar características de desempenho desejáveis, incluindo a capacidade de parada, a longevidade, o mínimo desgaste do rotor, o mínimo pó do freio e manchar minimamente os aros do veículo.
[0012] Entretanto, o material de fricção inventivo supera as deficiências da técnica prévia, fornecendo características de desempenho similares àquelas dos materiais de fricção contendo cobre e titanato por uma fração do preço, o que foi completamente inesperado. As pastilhas de freio formadas do material de fricção inventivo são produzidas com um custo 30-50% menor do que outros materiais de fricção, como aqueles que contêm cobre e titanatos.
[0013] O material de fricção inventivo também fornece capacidades de processo excelentes, incluindo alta eficiência e inesperadas baixas taxas de resíduos, que contribuem para o menor custo de produção. As taxas de resíduos do processo de formação pastilhas de freio usando o material de fricção inventivo são de aproximadamente 0,6% dos materiais primários, que é aproximadamente 25% menor do que as taxas de resíduos da técnica prévia, tais como processos usando materiais de fricção incluindo cobre e titanatos.
[0014] O material de fricção da presente invenção inesperadamente fornece o mesmo nível de fricção, vida da pastilha, ruído e outras características de desempenho típicas para os materiais não contendo amianto, cobre ou titanato. As pastilhas de freio formadas do material de fricção inventivo passam os seguintes testes de aplicação para veículos: FMVSS 135 (14% de margem de distância de parada); teste de vida em veículo (30.000 milhas, mínimo); e teste de ruído em veículo (zero ruído).
[0015] A presente invenção se tornará mais totalmente entendida a partir das descrições detalhadas acompanhantes, reivindicações e do desenho em que:
[0016] A fig. 1 é uma vista em perspectiva de um material de fricção exemplar incorporado em uma pastilha de freio exemplar.
[0017] O descrito é um material de fricção sem amianto para pastilhas de freio e outros materiais de freio que incluem um aglutinante; uma fibra; um lubrificante incluindo pelo menos um sulfeto; pelo menos um abrasivo; um preenchedor incluindo pó de borracha e que é substancialmente livre de cobre, de fibras metálicas e de titanatos.
[0018] O material de fricção 20 pode ser usado na pastilha de freio 10 ilustrada na fig. 1. A pastilha de freio 10 ilustrada na fig. 1 é somente uma pastilha de freio exemplar e pode ter qualquer tamanho, forma ou configuração. O material de fricção 20, quando usado em uma pastilha de freio 10, é tipicamente ligado ou, de outra maneira, fixado a uma placa de apoio 30.
[0019] Por, sem amianto, significa que o material de fricção inclui amianto em uma quantidade não maior do que 0,2% em volume, preferencialmente não maior do que 0,1% em volume, e mais preferencialmente 0% em volume, com base no volume total do material de fricção, após o processamento.
[0020] Substancialmente livre de cobre significa que o material de fricção é substancialmente livre de cobre ou de ligas de cobre, tais como latão e bronze, e inclui cada material que contém cobre em uma quantidade não maior do que 0,2% em volume, preferencialmente não maior do que 0,1% em volume, e mais preferencialmente 0% em volume, com base no volume total do material de fricção, após o processamento.
[0021] Substancialmente livre de fibras metálicas significa que o material de fricção inclui fibras metálicas, tais como fibras de aço ou de bronze, em uma quantidade não maior do que 0,2% em volume, preferencialmente não maior do que 0,1% em volume, e mais preferencialmente 0% em volume, com base no volume total do material de fricção, após o processamento. As fibras metálicas que preferencialmente não são usadas no material de fricção, podem ser formadas de qualquer metal ou liga metálica e tipicamente têm um comprimento de 0,5 mm a 10 mm.
[0022] Por substancialmente livre de titanatos, significa estar substancialmente livre compostos como o titanato de potássio, o titanato de potássio e magnésio, o titanato de lítio e potássio, o titanato de potássio e cálcio, e outros hexa e octa-titanatos e outros titanatos desenvolvidos como alternativas ao amianto. O material de fricção inclui titanatos em uma quantidade não maior do que 0,2% em volume, preferencialmente não maior do que 0,1% em volume, e mais preferencialmente 0% em volume, com base no volume total do material de fricção, após processamento.
[0023] O material de fricção sem amianto da invenção inclui pelo menos um aglutinante que forma aproximadamente 16-24% em volume do material de fricção total, após o processamento, e preferencialmente 18-22% em volume. O aglutinante inclui pelo menos uma resina, por exemplo, uma resina fenólica de forma direta, não modificada ou de forma modificada. Exemplos de aglutinantes modificados incluem o silício, o acrílico, o epóxi e a nitrila. O aglutinante serve como uma matriz que mantém outros ingredientes juntos no material de fricção. O sistema aglutinante também pode compreender uma mistura de dois ou mais tipos de aglutinantes, pelo menos um dos quais é um aglutinante do tipo fenólico, se desejado, para que uma aplicação específica alcance uma característica de desempenho desejada. Em uma modalidade, a resina é uma mistura de uma resina fenólica e uma resina não fenólica. Em outra modalidade, o aglutinante é uma resina fenólica não modificada e está presente em uma quantidade de 16-24% em volume, ou de 18-22% em volume ou 21% em volume.
[0024] A fibra do material de fricção tem um comprimento de 0,5 mm a 10 mm e forma aproximadamente 4-12% em volume do material de fricção total, após o processamento, preferencialmente 4-8% em volume. A fibra é preferencialmente escolhida entre uma ou mais fibras de aramida, fibras de poliacrilonitrila (PAN) e fibras de celulose. As fibras de aramida preferencialmente têm um comprimento médio de 1,09 mm, com uma faixa aproximada de 0,92 mm a 1,26 mm. As fibras PAN têm uma faixa de comprimento de aproximadamente 5,0 a 7,5 mm. As fibras de celulose têm um comprimento menor do que 1 mm. As fibras fornecem integridade e força estrutural ao material de fricção. As fibras também ajudam com a estabilidade de preformas pré- curadas durante o processo de produção. Várias fibras e comprimentos de fibras podem ser, dessa forma, utilizados para controlar as características de desempenho e fabricação do material de fricção. As fibras podem ser sintéticas ou naturais na origem, e puras ou recicladas na forma. Em uma modalidade, a fibra inclui uma aramida e está presente em uma quantidade de 4-12% em volume, ou 4-8% em volume ou 7% em volume.
[0025] O lubrificante inclui pelo menos um sulfeto e forma aproximadamente 2-5% em volume, preferencialmente 2-4% em volume. Em outra modalidade, o lubrificante forma não mais do que 5% em volume, ou não mais do que 5% em volume. O lubrificante está incluído no material de fricção para reduzir o desgaste da pastilha e do disco durante o serviço. Os materiais lubrificantes candidatos incluem sulfetos metálicos, sulfetos não metálicos, lubrificantes orgânicos, lubrificantes metálicos ou uma combinação desses. Exemplos de sulfetos metálicos incluem, mas não são limitados a, sulfeto de estanho, trissulfeto de antimônio, trióxido de antimônio, sulfeto de zinco e sulfeto de ferro. Um exemplo de um lubrificante orgânico é a ftalocianina e exemplos de lubrificantes metálicos incluem pós de zinco e de estanho. Os sulfetos metálicoS incluem complexos de sulfeto metálico, como aqueles tendo sulfeto de estanho como um dos ingredientes principais. Em uma modalidade, o lubrificante inclui uma mistura do trissulfeto de antimônio e pelo menos um sulfeto metálico diferente do trissulfeto de antimônio, cada um em uma quantidade de 1-3% em volume ou cada um em uma quantidade de 2% em volume.
[0026] O material de fricção ainda inclui pelo menos um abrasivo, como um abrasivo rígido ou um abrasivo suave. Os abrasivos formam aproximadamente 10- 22% em volume do material de fricção, após o processamento, preferencialmente 12- 18% em volume. Mais especificamente, os abrasivos rígidos tipicamente formam aproximadamente 3-14%, enquanto os abrasivos suaves formam aproximadamente 3-14% em volume, do material de fricção. Exemplos de abrasivos sólidos incluem certas fibras minerais, zircônia, alumina, óxido de magnésio, silicato de zircônio, sílica, dióxido de silício, areia, carboneto de silício, mulita, e óxido de ferro. Os abrasivos rígidos tendem a ter valores mais altos na escala de dureza de Mohs. Outros exemplos de abrasivos incluem alguns graus de fibras cerâmicas, incluindo silicatos minerais complexos tais como o silicato de cálcio e magnésio, o silicato de zircônio, magnésio e cálcio, o silicato de alumínio, magnésio e cálcio, e o silicato de alumínio e magnésio. Outros abrasivos conhecidos que são suaves na natureza incluem óxidos de ferro de químicas diferentes, outros óxidos metálicos, e materiais e minerais que têm valores relativamente menores na escala de dureza de Mohs. Os abrasivos rígidos são geralmente usados em concentrações baixas, enquanto os abrasivos suaves são tipicamente usados em concentrações mais altas para alcançar o mesmo nível de fricção desejado.
[0027] Em uma modalidade, os abrasivos incluem o óxido de magnésio em uma quantidade de 3-8% em volume, ou 4-7% em volume ou 5% em volume, com base no volume total do material de fricção. Em outra modalidade, os abrasivos incluem o óxido de magnésio em uma quantidade não maior do que 10% em volume, ou não maior do que 7% em volume, com base no volume total do material de fricção.
[0028] Em outra modalidade, os abrasivos incluem uma mistura de óxido de magnésio, fibra mineral, tal como uma fibra mineral de grau biossolúvel, e mica, cada, presente em uma quantidade de 3-8% em volume ou, cada, não maior do que 7% em volume ou, cada, 5% em volume, com base no volume total do material de fricção.
[0029] Os outros ingredientes incluídos no material de fricção formam o equilíbrio da composição e são classificados geralmente como preenchedores e/ou modificadores. O preenchedor inclui, pelo menos, o pó de borracha e tipicamente inclui uma mistura de vários componentes. O preenchedor compõe aproximadamente 46-64% do material de fricção, após o processamento, e preferencialmente 49 - 57% em volume. O preenchedor geralmente fornece volume à formulação, reduz o custo, provê redução de ruído e ajuda com o revestimento da superfície do rotor com uma camada de transferência uniforme. Exemplos de preenchedores adequados incluem a cal, o óxido de cálcio, a barita, incluindo o sulfato de bário, o grafite, o coque de petróleo, o coque dessulfurizado, o silicato de cálcio, borrachas, incluindo vários pós de borracha, tais como a borracha nitrílica em pó e a borracha reciclada e a poeira de fricção incluindo o marrom, o preto, direto ou outros graus modificados da poeira de fricção.
[0030] Em uma modalidade, o pó de borracha do preenchedor está presente em uma quantidade de 4 - 16% em volume, ou 9% em volume, com base no volume total do material de fricção. Em outra modalidade, além do pó de borracha na quantidade de 4-16% em volume, o preenchedor ainda inclui o grafite em uma quantidade de 3- 9% em volume, ou pelo menos 5% em volume, ou 6% em volume; coque de petróleo em uma quantidade de 3-9% em volume ou 6% em volume; barita em uma quantidade de 15-30% em volume ou 21 % em volume; poeirade fricção em uma quantidade de 4- 16% por volume ou 9% por volume; e visco hidratado em uma quantidade de 1 - 3% por volume ou 2% por volume.
[0031] Ainda, em uma modalidade, o material de fricção é substancialmente livre de ferro e, dessa forma, inclui o ferro em uma quantidade não maior do que 5% em volume, ou não maior do que 2%, ou menor do que 1% ou 0% em volume, com base no volume total do material de fricção, após o processamento.
[0032] Em outra modalidade, o material de fricção é substancialmente livre de agentes umectantes e, dessa forma, inclui agentes umectantes em uma quantidade não maior do que 5% em volume, ou não maior do que 2% ou 1% em volume, com base no volume total do material de fricção, após o processamento. O agente umectante também é conhecido como um surfactante, um detergente, um emulsificante, um agente espumante ou um dispersante. O agente umectante é uma substância química, ou a mistura de substâncias químicas, que aumenta as propriedades de espalhamento e de penetração de um líquido reduzindo sua tensão superficial. O agente umectante pode reduzir a tensão superficial de um líquido, a tensão interfacial entre dois líquidos ou aquela entre um líquido e um sólido.
[0033] O material de fricção é processado e formado por operações de mistura, prensagem e cura tipicamente usadas na indústria para fazer materiais de fricção para pastilhas de freio. Isto envolve misturar a seco os ingredientes em um misturador de tambor padrão, com o uso opcional de arados e cortadores para misturar os ingredientes em uma mistura homogênea. O tempo de mistura total é de aproximadamente 7 minutos.
[0034] A mistura então é prensada, preferencialmente sob uma pressão de 4-25 toneladas/peça em pastilhas de fricção, na forma de preformas ou discos, usando uma operação de prensagem em temperatura ambiente. O tempo de preformagem é de aproximadamente 5 segundos. As variações no processo podem incluir o preenchimento não compactado da mistura no molde de prensagem, diretamente ou pelo uso de um sistema aglutinante líquido.
[0035] As preformas, ou discos, são, então, colocados em um molde de bloco quente, com uma contraplaca de metal em um lado e curado por meio de pensagem a quente para ligar, por cura, a placa de apoio para formar a pastilha de freio final. O material de fricção pode ser acoplado diretamente à placa de apoio ou com o uso de um material de camada inferior, como é bem conhecido na indústria. A prensagem é preferencialmente conduzida a uma pressão de 5-50 tons/peça e à temperatura de 129,4-146,1° C (265-295° F). O tempo total de prensagem é de aproximadamente 250 segundos.
[0036] As pastilhas de destinadas ao mercado ainda submetem-se a uma operação de pós cozimento. O cozimento da placa de fricção e da placa de apoio é preferencialmente conduzido em um forno de convecção padrão a uma temperatura de 165,6-187,8° C (330-370°F). O tempo total de pós cozimento é de aproximadamente 6 horas. As pastilhas de freio para o mercado também se submetem a uma ou mais operações de acabamento antes de serem empacotadas para a comercialização.
[0037] As pastilhas de freio podem ser formadas por um processo que consiste essencialmente nas etapas de mistura, prensagem e cozimento descritas acima, significando que outras etapas do processo, significantes ou custosas, não são requeridas. A excelente capacidade de processo do material de fricção inventivo foi completamente inesperada e contribui para a redução de 30-50% dos custos sobre a técnica prévia.
[0038] Os seguintes exemplos 1,2, e 10, fornecem materiais de fricção inventivos exemplares preparados utilizando a presente invenção e tendo características suficientes de desempenho. Os exemplos 3-9 fornecem materiais de fricção comparativos. Os materiais de fricção de cada exemplo foram processados e formados em pastilhas de freio de acordo com as operações de mistura, prensagem, cura e pós cozimento descritas acima. Cada um dos exemplos também foi avaliado para certas características de fabricação incluindo a mistura, a preformação, a prensagem, a dureza física e a compressão física. Os materiais de fricção foram ainda avaliados para ligação à contraplaca à temperatura ambiente e a 129,4-146,1° C (265- 295° F), bem como certas características de desempenho, incluindo vida da pastilha de fricção, desgaste da pastilha, características de desgaste do rotor e custos. Todas as composições descritas abaixo são expressas em % de volume, com base no volume total do produto final do material de fricção após o processamento, e foram arredondadas para o número inteiro mais próximo, para simplicidade.
[0039] Foi verificado que o materia de fricção do exemplo 1 tinha boas características gerais de fabricação e desempenho, similares àquelas de materiais de fricção contendo o cobre ou contendo o titanato. O material de fricção forneceu o mesmo nível de fricção, de vida de pastilha, de ruído e outras características de desempenho típicas para materiais de fricção sem amianto contendo cobre e titanato. O material de fricção também forneceu capacidades de processo excelentes, incluindo alta eficiência e taxas de resíduos inesperadamente baixas. EXEMPLO INVENTIVO 2
[0040] Algumas variações no exemplo 2, em comparação com o exemplo 1, incluíram volumes de vazios extremamente baixos na pastilha. Geralmente uma característica muito desejável para pastilhas de freio são baixos níveis de ruídos, já que o ruído na frenagem é uma das causas comuns das reclamações dos clientes relacionadas ao sistema de freios. Os vazios de nível baixo também se correlacionam com pastilhas muito rígidas, com valores de compressibilidade muito baixos. Este material mostrou as menores propriedades de compressibilidade de todos os exemplos testados, demonstrando que o alto nível de resina aglutinante afeta esta propriedade. A ligação à contraplaca, tanto à temperatura ambiente, quanto a 129,4- 146,1° C (265-295° F) foi excelente, e foram requeridas pressões muito baixas para atingir integridades de pastilha aceitáveis. Entretanto, devido à baixa compressibilidade e em particular aos vazios baixos, potencialmente causando ruído, um nível de aglutinante acima de 24%, em volume do material de fricção, seria indesejável. Por isso, acredita-se que 24% de aglutinante em volume é o nível máximo de aglutinante que pode ser utilizado em uma porcentagem de volume da composição de fricção final. EXEMPLO COMPARATIVO 3
[0041] A composição de fricção fina do exemplo 3 tinha características dedesempenho geralmente boas, embora as características de preformação e de ligação à contraplaca a 129,4-146,1° C (265-295° F) não fossem tão boas quanto o material de fricção na mistura do exemplo 1. Acredita-se que o aglutinante 15% em volume, ou menos, diminui as características de ligação do material de fricção e, especialmente, de ligação do material de fricção à contraplaca a 129,4-146,1° C (265-295° F). O material de fricção do exemplo 3 não forneceu as excelentes características de ligação fornecidas pelo exemplo 2. EXEMPLO COMPARATIVO 4
[0042] O exemplo 4 reduz o conteúdo de fibra para 3% em volume. Emcomparação com o material de fricção do exemplo 1, a pastilha foi difícil de ser preformada, bem como tinha baixa compressão física e, de certa forma, foi um pouco difícil ligá-la à contraplaca a 129,4-146,1° C (265-295° F). O material de fricção curado foi inaceitavelmente frágil. Por isso, as pastilhas devem incluir mais de 3% e preferencialmente 5% ou mais por volume de fibra, para fornecer características de desempenho aceitáveis. EXEMPLO COMPARATIVO 5
[0043] O material do exemplo 5 empregou um alto nível de fibra, que produziuboas características de desempenho, mas algumas dificuldades do processo. Durante o processamento, o alto nível da fibra fez este material difícil de misturar-se, mas dividir a mistura em lotes menores ajudou. Entretanto, os lotes menores aumentariam significativamente o custo de fabricação do material e dessa forma seriam indesejáveis. Por isso, o material de fricção deve ter menos de 13% em volume de fibras na composição total e, mais particularmente, aproximadamente 5-9% emvolume da composição total. EXEMPLO COMPARATIVO 6
[0044] O exemplo 6 tinha, geralmente, boas características gerais. Entretanto, apreformação e a prensagem do estágio de processamento foram negativamente afetadas pela falta de lubrificantes. Sem os lubrificantes, verificou-se que as preformas não foram tão estáveis como quando prensadas a baixas pressões e que a pressão teve de ser significativamente aumentada para manter a integridade da preforma e que as partes tiveram de ser curadas por prensagem por mais tempo. Acredita-se que a presença de lubrificantes não é somente importante para as propriedades de desgaste friccional das pastilhas de freio quando fabricadas, mas também durante a etapa de preformagem e prensagem já que a compactação dos ingredientes pode ser influenciada pela presença de materiais lubrificantes. EXEMPLO COMPARATIVO 7
[0045] No exemplo 7, a quantidade de lubrificante foi aumentada para 6% em volume. Foi verificado que o aumento em lubrificantes requer tempos de cura e prensagem aumentados e mais longos do que em comparação com o exemplo 1. O nível extremamente alto de lubrificantes influenciou a compactação dos ingredientes durante o estágio de preformagem, enquanto as características de desempenho restantes foram boas. Para propósitos de fabricação eficiente, o material deve ter menos de 6% em volume do lubrificante da composição total, e preferencialmente menos de 4% em volume da composição total de materiais de fricção. Também, como os lubrificantes são caros, quando combinado com as dificuldades no processamento, é desejável minimizar a quantidade de lubrificantes adicionados. Por isso, pelo menos algum lubrificante que permite melhor prensagem é desejável, mas também é desejável manter a quantidade de lubrificantes a aproximadamente 6%, ou menos, e preferencialmente menos de 4% em volume. EXEMPLO COMPARATIVO 8
[0046] O material de fricção formado no exemplo 8 tinha os níveis mais baixos dematerial abrasivo. As características de desempenho relacionadas à fricção se tornaram piores, já que o material tinha um dos níveis mais baixos de coeficiente de fricção medido entre todas as variações de exemplos. Entretanto, acredita-se que outros parâmetros podem ser ajustados para manter o coeficiente de fricção dentro da faixa desejável. Surpreendentemente, durante o estágio de processamento e de formulação da pastilha de freio, a ligação à contraplaca e em particular a ligação na placa de retenção de ligação traseira a 129,4-146,1° C (265-295° F), também foi negativamente afetada. Por isso, acredita-se que a quantidade total de abrasivos deve ser, pelo menos, maior do que 9% em volume da composição total. EXEMPLO COMPARATIVO 9
[0047] O material de fricção do exemp o 9 aumentou o nível do material abrasivopara 22%. As características de desempenho e preformagem foram boas. A formulação processou razoavelmente bem com uma facilidade dos ciclos de mistura, preformagem e prensagem. A dureza das pastilhas foi uma das mais altas dos materiais testados nos exemplos. Um aspecto negativo da utilização de tais abrasivos de alto nível é o custo. Acredita-se que um material de fricção tendo aproximadamente 22%, ou menos, abrasivos é preferível para minimizar o custo mesmo que o material de fricção possa ter características de processamento e desempenho aceitáveis de outro modo. EXEMPLO INVENTIVO 10
[0048] Os materiais de fricção incluindo os componentes da composição exemplare dentro das faixas do exemplo 10 foram processados, formados em pastilhas de freio e testados como descrito acima. Como o material de fricção do exemplo 1, os materiais de fricção do exemplo 10 forneceram excelentes características de desempenho. Os materiais de fricção forneceram o mesmo nível de fricção, de vida de pastilha, de ruído, de capacidade de parada, de longevidade, de desgaste do rotor, de pó do freio, de coloração e outras características de desempenho típicas para os materiais sem amianto, sem conter cobre ou sem conter titanato.
[0049] Os materiais de fricção do exemplo 10 também forneceram capacidades de processo excelentes, incluindo eficiência do processo e inesperadas baixas taxas de resíduos.
[0050] A taxa de resíduos total dos materiais de fricção do exemplo 10 foi determinada para ser o total de 0,6%. As taxas de resíduos devido à fricção no- fills/tearout foram 0,10%; instalação 0,10%; rachaduras 0,01%; bolhas de fricção 0,03%; e outros resíduos 0,36%.
[0051] Os materiais de fricção do exemplo 10 foram formados em pastilhas de freio e passaram os seguintes testes de aplicação para veículos: FMVSS 135 (14% de margem de distância de parada); teste de vida em veículo (48.280,32 quilômetros (30.000 milhas), mínimo); e teste de ruído em veículo (zero ruído).
[0052] As pastilhas de freio formadas do material de fricção do exemplo 10 também foram produzidas a uma fração do custo das pastilhas de freio formadas dos materiais de fricção da arte prévia, como aqueles incluindo cobre e titanatos. As pastilhas de freio formadas dos materiais de fricção inventivos do exemplo 10 foram 30-50% mais baratas do que as formadas de materiais de fricção contendo cobre e titanatos.
[0053] A descrição precedente descreve modalidades exemplares da presente invenção. Um versado na técnica reconhecerá prontamente a partir desta descrição, e dos desenhos acompanhantes, e reivindicações, que várias alterações, modificações e variações podem ser feitas se se afastar do escopo e do espírito da invenção, como definida pelas reivindicações.
Claims (2)
1. Material de fricção para um freio, caracterizado pelo fato de que compreende, em porcentagem (%) por volume do dito material de fricção: um aglutinante formando 21% em volume, dito aglutinante sendo uma resina fenólica; uma fibra formando 7% em volume, dita fibra sendo uma aramida; um lubrificante formando 2-4% em volume, dito lubrificante sendo uma mistura de trissulfeto de antimônio e pelo menos um sulfeto metálico diferente do dito trissulfeto de antimônio; em que dito trissulfeto de antimônio do dito lubrificante forma 2% em volume, e dito sulfeto metálico do dito lubrificante forma 2% em volume; um abrasivo formando 15% em volume e sendo uma mistura de fibra mineral, óxido de magnésio, e mica; em que dita fibra mineral do dito abrasivo forma 5% em volume, dito óxido de magnésio do dito abrasivo forma 5% em volume, e dita mica do dito abrasivo forma 5% em volume; um preenchedor formando 53% em volume, dito preenchedor sendo uma mistura de pó de borracha, grafite, coque de petróleo, baritas, poeira de fricção, e cal hidratada; em que dito pó de borracha do dito preenchedor é uma borracha de nitrila e forma 9% em volume, dito grafite do dito preenchedor forma 6% em volume, dito coque de petróleo do dito preenchedor forma 6% em volume, ditas baritas do dito preenchedor formam 21% em volume, dita poeira de fricção do dito preenchedor forma 9% em volume, e dita cal hidratada do dito preenchedor forma 2% em volume; fibras metálicas formando 0% a não mais do que 0,2% em volume; titanatos formando 0% a não mais do que 0,2% em volume e cobre formando 0% a não mais do que 0,2% em volume.
2. Método de formar uma pastilha de freio, cujo material de fricção é como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: misturar um aglutinante, uma fibra, um lubrificante, um abrasivo, e um preenchedor para formar uma mistura homogênea compreendendo, com base no volume total da mistura: o aglutinante formando 21% em volume e sendo uma resina fenólica; a fibra formando 7% em volume e sendo uma aramida; o lubrificante formando 4% em volume, o lubrificante sendo uma mistura de trissulfeto de antimônio e pelo menos um sulfeto metálico diferente do trissulfeto de antimônio, o trissulfeto de antimônio do lubrificante formando 2% em volume, e o sulfeto metálico do lubrificante formando 2% em volume; o abrasivo formando 15% em volume, o abrasivo sendo uma mistura de fibra mineral, óxido de magnésio, e mica; a fibra mineral do abrasivo formando 5% em volume, o óxido de magnésio do abrasivo formando 5% em volume, e a mica do abrasivo formando 5% em volume; o preenchedor formando 53% em volume, o preenchedor sendo uma mistura de pó de borracha, grafite, coque de petróleo, baritas, poeira de fricção, e cal hidratada; o pó de borracha do preenchedor sendo borracha de nitrila e formando 9% em volume, o grafite do preenchedor formando 6% em volume, o coque de petróleo do preenchedor formando 6% em volume, as baritas do preenchedor formando 21% em volume, a poeira de fricção do preenchedor formando 9% em volume, e a cal hidratada do preenchedor formando 2% em volume; fibras metálicas formando 0% a não mais do que 0,2% em volume; titanatos formando 0% a não mais do que 0,2% em volume e cobre formando 0% a não mais do que 0,2% em volume; prensar a mistura homogênea sob uma pressão de 4-25 toneladas/peça, à temperatura ambiente, para formar uma pastilha de fricção da mistura; prensar a pastilha de fricção e uma placa de apoio em conjunto, sob uma pressão de 5-50 toneladas/peça a uma temperatura de 129,4-146,1° C; e cozer a pastilha de fricção e a placa de apoio prensadas a uma temperatura de 165,6-187,8° C.
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