DE112009000893B4 - Zusammensetzungen auf der Basis von Silikonharz, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Anwendungen - Google Patents
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Abstract
Zusammensetzung, umfassend:- 3 bis 30 Gew.-% Silikonharz,wobei das Silikonharz ein wärmehärtbares Silikonharz ist, das ein dreidimensionales Gitter mit einem hohen Vernetzungsgrad aufweist und die Formel RnSiXmOyhat, wobei- R, identisch oder verschieden, ein Methyl oder ein Phenyl darstellt,- X, identisch oder verschieden, Wasserstoff, Chlor, eine Hydroxy-, eine Methoxy- oder eine Phenyloxy-Gruppe darstellt,- y, n und m so beschaffen sind, dass das Molekül eine Molekülmasse in der Größenordnung von 2000 bis 6000 erreicht,- 5 bis 50 Gew.-% Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) und/oder Derivate davon,wobei die Derivate von NBR carboxylierter NBR (XNBR) und/oder hydrierter NBR (HNBR) sind,- mindestens ein Garn.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft Zusammensetzungen auf der Basis von Silikonharz, die Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Anwendungen als Reibmaterial, insbesondere ihre Verwendung in Reibringen für Kupplungsreibscheiben oder Bremsbelägen.
- Ein Reibring wird im Allgemeinen ausgehend von mindestens einem Garn, das die Fliehkraftfestigkeit gewährleistet, und von einem Bindemittel (auch „Kitt“ genannt), das für die Kohäsion sorgt, hergestellt. Die meisten Bindemittel werden ausgehend von organischen Harzen vom Typ Phenolharz oder Melaminharz hergestellt. Diese Bindemittel weisen eine hohe thermische Stabilität auf. Die jüngsten Entwicklungen in der unmittelbaren Umgebung des Bindemittels (Reduzierung der thermischen Massen in den Doppeldämpfungsschwungrädern und selbstnachstellende Kupplungen, Erhöhung der Leistungen und der Energie usw.) haben jedoch zur Entstehung eines Bedarfs an Bindemitteln mit höherem thermischem Widerstand geführt.
- Aus dem Stand der Technik und insbesondere aus der Patentanmeldung
EP 0 637 698 A1 ist bekannt, dass die Einbringung von Silikonharz in ein Bindemittel, das ein Phenolharz umfasst, ermöglicht, den thermischen Widerstand dieses Bindemittels zu erhöhen. Mit „Silikonharzen“ sind in dieser Schrift jedoch in Wirklichkeit die Silikonelastomere gemeint. Nun existieren aber drei große Familien von Silikonen: die Fluide, die Elastomere und die Harze, wobei diese beiden letzten Familien chemisch verschieden sind. Außerdem ermöglicht die Kombination eines Phenolharzes mit einem Silikonelastomer, die in dieser Patentanmeldung beschrieben wird, nicht die Herstellung eines Bindemittels mit einem akzeptablen Reibungskoeffizienten oberhalb einer Temperatur von 350°C. - Aus der
EP 1 505 114 A1 ist eine Zusammensetzung mit verbesserter Fließfähigkeit bekannt, die mindestens einen hydrierten Nitrilkautschuk enthält. - Aus der
JP 2006-096830 A - Die Arbeit der Erfinder hat ermöglicht, eine Zusammensetzung zu ermitteln, die als Bindemittel verwendet werden kann, wobei dieses Bindemittel ein verbessertes Verhalten des Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit von der Temperatur, insbesondere oberhalb von 350°C, aufweist.
- Die Erfindung ist eine Zusammensetzung, wie in Anspruch 1 definiert, ein Verfahren, wie in Anspruch 10 definiert, und eine Verwendung, wie in den Ansprüchen 13 und 14 definiert.
- Die vorliegende Erfindung hat daher eine Zusammensetzung zum Gegenstand, welche aufweist:
- - 3 bis 30 Gew.-% Silikonharz, vorzugsweise 5 bis 15%,
- - 5 bis 50 Gew.-% NBR-Kautschuk und/oder Derivate desselben, vorzugsweise 10 bis 25%.
- Unter „Silikonharz“, auch „Polysiloxanharz“ genannt, versteht man die wärmehärtbaren Silikonharze, die ein dreidimensionales Gitter mit einem hohen Vernetzungsgrad aufweisen. Sie haben im Allgemeinen die Formel RnSiXmOy, wobei
- - R, identisch oder verschieden, ein Methyl oder ein Phenyl darstellt,
- - X, identisch oder verschieden, Wasserstoff, Chlor, eine Hydroxy-, eine Methoxy- oder eine Phenyloxy-Gruppe darstellt,
- - y, n und m so beschaffen sind, dass das Molekül eine Molekülmasse in der Größenordnung von 2000 bis 6000 erreicht.
- Diese Harze haben eine Glasübergangstemperatur, die höher als die Umgebungstemperatur (18-21°C) ist.
- Gemäß der Erfindung handelt es sich insbesondere und vorzugsweise um Silikonharze vom Typ Polymethylsiloxan, Polyphenylmethylsiloxan und/oder Polyphenylsiloxan.
- Mit „NBR“ wird Nitril-Butadien-Kautschuk (Nitrile Butadiene Rubber) bezeichnet. Die Derivate von NBR sind carboxylierter NBR (XNBR) und hydrierter NBR (HNBR). Mit „NBR und/oder seine Derivate“ ist jede dieser Verbindungen gemeint, für sich oder in der Mischung betrachtet.
- Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung mindestens ein weiteres Harz aufweisen, wobei der prozentuale Anteil am Gesamtgewicht der Gesamtheit der in der Zusammensetzung vorhandenen Harze 10 bis 50%, vorzugsweise 15 bis 30% beträgt. Dieses mindestens eine weitere Harz kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die von den MelaminFormaldehyd-Harzen, den Phenolharzen (Novolakharze, Resolharze), den Resorcinolharzen, Epoxidharzen usw. gebildet wird. Die Einbringung eines Melamin- oder Phenolharzes in die Zusammensetzung erfolgt dann vorteilhafterweise mit einem Gewichtsanteil von 5 bis 30% bzw. von 0 bis 20% am Gesamtgewicht der Zusammensetzung. Vorzugsweise betragen die Gewichtsanteile von Melamin- oder Phenolharz 10 bis 20% bzw. 0 bis 10%. Somit ist es möglich, dass ein Melaminharz vorhanden ist, ohne dass ein Phenolharz vorhanden ist.
- Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung 10 bis 40 Gew.-% wenigstens eines Füllstoffes aufweisen. Es handelt sich insbesondere um Reibzusätze wie Bariumsulfat oder Ruß.
- Die Zusammensetzung kann außerdem mindestens ein Tensid und/oder ein Adjuvans (Hilfsmittel) umfassen.
- Mit „Tensid“ sind insbesondere Polyvinylalkohol (PVA) und die anionischen Tenside gemeint, wie Phosphate, Polyphosphate, Pyrophosphate, Sulfate, Sulphonate oder Carboxylate, die mit einem Kation (Natrium, Kalium, Ammonium, Calcium oder Amine) verbunden sind, und ihre Mischungen. Vorzugsweise ist das anionische Tensid Natriumpolyphosphat und/oder PVA. Die Verwendung von PVA ist insbesondere im Falle eines Bindemittels zu empfehlen, welches gleichzeitig NBR und/oder dessen Derivate in der Mischung mit einem Phenolharz aufweist, In der Tat ermöglicht PVA, bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung die wässrige Lösung zu stabilisieren.
- Mit „Adjuvans“ sind im Wesentlichen so genannte „Herstellbarkeits“-Adjuvantien gemeint, wie Katalysatoren (wie etwa Schwefel, besonders vorteilhaft in den Fällen, in denen NBR verwendet wird), Verdickungsmittel (Cellulose oder deren Derivate) und Mittel, welche das Haftvermögen verbessern (Kolophonium, Erdölharz).
- Die erfindungsgemäße Zusammensetzung enthält außerdem mindestens ein Garn, vorzugsweise ein Garngemisch, das mindestens ein texturiertes Glasgarn, ein Metallgarn und ein Garn auf der Basis von mineralischen und/oder organischen Fasern sein kann. Eine solche Zusammensetzung ist, insbesondere wenn Füllstoffe vorhanden sind, besonders für die Herstellung eines Reibringes für eine mit Trockenreibung arbeitende Kupplungsreibscheibe geeignet. Vorzugsweise hat das texturierte Glasgarn eine Feinheit von 600 bis 5000 tex. Das Metallgarn ist vorteilhafterweise ein Kupfergarn. Die mineralischen und/oder organischen Fasern sind vorzugsweise Glasfasern, Polyacrylnitrilfasern oder Fasern aus Polyacrylnitrilderivaten.
- Die Erfindung hat außerdem die Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen Zusammensetzungen zum Gegenstand.
- Die Erfindung schlägt daher ein erstes Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung gemäß der Erfindung vor, welches die folgenden Schritte umfasst:
- - Herstellung einer wässrigen Mischung, welche NBR-Kautschuk und/oder dessen Derivate aufweist,
- - Zugabe des oder der Harze(s).
- Im Falle einer Zusammensetzung, welche außerdem mindestens einen Füllstoff und eventuell Tenside und/oder Adjuvantien aufweist, kann das Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung gemäß der Erfindung die folgenden Schritte umfassen:
- - Herstellung einer Vormischung, welche das oder die Harz(e) und den oder die Füllstoff(e), gegebenenfalls das (die) Tensid(e) und/oder das Adjuvans (die Adjuvantien) sowie Wasser enthält, und
- - Zugabe von NBR-Kautschuk und/oder dessen Derivaten zu der Vormischung.
- Alternativ dazu kann das Verfahren zur Herstellung dieser Zusammensetzung die folgenden Schritte umfassen:
- - Herstellung einer Vormischung, welche NBR-Kautschuk und/oder dessen Derivate, gegebenenfalls das (die) Tensid(e) und/oder das Adjuvans (die Adjuvantien) sowie Wasser enthält, und
- - Zugabe des Harzes (der Harzes) und des Füllstoffes (der Füllstoffe) zu der Vormischung.
- Die Herstellung der Zusammensetzung, welche außerdem mindestens ein Garn aufweist, ist gemäß der Erfindung besonders bevorzugt und wird durch Imprägnierung des Garns oder der Garne mit irgendeiner der Zusammensetzungen durchgeführt, die nach den drei oben beschriebenen Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung erhalten wurden.
- Die Anwendungen der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen liegen ebenfalls im Rahmen der Erfindung. Es handelt sich insbesondere um die Verwendung einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung zur Herstellung eines Reibmaterials, speziell zur Herstellung eines Kupplungsbelages. Diese Zusammensetzungen sind insbesondere für die Herstellung von Reibringen für mit Trockenreibung arbeitende Kupplungsreibscheiben sowie von Bremsbelägen geeignet.
- Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann für ein Reibmaterial, wie einen Reibring für eine mit Trockenreibung arbeitende Kupplungsreibscheibe oder einen Bremsbelag, verwendet werden.
- Die Erfindung wird beim Studium der nachfolgenden Beschreibung besser verständlich, die ausschließlich als Beispiel gegeben wird und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erfolgt, wobei:
-
1 die Änderung des Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit von der Temperatur für Zusammensetzungen zeigt, die Siloxanharz enthalten oder nicht enthalten, -
2 die Änderung des Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit von der Temperatur für Zusammensetzungen zeigt, die NBR enthalten oder nicht enthalten, -
3 die Änderung des Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit von der Temperatur für Zusammensetzungen zeigt, die Polymethylphenylsiloxanharz und NBR enthalten oder nicht enthalten, und -
4 die Änderung des Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit von der Temperatur für Zusammensetzungen zeigt, die Polymethylsiloxanharz und NBR enthalten oder nicht enthalten.
Claims (14)
- Zusammensetzung, umfassend: - 3 bis 30 Gew.-% Silikonharz, wobei das Silikonharz ein wärmehärtbares Silikonharz ist, das ein dreidimensionales Gitter mit einem hohen Vernetzungsgrad aufweist und die Formel RnSiXmOy hat, wobei - R, identisch oder verschieden, ein Methyl oder ein Phenyl darstellt, - X, identisch oder verschieden, Wasserstoff, Chlor, eine Hydroxy-, eine Methoxy- oder eine Phenyloxy-Gruppe darstellt, - y, n und m so beschaffen sind, dass das Molekül eine Molekülmasse in der Größenordnung von 2000 bis 6000 erreicht, - 5 bis 50 Gew.-% Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) und/oder Derivate davon, wobei die Derivate von NBR carboxylierter NBR (XNBR) und/oder hydrierter NBR (HNBR) sind, - mindestens ein Garn.
- Zusammensetzung nach
Anspruch 1 , umfassend 5 bis 15 Gew.-% Silikonharz. - Zusammensetzung nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Silikonharz ein Silikonharz vom Typ Polymethylsiloxan, Polyphenylmethylsiloxan und/oder Polyphenylsiloxan ist. - Zusammensetzung nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , umfassend 10 bis 25 Gew.-% NBR-Kautschuk und/oder Derivate davon. - Zusammensetzung nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , umfassend ein Garngemisch, das mindestens ein texturiertes Glasgarn, ein Metallgarn und ein Garn auf der Basis von mineralischen und/oder organischen Fasern enthält. - Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend außerdem mindestens ein weiteres Harz, wobei der prozentuale Anteil der in der Zusammensetzung vorhandenen Harze am Gesamtgewicht 10 bis 50 %, vorzugsweise 15 bis 30 % beträgt.
- Zusammensetzung nach dem vorhergehenden Anspruch, umfassend 5 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-%, Melaminharz und 0 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 10 Gew.-%, Phenolharz.
- Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend 10 bis 40 Gew.-% wenigstens eines Füllstoffes.
- Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend außerdem mindestens ein anionisches Tensid und/oder ein Adjuvans, wobei das anionische Tensid vorzugsweise Natriumpolyphosphat und/oder PVA ist.
- Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die mindestens ein Garn enthält, umfassend die folgenden Schritte: - Herstellung einer wässrigen Mischung, welche NBR-Kautschuk und/oder dessen Derivate aufweist, - Zugabe des oder der Harze(s), danach - Imprägnierung des Garns oder der Garne mit der so erhaltenen Zusammensetzung.
- Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung nach einem der
Ansprüche 1 bis9 , die mindestens ein Garn enthält, umfassend die folgenden Schritte: - Herstellung einer Vormischung, welche das oder die Harz(e) und den oder die Füllstoff(e), gegebenenfalls das (die) Tensid(e) und/oder das Adjuvans (die Adjuvantien) sowie Wasser enthält, und - Zugabe von NBR-Kautschuk und/oder dessen Derivaten zu der Vormischung, danach - Imprägnierung des Garns oder der Garne mit der so erhaltenen Zusammensetzung. - Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung nach einem der
Ansprüche 1 bis9 , die mindestens ein Garn enthält, umfassend die folgenden Schritte: - Herstellung einer Vormischung, welche NBR-Kautschuk und/oder dessen Derivate, gegebenenfalls das (die) Tensid(e) und/oder das Adjuvans (die Adjuvantien) sowie Wasser enthält, und - Zugabe des Harzes (der Harzes) und des Füllstoffes (der Füllstoffe) zu der Vormischung, danach - Imprägnierung des Garns oder der Garne mit der so erhaltenen Zusammensetzung. - Verwendung der Zusammensetzung nach einem der
Ansprüche 1 bis9 als Reibmaterial. - Verwendung der Zusammensetzung nach einem der
Ansprüche 1 bis9 als Reibring für eine mit Trockenreibung arbeitende Kupplungsreibscheibe oder als Bremsbelag.
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