DE2117991C2

DE2117991C2 - Reibmaterial und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2117991C2
Application number: DE2117991A
Authority: DE
Inventors: Michael Leeds Edwards; John Bernard Oakenshaw Bradford Lumb
Original assignee: BBA GROUP Ltd CLECKHEATON YORKSHIRE GB
Current assignee: BBA GROUP Ltd CLECKHEATON YORKSHIRE GB
Priority date: 1970-04-15
Filing date: 1971-04-14
Publication date: 1981-10-01
Also published as: US3723382A; DE2117991A1; SE379496B; FR2089606A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Reibmaterial auf der Basis

(A) eines Bindemittels aus einem hitzehärtbaren Harz.

(B) von anorganischem Fasermaterial sowie (C) w gegebenenfalls üblichen Füllstoffen und gegebenenfalls Reibungsmodifizierern, das als Reibbelag für Scheiben- und Trommelbremsen oder Kupplungen sowie zur Herstellung von Eisenbahnbremsklötzen geeignet ist.

Bekanntes Reibmaterial besteht gewöhnlich aus ?*> Mischungen aus Fasermaterial, im wesentlichen anorganischem Fasermaterial, wie Asbestfasern, metallischen und nicht-metallischen Füllstoffen. Bindemitteln und Reibungsmodifizierern, wobei die Mischung durch die Anwendung von Wärme und Druck zu einem dichten Materialstüek geformt wird,

Bei Scheibenbremsen Werden die Reibwerkstoffe erheblich höheren Temperaturen Und Drücken unter worfen als bei Trommelbremsen, so daß der Abnutzungsgrad höher ist.

Darüber hinaus können höhere Temperaturen bzw. die sich dabei bildende Wärme zu einer Schädigung des Bindemittels führen, was eine Abnahme des Reibungskoeffizienten bzw. Schwund des Materials zur Folge hat, was sich gelegentlich bei starker und fortgesetzter Bremsung einstellt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die Abnahme des Reibungskoeffizienten zu verhindern und damit die Betriebsdauer des Reibmaterials zu erhöhen.

Bei dem eingangs näher erläuterten Reibmaterial wird dieses erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß es aus den Komponenten (A) bis (C) sowie (D) einer Mischung von Nickel und Schwefel, die sich durch die beim Reibungseingriff entstehende Wärme fortschreitend miteinander umsetzen und dabei eine zusätzliche Bindung des Reibmaterials erzeugen, besteht, wobei gegebenenfalls Nickel und Schwefel in der Mischung durch Wärmeeinwirkung bereits teilweise miteinander umgesetzt worden sind.

Das Reibmaterial besteht vorzugsweise ..us IO bis 50 Gewichtsteüen Asbestfasern, 5 bis 30 Gewichtsteüen hitzehärtbaren Harz. 2 bis 30 Gewichtsteüen Nickel und 2 bis 15 Gewichtsteüen Schwefel sowie üblichen Füllstoffen und Reibungsmodifizierern.

Ferner sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dieses Reibmaterials vor, wobei Asbestfasern, fein zerteiltes Nickel, Schwefel und hitzehärtbares Harz gemischt werden, die Mischung während der Aufbringung einer Temperatur zwischen 120 und 180°C zum teilweisen Aushärten des Harzes zusammengepreßt und nach dem Pressen zur vollständigen Aushärtung des Harzes erwärmt wird.

Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, daß Asbestfasern, fein zerteiltes Nickel, Schwefel und hitzehärtbares Harz gemischt werden und die Mischung zusammengepreßt und anschließend auf eine Temperatur von mindestens 250°C, vorzugsweise 300⁰C, zur Aushärtung des Harzes und zur Bildung von Nickelsulfid aus mindestens einem Teil des fein zerteilten Nickels und mindestens einem Teil des Schwefels erwärmt wird.

Die in dem Reibmaterial enthaltenen hitzehärtbaren Harze können ein organisches hitzehärtbares Harz, wie Phenolformaldehyd-Harz, sein oder ein organisches hitzehärtbares Harz, das durch Substitution von anorganischen Gruppen an dem organischen Molekül, beispielsweise Borat-Phenolharze, modifiziert worden ist. Mischungen unterschiedlicher hitzehärtbarer Harze können ebenfalls verwendet werden.

Das Reibmaterial kann außerdem einen Füllstoff enthalten, der ein metallischer Einschluß sein kann, wie beispielsweise Messingpulver, oder ein nichtmetallischer Füllstoff, wie Calciumcarbonatpulver, verrottetes Gestein oder irgendein anderer bekannter Füllstoff. Außerdem können in dem Reibmaterial Reibungsmodifizierer enthalten sein. Diese Werkstoffe tragen dazu bei. den Reibungskoeffizienten über unterschiedliche Temperaturbereiche auf einem gewünschten Wert zu halten. So kann es notwendig sein, den Reibungskoeffizienten zu erhöhen, wozu Abriebmodifizierer, wie Aluminium- und/oder Carborundumpulver, in das Material eingearbeitet sein können. Wenn andererseits der Reibungskoeffizient des Materials herabgesetzt werden soll, können schmierende Reibungsmodifizierer, wie Graphit oder Baryte (Bariumsulfat) beigegeben Werden,

Es wurde erkannt, daß bei Reibwerkstoffen, die nur herkömmliche härtbare Harzbindemiltel aufweisen, die erzeugte Wärme unter schweren und langen Bremsbedingungen häufig ausreicht, um das hitzehärtbare Harz

an den Eingriffsflachen des Reibmaterials zu zersetzen, was Schwund und einen hohen Abnutzungsgrad zur Folge hat. Demgegenüber wird erfindungsgemäß der Vorteil erreicht, daß durch die Einlagerung von Nickel und Schwefel, in das Reibmaterial diese unter der ί Wärmewirkung, die als Folge des Reibungseingriffs des Reibmaterials innerhalb der Bremse oder Kupplung erzeugt wird, miteinander eine Reaktion eingehen. Dies liefert eine zusätzliche Bindung des Reibmaterials und kompensieren jeden Verlust an Reibwirkung oder in Abnutzungserscheinungen des Reibmaterials, die sich infolge der thermischen Zersetzung des hitzehärtbaren Harzes einstellen.

Fein zerteiltes Nickel und Schwefel reagieren miteinander unter Bildung von Nickelsulfid, wenn sie aut π eine Temperatur erwärmt werden, wie sie in Bremsen und Kupplungen als Folge längerer Betätigung gebildet wird. Wenn diese Stoffe in ein Reibmaterial eingearbeitet sind, bildet Nickelsulfid, durch die Reaktion von Nickel und Schwefel erzeugt, eine Matrix, die das in Reibmaterial bindet und dadurch den weiteren Verschleiß des Reibmaierials verhindert

Nickel und Schwefel aufweisende Reibwerkstoffe können durch Mischung von fein zerteiltem Nickel und Schwefel, Asbest und anderen anorganischen Faserstof- ri fen mit einem hitzehärtbaren Harz erzeugt werden, sowie durch Zusammenpressen der Mischung und Erhitzen der verdichteten Mischung auf eine Temperatur, die genügend hoch ist, um das Harz auszuhärten, und beispielsweise zwischen 120⁰C und 180°C liegt, m Vorteilhafterweise wird die Erhitzung in zwei Stufen ausgeführt, indem zunächst genügend Hitze aufgebracht wird, um das hitzehärtbare K"rz während der Verdichtung der Mischung teilweise auszuhärten, und dann nach dem Zusammenpresse - die Mischung r> erwärmt wird, um das Aushärten des Harzes abzuschließen. Nach dem Härten bei diesen Temperaturen enthält das fertiggestellte Reibmaterial wenig oder kein Nickelsulfid. Dieses wird jedoch aus Nickel und Schwefel unter der Wirkung der Wärme gebildet, die 4« sich innerhalb der Bremse oder Kupplung infolge des Reibungseingriffes des Reibmaterials entwickelt.

Ein anderes Herstellungsverfahren besieht jedoch darin, daß die zusammengepreßte Mischung unter ausreichend hohen Temperaturen ausgehärtet wird, um die Reaktion von Nickel mit Schwefel, beispielsweise bei Temperaturen von mindestens 250°C und vorzugsweise im Bereich von 300°C, auszuführen. In diesem Fall sind Nickel und Schwefel im fertigen Reibmaterial ganz oder weitgehend als Nickelsulfid enthalten, und beim Gebrauch tritt keine weitere Reaktion innerhalb des Reibmaterialsein.

Zweckmäßigerweise werden anorganische Faserstoffe, Füllstoffe, hitzehärtbares Harz, fein zerteiltes Nickel, Schwefel und etwaige Reibungsmodifizierer gemeinsam in einem geeigneten Mischer innig vermischt. Anschließend wird gepreßt, wobei die Mischung in eine Form wie beispielsweise eine Scheibenform, gegeben wird. Die Mischung wird dann durch Anwendung von Wärme und Druck ausgehärtet. Im allgemeinen beträgt die Aushärtzeit in der Größenordnung zwischen fünf und zehn Minuten und der auf die Form aufgebrachte Druck zwischen 75 Und Ϊ500 kg/cm². Die genauen Temperaturen und Drücke für das Pressen hängen dabei von den Mengenverhältnissen der Bestandteile des Reibmate* rials ab;

Die anfängliche Aufbringung von Wärme und Druck verursacht eitle teilweise Aushärtung der Mischung, Die Zusammensetzung der teilweise ausgehärteten Mischung hängt von der Temperatur und der Länge der Behandlungszeii ab. So können die Temperatur und die Behandlungsdauer nur gerade so hoch gewählt werden, daß das Aushärten des hitzehärtbaren Harzes eingeleitet wird. Beispielsweise kann die Temperatur an der Oberfläche der Form zwischen 120 und 18O⁰C liegen. Andererseits kann, wenn höhere Temperaturen von beispielsweise über 250⁰C aufgebracht werde,,, die Verbindung des fein zerteilten Nickels mit dem Schwefel zur Bildung von Nickelsulfid eingeleitet werden. Die teilweise ausgehärtete Mischung wird dann aus der Form herausgenommen und in einem Ofen so weit erwärmt, daß die Aushärtung abgeschlossen wird, beispielsweise kann die teilweise ausgehärtete Mischung zwischen zwei und vierundzwanzig Stunden auf eine Temperatur zwischen 90° und 300°C erwärmt werden. In Abhängigkeit von der gewählten Temperatur enthält das fertiggestellte Erzeugnis ausschließlich ausgehärtetes hitzehärtbares Harz, wobei sich Nickel und Schwefel entweder noch nicht verbunden haben oder teilweise oder ganz zu Nickelsulfid verbunden sind. Ein Beispiel fü·- die Bestandteile zur Herstellung des erfindungsgemäßen Reibmaterials ist nachfolgend wiedergegeben:

Bestandteil	Gewichtsteile
Asbestfasern	10-50
Hitzehärtbures Harz	5-30
Nickel	2-30
Schwefel	2-15
Messing	5-15
Graphit	2-10
Aluminium	2-10
Baryte	5-25
Calciumkarbonat	2-10

Nachfolgend ist ein Beispiel des erfindungsgemäß hergestellten Reibmaterials wiedergegeben:

Bestandteil	Gewichtsteile
Asbestfasern	25
Phenolharz	8
Nickel	15
Schwefel	6
Messingpulver	10
Graphit	6
Baryte	24

Die Bestandteile wurden ausgewogen und in einem Mischer dreißig Minuten lang gemischt. Das Material wurde dann in eine Form zur Herstellung eines Belages für eine Scheibenbremse gegeben und in einer Presse bei einer Temperatur von 155°C und einem Druck von 157 kg/cm² zehn Minuten lang geformt. Das Material wurde dann ausgeformt, in einen Ofen gegeben und zehn Stunden lang auf einer Temperatur von 180°C gehalten,

Nickel Und Schwefel lagen in dem fertiggestellten Material im Wesentlichen in dem Ausgangszustand unverbunden vor.

Das Material wurde dann in einem Trägheitsdynamo* meter zur Ermittlung der Verschleißeigenschaften mit folgendem Ergebnis geprüft: Zwei Beläge aus Reibma*

91 1 7 QQ1

terial mit jeweils einer Fläche von 32,3 cm-' wurden als Bremsbeläge in einem Prüfgerät für Kraftfahrzeugscheibenbremsen getestet, wobei jeder Belag auf einer der beiden Seiten einer Bremsscheibe mit einem Durchmesser von 25,4 cm angeordnet wurde.

Das Material wurde einer Prüfreihe von 150 Einsätzen unterworfen, bei denen die Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe einer Straßengeschwindigkeit bis zu !28 km/h entsprach. Unter diesen Bedingungen wurde kinetische Energie in Höhe bis zu 5,53 χ 20⁴ mkp verbraucht. Während eines Teiles des Versuchs wurde ein Drehmoment von 55,3 mkp

aufrechterhalten und während des Restes variierte es zwischen 13,8 und 83 mkp. Die auf der Oberfläche der Bremsscheibe während der MeQreihe gemessene Temperatur veränderte sich von der Umgebungstemperatur auf 400°C. Die durchschnittliche Abnutzung betrug nach der MeQreihe an jedem der beiden Scheibenbeläge 0,127 mm.

Ein herkömmliches Reibmaterial auf der Basis von Asbest und hitzehärtbarem Harz wurde derselben Meßreihe unterworfen und die durchschnittliche Abnutzung an jedem der beiden Scheibenbeläge betrug 0,762 mm.

Claims

Patentansprüche:

1. Reibmaterial auf der Basis (/feines Bindemittels aus einem hitzehärtbaren Harz, (B) von anorganischem Fasermaterial sowie (C) gegebenenfalls üblichen Füllstoffen und gegebenenfalls Reibungsmodifizierern, dadurch gekennzeichnet, daß es aus den Komponenten (A) bis (C) sowie (D)einer Mischung aus Nickel und Schwefel, die sich in durch die beim Reibungseingriff entstehende Wärme fortschreitend miteinander umsetzen und dabei eine zusätzliche Bindung des Reibmaterials erzeugen, besteht, wobei gegebenenfalls Nickel und Schwefel in der Mischung durch Wärmeeinwirkung ι ϊ bereits teilweise miteinander umgesetzt worden sind.

2. Reibmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 10 bis 50 Gewichtsteilen Asbestfasern, 5 bis 30 Gewichtsteüen hitzehärtbaren Harz, 2 bis 30 Gewichtsteüen Nickel und 2 bis 15 Gewichtsteüen Schwefel sowie üblichen Füllstoffen und Reibungsmodifizierern besteht

3. Verfahren zur Herstellung von Reibmaterial nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch 2> gekennzeichnet, daß Asbestfasern, fein zerteiltes Nickel, Schwefel und hitzehärtbares Harz gemischt werden, die Mischung während der Aufbringung einer Temperatur zwischen 120 und 180° C zum teilweisen Aushärten des Harzes zusammengepreßt und nach dem Pressen zur vollständigen Aushärtung des Harzes erwärmt wird.

4. Verfahren zur Herstellung von Reibmaterial nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Asbestfasern, fein zerteiltes π Nickel, Schwefel und hitzehärtbares Harz gemischt werden und die Mischung zusammengepreßt und anschließend auf eine Temperatur von mindestens 250° C, vorzugsweise 300° C. zur Aushärtung des Harzes und zur Bildung von Nickelsulfid aus w mindestens einem Teil des fein zerteilten Nickels und mindestens einem Teil des Schwefels erwärmt wird.