DE1694488B2

DE1694488B2 - Reibwerkstoff

Info

Publication number: DE1694488B2
Application number: DE19681694488
Authority: DE
Inventors: Franz 2050 Hamburg-Kirchwerder Popp
Original assignee: Jurid Werke GmbH
Current assignee: Federal Mogul Bremsbelag GmbH
Priority date: 1968-01-11
Filing date: 1968-01-11
Publication date: 1973-09-13
Also published as: ES362340A1; DE1694488A1

Description

Bekannte und gebräuchliche Reibwerkstoffe bestehen aus als Reibungsträger dienenden Füllstoffen, wie Asbest, Metalloxiden, Graphit u. dgl., und enthalten häufig organische Bindemittel, z. B. hitzehärtende Kunstharze, Phenol- und Kresolharze oder Kunstkautschuke oder Gemische solcher Substanzen. Als Bindemittel können bekanntermaßen auchPolyurethan-Kunstharze verwendet werden, bei denen es sich in der Regel um Reaktionsproduktevon Di-oderTriisocyanaten mit Polyestern handelt. Polyurethan-Kunstharze setzt man insbesondere dann ein, wenn auf gute Haftungseigenschaften am Belagträger besonderer Wert gelegt und der fertige Belag nur unter relativ geringen Wärmebeanspruchungen eingesetzt wird. So ist es beispielsweise aus der britischen Patentschrift 887 920 und der französischen Patentschrift 1 298 245 bekannt, zur Herstellung von Schleifmaterial Polyurethan-Kunstharz in flüssiger Form als Imprägnierung zur Schleifenbildung oder in Form von Schaumstoff zur Schleifkorn-Einlagerung einzusetzten. Es ist aus der französischen Patentschrift 1 199 345 und der dieser entsprechenden USA.-Patentschrift 3 270 846 weiterhin bekannt, als Bindemittel für Reibbelagstoffe, die auf einem Papierträger haftend hergestellt werden, mit dem Papier vertragliche Kunstharze, unter anderem aus Polyisocyanat und Polyester gewonnenes Polyurethanharz zu verwenden. Bei den aus dem bekannten Material hergestellten Reibbelägen ergeben sich im allgemeinen günstige Reibeigenschaften, die jedoch bei hohen Temperaturen, sehr hohen Gleitgeschwindigkeiten und/oder hohen Flächenpressungen ganz oder teilweise nicht mehr befriedigen. Dabei sind insbesondere die mit Polyurethanharzen gefertigten Produkte, bedingt durch die bekannte wenig gute Wärmebeständigkeit von Polyurethanen, so hitzeempfindlich, daß sie bereits bei Temperaturen von mehr als etwa 200C zur Zersetzung neigen. Nun kann man zwar durch Auswahl der Füllstoffe, z. B. durch Verarbeitung von Metallpulver zusammen mit den bekannten organischen Bindemitteln die Wärmebesländigkeit etwas erhöhen, jedoch reichen solche Verbesserungen noch nicht für alle Zwecke aus. ?.. B. nicht für hoch^-eanspruchte LKW-Kupplungs- oder Bremsbeläge oder Scheiben-

Iu bremsbeläge. Bei den bekannten Belagarten geht eine \erbesserte Wärmebeständigkeit im allgemeinen auf Kosten der Elastizität, was bei Trommelbremsbelägen besonders kritisch ist. weil dann die Anlage der Belagfläche nicht mehr gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reibwerkstoff mit verbesserten Wärmebeständigkeits-Verschleiß- und Elastizitätseigenschaftei. auch bei hohen Temperaturen und unter hohen Flächenpressungen zu schaffen, insbesondere für hochbeanspruchte LKW-Kupplungs- oder Bremsbeläge oder Scheibenbremsbeläge.

Diese Aufgabe wird bei einem Reibwerkstoff für Brems- und Kupplungsbeläge, bestehend aus mit organischen Bindemitteln gebundenen Füllstoffen, wobei mindestens einer dieser Bestandteile eine austauschbare Η-Atome abgebende Verbindung ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß darin ein Reaktionsprodukt mit mindestens einem Polyisocyanat vorhanden ist.

Mit dem errindungsgemäßen Reibwerkstoff gelingt es. Wärmebeständigkeit, Verschleiß, Angriff und Elastizität gegenüber den bekannten organischen Reibwerkstoffen zu verbessei ·., ohne daß fertigungstechnische Schwierigkeiten auftreten.
Als besonders vorteilhaft hat sich ein solcher erfindungsgemäßer Reibwerkstoff dann erwiesen, wenn das Reaktionsprodukt darin mit Phenoplast gebildet ist. Man kann aber auch erfineungsgemäße Reibwerkstoffe, in denen das Reaktionsprodukt mit einem Melaminharz, Kumaronharz, Epoxydharz, Koloplio-

nium. Cashew-Öl, trocknenden Öl und, oder Kautschuk gebildet ist, mit Vorteil einsetzen. Der erfindungsgeinäße Reibwerkstoff kann ferner ein solches Reaktionsprodukt enthalten, das mit Asbest, Ca(OH)₂, BaH₂, NaH₂PO₄ gebildet ist. Ferner sind Kombinationen dieser Reaktionsprodukte möglich.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Reibwerkstoffes für Brems- und Kupplungsbeläge wird durch Vermischen und Verpressen und anschließende Wärmehärtung der organischen Bindemittel und Füllstoffe in Pulverform durchgeführt, und dabei mischt man in das Gemisch aus organischem Bindemittel und Füllstoff vor dem Verpressen ein Polyisocyanat, vorzugsweise ein organisches Diisocyanat ein und härtet danach bei einer Temperatur von 150 bis 250^;C zu dem Reibwerkstoff aus.

Als Phenoplaste 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 Phenolharzen aufgebauten Reibwerkstoffen bessere Verschleißeigenschaften und eine höhere Wärmebeständigkeit aufweisen.

ti

_η· wissenschaftlichen Untersuchungen über den ι f der Reaktion sind noch nicht abgeschlossen. •^Uj jedoch zur Zeit angenommen, daß die PoK iso- ^^5Wir (reeebenenfalls unter katalytischer hinwir- ^Tvön als Füllstoffen. Reib- und oder Gleitstüizern änderen Zusätzen mit der. in den Phenoplasten ^V Kvorhindenen OH-Gruppen zu reagieren ν ermögen Λ dad"'ch den Aufbau und das \ erhallen aer oSnoDla^te in der angegebenen Weise ändern, η Herstellung der erfindungsgemäßen Reibwerkffe erfolüt praktisch in der gleichen Art wie die-• σ de¹· bekannten Reibwerkstoffe. So kann man die ^^mSn^--i'e in üblichen Mischeinrichtungen \_trmi-^Bt d-i- unter Drücken zwischen etwa 100 und fmko epr kalt oder heiß (bei Temperaturen zwischen

SO i"^^! -^{00 C)} verpressen und anschließend bei t^'^er-V-ren" zwischen etwa SO und 300 C mehrere cfnder vorzugsweise etwa 8 bis 12 Stunden, härten. Nach dem Härten und Abkühlen liegen die gebrauchsfLjaen Reibstoffe vor. _ ™

Man I- >nn aber auch ertindungsgemaLe ReiDv.erk-Ve bestellen durch Imprägnieren .on Faserstoffen ÜJiLösi'^en der Bindemittel.

In de- nachstehenden Beispielen sind einige den erfi lune^emäßen Werkstoff im einzelnen beschreibende 'Xeise Zusammensetzungen sowie deren me-Ie Prüfwerte angegeben. Die Prozer.tgehake i-isii^e Meneenangaben sind als Gewichtsprozente und Gewichtsteile zu verstehen.

Beispiel 1

Es wurde ein Reibwerkstoff aus folgenden Bestandteilen hergestellt:

Pbenol-Novolak 13.80^ „

Polvacrylnitril-Kautschuk 2.r0 _a

Diisocyanat
(Diphenylmetliandiisocyanat) ... uv 0

Üblicher Reibstützer 35ΛΧΤ■„

Asbest (kurze Faser) -^;- '0

Übliche Gleitzusätze -^jU 0

nie Bestandteile wurden in üblicher Weise gemischt, dann entweder kalt mit einem Druck von ·&00 ^kP.^cm. „der heiß bei Temperaturen von etwa 80 bis ,lO C mit • m Druck von 400 kp/cm² in der gewünschten Form XTeBt dtlci entJmt und anschließend gehärtet, S Härtetemperatur im Verlaufe von 10 Stunden uf d e eweilige. in der nachstehenden Aufstellung angibe. Endte^Cmperatur gesteigert wurde Die jewe.l.ge Endstufe wurde 5 Stunden beibehalten. In jedem Fall ergaben sich beim Härten keine Schwierigkeiten Es wurden je nach Preß- und Härtungsbed.ngungen Produkte mit folgenden Eigenschaften gewonnen:

Ein bei 120 C gepreßter und 200"C gehärteter Reibbelag der als Bindemittel n. ein gebräuchliche* Phenol-Formaldehyd-Harz enthäu. hat eine kunststoff härte von 2500 bis 3000 kp cm¹.

Der so sewonnene Reibwerkstoff hat gute \ erschleißeieenschaften und gute Thermostabilstdie ihn für die Anwendung für Bremsbeläge fur Lasikrattwauen besonders geeignet machen.

Beispiel 2

Em Reibwerkstoff wurde aus folgenden Bestandteilen wie nachstehend näher beschrieben hergestellt.

7 ⁿ9 ^

Kresol-Resol · ■ ■ "~ °

Anorganisch modifizierter Phenol- ^ ^

Novolak ,'-,το °

Cashew-Harz

Holz-Öl

Diisocyanat

(entsprechend Beispiel ¹^

Asbest (kurze Fasern)

Übliche Reibstützer

Übliche Gleitzusätze

Die Bestandteile wurden wie im Beispiel ^ verm.scht und anschließend bei 140 b«^O C « preßt. Beim Härten traten keine Schwier.^kuuru Es wurde bis zu der Endtemperatur von _a0 C ge

s gewonnene Produkt hatte folgende Eigenschaf-

ien:

Härte Π84 kp cm² (nach DlN 53 456 --Ku-' geldruckhärte von Kunststoffen)

Dichte 2,04

'5 Alkalität 2,0 %

Die aus diesen Produkten 2-fert.gten Bremsbeläge waren auch in größerer Abmessung nßfru, zagten einen sehr geringen Verschle.ß und ein gutes Re.bve halten. Sie waren besonders geeignet fur S.he.ben bremsbeläge.

Beispiel 3

kalt gepreßt
8O⁰C gepreßt
12O⁰C gepreßt
200⁰C gehärtet
120"C gepreßt
260 "^J C gehärtet
120'C gepreßt
300°C geartet

955 kp/cm² 1768 kp/cm²

1675 kp/cm² 1179 kp/cm² 1179 kp/cm²

1,49 1,69

1,71 1,67 1,68

Alkalität: ungehärtet = 2,4°/₀, 300° C gehärtet = 2.6 °/₀.

Es wurde aus folgenden Bestandteilen und wie nachfolgend beschrieben ein Reibwerkstoff hergestellt:

Kresol-Resol 13,8O°/_O

Melamin-Harz 2,60°/₀

Toluylen-Diisocyanat 5,7O°/_O

Asbest (kurze Fasern) 38,50 °/₀

Übliche Reibstützer 32,90 ⁰Z₀

Gießzusätze 6,50⁰Z₀

Die Bestandteile wurden wie im Beispiel 1 beschrieben vermischt und unterhalb 140⁰C verpreßt. Die Härtung wurde bis 200 ^r C vorgenommen.

Das erhaltene Produkt hatte folgende Eigenschaften:

Härte ... 1989 kp/cm'- (2800 kp/cm² mit herkömrnlichen Bindemittel) Dichte 1,82

Reibwert und Reibwertverlauf waren bei guter Wärmebeständigkeit befriedigend. B e i s ρ i e 1 4

Ein Reibwerkstoff wurde aus folgenden Bestandteilen gewonnen:

5 6

Kresol-Novolak 10,00°/₀ Die Ergebnisse sind in der Zeichnung in Form von

Kumaronharz l,50°/₀ graphischen Darstellungen wiedergegeben. Dabei zeigt

Kolophonium 3,50°/₀ F i g. 1 den Reibwertverlauf des gemäß Beispiel I

Diisocyanat (wie im Beispiel 3 hergestellten erfindungsgemäßen Reibwerkstoffes im

beschrieben) 5,0°/₀ 5 Vergleich mit einem entsprechenden, abgesehen von

Asbest (kurze Fasern) 36,0°/₀ dem Diisocyanatzusatz ähnlich aufgebauten bekannten

Übliche Reibstützer 29,00⁰Z₀ Reibwerkstoff,

Gleitzusatz 15,00°/₀ F i g. 2 den Reibwertverlauf des erfindungsgemäßen,

nach Beispiel 2 gewonnenen Reibwerkstoffes im Ver-

Das Vermischen wurde in der Weise vorgenommen, io gleich mit einem entsprechenden bekannten Reibwerk-

daß zunächst 20°/„ des Asbestfasern, 15 °/₀ des Gleitzu- stoff,

satzes, 15 °/₀ des Resols und l,5°/_odes Diisocyanates F i g. 3 den Reibwert verlauf des erfindungsgemäßen, 5 Minuten lang ohne Druck vermischt wurden. Dann nach Beispiel 3 hergestellten Reibwerkstoffes im Verwurde diese Mischung 1 Stunde lang auf 150⁰C erhitzt gleich mit einem entsprechenden bekannten Reibwerkdanach abgekühlt und nach dem Abkühlen zerkleinert. 15 stoff und

Alsdann wurden die übrigen Bestandteile zugegeben, F i g. 4 den Reibwertverlauf des erfindungsgemäßen und es wurde 6 · 1 Minute lang ohne Druck vermischt. nach Beispiel 4 gewonnenen Reibwerkstoffes im Ver-Danach wurde die Masse bei 160^cC verpreßt. Es gleich mit einem entsprechenden bekannten Reibließen sich dabei großflächige LKW-Beläge vollständig werkstoff.

riß- und blasenfrei fertigen: ao In allen Figuren ist auf der Absizze die ansteigende

Anschließend wurde bis zu den folgenden Endtempe- Temperatur (Grad Celsisus und auf der Ordinate der

raturen gehärtet: 170°C, 200^cC. ansteigende Reibwert (μ) aufgetragen. Zahlenwerte für

Die so gewonnenen Produkte hatten folgende Kenn- Temperatur und Reibwert sind nicht angegeben, da

werte: diese ^cich für einen bestimmten Anwendungsfall durch

H" t η 17O⁰C = 1872 kD/cm^{2 a5 ents}P^recnenc*^e Wahl der reib- bzw. gleitstützenden Zu-

^a 200° C = 2448 köZcm¹ ^^tze ^^ur J^ec^^en Reibwerkstoff einstellen lassen und nicht

~ erfindungswesentlich sind.

Dichte 170°C=l,86 Alle Messungen wurden bei konstant gehaltenem

200⁰C = 1,86 Anpreßdruck von ρ = 14 kp/cm* ur.d konstant ge-

30 haltener Gleitgeschwindigkeit von ν = 14 m, Sek. bis

Die Reib- und Verschleißeigenschaften der in den zu Temperaturen von ungefähr 400^c C erstreckt. Der

Beispielen 1 bis 4 hergestellten Reibwerkstoffe wurden mittlere Reibwert kann zwischen 0,2 und 0,5 betragen,

im Vergleich zu üblichen Reibwerkstoffen ohne den er- je nach Zusammensetzung des Reibwerkstoffes,

findungsgemäßen Zusatz an Polyisocyanat- Reaktions- In jeder der F i g. 1 bis 4 zeigt die stark ausgezogene produkten geprüft. An Stelle des Polyisocyanat-Reak- 35 Kurve den Reibwertverlauf bei dem erfindungsge-

tionsproduktes wurde jeweils das verwendete Binde- mäßen Reibwerkstoff, während die gestrichelt gezeich-

mittel als solches (also ohne Umsetzung mit Polyiso- nete Kurve den Verlauf des Reibwertes bei auf be-

cyanat) eingesetzt. Die Bestandteile wurden in üblicher kannte Weise zusammengesetztem Reibwerkstoff ver-

Weise vermischt, bei 80 bis 100° C heiß verpreßt und gleichsweise angibt.

ab 150° C gehärtet und anschließend auf ihr Reib- *o Man erkennt die bessere Ausgeglichenheit und

und Verschleißverhalten im Vergleich mit den gemäß Gleichmäßigkeit des Reibwertes der erfindungsgemäßen

den vorstehenden Beispielen 1 bis 4 gewonnenen Reib- Reibwerkstoffe im Vergleich zu den bekannten. Dies

werkstoffen untersucht. gilt besonders bei höheren Temperaturen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Reibwerkstoff für Brems- und Kupplungsbeläge, bestehend aus mit organischen Bindemitteln gebundenen Füllstoffen, wobei mindestens einer der Bestandteile eine austauschbare H-Atomeabgebende Verbindung ist. dadurch gekennzeichnet, daß darin ein Reaktionsprodukt mit ir-indestcns einem Polyisocyarat vorhanden ist.

2. Reibwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsprodukt darin mit Phenoplast gebildet ist.

3. Reibwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsprodukt darin mit einem oder mehreren der Bindemittel Melamin-. Kumaron-. Epoxid-Harz. Kolophonium. Cashew-Öl. trocknendes Öl oder Kautschuk gebildet ist.

4. Reibwerkstoff nach Anspruch 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsprodukt darin mit einem oder mehreren der Füllstoffe Asbest. Ca(OH),. BaH.,. NaH₂PO₄ gebildet ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Reibwerkstoffes für Brems- und Kupplungsbeläge nach Anspruch 1 durch Vermischen und Verpressen und anschließender Wärmehärtung der organischen Bindemittel und Füllstoffen in Pulverform, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Gemisch aus organischer.¹ Bindemittel und Füllstoff vor dem Verpressen das Polyisocyanat vorzugsweise ein organisches Diisocyanat einmischt und danach bei einer Temperatur von 150 bis 250' C zu dem Reibwerkstoff aushärtet.