DE2543393A1

DE2543393A1 - Verfahren zur verbesserung des reibungskoeffizienten eines bremsfutters

Info

Publication number: DE2543393A1
Application number: DE19752543393
Authority: DE
Inventors: Mial T Hillhouse; Richard L Ramsey
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1974-10-18
Filing date: 1975-09-29
Publication date: 1976-05-06
Also published as: FR2334017B1; JPS5165280A; CA1059277A; US4085179A; GB1472692A; JPS5832164B2; DE2543393C2; IT1047677B; FR2334017A1

Description

5IÜLLER-BORE · GROENING · DECFEL · SCHÖN · HERTEL

PATKJ'IAX'WlITE

DR. WOLFQANa MÖLLER-BO Rt HANS W. QROENINS, DlPU-INS. DR. PAUL DEUPEL, DIPL-CHEM. DR₁ALFHSD SCHÖN, DIPU-CHEM. WERNER HSRTBL, DI PL.-PHYS.

S/G 17-203 The Goodyear Tire & Rubber Co., Akron, Ohio / USA

Verfahren zur Verbesserung des Reibungskoeffizienten eines

Bremsfutters

Die Erfindung betrifft organische Bremsfutter. Insbesondere befasst sich die Erfindung mit einem Verfahren zur Erhöhung des Reibungskoeffizienten von organischen Trockenmischungs-Bremsfuttern durch Zusatz eines kautschukartigen Latex, der auf einem feinteiligen Phenolharz abgeschieden wird.

Organische Bremsfutter sind seit langem bekannt. Bisher wurden diese Futter nach einem Verfahren hergestellt, das als "Nassmischverfahren" bekannt ist. Bei der Durchführung des Nassmischverfahrens werden Kautschuk und ein Phenolharz in ein herkömmliches Lösungsmittel unter Bildung eines Zements eingebracht, wobei eine innige Verteilung des Kautschuks und des Phenolharzes sichergestellt wird. Reibungsmaterialien, wie beispielsweise Asbest, sowie andere Füllstoffe, werden dem Zement zugesetzt und gründlich eingemischt. Die erhaltene Masse wird dann ausgeformt und gehärtet. Das Nassmischverfahren ist infolge der Lösungsmittel--

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kosten teuer. Ferner wird das Personal der Einwirkung von Lösungsmitteldampf en und Asbest ausgesetzt, d.h. der Einwirkung von Materialien, denen karzinogene Eigenschaften zugeschrieben werden.

Der Schutz des Personals gegenüber einer Kontaktierung von gefährlichen Materialien erfordert ein Verfahren, bei dessen Durchführung keine Lösungsmittel erforderlich sind und den Zusatz von Asbest zu der Masse in einer geschlossenen Umgebung ermöglicht. Ein derartiges Verfahren ist als "Trockenmischverfahren" bekannt. Bei der Durchführung dieses Verfahrens werden alle Bestandteile des Bremsfutters ohne Lösungsmittel in einem geschlossenen System vermischt. Die derzeit durchgeführten Trockenmischverfahren verwenden keinen Kautschukbestandteil. Ferner ist bei der Durchführung von Trockenmischverfahren keine gleichmässige Verteilung des Kautschuks wie im Falle von Nassmischverfahren möglich, so dass Kautschuk bisher nicht wirksam war. Es werden deshalb unterschiedliche Ergebnisse erhalten, da keine Homogenität des Phenolharzes mit dem Kautschukpolymeren beim Durchführen des Trockenmischverfahrens erzielt wird. Der Kautschuk neigt zu einem "Ausbluten" aus dem Bremsfutter während des Formens und geht in dem gehärteten Futter verloren. Der Verlust des Kautschukpolymeren setzt den Reibungskoeffizienten des Futters herab, so dass dessen Bremsvermögen vermindert wird. Ferner treten bei der Entfernung des Futters aus der Form oft Brüche auf, und zwar auch dann, wenn Formtrennmittel eingesetzt werden. Die Futter widersetzen sich einer Entfernung aus der Form, so dass eine Kraft erforderlich ist, um sie zu entfernen, wodurch oft Brüche auftreten. Der Zusatz von Latex verbessert die Entfernbarkeit der ausgeformten Futter.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines trocken vermischten organischen Bremsfutters mit einem zufriedenstellend hohen Reibungskoeffizienten.

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Es wurde gefunden, dass ein trocken vermischtes organisches Bremsfutter mit einem hohen Reibungskoeffizienten in der Weise erhalten werden kann, dass zuerst ein feinteiliges Phenolharz mit einem kautschukartigen Latex vor dem Vermischen mit Asbest und anderen Reibungsmaterialien überzogen wird, wobei eine feinverteilte Mischung erhalten wird, die zu Bremsfuttern verformt werden kann. Die auf diese Weise erzeugten Futter lassen sich auch leicht nach dem Härten aus den Formen entnehmen.

Unter "Phenolharzen" sind erfindungsgemäss die Reaktionsprodukte von Phenolen mit Formaldehyden zu verstehen. Diese Harze sind bekannt. Repräsentative Beispiele für derartige Harze sind SP6240, SP6280, CRJ416 sowie BRJ377. Diese Harze werden von der Schenectady Chemicals Inc. hergestellt, ferner kommen Varcum 5169 sowie Varcum 3048 in Frage, wobei diese Materialien von der Reichhold Chemical Corp. Varcum Division, in den Handel gebracht werden, ferner CR503 und Synco 946 9, welche von der Catalin Resin Co. hergestellt werden. Erwähnt sei ferner CR145. Dieses Material wird von der Ashland Chemical Co. hergestellt.

Beispiele für den Erweichungspunkt und die Heissplattenhärtung {Zeit bis zum Vernetzen des Harzes) einiger dieser Harze sind 'in der Tabelle I zusammengefasst.

Tabelle I

Harz Erweichungspunkt, Heissplattenhärtung,

⁰C Sekunden 71⁰C

Varcum 3048 97 32

Varcum 5169 65 63 ¹^

BRJ 377 93 30

SP 6240 81 28

SP 6280 70 31

CRJ 377 98 22

Synco 9469 89 27

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Die ausgewählten feinteiligen Phenolharze(weniger als 320 Tylermesh) werden mit einem kautschukartigen Latex überzogen. Das Endprodukt des Überziehens geht ebenfalls durch ein 325 Tylermesh-Sieb. Repräsentative Beispiele für derartige Latices sind Styrol/Butadien (SBR)-Kautschuke sowie Acrylnxtrilkautschuke. Styrol/Butadien-Latices werden bevorzugt. Der Latex kann auf dem Phenolharz in einer Menge von ungefähr 1 bis ungefähr 32 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gewicht des Phenolharzes, aufgebracht werden. Gewöhnlich werden ungefähr 5 bis ungefähr 25 Gewichtsteile des Latex verwendet.

Der Styrolanteil des SBR-Latex kann zwischen 15 und 40 Gewichts-% schwanken. Im allgemeinen wird ein Latex, der 20 bis 30 Gewichts-% Styrol enthält, verwendet.

Die Phenolharz/Latex-Masse wird innig mit den Reibungsmaterialien in einem Innenmischer vermischt, beispielsweise einem Banburymischer, einem Intermix-Mischer, einem V-Schalenmischer oder einem Kugelmischer.

Nach einem innigen Vermischen der Bestandteile des Bremsfutters wird die Masse in eine Druckform zum Härten eingebracht. Es wird eine Druckverformung angewendet, um das nicht-gehärtete Harzmaterial solange zusammenzuhalten, bis eine Vernetzung unter Wärme erfolgt. Es wird ein Druck von ungefähr 17,5 bis ungefähr 3500 atü (250 bis 50 000 psi) eingehalten, wobei jedoch ein Druck von ungefähr 350 bis ungefähr 700 atü (5000 bis 10 000 psi) bevorzugt wird.

Das organische Futter besteht aus Reibungsmaterialien, die mit einer organischen harzartigen Matrix verbunden sind. Die Matrix bildet sich dann, wenn die Masse auf eine Temperatur von unge fähr 120 bis 177°C (250 bis 350⁰F), gewöhnlich jedoch auf eine Temperatur von ungefähr 135 bis 163°C (275 bis 325°P) erhitzt

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wird. Die Temperatur kann während einer Zeitspanne von ungefähr 1 bis 50 Minuten aufrecht erhalten werden, wobei jedoch ungefähr 25 bis 40 Minuten gewöhnlich ausreichend sind.

Nach dem Härten kann ein "Nachhärtungsbrennen" angewendet werden, um eine vollständige Vernetzung des organischen harzartigen Materials zu gewährleisten. Die gehärteten organischen
Bremsfutter werden in einen Ofen eingebracht, dessen Temperatur gewöhnlich von Zimmertemperatur bis 260⁰C (500⁰F) schwankt.
Die Temperatur kann auf ungefähr 538°.C (1000⁰F) gesteigert werden. Bei dieser Temperatur werden die Futter entnommen. Etwa noch vorhandene nicht-umgesetzte Vernetzungsstellen werden auf diese Weise miteinander verbunden. Die Nachhärtungsbrennung ist gewöhnlich nicht notwendig und wird lediglich angewendet, um eine vollständige Vernetzung zu gewährleisten.

Erfindungsgemäss wirksame Harze sind heissreaktive Einstufen-Alkaliphenolformaldehydharze. Die Zweistufen-Phenolharze sind ebenfalls wirksam. Die Phenolharze können mit dem Latex nach irgendeiner bekannten Weise überzogen werden. Viele Methoden zum Aufbringen von Harzen stehen zur Verfügung. Das Harz braucht

nur seinen feinteiligen Zustand nach Beendigung des Überzugsverfahrens beizubehalten. Diese überzogenen Harze werden oft als "gefrorene" Harze bezeichnet.

In den angegebenen Beispielen wird das Phenolharz mit einem Polymeren überzogen, das aus der Latexform koaguliert worden ist. Phenolharz (Varcum 5169, das von der Reichhold Chemical Company in den Handel gebracht wird) wird in Wasser mit einer Temperatur von 50⁰C (120⁰F) aufgeschlämmt, das eine ungefähre 1,5:1-Mischung aus Schwefelsäure und Alaun in einer solchen
Menge enthält, die dazu ausreicht, dass ein End-pH-Wert zwischen 4 und 6 nach der Koagulierung des Kautschuklatex vorliegt. Ein Styrol/Butadien-Latex (5 % Gesamtfeststoffe, 23,5 % Styrol),

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der ein solches Gewicht an trockenem Kautschuk enthält, das 20 % des Gewichtes des Phenolharzes äquivalent ist, wird langsam der Harzaufschlämmung bei einer Temperatur von 50⁰C zugesetzt, wobei die Mischung gerührt wird. Nach der Zugabe des Styrol/Butadien-Latex wird das Styrol/Butadien auf das aufgeschlämmte Phenolharz koaguliert. Die aufgeschlämmten Teilchen werden dann mit 92/8-Styrol/Butädien-Harz zur Verhinderung eines Klebens der Oberfläche überzogen. Das Styrol/Butadien-Harz wird mit einem Gesamtfeststoffgehalt von 2 % bei einer Temperatur von 50⁰C der auf ge schlämmten Vormischung in einer Menge zugesetzt, die 5 Gewichts-% des Phenolharzes entspricht. Nachdem der ganze Harzlatex auf die Vormischung koaguliert worden ist, wird diese filtriert oder zentrifugiert, worauf sich ein Trocknen in einem Ofen bei einer Temperatur zwischen 60 und 66°C (140 und 150⁰F) anschliesst. Das Verfahren ist bei jeder Temperatur zwischen ungefähr 38⁰C und 71⁰C (100 und 160⁰F) wirksam.

Styrol/Butadien-Zubereitungen, die 60 % oder mehr Gewichts-% Styrol enthalten, werden als nicht-elastomer und harzartig angesehen. Das zur Verhinderung eines Oberflächenklebens aufgebrachte Harz scheint keine merkliche Wirkung auf den Koeffizienten oder die Wirkung der erfxndungsgemässen Massen auszuüben.

Das in der vorstehend beschriebenen Weise überzogene Phenolharz ' kann in jedem typischen Bremsfutteransatz eingesetzt werden. Ein typischer Bremsfutteransatz enthält

a) Asbest,

b) Metallabfänger, wie Messingspäne oder Bronzepulver,

c) Füllstoffe, wie Baryte, Diatomeenerde, Eisenoxyd oder Siliciumcarbid,

d) Bindemittel, wie überzogenes Phenolharz und

e) Schmiermittel, wie Kupfersulfid oder Graphit.

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Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Alle Teil- und Prozentangaben beziehen sich, sofern nichts anderes angegeben ist, auf das Gewicht.

Beispiel 1

Es werden Bremsfutter nach folgendem Ansatz hergestellt. Alle Proζentangaben beziehen sich auf das Gewicht des gesamten Ansatzes.

Asbest 32 % Messingspäne 32 % Bariumsulfit 16 %

Phenolharz

(Varcum 5169) 20 %

Alle Bestandteile des Bremsfutters werden in einem Patterson-Kelly-V-Schalenmischer mit einem Fassungsvermögen von 5 1 vermischt. Das Vermischen erfolgt während einer Zeitspanne von Minuten. Während dieser Zeitspanne wird ein Verstärker im Inneren des Mischers verwendet, um die Masse gründlich zu vermischen. Der Verstärker ist ein sich schnell drehender Stab mit einer Vielzahl von Hervorhebungen. Der Zweck des Verstärkers besteht darin, die Bestandteile schnell zu vermischen und Agglomerate aus Bestandteilen auf eine kleinere Grosse zu reduzieren. Die vermischte Masse wird gewogen und auf eine Temperatur von 82°C während einer Zeitspanne von 30 Minuten vorerhitzt. Eine ausgewogene Charge der erhitzten Masse wird in eine nierenförmige Bremsform mit einem einzigen Hohlraum eingebracht. Die Form.wird in eine dampfbeheizte und hydraulisch betriebene Doppelkolbenkompressions-Formpresse eingebracht. Die Masse wird bei einer Temperatur von 163⁰C sowie unter einem Druck von 35 atü während einer Zeitspanne, von. 30 Minuten ver formt .„Die. .Futter werden_aus. der Form entnommen und ohne Nachbrennen getestet.

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Beispiel 2

Nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode werden Bremsfutter hergestellt. Der eingesetzte Ansatz ist mit demjenigen des Beispiels 1 identisch, mit der Ausnahme, dass 8,4 % des Phenolharzes durch ein Material ersetzt werden, das aus einem Phenolharz besteht, das mit 20 Teilen Styrol/Butadien-Latex überzogen ist, wobei dieses Material in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellt worden ist. Der gesamte Ansatz enthält etwas weniger als 2 Gewichts-% Styrol/Butadien. Das Mischen und das Härten werden nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode durchgeführt.

Die bei der Durchführung der Beispiele 1 und 2 hergestellten Bremsfutter werden vergleichend unter Verwendung eines Trägheitsdynamometers getestet, bei dessen Einsatz ein stationäres Bremsfutter mit einer Fläche von 7,1 cm² verwendet wird. In dem Dynamometer wird eine Scheibe mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 880 m pro Minute verwendet, wobei eine Scherkraft von 98,29 kg pro 6,45 cm² entwickelt wird. Das Futter absorbiert bei jedem Stop sowie bei einer Stopjfceit bei ungefähr 16 Sekunden und einer 4 Minuten dauernden Kühlzeit zwischen den Stops 13 075 m-kg kinetische Energie.

Der Reibungskoeffizient aus dem Dynamometer wird unter Anwendung der folgenden Formel berechnet:

Cf = 12 X 1 W
Ar P t

A = Kolbenfläche = 101,6 cm²

r = Reibungsradius = 50 mm

I = Trägheitsmoment = 2,2 Einheiten der Masse/0,09 m² W = AnfangsScheibengeschwindigkeit in Rad/Sek. = 293,2160 P = Liniendruck - variabel

t_g= Stop.pzeit

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Der Liniendruck wird variiert, um soviel Druck zu erzeugen, dass das Dynamometer nach ungefähr 16 Sekunden zum Halten gebracht wird. Während des Verlaufs von 25 Stops bildet sich eine Glasur auf der Reibungsoberfläche des Bremsfutters, welche die Ursache für die allgemeine Erhöhung des Reibungskoeffizienten während des Tests zu sein scheint. Alle Futter und Tests werden so gleichmässig wie möglich hergestellt bzw. durchgeführt.

Die Ergebnisse des Testens der Bremsfutter gemäss der Beispiele 1 und 2 sind in der folgenden Tabelle II zusammengefasst.

Tabelle II

Anzahl

der Stops Beispiel 1 Beispiel 2 E1-E2

1	0,252	0,231	0,021
2	0,277	0,290	0,013
3	0,286	0,325	0,039
4	0,289	0,341	0,052
5	0,281	0,280	0,001
6	0,287	0,353	0,066
7	0,268	0,358	0,090
8	0,267	0,342	0,075
9	0,251	0,349	0,098
10	0,260	0,347	. 0,087
11	0,276	0,370	0,094
12	0,273	0,340	0,067
13	0,271	0,340	0,069
14	0,271	0,346	0,075
15	0,287	0,360	0,063
16	0,302	0,353	0,051
17	0,291	0,353	0,062
18	0,295	0,342	0,047
19	0,293	0,326	0,033
20	0,293	0,308	0,015
21	0,286	0,352	0,066

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-10-Tabelle II (Fortsetzung)

Anzahl der Stops	Beispiel 1	Beispiel 2	El-E 2
22	0,273	0,329	0,056
23	0,267	0,329	0,062
24	0,267	0,349	0,082
25	0,267	0,350	0,083
Durchschnitt	0,277	0,334	0,057

Prozentsatz des Vorteils von Beispiel 2 gegenüber Beispiel 1 = 20,6 %.

Es it deutlich zu ersehen, dass die Einmengung von Kautschuk in die Phenolharzmatrix den Reibungskoeffizienten des Bremsfuttermaterials erhöht, wobei ferner das Bremsvermögen (absorbierte kinetische Energie) gesteigert wird. Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad des Bremsfutters erhöht.

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Claims

- 11 Patentansprüche

1. Verfahren zur Verbesserung des Reibungskoeffizienten eines trocken vermischten organischen Bremsfutters, bei dem ein feinteiliges Phenolharz mit trockenen Bremsfuttermaterialien vermischt wird und die erhaltene Kombination zu der gewünschten Form unter Härtung zur Gewinnung des organischen Bremsfutters verformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Phenolharz mit ungefähr 1 bis ungefähr 32 Gewichtsteilen eines kautschukartigen Latex -vor der Vermischungsstufe überzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialkombination aus überzogenem Harz und trockenem Futtermaterial unter einem Druck von ungefähr 17,5 bis ungefähr 3500 atü (250 bis 50 000 psi) gehärtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialkombination aus überzogenem Harz und trockenem Futtermaterial bei einer Temperatur zwischen ungefähr 135 und ungefähr 190⁰C (275 und 375°F) gehärtet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Phenolharz mit einem Latex überzogen wird, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Styrol/Butadien-Latex sowie Acrylnitril-Latex besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete trockene Futtermaterial aus Asbest, Baryten, Diatomeenerde, Graphit oder Kupfersulfid besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete trockene Futtermaterial zusätzlich Materialien enthält,, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Bronzepulver, Siliciumcarbid und Eisenoxyd besteht.

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