DE2006169B2

DE2006169B2 - Verfahren zur Herstellung von Reibungsstauben und daraus hergestellte Reibungselemente

Info

Publication number: DE2006169B2
Application number: DE19702006169
Authority: DE
Inventors: Kerry David Cardiff Wales Jeffreys (Grossbritannien)
Original assignee: BP Chemicals Ltd
Current assignee: BP Chemicals Ltd
Priority date: 1969-02-13
Filing date: 1970-02-11
Publication date: 1978-10-19
Also published as: GB1294121A; DE2006169C3; NL7001847A; DE2006169A1; JPS495130B1; FR2032877A5; BE745985A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung organischer Reibungsmodifikatoren und die daraus hergestellten Reibungselemente.

Reibungselemente, wie Brems- und Kupplungsbeläge, bestehen aus einem harzartigen Binder in Komibination mit Asbest und Füllmitteln. Geeignete Füllmittel sind die bekannten anorganischen Materialien, wie Baryte oder Metalle, z. B. Kupferpulver; oft werden jedoch auch organische Füllmittel oder Reibungsmodifikatoren zugefügt. Diese organischen Reibungsmodifizierungsmittel sind zweckmäßig wärmegehärtete, vernetzte Polymerisate in granulärer Form; ihr Zweck ist die verminderte Abnutzung des Reibungselementes und das Ausglätten von Unregelmäßigkeiten im Reibungskoeffizienten des Elementes unter einer Vielzahl von Arbeitsbedingungen. Jedoch zersetzen beim heftigen Bremsen oder Kuppeln die hohen Temperaturen oft das organische Reibungsmodifizierungsmaterial (im folgenden Reibungsstaub genannt), was zur Abnutzung und/oder dem Verlust der Reibungseigenschaften des Elementes führt.

Es ist z.B. aus DAS 1233606 oder FR-PS 1452485 bekannt, Arylboratester mit Aldehyden zu Harzen umzusetzen, die man gegebenenfalls unter Wärmezufuhr aushärten und danach vermählen kann. Diese haben jedoch besonders bei hoher Temperatur, nicht immer, ein, den hohen Anforderungen für Reibungsstaube entsprechendes Verhalten.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung von Reibungsstauben bzw. Reibungsmodifizierungsmaterialien mit verbesserten Eigenschaften bei hoher Temperatur. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung von Reibungselementen aus den verbesserten Reibungsstauben mit verbessertem Verhalten unter scharfen Arbeitsbedingungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft die Herstellung von Reibungsstauben mit guten Eigenschaften bei hoher Temperatur, bei dem man einen Aldehyd, insbesondere Formaldehyd, mit einem Arylboratester unter üblichen Resol- oder Novolakbedingungen zur Bildung eines Harzes umsetzt und dieses anschließend zu Staub vermahlt, welches dadurch ge-

kennzeichnet ist, daß man einen Arylboratester verwendet, der aus Phenolen hergestellt worden ist, die zu 5 bis 100 Teilen pro 100 Teile Gesamtgewicht der Phenole aus Cashew-Nußschalenflüssigkeit bestehen, und das Harz anschließend bei einer Temperatur zwischen 50 bis 250° C zu einem unschmelzbaren Material aushärtet, worauf dieses auf eine Größe zwischen 10 und 600 mesh vermählen wird.

Arylboratester sind bekannt, und die erfindungsgemaß verwendeten Materialien sind die Reaktionsprodukte eines oder mehrerer Phenole, die sich von Cashew-Nußschalenflüssigkeit herleiten, oder Mischungen von solchen Phenolen mit anderen Phenolen und esterbildenden Borverbindungen, wie Borsäure oder deren Anhydrid, Borhalogenide und Borax. In Abhängigkeit von den relativen Verhältnissen eier Reaktionsteilnehmer kann der erhaltene Boratester ein Orthoborat, Metaborat oder ein Polyborat oder eine Mischung derselben sein. Arylborate und deren Herstellung sind in »Organoboron Chemistry«, Bd. I, »Boron-oxygen and boron-sulphur compounds« H. Steinberg, Interscience Publishers, New York 1964, und in der US-PS 2623866 beschrieben.

Andere geeignete Phenole, die neben den von Cashew-Nußschalenflüssigkeit abgeleiteten Phenolen, zur Verwendung bei der Herstellung der Arylboratesters mitverwendet werden können, sind solche üblichen Phenole, die gegenüber Formaldehyd reaktionsfähige Stellungen im aromatischen Kern enthalten, wie Hydroxylbenzol, Kresole, Xylenole und andere Alkylphenole oder Dihydroxybenzole, wie Resorcin.

Die erfindungsgemäßen unschmelzbaren Harze werden hergestellt, indem man zuerst die obigen Arylboratester, deren Arylgruppen noch reaktionsfähig sind, mit Aldehyden unter üblichen Resol- oder Novolakbedingungen umsetzt und die Produkte anschließend aushärtet. Geeignete Aldehyde sind Formaldehyd, der in Form von Paraformaldehyd vorliegen kann, oder Hexamethylentetramin, Acetaldehyd, höhere aliphatische Aldehyde und Tetrahydrofurfuraldehyd. Zur Vermeidung einer schädlichen Hydrolyse des Boratesters sollte das System zweckmäßig unter praktisch wasserfreien Bedingungen gehalten werden.

Das harzartige Produkt aus Arylboratester und Formaldehyd wird entweder allein oder in Anwesenheit eines Aushärtungsmittels, wie Hexamethylentetramin, Paraformaldehyd, p-Toluolsulfonsäure, Phosphorsäure usw. in den unschmelzbaren, wärmegehärteten Zustand erhitzt. Geringere Mengen anderer Bestandteile, wie Asbest, Baryte, Metallpulver, Metalloxyde, Graphit, Schwefel, Peche, Gums, öle, Leinsamenöl, Tungöl, Cashew-Nußschalenflüssigkeit oder andere wärmehärtende Harze können vor der Wärmehärtung einverleibt werden, vorausgesetzt, daß sie nicht verhindern, das Harz in den unschmelzbaren Zustand überzuführen und zu pulverisieren.

Die Wärmehärtung erfolgt vorzugsweise, indem man das harzartige Material auf mit Papier belegte oder mit Polytetrafluoräthylen überzogene Böden ausbreitet, um die anschließende Entfernung der ausgehärteten Masse vom Boden zu erleichtern. Dann wird das Material auf eine Temperatur zwischen 50-250° C, vorzugsweise 110-200° C, erhitzt, bis es ausgehärtet und in Lösungsmitteln, wie Aceton und methyliertem Industriespiritus, praktisch unlöslich ist.

Die für die Wärmehärtung des Harzes erforderliche Zeit hängt von der Aushärtungstemperatur sowie der

möglichen Verwendung eines Aushärtungskatalysators ab; üblich sind Zeiten von 12 Stunden bei 150° C.

Nach dem Erhitzen wird die wärmegehärtete Masse aufgebrochen und durch eine geeignete Mahlvorrichtung geleitel. Die erhaltene Teilchengröße kann eine entscheidende Wirkung auf das Verhältnis des aus dem Reibungsstaub hergestellten Reibungselementes haben. Teilchen einer Größe über 10 mesh (BSS 410:1953) oder kleiner als 600 mesh sind normalerweise nicht geeignet. Das wärmegehärtete Harz wird zweckmäßig zu einem solchen Staub vermählen, daß die Mehrzahl der Teilchen durch ein 10-mesh-Sieb hindurchgehen und auf einem 200-mesh-Sieb zurückgehalten werden.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf Präparate für Reibungselemente, die aus den erfindungsgemäßen Reibungsstauben hergestellt werden, in weichen der Reibungsstaub in einer Menge von 1^40 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile Gesamtgewicht des Präparates für das Reibungselement anwesend ist. Vorzugsweise werden 5—20 Gew.-Teile Reibungsstaub pro 100 Teile Gesamtgewicht des Reibungspräparates verwendet.

Der Reibungsstaub kann in das Reibungspräparat nach üblichen Mischverfahren einverleibt werden.

Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die obengenannten Reibungspräparate, die durch übliche Hitze- und Druckverfahren zu Reibungselementen verformt sind.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung, ohne sie zu beschränken.

Beispiel I

15 Mol Phenol, 0,5 Mol Cashew-Nußschalenflüssigkeit, 5,0 Mol Borsäure und 4 Mol Toluol wurden auf !40° C erhitzt, wobei Wasser azeotrop entfernt wurde, bis die Reaktion praktisch beendet war. Zu dieser Mischung von Boratestern wurden bei 60° C absatzweise 97%iger Paraformaldehyd (23 Mol HCHO) zugefügt. Nach der Reaktion wurde die Mischung zur Entfernung flüchtiger Materialien destilliert und auf mit Papier ausgekleidete Böden (Tabletts) gegossen. Die Böden wurden in einem Ofen erhitzt, in dem die Temperatur innerhalb von 12 Stunden von 70° C auf 210° C erhöht wurde. Die erhaltene harte Masse war unschmelzbar und nur zu 1,9 % in siedendem Aceton löslich. Sie wurde zu einem organischen Reibungsmodifizierungsmittel mit der folgenden Teilchengrößenverteilung vermählen:

B.S. Sieb Nr.:	keine
+ 10	Spuren
-10 + 18	23,4 %
-18+36	61,4%
-36 + 100	14.6%
- 100

Beispiel 2

12 Mol Phenole, 3 Mol Cashew-Nußschalenflüssigkeit, 5 Mol Borsäure und 4 Mol Toluol wurden wie oben dehydratisiert. Die Mischung wurde mit 97-%igem Paraformaldehyd (22,5 Mol HCHO) umgesetzt und das harzartige Produkt wie in Beispiel 1 in einem Ofen ausgehärtet und vermählen. Das so erhaltene, organische Reibungsmodifizierungsmittel war bei 150°C unschmelzbar, nur zu 3% in siedendem Aceton löslich und hatte die folgende Siebanalyse: B. S. Sieb Nr.:

+ 10 keine

-10 + 18 Spuren

-18+36 9,0%

- 36 + 60 35,5 %

-60 + 100 31,0%

-100 25,0%

Beispiel 3

Aus den folgenden Bestandteilen wurden Reibungselemente hergestellt: 67,8 Gew.-Teile Asbest, 9,8 Teile Baryte, 12,2 Teile phenolisches Binderharz und 12,2 Teile organisches Reibungsmodifizierungsmittel. Die Komponenten wurden zusammen gemischt und die. Mischung bei 180° C für 10 Minuten bei 157 kg/cnr Druck Belastung in Scheibenformen verformt. Die erhaltenen Formen wurden 16 Stunden bei 150° C nachgehärtet.

Das Testen der Elemente erfolgte unter Verwendung eines Trägheitsdynamometers mit einer eingebauten Scheibenbremsenanlage. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben. Die Abnutzungstests wurden über einen Temperaturbereich von 15() bis 650° C bestimmt (die Temperaturmessung erfolgte durch ein in der Scheibe eingebettetes Wärmeelement); die Abnutzung wurde gemessen als Gewichtsverlust in g eines Paares von Bremsscheiben.

Test org. Reibungsmodifizic-
w rungsmittel

Ab- durchschnittnut- liehe zung Reibung g vor nach

»Fading«

1 Modifizierungsmittel von B.l

2 Modifizierungsmittel von B.2

3 übl. Präparat aus Cashew/
Formaldehyd

4 übl. Präparat aus Cashew-Formaldehyd/Leinsamenöl

19,1 23,8

0,33 0,38

34,07 0,35 0,39 32,0 0,35 0,37

Wie ersichtlich, ergibt sich durch Verwendung der mit Bor modifizierten organischen Reibungsmodifizierungsmittel eine wesentliche Verbesserung der Abnutzungseigenschaften ohne merkliche Veränderung im Reibungsverhalten (vgl. Test 1 und 2 mit dem üblichen Reibungsmodifizierungsmitteln aus Cashew-Nußschalenflüssigkeit und Formaldehyd gemäß Test 3 und 4).

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Reibungsstauben mit guten Eigenschaften bei hoher Temperatur, bei dem man einen Aldehyd mit einem Arylboratester unter üblichen Resol- oder Novolakbedingungen zur Bildungeines Harzes umsetzt und dieses anschließend zu Staub vermahlt, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Arylboratester verwendet, der aus Phenolen hergestellt worden ist, die zu 5 bis 100 Teilen pro 100 Teile Gesamtgewicht der Phenole aus Cashew-Nußschalenflüssigkeit bestehen, und das Harz anschließend bei einer Temperatur zwischen 50 bis 250° C zu einem unschmelzbaren Material aushärtet, worauf dieses auf eine Größe zwischen IO und 600 mesh vermählen wird.

2. Die Verwendung der gemäß Anspruch 1 hergestellten Reibungsstaube zur Herstellung von Reibungselementen in an sich bekannter Weise.