DE1694488A1

DE1694488A1 - Reibwerkstoff

Info

Publication number: DE1694488A1
Application number: DE19681694488
Authority: DE
Inventors: Franz Popp
Original assignee: Jurid Werke GmbH
Current assignee: Federal Mogul Bremsbelag GmbH
Priority date: 1968-01-11
Filing date: 1968-01-11
Publication date: 1972-02-10
Also published as: DE1694488B2; ES362340A1

Description

Reibwerkstoff Bekannte und gebräuchliche ReibWerkstoffe bestehen aus als Reibungsträger dienenden Fallstoffen, wie Asbest, Metalloxyden Graphit und dergleichen und enthalten häufig organische Bindemittel, zum Beispiel hitzehärtende Kunst= harze, Phenol- und Kresolharze oder Xurietkautachuke oder Gemische solcher Substanzen. Bei aua diesem bekannten Material hergestellten lielbbelägen- ergeben sich im allgeweinen günstige Reibeigenschaften, die jedoch bei höhen Temperaturen, sehr hohen Gleitgeschtqindigkbiten, urid/nder hohen Piächehpressüngerganz öder teilweise nicht mehr befriedigen: tun kann man zwar durch Auswahl der Füllstoffe, zum Beispiel durch.Verarbeitung von Metallpulver zusammen mit den bekannten organischen Bindemitteln die WärI11ebeständigkeit etwas erhöhen, jedoch reichen solche Ver-

besserungen nach nicht für alle Zwecke aus; zurrt Beispiel

oder -Bremsbeläge

reicht für hochbeanspruchte LKW-Kupplungsoder Scheiben-

bremsbeläge. Bei den bekannten Belagarten geht eiere verbesserte Wärmebeständigkeit im allgemeinen auf Kostender Elastizität-, was bei Trommelbremsbelägen besonders kritisch ist, weil dann die Anlage der Belagfläche nicht mehr gewährleistet ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ehren 11eibwerkstoff mit verbesserten Wärmebeständigkets-Verschleill-und Elastizitätseigenschaften -auch bei hohen Temperaturen und unter hohen Flä#chenpressungen zu schaffen. Diese Aufgäbe wird gelöst mittels des erfiridungsgemäjjen aus als ileibungättäget dienenden FtllIstöfferi und die Reibutdjoder Gleiteigenschafte% fördernden Zusätzen sowie brganiäehef Bindemittel bestehenden IteibWerkstöffes* de t dadurch gekeiuiz#eichret at3 daß als dtgsriiäches Binderdittel und,#oöer sls 'nie Reibeigehschafteri fördernder Z-üsäti eire ieaktiöhsprtcdükt aus fihdentehs einem fcilyisocganst itnd Mih-@iöthähderi s ihd @ -. Mit dem erfindungsgemäßen Reibwerkstoff gelingt es, Wärmebeständigkeit, Verschleiß, Angriff und Elastizität gegenüber den bekannten organischen Reibwerkstoffen zu verbessern, ohne daB fertigungstechnische Schwierigkeiten auftreten. Als besonders vorteilhaft hat sich ein solcher erfindungsgemäßer Reibwerkstoff erwiesen, der ein Reaktionsprodukt aus mindestens einem Polyisocyanat und einem an sich in Reibwerkstoffen bekannten, organischen Bindemittel als -H-Atome abgebende Verbindung enthält, insbesondere ein Reaktionsprodukt aus Polyisocyanat und einem Phenoplast. Man kann aber auch erfindungsgemäße Reibwerkstoffe mit Reaktionsprodukten aus mindestens einem Polyisocyanat und einem Melaminharz, Kumaronharz, Epoxydharz, Kolophonium, Cashew-Ol, trocknenden Öl und/oder Kautschuk mit Vorteil einsetzen. Der erfindungsgemäße Reibwerkstoff kann ferner ein solches Reaktionsprodukt enthalten, bei dem als H-Atome abgebende Verbindungen Hydride, Hydroxyde und/oder Hydrogensalze, oder- auch an sich in Reibwerkstoffen bekannte Füllstoffe oder Zusätze wie Asbeste, Ca(OH)2, BaH2, NaH2P04 enthalten sind. Ferner sind Kombinationen dieser Reaktionsprodukte möglich, _ Als Phenaplaste lassen sich alle bekannten durch Kondensationsreaktion zwischen Formaldehyd und einem Phenol, wie beispielsweise Phenol oder o-Kresol, m-Kresol und p-Kresol gewonnene Phenoplaste, also sowohl Novolake als auch Resole, Resitole oder Resite verwenden. Es wurde gefunden,daß in dem Gemisch mit den üblichen Füllstoffen und Reib- sowie Gleitstützern die Polyisocyanate mit den Phenoplasten zu reagieren vermögen und dabei Produkte ergeben, die gegenüber den nur auf Basis. von Phenölharzen aufgebauten Reibwerksteoffen bessere Verschleißeigenschaften und eine höhere Wärmebeständigkeit aufweisen.. Die wissenschaftlichen Untersuchungen über den-Verlauf der= Reaktion sind noch nichtabgeschlossen. Es wird jedoch zurzeit angenommen, daß die Polyisocyanate, gegebenenfalls unter katalytischer Einwirkung von als Füllstoffen, Reib-und/oder Gleitstützern vorhandenen Zusätzen mit den in den Phenoplasten stets vorhandenen OH-Gruppen zu reagieren vermögen und dadurch den Aufbau und das Verhalten der Phenoplante in der angegebenen Weise ändern. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Reibwerkstoffe erfolgt praktisch in der gleichen Art wie diejenige der bekannten Reibwerkstoffe. So kann man die Bestandteile in üblichen Mischeinrichtungen vermischen, dann unter Drücken zwischen etwa 100 bis 800 kp/cm2 kalt oder heiß (bei Temperaturen zwischen etwa 80 bis 2000C) verpressen und anschließend bei Temperaturen zwischen etwa 80 bis 300°C mehrere Stünden, vortugsweise etwa 8 bis 12 Stunden, härten. Nach dem Härten und Abkühlen liegen die gebrauchsfertigen Reibstoffe vor. Man kann aber auch erfindungsgemäße Reibwerkstoffe her-, stellen durch Imprägnieren. von Faserstoffen mit Lösungen der erfindungsgemäß vorgesehenen Bindemittel. In den nachstehenden Beispielen sind einige den epfndungsgemäßen Werkstoff im einzelnen beschreibende beispielsweise Zusammensetzungen sowie deren mechanische Prüfwerte angegeben und den in ähnlicher Weise jedoch ohne das erfindungsgemäß vorhandene 'Bindemittel, dessen nur mit dem bekannten Bindemittel zusammengesetzten bekannten Reibwerkstoffen gegenübergestellt. Die Prozentgehalte und sonstige: Mengenangaben sind als Gewichtsprozente und Gewichtsteile zu verstehen. Beispiel 1 Es wurde ein Reibwerkstoff aus folgenden Bestandteilen hergestellt:

Phenol-Novolak 13,80

Polyacrylnitril-Kautschuk 2,5p

Diisocyanat

(Diphenylmethandisocyanat) 7,70

übliche-Reibstützer 35,b0

Asbest (kurze Faser) 38;5ö

Ubliehe Gleitzusätze 2,50

Die Bestandteile wurden in üblicher Weise gemischt, dann entweder kalt mit einem Druck: von 600 kp/em2 öder heiß bei Temperaturen von etwa 80 bis 1200C mit einem Druck von 400 kp/em2 in der gewünschten Forte verpreßt, danach entformt und anschließend gehärtet, wobei die Härtetemperatur im Verlaufe von 10 Stunden auf die jeweilige, in der nachstehenden Aufstellung angegebene Endtemperatur gesteigert wurde.

Die jeweilige Endstufe wurde 5 Stunden beibehalten: in jedem -Fall ergaben sich beim Härten keine Schwierigkeiten. Es wurden je nach Preß- und Mrtungsbedingungen Produkte mit folgenden Eigenschaften gewonnen:

Preß- und Härtungs- Kunststoff- Dichte des Pro-_

bedingungen härte duktes

kalt gepreßt 955 kp/em2 1,49

800C gepreßt 1768 kp/em2 1,69

1200 gepreßt

2000i gehärtet 16'j5 kp/em 4,71

120 äG ge reßt - 2

260C gehärtet 11'j9 kp/em 1,67

9;200C gepreßt

300°G gehärtet 1179 kp/cm2 2,68

Alkalitäts ungehärtet = 2A

3000C gehärtet = 2:6

Ein bei 1200C gepresster und bei 2000C gehärteter Reibbelag, der als Bindemittel nur ein gebräuchliches Phenol-Formaldehyd-Harz enthält, hat eine Kunststoffhärte von 2500 - 3000 kp/0m. Die Verbesserung der Verschleißwerte beträgt im Fall des obigen Beispiels 1 gegenüber einem Reibbelag mit herkümmlichem Bindemittel 30 - 45 %. Der so gewonnene Reibwerkstoff hat gute Verschleißeigenschaften und gute Thermostabilität; die ihn für die Anwendung für Bremsbeläge für Lastkraftwagen besonders geeignet machen.

Beispiel _2 Ein Reibwerkstoff wurde aus folgenden Bestandteilen wie nachstehend näher beschrieben hergestellt:

Kresol-Resol 7,29

anorganisch modifizierter

Phenol-Novolak 4,68

Cashew-Harz 1,32

Holz-Öl 2,26 %

Diisocyanat

(entsprechend Beispiel 1) 3,45 Asbest (kurze Fasern) 17,48 y6

übliche Reibstützer 54,02

übliche Gleitzusätze 9,50 %

Die Bestandteile wurden wie in Beispiel 1 angegeben vermischt und anschließend bei 140 biss 170°C verpreßt.

Beim Härten traten keine Schwierigkeiten auf. Es wurde bis zu der Endtemperatur von 250 °C gehärtet. Das gewonnene Produkt hatte folgende Eigenschaften: Härte. 1384 kp; em2 (nach DIN 53456-- Kugeldruckhärte von Kunststoffen) -.
Dichte: 2,04' Alkalität: 2,0 % -Die aus diesen Produkten gefertigten Bremsbeläge waren auch in größerer Abmessung rßfrei, zeigten einen sehr geringen Verschleiß und ein gutes Reibverhalten. Sie waren besonders geeignet für Scheibenbremsbeläge.
Beispiel 3 Es wurde aus folgenden Bestandteilen und wie nachfolgend beschrieben ein Reibwerkstoff hergestellt:

Kresol-Resol 13,80 Melamin- Harz _ 2,60 %

Toluylen-Diisocyanat 5,70e

Asbest (kurze Fasern) 38,50

übliche Reibstützer 32,90 9

Gleitzusätze 6,50 96

Die Bestandteile wurden wie in Beispiel 1 beschrieben vermischt und unterha=lb 14=00C verpreßt. Die Härtung wurde bis 200 °C vorgenommen. Das erhaltene Produkt hatte folgende Eigenschaften:-Härte: 1989 kp/em2 ( 2800 kp/em2 mit herkömmlichem Bindemittel) .
Dichte: 1,82 . Reibwert und Reibwertverlauf waren bei guter Wärmebeständigkeit befriedigend. Verschleißverbesserung gegenÜber-herkömmlichem Bindemittel ca. 20 ,@ Beispiel 4 .
Ein Reibwerkstoff wurde aus folgenden Bestandteilen gewonnen:

Kresol-Novolak- 10,oo

Kumaronhara 1,50

Kolophonium 3,50

Diisoeyanat (wie in Beispiel 3

beschrieben 5,0

Asbest (kurze Fasern) 36,0

übliche Reibstützer 29,00

Gleitzusatz 15,00-%

Das Vermischen wurde in. der Weise vorgenommen, daß' zunäch st 27 t c@i=@r .ashps jf- s r,, 15 % des frla1t: s._itze09 15 =1e3 Resolz uni 1,5 nies Dlisocyaiiates 5 M.inuten lang orci: Druck vermiecht rircirna Dgrin :rurde diese 1v11schung :ruf 150"t erhitzt,, 4,#triach 4bgek0t11lt Tina nach @i-iii k@ei:..°_-r't a Alsdarui wurden die übrigen e@..: = e _x@@ _Benn urle Es rtld4r1? f? X lang" ohne Dr u. ek Danach wurde die Masse bei 160°C verpreßt.- Es ließen sich dabei großflächige LKW-Beläge vollständig riß- und blasenfrei fertigen.
Anschließend wurde bis zu den folgenden Endtemperaturen gehärtet: 1700C, 200°C.

Die so gewonnenen Produkte hatten folgende Kennwerte:

Härten 170°C = 1$72 kp/cm2

200®C' = 2448 kp/em2

Dichte: 1700C = 1,86

200°c = 1,86

Die Reib- und Verschleißeigenschaften der in den Beispielen 1 bis 4 hergestellten Reibwerkstoffe wurden im Vergleich zu üblichen Reibwerkstoffen ohne den erfindungsgemäßen Zusatz an Polyisocyanat-ReakG.aonsprodukten geprüft. Anstelle des Polyisocyanat-Reaktionsproduktes wurde jeweils das verwendete ßindem-Lttel als solches (also ohne Umsetzung wit Polyisocyanat) eingesetzt. Die Bestandteile wurden in übL eher Weise ver-

r;@i@sc:ht, be1 £30 bis 1000C heiß verpr'nt und ab 150°C gehärtet

,in,-[ ansühL Leßend auf Ihr R;-@Ib- und Verschl& UrV erhalten im

i!..1 @:-@, " x aicl;raden 1 bis-

)fiuntersuch1J,.

@..sK% be il.L c@jendeiä I 2.1 z'arm von

Fig. 1 den Reibwertverlauf des gemäß Beispiel 1 berge-- stellten erfindungsgemäßen Reibwerkstoffes im Vergleich mit einem entsprechenden, abgesehen von dem Diisocyanat-Zusatz ähnlich aufgebauten bekannten Reibwerkstoff, Fig. 2 den Reibwertverlauf des erfindungsgemäßen, nach Beispiel 2 gewonnenen Reibwerkstoffes im Vergleich mit einem entsprechenden bekannten Reibwerkstoff, Fig. 3 den Reibwertverlauf des erfindungsgemäßen,-nach Beispiel 3 hergestellten Reibwerkstoffes im Vergleich mit einem entsprechenden bekannten Reibwerkstoff, und Fig. 4 den Reibwertverlauf des erfindungsgemäßen nach Beispiel 4 gewonnenen Reibwerkstoffes im Vergleich mit einem entsprechenden bekannten Reibwerkstoff. In allen Figuren ist auf der Abszisse die ansteigende Temperatur (Grad Celsius) und auf der Ordinate der ansteigende Reibwert (@u) aufgetragen. Zahlenwerte für Temperatur und Reibwert sind nicht angegeben, da diese sich für einen bestimmten Anwendungsfall durch entsprechende Wahl der reib-bzw. gleitstützenden Zusätze für jeden Reibwerkstoff einstellen lassen und nicht erfindungswesentlich sind. Alle Messungen wurden bei konstant gehaltenem Anpreßdruck von p = 14 kp/cm2 und konstant gehaltener Gleitgeschwindigkeit von v = 14 m/sek bis zu Temperaturen von ungefähr 400°C erstreckt. Der mittlere Reibwert kann zwischen 0,2 und 05 betragen, je nach Zusammensetzung des Reibwerkstoffes.

In jedem der Figuren 1 bis 4 zeigt die stark ausgezogene Kurve den Reibwertverlaüf bei dem erfindungsgemäßen Reibwerkstoff, während die gestrichelt gezeichnete Kurvenden Verlauf des Reibwertes bei auf bekannte Weise zusammengesetztem Reibwerkstoff vergleichsweise angibt..
Man erkennt die bessere Ausgeglichenheit und Gleichmäßigkeit des Reibwertes der erfindungsgemäßen Reibwerkstoffe im Vergleich zu den bekannten. Dies gilt-besonders bei höheren Temperaturen.

Beispiel 5 Eine weitere günstige Anwendungsart der Erfindung wird nachstehend beschrieben, wobei "totgebranntes Harz" als Reibstützer eingesetzt ist, Es wurde zunächst ein organischer-Reibstützer aus folgenden Bestandteilen hergestellt:

Phenol-.Novolak 23,20

Diphenylmethan#Diisocyanat 7,60 %

Asbest (kurze Fasern) 32,60 %

Reibungsfördernde Metalloxide 36,60 %

Das Material wurde nach dem Mischen auf Horden-Blechen bei 200°C' ausgehärtet, dann vermahlen und in folgende Mischung eingesetzt:

Kre sol-Re sol 17,00 Butadien-Styrol-Kautschuk 6,00 %

Asbest (kurze Fasern) 24, 00 %

Asbest (lange Fasern) 13,.00

Anorganische Reibstützer 20,00

Organische Reibstützer gemäß

obiger Vorschrift 20,00

Diese Mischung wurde bei 160°G und 400 kp/em2 verprellt und bis 180°C ausgehärtet.

Die Temperaturbeständigkeit des Reibwertes war gegenüber bekannten Reibwerkstoffen stark verbessert.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Reibwerkstoff, bestehend aus als Reibungsträger dienenden Füllstoffen und die Reib- und/oder Gleiteigenschaften fördernden Zusätzen sowie organischem Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß als organisches Bindemittel und/oder als die Reibeigenschaften fördernder Zusatz ein Reaktionsprodukt aus mindestens einem Polyisocyanat und mindestens einer austauschbare H-Atome abgebenden Verbindung vorhanden sind. 2", Reibwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsprodukt aus mindestens einem Polyisocyanat und_einem an sich in Reibwerkstoffen bekannten, organischen Bindemittel als H-Atome abgebender Verbindung besteht. 3. Reibwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsprodukt aus mindestens einem Polyisocyanat und einem Phenoplast besteht. 4. Reibwerkstoff nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Reaktionsprodukt aus mindestens einem Polyisocyanat und einem Melamin-, Kumaron-, Epoxid- Harz, Kolophonium, Cashew#Ö1, trocknenden öl öder Kautschuk enthält. 5. Reibwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsprodukt aus mindestens einem Polyisoeyanat und einem Hydrid, Hydroxid und/oder Hydrogensalz als H-Atome abgebender Verbindung besteht: Reibwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reakrionsprodukt aus mindestens einem Polyisoeyanat und einem an sich in Reibwerkstoffen bekannten Füllstoff oder Zusatz wie Asbest, Ca(OH)2, BaH2, NaH2P04 als H-Atome abgebender Verbindung besteht.