DE1927255A1

DE1927255A1 - Reibwerkstoff

Info

Publication number: DE1927255A1
Application number: DE19691927255
Authority: DE
Inventors: Franz Popp; Augustin Wilfried
Original assignee: Jurid Werke GmbH
Current assignee: Federal Mogul Bremsbelag GmbH
Priority date: 1969-05-29
Filing date: 1969-05-29
Publication date: 1970-12-03
Also published as: DE1927254A1; BR7019309D0; FR2043775A1; ES380118A1; DE1927254B2; AT304873B; GB1266314A; AU1536070A; NL7007604A; DE1927255B2; BE751153A; US3725334A

Description

Dipi.-chem. Dr. H. Meys

Patentcinwältin .

2 Hamburg 52 Gieaeairnße a

Poetfaoh SSO 080 Ruf θβ SS Ο«

28. Mai 1969

Anmelderin: JURID WERKE GMBH

2057 Reinbek, Postfach 6

JURID-Akte: 210
meine Akte: 538/69

Reibwerkstoff

Bekannte und gebräuchliche Reibwerkstoffe bestehen aus als Reibungsträger dienenden Füllstoffen, wie Asbest, Metalloxiden, Graphit und dergleichen, und enthalten häufig organische Bindemittel, z.B. hitzehärtende Kunstharze, wie Phenol- und Kresol-Harze oder Kautschuke oder Gemische solcher Substanzen, Bei aus diesem bekannten Material hergestellten Reibbelägen ergeben sich Im allgemeinen günstige Reibeigenschaften, die jedoch bei hohen Temperaturen, sehr höh ti η Gleitgeschwindigkeiten und/oder hohen Flächenpressungen iü oder telLweise nicht mehr befriedigen,

ORiQfNAL

00 9

Man kann zwar durch Auswahl der Füllstoffe, z.B. durch Verarbeitung von Metallpulver zusammen mit den bekannten organischen Bindemittel, die Wärmebeständigkeit etwas erhöhen, jedoch reichen solche Verbesserungen noch nicht für alle Zwecke aus, z.B. nicht für hochbeanspruchte LKW-Kupplungs- oder -Bremsbeläge oder Seheibenbremsbeläge. Bei den bekannten Belagerten geht eine verbesserte Wärmebeständigkeit im allgemeinen auf Kosten der Elastizität, was bei Trommelbremsbelägen besondere kritisch ist, weil dann die Anlage der Belagfläohe nicht mehr gewährleistet ist. Außerdem muß darauf geachtet werden, daß die Wärmebeständigkeit verbessernde Füllstoffe im Reibwerkstoff nicht dazu führen, daθ solche Reibwerkstoffe einen Gegenangriff auf die Gegenreibfläehe verursaohen.

Verbesserte Wärmebeständigkeits-, Verschleiß- und Elastizitätseigenschaften auch bei höheren Temperaturen und unter relativ hohen Flächenpressungen ohne Gegenangriff weisen die Reibwerkstoffe gemäß einem älteren Vorschlag der Anmelderin (in deren deutscher Patentanmeldung P 16 94 488.O-4J5) auf, die aus als Reibungsträger dienenden Füllstoffen und die Reib« und/oder Gleiteigenschaften fördernden Zusätzen sowie organischem Bindemittel bestehen und dadurch gekennzeichnet sind, daß als organisches Bindemittel und/oder als die Reibeigenschaften fördernder Zusatz ein Reaktionsprodukt aurf mindöijfcens eiru.m PoLyI <;.)cyanafc und mindestens einer am» tausßhbai Br-A^-w h^iheir^n >/erbindung voriMnd ,n üind,

' W H 8 + J ^; ^i 3 O

192725G - 3 -

Es wurde nun gefunden, daß die Wärmebeständigkeits- und die Verschleiß- und Elastizitätseigenschaften von Reibwerkstoff der eingangs angegebenen Art auf Basis von Phenoplasten noch stärker verbessert sind, wenn man solche Reibwerkstoffe einsetzt, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet sind, da3 darin zusätzlich eine mit einem Trimerisierungskatalysator vor-polymerisierte Isocyanat-Verbindung vorhanden und vorzugsweise in einem anteiligen Mengenverhältnis an diesem T.imerisierungsprodukt zu Phenoplast zwischen etwa 1 : 1 und 1 : 10 anwesend ist.

Mit dem erfindungsgemHflen Reibwerkstoff gelingt es, Warmebe st lindig ke it, Verschleiß, Angriff und Elastizität gegenüber den bekannten organischen Reibwerketoffen ganz wesentlich zu verbessern, ohne daß fertigungstechnische Schwierigkeiten auftreten.

Es ist bekannt, daß Isocyanate unter den Einfluß von Katalysatoren mit sioh selbst AdditionareaktIonen eingehen können, die zur Bildung von oligomeren Produkten führen. Solche trimeren Produkte, die bekanntermaßen mit alkalischen Katalysatoren, wie Alkallsalzen von Carbonsäuren, Natriumalkoholat, bestimmten tertiären Aminen oder Trialkylphosphinen gewonnen werden, enthalten das Isocyanurat-Ringsystem und sind nicht rückspaltbai.

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Sie bilden vernetzte Strukturen. Es ist ferner bekannt, daß diese Trimerisierungsprodukte unter der Einwirkung von Wärme in Carbodiimide übergehen, die ein sehr reaktionsfreudiges Doppelbindungssystem enthaten.

Es wird angenommen, daß die besondere Wärmebeständigkeit •und Verschleißfestigkeit, die die erfindungsgemäßen Reibwerkstoffe im Vergleich mit den bekannten organischen Reibwerkstoffen zeigen, darauf beruht, daß das im fertigen Reibbelag enthaltene Trimerisierungsprodukt im Betrieb, d.h. unter den an der Reiboberfläche entstehenden hohen Temperaturen oberhalb etwa 500⁰C eine Zersetzung unter Bildung von Polycarbodiimid erleidet, welches infolge seiner besonders reaktiven Eigenschaften augenblicklich mit im Reibwerkstoff unter Arbeitsbedingungen vorhandenen reaktionsfähigen Verbindungen reagiert und auf diese Weise den überraschenden stabilislerenden Effekt in den erfindungsgemäßen Reibwerkstoffen bewirkt.

Als besonders vorteilhaft hat sich ein solcher erfindungsgemäßer Reibwerkstoff erwiesen, der ein Trimerisierungsprodukt aus Diphenylmethan-DÜBOcyanat als darin vorhandene Isocyanat-Verbindung, vor-polymerisiert mit 2,4,6»Trls-(dimethylaminoäthyl)-phenol als Kata«

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lysator enthält. Die Struktur dieses Trimerisierungsproduktes läßt sich etwa durch

worin R

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bedeutet,.. ' ',·' '·; ;* ,,

wiedergeben.

Sehr gleichmäßige Ergebnisse lassen sich auch gewinnen, wenn das in dem erfindungsgemäßen Reibwerkstoff enthaltene Trimerisierungsprodukt mit einem im Handel befindlichen Gemisch aus tertiären phenolischen Aminen als Katalysator hergestellt worden ist.

Als Phenoplaste, die im erfindungsgemäßen Reibwerkstoff den Bindemittel-Bestandteil bilden, lassen sich alle be-

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kannten« 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« Resl-tole oder Reslte verwenden. Auch die als Reibungsträger dienenden Füllstoffe und die Reib- und/oder Qleiteigenschaften fördernden Zusätze« die im erfindungsgemäßen Reibwerkstoff enthalten sind, unterscheiden sich nicht von den bisher für diese Zwecke bekannten Substanzen« so daß darauf im vorliegenden Zusammenhang nicht näher eingegangen zu werden braucht.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Reibwerkstoffe erfolgt praktisch in der gleichen Welse wie diejenige der bekannten Reibwerkstoffe. So kann man die Bestandteile in üblichen Mischeinrichtungen vermischen« dann unter Drücken

«j

zwischen etwa 100 bis 800 kp/cm kalt oder heiß (bei Temperaturen zwischen etwa 80 - 200°C) verpressen und anschließend bei Temperaturen zwischen etwa 80 - 300⁰C mehrere Stunden, vorzugsweise etwa 8 bis 12 Stunden, härten. Nach dem Härten und.Abkühlen liegen die gebrauchsfertigen ReIbvjerkstoffe vor.

Man kann aber auch erfindungsgemäße Reibwerkstoffe herstellen durch Imprägnieren von Faserstoffen mit Lösungen bzw. Suspensionen der erfindungsgemäß·]» vorgesehenen Bindemittel und Zusätzen.

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In den nachstehenden Beispielen sind einige den erfIndungsgemäßen Reibwerkstoff im einzelnen beschreibende beispielsweise Zusammensetzungen sowie deren Prüfwerte angegeben und den in vergleichbarer Weise jedoch ohne den erfindungsgeroäßen Zusatz gebildeten bekannten Reibwerkstoffen gegenüber gestellt. Die Prozentgehalte und sonstigen Mengenangaben sind als Gewichtsprozente und Oewichtsteile zu verstehen.

Beispiel 1

Es wurde ein Reibwerkstoff aus	folgenden Bestandteilen
hergestellt:
Phenol-Novolak	4,47 %
Kresol-Resol	6,93 %
Trimerisierungs- produkt *	5.32 %
übliche RelbstUtzer	36,56 %
Asbest, kurze Faser	16,62 %
Asbest, mit Kautschuk
imprägniert	13,11 %
übliche Oleitzusätze	3.31 %

Vormischung, enthaltend

£θ£ Acrylnltrilkautschuk

und übliche Füllstoffe 15,68 %

⁺ Das Trimerlsierungsprodukt war das Reaktionsprodukt von mit einem aealsch tertiKfeer phenolischer Amine trlmerisiertem Dlphenyleethan-4,k*-diisocyanat.

Dl« Bestandteile wurden in üblicher Welse trocken gemischt und dann unter einen Druck von 600 kp/cm² kalt in der gewünschten Form verpresst, danach entforat und anschließend gehärtet, wobei die Härtetemperatur im Verlauf von etwa

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-β

ίο Stunden auf 19O⁰C als Endtemperatur gesteigert würde. Die Endtemperatur wurde 5 Stunden lang beibehalten. Die Härtung verlief ohne Schwierigkeiten. Es wurden Produkten mit den in der nachstehenden Tabelle 1 angegebenen Eigenschaften gewonnen.

Zum Vergleich sind entsprechende bekannte Reibwerkstoffe ohne den erfind ungsgemäßen Zusatz von Trimerisierungsprodukt aus sonst gleichen Bestandteilen unter gleichen Herstellungsbedingungen gefertigt und unter gleichen Bedingungen geprüft worden. Auch deren Eigenschaften sind in der Tabelle 1 mit aufgeführt.

TAbelle

Eigenschaften

erfindungsgemäßer Vergleichs· Reibwerkstoff

Kunststoffhärte

Wännefading bis 400°C bis 300°C bis 25O°C

Geschwindigkeits- v=2O-8o km/h fading v=20-100 km/h

v=20-120 km/h

Belagverschlei ß nach ca. 500 Stoppbremsungen

Temperaturen im Bereich von 200 - 500⁰C

TrouKlverschleie

kp/cm²

³⁵ * „ 17,5 %

12,5 %

?²'⁵ j 40 % 55 %

kein meßbarer Verschleiß, kein sichtbarer Angriff

I8OO - ρ

2000 kp/cnr

50 % 25 % 12,5 %

40 %

55 % 60 %

26,5 g pro Belag 38,7 g

mittlere Riefenbildung

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Dieser Reibbelag erwies sich besondere geeignet für LKW-Trommelbremsen, speziell für schwere LfCVT, Hänger und Busse, für die besonders gute Thermostabil!tat und sehr gute Verschleißfestigkeit bei mittlerem Relbwertnlveau gewünscht werden.

Beispiel 2

Es wurde ein Reibwerkstoff aus folgenden Bestandteilen hergestellt:

Phenol-Novolak	2,00
Kresol-Resol	5,50
Trlmerisierungs- produkt+	2,50
Asbest, kurze Faser	10,00
Asbest, lange Faser	10,00
KNO^	1,50
Ca(OH)₂	1,50
Kaut se huk-Vormi se hung analog Beispiel 1	50,00
übliche Füllstoffe	17,00

Die Herstellung des Reibwerkstoffs erfolg« wie in Beispiel 1 beschrieben. Es wurde zum Vergleich wiederum ein ohne das Trlmerisierungsprodukt⁺, bei dem es sich um ein mit 2,4,6-tris-(Dimethylaminoäthyl)-phenol als Katalyeator trimerisiertes Diphenylmethan-4,4^t-dlisocyanat handelte, jedoch sonst in gleicher Weise gefertigter Reibwerkstoff Untersucht. Die gewonnenen Eigenschaften sind in der nachstehenden Tabelle II veranschaulicht.

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Tabelle II Eigenschaften

erfindungsgemäßer Vergleichs· Reibwerkstoff

Kunststoffhärte

Wärme fading bis
bis
bis

Geschwindigkeitsfading

Belagverschleifi

Troaroe!angriff

35O°C
C

3„
250⁰C

v=20 -60 km/h v=20 -80 km/h v*20-100 km/h kp/cm²

36,5 % 22,5 % 12,5 %

% 12,5 % %

1400 - ρ I6OO kp/cnr

50-60 % -33,5Si

0-20 %

15-3Qi 30-5Qi

30-50 * Verbesserung gegenüber bekannten Belägen vergleichbarer Zusammensetzung

kein Angriff

Riefenbildung

Dieser Reibwerkstoff eignete sich besonders als Trommel bremsbelag für LKV und Busse, für die ausreichende Thermostabilität, hohe Verschleißfestigkeit und kein Angriff des Gegenmaterlals gefordert werden.

Beispiel 3 Es wurde ein Reibwerkstoff aus folgenden Bestandteilen

hergestellt:

Phenol-Novolak Kresol-Resol 6,58 <* 6,79*

Trimerisierungs-

produkt wie Beispiel 1 6,63

Asbest, kurze Paser Asbest, lange Faser 20,00 % 20,00 %

2,50

Ca(0H)p

übiiohl Füllstoffe ORIGINAL iNSPECTED

- li -

Die Herstellung des Reibwerkstoffes erfolgte wie in den vorhergehenden Beispielen beschrieben. Es wurde wiederum zu Vergleichszwecken ein in sonst gleicher Weise aber ohne Triraerislerungsprodukt gefertigter Reibwerkstoff untersucht. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle III veranschaulicht.

Tabelle III Eigenschaften Kunst stoffhärte

Wärmefading bis 250⁰C bis 35O°C bis 45O°C

Versohleifiverbesserung

erfindungsgemäßer Vergleichs-Reibwerkstoff

1600-2000 kp/cm² 3000-4000 kp/cm²

0 % 0 - 10 %

10 - 25 si

30 - 35 Si

⁰ !

0 - 25 % 20 - 50 St

Dieser Reibwerkstoff eignete sich besondere gut ale Hochleistung sbelag für IJCW- und Transporter-Troneelbreesen, fUr die hoher Reibwert, hohe Thermostabil1tat und ausreichende Elastizität gefordert werden.

Die Ergebnisse zeigen, daß die Temperaturbeständigkeit und der Verschleiß bei den .erfindungsgemäßen Reibwerkstoffen gegenüber den bekannten Reibwerkstoffen mit organischen Bindemitteln ganz erheblich verbessert sind.

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Claims

- 12 Patentansprüche

lJ Reibwerkstoff bestehend aus als Reibungsträger dienenden Füllstoffen und die Reib- und/oder Gleiteigenschaften fördernden Zusätzen sowie organischem Bindemittel auf Basis von Phenoplasten, dadurch gekaiinzelehnet, daß darin zusätzlich eine mit einem Trimerisierungskatalysator vorpolymerisierte Isocyanat-Verbindung vorhanden ist.
2. Reibwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trimerisierungsprodukt aus der Isocyanat-Verbindung und dem Trimerisierungskatalysator in einem anteiligen Mengenverhältnis an diesem Trimerisierungsprodukt zu Phenoplast zwischen etwa 1 : 1 und 1 : 10 vorhanden ist.
JJ. Reibwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das darin enthaltene Trimerisierungsprodukt mit Dlphenylmethan-Diisocyanat als Isocyanat-Verbindung hergestellt worden 1st·
4. Reibwerkstoff nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge« kennzeichnet, daß das darin enthaltene Trimerisierungsprodukt mit 2,4,6«<Cris-(diniethylaininoätnyl)-phenol als Trimerieierungekatalysator hergestellt worden ist.

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