DE2447081A1

DE2447081A1 - Reibmasse

Info

Publication number: DE2447081A1
Application number: DE19742447081
Authority: DE
Inventors: Yosiaki Murakami; Akira Tasaka
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1973-10-02
Filing date: 1974-10-02
Publication date: 1975-04-10
Also published as: NL7413025A; FR2246617A1; FR2246617B1; JPS5061384A

Description

Priorität: 2. Oktober 1973, Japan, Nr. 111 113/73

Reibmassen in Gleitteilen müssen folgende Eigenschaften aufweisen :
(1). einen hohen Reibbeiv.^rert bzw. Reibungskoeffizient beim

Gleiten; ·

(2) geringes Fading bei der Reibung (Verminderung des Reibbeiwertes bei Erhöhung der Temperatur); ■ (3) hohe Abriebsbeständigkeit bzw. Verschleißfestigkeit;

(4) Geräuscharmut beim Gleiten;

(5) hohe mechanische Festigkeit;

(6) hohe Beständigkeit gegen Erhitzen und Festigkeit bei hohen Temperaturen und

(7) geringes Schüttgewicht.

Die herkömmlichen Reibmassen werden entweder unter Verwendung eines organischen oder eines anorganischen Bindemittels hergestellt. Beispielsweise v/erden für die Herstellung von Brems-

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und Kupplungsbelägen Asbestfasern, Graphit oder Metallspäne mit einem Kunstharz, wie einem Phenolharz, oder Kautschuk gebunden und unter Druck verformt. Anorganische Reibmassen werden durch . Pulvermetallurgie aus Kupfer- oder Eisenpulver als Bindemittel unter Zusatz von Graphit oder keramischem Material hergestellt.

Die organischen Reibmassen bestehen gewöhnlich aus 40 bis 70 Gewichtsprozent Fasermaterial, wie Asbestfasern, Bronzefasern oder Glasfasern, 10.bis 30 Gewichtsprozent eines organischen Bindemittels, wie e.inem kautschukartigen Polymerisat oder einem färbbaren Kunstharz, beispielsweise einem Phenolharz oder einem modifizierten Phenolharz und 5 bis 40 Gewichtsprozent eines Reibungsmodifiziermittels, wie Graphit, Molybdändisulfid, Petrolkokspulver, Aluminiumoxid, Kieselsäure, Calciumcarbonat, Bariumsulfat, Ton oder Zink, einem Metalloxid oder einem organischen Material, wie Kautschuk oder Nußschalenmehl, die zur Steuerung des Reibbeiwertes und zur Verbesserung der Abriebsbeständigkeit zugesetzt werden.

Die anorganischen Reibmassen bestehen gewöhnlich aus 40 bis 80 Gewichtsprozent eines Metalls, wie einer Kupfer- oder Eisenlegierung, und 20 bis 60 Gewichtsprozent mindestens eines Reibungsmodi/iziermittels, wie Graphit, Molybdändisulfit, Blei, Wismut oder Antimon, einer schwefelhaltigen Metallverbindung, wie Bariumsulfat, Kupfersulfid oder Eisensulfid, einem Metall-, oxid, wie Bleioxid, Nickeloxid oder Kobaltoxid, einer Selenverbindung, wie V/olframselenid, einem harten Metall, wie Molybdän, Yfolfram, Chrom, oder einer Eisenlegierung, oder keramischem Material, wie Nickelsäure oder Aluminiumoxid.

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Diese bekannten Reibmassen zeigen jedoch einen erheblichen Fading-Effekt und unbefriedigende Abriebsbeständigkeit.

Der- Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reibmasse mit ausgezeichneten Eigenschaften.auch bei starker Belastung zu schaffen. Die Lösung der Aufgabe beruht auf dem überraschenden Befund, daß Mikrokugeln aus amorphem Kohlenstoff ein ausgezeichnetes Reibungsmodifiziermittel darstellen, das der Reibmasse verbesserte Fading-Beständigkeit, einen hohen Reibbeiwert selbst bei hohen Temperaturen, verbesserte Abriebsbeständigkeit und Geräuscharmut beim Gleiten verleiht.

Die Erfindung betrifft somit den in den Ansprüchen gekennzeichneten Gegenstand.

Die erfindungsgemäß verwendeten amorphen Kohlenstoffmikrokugeln sind Mikroperlen mit einer Teilchengröße von 0,1 bis 1000, vorzugsweise 0,5 bis 200 Mikron und einem spezifischen Gewicht von 1,3 bis 2,0, vorzugsweise 1,3 bis 1,7, oder Hohlkügelchen mit einer Teilchengröße von 0,1 bis 1000, vorzugsweise 0,5 bis 200 Mikron und einem spezifischen Gewicht von 0,2 bis 1,3, vorzugsweise 0,7 bis 1,1. Diese Mikrokugeln bestehen aus Kohlenstoff, der eine unzureichend gewachsene Kristallstruktur aufweist und nicht graphitisiert ist.

Die Mikrokugeln können durch thermisches Verkohlen von Mikrokugeln hergestellt werden, die sich durch Erhitzen verkohlen lassen. Die Hohlkügelchen können durch Verkohlen von Hohlküwelchen hergestellt werden, deren Schale oder Hülle sich durch

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Erhitzen verkohlen läßt. Der innere Teil der eingesetzten Hohlkügelchen kann aus einem Gas, einer Flüssigkeit oder einem Feststoff bestehen, die sich durch Verkohlen zersetzen läßt. Das Innere kann auch eine Lamellenstruktur aufweisen. Die Verkohlung wird bis zu einer Temperatur durchgeführt, bei der noch keine nennenswerte Graphitisierung der Kohlenstoffkomponenten erfolgt. Die maximale Verkohlungstemperatur beträgt etwa 2000⁰C. Die bevorzugte Verkohlungstemperatur liegt im Bereich von 800 bis 1500⁰C.

Beispiele für Verbindungen, die sich verkohlen lassen, sind hitzehärtbare Harze, wie Peche oder Phenolharze, vernetzte hochmolekulare Verbindungen, wie Styrol-Divinylbenzol-Copolymerisate, oder organische hochmolekulare Verbindungen, die durch chemische Behandlung in den unschmelzbaren Zustand überführt werden können.

Beispiele für die als Ausgangsvorbindungen verwendeten organischen hochmolekularen Vorbindungen sind nachstehend aufgeführt: (1) Polymerisate mit Grundbausteinen der allgemeinen Formel I

in der R₁ ein Wasserstoffatom, einen gegebenenfalls substituierten Kohlemiasserstoffrcst, einen gegebenenfalls substituierten Kohlenwasserstoffoxyrest, ein Ilalogenatom, eine Cyan- oder Hydroxylgruppe, cine -OCOH oder* -COOR- Gruppe bedeutet, R₂ ein V/assorstoffatom oder einen gegebenenfalls substituierten Kob.l ιΉ':-

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2Α47081 ι

wasserstoffrost darstol.lt und η eine ganze Zahl bedeutet, die den Polynierisationsgrad angibt. Spezielle Beispiele für die Polymerisate sind Polystyrol, Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyvinyläthyläther, Polyacrylsäure, Polymothylacrylat und Polyacrylnitril 5 (2) Polymerisate mit Grundbausteinen der allgemeinen Formel II

in dor R₁ und R_p gegebenenfalls substituierte Kohlenwasserstoffreste, gegebenenfalls substituierte Kohlenwasserstoffoxyreste, Ilalogenatome, Cyan-, -OCOR- oder -COOR- Gruppen bedeuten, wobei R_ ein Vassorstoffatom oder einen gegebenenfalls substituierten Kohlenwasserstoffrest darstellt und η eine ganze Zahl bedeutet, die den Polyincrisationsgrad angibt. Spezielle Beispiele für diese

Polymerisate sind Polyisobutylen, Poly-(tf-nßthylstyrol), Polyvinylidenchlorid, Polymothylmethacrylat und Polyvinylidencyanid; (3) Polymerisate mit Grundbausteinen der allgemeinen Formel III

CH₀-CH=C-CH₀

in der R₁ ein Wasserstoffatom, einen gegebenenfalls substituierten Kohlenwasserstoffrest, ein Ilalogenatom, eine Cyan-, -OCOR. odor -COOR^ Gruppe bedeutet, wobei R^ ein Wasserstoffatom odor einen gegebenenfalls substituierten Kohlcnwasserstoffrest darstellt und η eine ganze Zahl bedeutet, die don Polymerisations-

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grad angibt.'Spezielle Beispiele für diese Polymerisate sind Polybutadien, Polyisopren und Polychloropren;

(k) Copolymerisate aus 2 oder mohr monomeren Grundbausteinen der allgemeinen Formeln I, II und III odor deren Pfropfcopolymerisate. Spezielle Beispiele für die Copolymerisate sind Äthylen-Propylen-Copolynierisato, Äthylen-Propylen-Dicyclopentadien-Terpolymerisate, Styrol-Acrylnitril-Copolymerisate, Styrol-Acrylnitril-Butadien-Terpolymerisate, Styrol-Butadien-Copolymerisato, Butylacrylat-Acrylnitril-Copolymcrisate und Vinylchlorid-Äthylen-Copolymerisate;

(5) Polyester, wie Polyäthylonterophthalat;

(6) Polyamide, wie Polycapramid (Nylon-6) oder Polyhexamethylendipolyamid (Nylon-66);

(7) Polyurethane, wie Polyäthyien-methylen~bis-(4~phenyl)~ cai'bamat;

(8) Polyalkylonäther, wie Polyoxjiuothylon und Polyäthylonoxid;

(9) Polyphenylenoxide, wie Poly-(2,6-dimcthyl-1,'i-phenylenoxid);

(10) PolymeirLsate, die Formaldehyd als Grundbaustein enthalten, wie XyIöl-Formaldehyd-, Styrol-Formaldehyd-, Phenol-Formaldehyd-, Melamin-Formaldehyd- oder Harnstoff-Formaldehyd-Polykondensate;

(11) Polymerisate mit Bisphenol Λ Grundbausteinen, wie Bisphenol A-Epichlorhydrin- oder Bisphenol A-Phosgen-Polykonden~ sat.e;

(12) ungesättigte Polyester aus einem Monomer, vie Diallylphthalat;

(13) andere Polymere, vie Polyphenylene, Polyxylolo, Polybenzimidazole odor Polybcnziinidazoiniide. j

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Von den vorgenannten verkohlungsfähigen Verbindungen sind Polystyrol, Styrol-Divinylbenzol-Copolymerisate, Peche, Polyacrylnitril und dessen Copolymerisate sowie Polyphenylenoxide bevorzugt, da sie leicht in den unschmelzbaren Zustand überführt werden und Kohlenstoffmikrokugeln in hoher Verkohlungsausbeute liefern. Besonders bevorzugt sind Polystyrol .und Polystyrol-Di vinylbenzol-Copolymerisate·.

Die chemische Behandlung zur Überführung der organischen hochmolekularen Verbindungen in den unschmelzbaren Zustand besteht zunächst in einer Behandlung mit Sauerstoff, Ozon, Schwefeltrioxid, Schwefeldioxid, Schwefelsäure, Chlorsulfonsäure, Stickstoffdioxid, Stickstoffmonoxid, Chlor, Brom oder Wasserstoffperoxid und gegebenenfalls einer weiteren chemischen Behandlung. Bevorzugt ist die Behandlung mit Schwefeltrioxid, Schwefelsäure, Chlorsulfonsäure, Stickstoffdioxid oder Stickstoffmonoxid, da die Überführung in den· unschmelzbaren Zustand rascher erfolgt. Besonders bevorzugt ist die Behandlung mit Schwefeltrioxid, Schwefelsäure oder Chlorsulfonsäure.

Die -Reibmasse der Erfindung kann in an sich bekannter Weise hergestellt werden. Die Kohlenstoffmikrokugeln werden vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 30 Gewichtsprozent, bezogen aufdas Gesamtgewicht der Reibmasse, verwendet. Bei Verwendung von Hohlkugeln zeichnet sich die Reibmasse durch besondere Geräuscharmut beim Gleiten aus. Die Reibmasse der Erfindung behält den hohen Reibbeiwert selbst bei hohen Temperaturen bei, und sie kann wiederholt verwendet worden, selbst bei rascher Verminderung der Geschwindigkeit eines bei hoher Gecchwindig- _j

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keit fahrenden Fahrzeuges.

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Das Beispiel erläutert die Erfindung»

Beispiel

50 Gewichtsteile PolystyrolkUgelchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 70 Mikron werden in einem Kolben vorgelegt und unter Stickstoff als Schutzgas auf 80⁰C erhitzt. Unter Schwenken des Kolbens wird Schwefeltrioxid zugesetzt, und sodann wird wasserfreier Stickstoff 4 Stunden bei 30⁰C in einer Geschwindigkeit von 0,7 Liter/Minute in das Geraisch eingeleitet. Nach beendeter Umsetzung werden die modifizierten PolystyrolkUgelchen durch Erhitzen im Stickstoffstrom in einer Geschwindigkeit von 300°C/Minute bis auf 1000⁰C carbonisiert. Es werden amorphe Kohlenstoffhohlkugeln mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 70 Mikron und einer Dicke der Schale von 10 Mikron erhalten. Das spezifische Gewicht der Teilchen beträgt 0,96.

Unter Verwendung der Hohlkugeln wird eine Reibmasse hergestellt. Ferner wird zum Vergleich eine Reibmasse ohne die Hohlkugeln hergestellt. Die Mengenverhältnisse der eingesetzten Verbindungen sind in der Tabelle angegeben.

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Tabelle

Bestandteil©

Asbestfaser^ Phenolharz

Zinkpulver -

Sohl ens tot £saikrohohl«

5
1

Vergleichs» )

beispiel - , ι

10 Minuten bei 180 C xmä. einem Druck von 150 kg/cm ■ verpreßt und. sodann 2 Stunden bei 200⁰C ausgehärtet«,

Die Eigenschaften der Reibmasse& werden mit ©ines* bei
ter Geschwindigkeit laufenden Friktionstestiaasohiiae aacfe jp
Prüf norm. JIS B 4411 (Flächendruck 10 kg/cm²) ReibgesetnrjLndigkeit 7 m/Sekunde) bestimmte Der Reibbeiwert der erfindungsg©·· mäßen Reibmasse nimmt-nicht ab_s während bei dem Produkt des Vergleichsbeispiels der Reibbeiwert bei 50⁰C 0*39 und bei 2QO⁰G 0,30 beträgt. Der Verschleißfaktor beträgt bei dem Produkt des ■ Vergleichsbeispiels 2 3ε 10 ear/kg_om ^®i 2QO⁰C,-Der Abrietefaktor.der Reibmasse der Erfindimg beträgt nur ©tw^ die Hälfte des Werts des Vergleichsprodukts. ferner hat die Schüttdichte der Reibmasse.der Erfindung einen etwa 5 Prozent geringeren ¥ert als die' Reibmasse des Vergleichsbeirspiels,

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Claims

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•5«. Reibiaasse aaeli üaspr-ueh 1_P gelseBageicIiaet dur-eSi einen Gehalt vor*. 1 Ms 50 6ewle!itsp!f©seat Koblenstoffmikrokugeln.

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