DE2604754A1

DE2604754A1 - Reibstoff

Info

Publication number: DE2604754A1
Application number: DE19762604754
Authority: DE
Inventors: Yehuda Baskin
Original assignee: Ferro Corp
Current assignee: Vibrantz Corp
Priority date: 1975-02-07
Filing date: 1976-02-07
Publication date: 1976-08-19
Also published as: IT1054841B; JPS5925831B2; JPS5286436A; US4002592A; CA1088239A; MX4299E; FR2300106B3; ES445181A1; FR2300106A1; SE7601332L; GB1523062A; BR7600741A

Description

COHAUSZ & FLORACK

PATBNTANWALTSBÜRO D-4 DÜSSELDORF · SCHUMANNSTH. 97

PATENTANWÄLTE:
Dipl.-Ing. W. COHAUSZ · Dipl.-Ing. W. FLORACK - Dipl.-Ing. R. KNAUF Dr Ing., Dipl.-Wirlsch.-Ing. A. GERBER Dipl. Imj H B COHAUSZ

6. Februar 1976

Anmelder: Ferro Corporation, One Erievlew Plaza, City of Cleveland

State of Ohio, U.S.A.

Reibstoff

Die Erfindung betrifft einen Reibstoff aus einem harten, wärmebeständigen Duroplast und einem reibungsmodifizierenden Zusatzstoff.

An Reibstoffe, wie sie für Brems- und Kupplungsbeläge Verwendung finden, werden hohe Leistungsanforderungen gestellt. Hauptaufgabe eines Reibungselements wie eines Bremsbelags ist es, kinetische Energie in Wärme umzuwandeln, diese aufzunehmen oder anderweitig abzuführen und gleichzeitig durch Reibungswirkung die Helativbewegung zwischen dem Reibstoff und dem daran angreifenden Teil zu vermindern. Hierzu ist es notwendig, daß der Reibungsbeiwert zwischen dem Reibstoff und dem daran angreifenden Teil möglichst hoch und von den Betriebsbedingungen ist, so daß die Energieumwandlung mit einem minimalen Verschleiß der sich berührenden Teile erzielt wird. Insbesondere soll ein Reibstoff nicht nur einen hohen Reibungsbeiwert haben, sondern auch dauerhaft und wärmebeständig sein, wenig oder kein Geräusch beim Reibungskontakt mit. dem angreifemlen Teil, wie einem Rotor, entwickeln und an dem angreifenden Teil möglichst wenig Verschleiß verursachen.

Im allgemeinen besteht ein Reibstoff aus einer Grundmasse oder einem Bindemittel, wie einem Duroplast oder vulkanisiertem Kautschuk,

ORIGINAL INSPECTED

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einem faserigen Füllstoff oder Verstärkungsmittel und einem reibungsmodifizierenden Zusatzstoff, der dazu beiträgt, dem Reibstoff den gewünschten Reibungsbeiwert zu erteilen. Oft enthält der Reibstoff auch noch Füllstoffe oder Extender, die die physikalischen Eigenschaften modifizieren und die Kosten senken. Das faserige Verstärkungsmaterial ist in der Regel Asbest, obwohl auch andere hochtemperaturbeständige Stoffe verwendet werden können, um die Komponenten des Reibstoffs zusamiuenzuhalten oder zu binden.

Unter bestimmten Bedingungen, wie Überhi fcssung oder Berührung mit Wasser, haben Asbestfasern die Neigung, glatt zu werden, so daß der Reibungsbeiwert absinkt. Wenn in einem solchen Fall beispielsweise der Fahrer eines Kraftfahrzeugs versucht, die Bremse zu betätigen, ist die Leistung des Bremsbelags gegenüber der Normal leistung stark vermindert, und es ist dadurch schon zu Unfällen gekommen. Bei Reibstoffen, die Asbest als Faserverstärkung enthalten, wäre daher ein reibungsmodifizierender Zusatzstoff, der den Reibungsbeiwert erhöht, von besonderem Vorteil.

Viele Reibelemente, wie Bremsbeläge, haben die Neigung zum "Fading", eine Erscheinung, die als Unfähigkeit, einen einigeniaßen konstanten Reibungswert bei wiederholter Betätigung der Bremse bei einer gegebenen Geschwindigkeit beizubehalten, beschrieben werden kann und in der Regel auf Überhitzung der Bremsbeläge zurückzuführen ist. Alle Bremsbeläge neigen mehr oder weniger zum Fading. Um diese Neigung zum Fading herabzusetzen, ist vorgeschlagen worden, in die Reibstoffe wärmeleitende Teilchen, wie Metall teilchen, einzuarbeiten, doch stellt dieser Mangel immer noch ein ernsthaftes Problem dar.

Bei diesem Stand der Technik stellt sich die Aufgabe, einen Reibstoff zur Verfügung zu stellen, der im Vergleich zu bekannten Reibstoffen leistungsfähiger ist, insbesondere einen höheren Reibungsbeiwert hat, beständiger gegen Fading ist und an den an dem Reibstoff angreifenden Teilen einen geringeren Verschleiß verursacht.

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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Iteibstoff der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der reibungsmodifizierende Zusatz stoff ein normaler einfacher kristalliner Spinell oder ein kristallines Mineral aus einer isomorphen festen Substitutionslösung
ist, die im wesentlichen aus Atomen von Metallen und Sauerstoff besteht, die als Mischkristall in einem normalen Spinell-Kristallgitter angeordnet sind und der Formel

entsprechen, worin A ein Atom oder mehrere Atome eines ein- oder
zweiwertigen Metalls und B ein Atom oder mehrere Atome eines drei-, vier-, fünf- oder sechswertigen Metalls bedeuten, wobei die Metallatome in der normalta Kristallgitterstruktur des Spinells eingebaut sind, so daß mindestens zwei verschiedene Metallatome zugegen sind, die zur Erhaltung der elektrischen Neutralität eine Valenzgesamtladung von acht haben, und daß der reibungsmodifizierende Zusatzstoff in einer solchen Menge zugegen ist, daß der Reibstoff den gewünschten Reibungsbeiwert aufweist.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Vorteilhafterweise besteht der aus einem kristallinen Mineral gebildete reibungsmodifizierende Zusatzstoff aus Teilchen von normalem Spinell, der in einer Menge von 0,8 bis k5 Gew.-$ des Reibstoffes zugegen ist und die Formel

hat, worin X zwei Atome eines einwertigen Metalls aus der Gruppe Na, K, Ag und Li oder ein Atom eines zweiwertigen Metalls aus der Gruppe Mg, Fe, Co, Mn, Zn, Ni, Cu und Cd und Y ein dreiwertiges Metall aus der Gruppe Mo, W, Al, Ni, Fe, Cr, Mn, Ti und V bedeuten, wobei X und Y nicht das gleiche Metall sein können.

Die Erfindung erstreckt sich ferner auf ein Reibungsbauteil aus dem obengenannten Reibstoff und einen Bremsbelag aus dem Material.

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Allgemein besteht also der Reibstoff gemäß der Erfindung aus einem harten, wärmebeständigen Duroplast, der vorzugsweise durch einen Faserstoff verstärkt ist, und einem aus einem kristallinen Material gebildeten reibungsmodifizierenden Zusatzstoff aus Teilchen eines normalen Spinell-Mischkristalls in einer solchen Menge, daß der Reibstoff den gewünschten Reibungsbeiwert aufweist.

Jeder wärmebeständige Duroplast, der gegen die von dem Reibstoff entwickelten Wärme widerstandsfähig ist, kann als Bindemittel verwendet werden. Iu der Regel eignen sich Phenoplaste (Phenolharze), wie Phenol-Formaldehyd- und Phenol—Furfural-Kunstharze, am besten, doch können auch andere Duroplaste, wie Melamin-Formaldehyd-, Harnstoff-Formaldehyd-, Epoxid-, Diallylphthalat-, Dioctylphthalat, vernetzte Alkydharze usw. benutzt werden. Phenol-Formaldehyd-Harze werden bevorzugt.

Für manche Anwendungen können zusammen mit dem wärmebeständigen Duroplast Elastomere verwendet werden, um den Reibungsgriff des Reibstoffes zu erhöhen. Die Elastomere brauchen zwar nicht vulkanisiert zu werden, doch werden vulkanisierbare Elastomere bevorzugt; deshalb werden in die Reibstoffmischung Vulkahisiermittel eingearbeitet. Beim weiteren oder endgültigen Aushärten des Duroplasts wird dann das Elastomer gleichzeitig vulkanisiert. Beispiele brauchbarer Elastomere sind Naturkautschuk, Butadien-Acrylnitril-Kautschuk, Butadien-Styrol-Polymere, Polybutadien usw.

Der reibungsmodifizierende Zusatzstoff besteht aus Spinellen mit Atomen aus zwei verschiedenen Metallen sowie aus Spinellen, die Atome aus drei oder ißehr verschiedenen Metallen enthalten. Der reibungsmodif izierende Zusatzstoff ist ein kristallines Mineral aus ei-, ner isomorphen substituierenden festen Lösung, die im wesentlichen aus Atomen von Metallen und Sauerstoff besteht, die als Mischkristall in einer normalen Spinell-Kristallgitterstruktur angeordnet sind.

Wenn zwei Metalle A und B die gleiche Struktur haben, so bildet sich im allgemeinen beim Zusatz von A zu B eine feste Lösung, in der die Atome der beiden Metalle mit statistischer Zufallsverteilung geome-

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trisch ebenso angeordnet sind wie in den reinen Metallen A und B. Es gibt viele Stoffe mit genau gleicher oder ähnlicher Kristallgitterstruktur, die in begrenztem oder unbegrenztem Umfang feste Lösungen oder Mischkristalle bilden. Die Bildung dieser festen Lösungen oder Mischkristalle hängt aber auch von so vielen komplizierenden Faktoren ab, daß im allgemeinen aus der Struktur zweier Stoffe nicht auf ihre Fähigkeit oder Unfähigkeit, feste Lösungen zu bilden, geschlossen werden kann. Eine Verbindung wird als polymorph bezeichnet, wenn sie zwei oder mehr kristalline feste Phasen bildet, die sich in der Anordnung der Atome unterscheiden. Die verschiedenen Strukturen sind lediglich verschiedene Packungen derselben Atombausteine.

Im vorliegenden Falle ist der reibungsmodifizierende kristalline Zusatzstoff eine feste Lösung, die aus Metallatoineii in der normalen Spinell-Kristallgitterstruktur gebildet wird. Verfahren zur Herstellung einer normalen Spinell-Kristallgitterstruktur sind bekannt und bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung. Im allgemeinen werden Oxide der ausgewählten Metalle in Mischung kalziniert. Die Komponenten können dabei bis zum Schmelzen erhitzt werden, doch ist dies nicht notwendig. Vorzugsweise werden sie nur bis auf eine Temperatur erhitzt, bei der die Reaktion im festen Zustand eintritt. Diese Temperatur läßt sich leicht durch Versuche feststellen und liegt normalerweise in einem Bereich von etwa 950 bis etwa l600 C. Das kalzinierte Produkt wird abkühlen und zu der Kristallgitterstruktur des normalen Spinells auskristallisieren gelassen. Bei der Bildung einer festen Lösung kann man das Kristallgitter des einen Metalloxids als Wirtsgitter und die Atome der anderen Bestandteile als additive oder substituierende Atome im Wirtsgitter ansehen.

Es gibt zwei Wege, auf denen eine zufällige Anzahl hinzukommender Atome in ein Kristallgitter eingebaut werden kann. In einem Falle nehmen die substituierenden Atome normalerweise unbesetzte Zwischenplätze im Kristall ein. Diese festen Lösungen werden als Einlagerungsmischkristalle bezeichnet. Im anderen Falle nehmen die hinzukommenden Atome Gitterplätze ein, die normalerweise im Wirtsgitter besetzt sind. Feste Lösungen dieser Art werden als Substitutionsmischkristalle bezeichnet, und zu ihnen gehören lie reibungsmodifizierenden

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eTrische MessunZusatzstoffe gemäß der Erfindung. Wenn genaue goniome gen notwendig sind, um zwischen zwei Kristallen eine morphologische Unterscheidung zu treffen, so werden diese Kristalle als isomorph bezeichnet. Die hier in Rede stehenden normalen Spinell-Kristallgitterstrukturen können also also als isomorphe feste Substitutionslösungen bezeichnet werden.

Feste Lösungen sind stabil, wenn dex· aus der festen Lösung gebildete Mischkristall eine geringere freie Bildungsenergie als andere Anordnungen der beteiligten Atome hat. Feste Substitionslösungen oder Substitutionsmischkristalle sind Beispiele fehlerhafter Feststoffe, da alle kristallographisch gleichen Stellen besetzt sind, wenn auch mit verschiedenen Atomen. Da aber bei den festen Substitutionslösungen, die die reibungsinodifizierenden Zusatzstoffe bilden, die Atome verschiedene Valenzen oder Wertigkei ten haben, muß die Anzahl der verschiedenen Atome eine Valenzgesanitladung ergeben, bei der die elektrische Neutralität erhalten ist. Jn einem Spinell-Kristallgitter mit vier Sauerstoffatomen ist die Gesamtladung der Valenzen acht.

In dem Kristallgitter eines normalen Spinells der Formel AB₉O,, in der A und B die weiter oben angegebene Bedeutung haben, sind mindestens drei Metallatome vertreten, wobei die Gesamtzahl der Metallatome eine Gesamtvalenzladung von acht haben muß, damit im Hinblick auf die acht negativen Ladungen der viex* Sauerstoffatome die elektrische Neutralität erhalten bleibt.

Zum Aufbau eines Spinells der vorstehend angegebenen Formel können Atome aller bekannten Metalle verwendet werden, sofern die Bedingung der Valenzgesamtladung erfüllt ist. Der Spinell kann auch die Atome von drei oder mehr Metallen enthalten, deren Gesamtladung mit der Ladung der vorhandenen Sauerstoffatome elektrische Neutralität ergibt. Zu bevorzugten Metallen für die Komponente A gehören Na, K, Ag, Li, Mg, Fe, Co, Mn, Zn, Ni, Cu und Cd. Zu bevorzugten Metallen für die Komponente B gehören Mo, V/, Al, Fe, Cr, Mn, Ti, V, Nb und Ta. Wie man sieht, können einige Metalle, wie Eisen und Mangan, sowohl zur Komponente A als auch zur Komponente B gehören, je nachdem ob

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ihre Wertigkeit zwei oder höher als zwei is L. Immer alT&r müssen mindestens zwei verschiedene Metalle im Kristallgitter vorkommen.

Wie ausgeführt, können in dem Substi tu Li onsniischkristall, aus dem das Kristallgitter des als reibungsniodifizierenden Zusatzstoff verwendeten normalen Spinells besteht, die Metall atome einander unbeschränkt ersetzen. Es kann also eine vollständige Reihe fester Lösungen aus den gleichen drei oder mehr Metallatomen geben, in denen die Metallatome in wechselnden Mengen zugegen sind, sofern die elektrische Neutralität erhalten ist. Die Verhältnisse ähneln denjenigen beim Mischen von Flüssigkeiten, die in allen oder fast allen Verhältnissen miteinander mischbar sind. Bei derartigen festen Lösungen müssen manchmal Atomplätze im Kristallgitter unbesetzt gelassen werden, um die elektrische Neutralität des Kristallgi ttergei'üges zu erhalten.

Es versteht sich, daß die weiter oben definierte Formel AB^O, nur den einfachsten Fall darstellt. Auch andere Strukturen sind möglich, die aber auf derselben Formel beruhen. Beispielsweise kann das Kristallgitter aus Assoziationen von Mischkristallen der speziellen Formel bestehen, wie (AB₂O,)„ oder (AB_o0_;)„.

Für die Herstellung der festen Lösungen werden solche Metalle und Metalloxide bevorzugt, die nach getrenntem Kalzinieren und Abkühlen dennoch ein normales Spinell-Kristallgitter bilden.

Zur Verwendung in Reibstoffen geeignete Spinelle haben eine dichtgepackte, kristalline Oxidstruktur von kubischer Form mit einer dreidimensionalen Anordnung der Metallatome X, Y ui'd der Sauerstoffatome, wobei X und Y die weiter unten definierten Metalle sind. Der Spinell muß die normale Kristallstruktur und darf nicht die inverse Kristallstruktur haben, damit die mit der Erfindung angestrebten vorteilhaften Wirkungen erzielt werden. Wenn die X-Atome sich an Stellen mit Tetraederkoordination und die Y-Atome sich an Stellen mit Oktaederkoordination befinden, ergibt sich eine normale Spinellstruktur. Bei bestimmten anderen Spinellen sind die X- und Y-Atome anders angeordnet. Bei diesen sind die acht Tetraederplätze nicht mit acht X-Atomen, sondern mit einer Hälfte der Y-Atome besetzt,

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während der Rest der Y—Atome zusammen mit den X—Atomen statistisch auf die 16 Oktaederplätze verteilt ist. Diese sogenannten "inversen"

werden
Spinelle/dureh die Formel Y(XY)O, dargestellt, um sie von Spinellen mit normaler Kristallstruktur zu unterscheiden. Beispiele inverser Spinelle, auf die sich die Erfindung nicht erstreckt, sind Fe(MgFe)O,, Fe(TiFe)O, und Zn(SnZn)O .

Eine Klasse normaler Spinelle, die mit Vorteil verwendet werden können, hat die Formel

worin X zwei Atome eines einwertigen Metalls aus der Gruppe Na, K, Ag und Li oder ein Atom eines zweiwertigen Metalls aus der Gruppe Mg, Fe, Co, Mn, Zn, Ni, Cu und Cd und Y ein dreiwertiges Metall aus der Gruppe Mo, W, Al, Ni, Fe, Cr, Mn, Ti und V bedeuten, X und Y jedoch nicht das gleiche Metall sein können.

Bei einer bevorzugten Klasse von Spinellen ist X eines der zweiwertigen Metalle und Y eines der dreiwertigen Metalle. Zwei solcher bevorzugten Spinelle sind MgAl₅₁O, und ZnAl₉O, .

Als Beispiel für einen drei Metalle enthaltenden Spinell, der als Zusatz für einen Reibstoff gemäß der Erfindung brauchbar ist, und zur Veranschaulichung des Substitutionsbereichs, der bei einem Spinell-Mischkristall möglich ist, sei ein Spinell angeführt, bei dem unterschiedliche Mengen Eisen in einem zwei Metalle enthaltenden Spinell der oben angegebenen Art durch Titan ersetzt sind. Er kann durch folgende Formel bezeichnet werden:

Zn ⁺(Ti ⁺, P^eo ο > ^ii>e )0| >

X a—^X X 4t

in der χ jeden positiven Wert, beispielsweise von 0,001 bis 1,0 oder mehr, annehmen kann. Die Exponenten geben die Valenzen der Atome

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Besonders brauchbare Substitutionsmischkristalle mit dem Kristallgitter des normalen Spinells sind folgende:

_Of5Of524

<^Ζη0,5^Μβ0,5^)Ρβ2°4

(^Zn0,5^M) ZnAlFeO

₄ LiCoMnO

^Na0,l^Zn0,8^ll'^e2,l°4

(^K0,66^Ag0_J66^Cu0₎66)^Cr04 ()

LiNaMoO₄

KNiNbO₄

CoCdTiO₄

KAgWO

^(Mn0,5^E'^e0₎₅ ^)A12\ ()

NaZnVO₁ 4

KMgTaO₄

Von den vorstehend aufgeführten speziellen Beispielen sind die zinkhaltigen Mischkristalle mit dem Kristallgitter des Spinells besonders vorteilhaft. Die drei ersten aufgeführten Spinelle werden bevorzugt.

Der Mechanismus, der der Leistungsverbesserung von Reibstoffen, wie Bremsbelagstoffen, durch die angegebenen Spinelle zugrunde liegt, ist nicht genau bekannt. Vermutlich haben die chemische Zusammensetzung, die Wärmebeständigkeit und die mechanischen Eigenschaften der Spinelle in irgendeiner Weise eine günstige Wirkung. Es ist anzunehmen, daß die vier voneinander unabhängigen mechanischen Gleitsysteme im Kristallgitter des normalen Spinells zu den vorteilhaften Ergebnissen beitragen, da sie eine günstige Kombination von mechanischen und Reibungseigenschaften aufweisen.

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Vor der Einarbeitung des Spinell-Mischkristalls, im folgenden der Einfachheit halber als Spinell bezeichnet, in den wärmebeständigen Duroplast wird der Spinell in geeigneter Weise, z.B. in einer Kugelmühle, gemahlen. Der Spinell kann aber auch in Teilehenform synthetisiert werden. Die Teilchengröße ist nicht kritisch; für die meisten Zwecke liefert eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,5—lO^/tm gute Ergebnisse.

Dem Duroplast und dem Spinell können weitere Zusatzstoffe, modifizierende Materialien, Füllstoffe, Extender usw., die als solche bekannt sind, zugesetzt werden. Beispiele solcher Zusätze sind Baryte, Graphit, Talkum, Bleiglätte, Kaolin, Kolophonium, wasserabweisende Stoffe, wie Paraffinwachs, Montanwachs, Ceresinwachs, Bienenwachs und dgl. (die zugleich gegenüber den Komponenten des Reibstoffs als Schmiermittel wirken), kleine Mengen von Oxiden, e Kalk, Zinkoxid, Bleidioxid, Quarzsand und Mangandioxid, Schwefel (wenn die Vulkanisierung eines Elastomeren beabsichtigt ist) und andere- Biese und ähnliche Stoffe werden hier und in den Ansprüchen als Füllstoffe bezeichnet.

Ebenso kann die Faserverstärkung aus jedem Material bestehen, das seine Faserform bei den Betriebstemperaturen des Reibstoffes ibehält, z.B. aus Glasfasern, Asbestfasern und anderen ähnlichen Mineralfasern.

Die Mengenverhältnisse sind nicht kritisch. Im allgemeinen enthält der Reibstoff etwa 20 bis etwa 80 Gewichtsteile Kunstharz, etwa 5 bis etwa 40 Gewichtsteile Faserverstärkung und etwa 1 bis etwa 20 Gewichtsteile Spinell. Wenn ein Elastomer zugesetzt wird, kann sein Anteil bis zu etwa 12 Gewichtsteilen betragen. Werden Füllstoffe verwendet, so können sie in einer Menge bis zu etwa 30 Gewiehtsteilen zugesetzt werden. In vergleichbaren Prozentangaben ausgedrückt, kann der Spinellgehalt etwa 0,8 bis etwa 45 Gew.-^ des Reibstoffs !»tragen.

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Zur Herstellung des Reibstoffs wird der wärmebeständige Duroplast, dessen Polymerisationsgrad so niedrig sein muß, daß er noch flüssig ist, mit dem Spinell, der Faserverstärkung und, falls gewünscht, mit dem· Füllstoff oder den Füllstoffen, die man vorgesehen hat, gemischt. Falls ein Elastomer verwendet werden soll, kann dieses zuerst in einem gebräuchlichen Lösungsmittel, wie Methyläthylketon, Dimethylsulfoxid od. dgl., gelöst und dann dem Kunstharz zugesetzt werden; danach folgen der Spinell, die Faserverstärkung und gegebenenfalls der Füllstoff oder die Füllstoffe. Die Mischung wird dann in einem Mischwerk oder Innenmischer — gegebenenfalls unter Erwärmen — durchgemischt, bis sie eine gleichmäßige Konsistenz angenommen hat. Wenn nötig oder gewünscht, kann die feuchte Hauptmischung langsam und leicht erwärmt werden, um die Entfernung des Lösungsmittels zu beschleunigen.

Sodann wird eine benötigte Menge der Hauptmischung in eine Form gefüllt, deren Hohlraum die Gestalt des herzustellenden Ileibungselementes hat, und unter Erhitzen einem Druck ausgesetzt, dessen Höhe von der gewünschten Dichte des fertigen Formteils abhängt. Die Preßbedingungen zum teilweisen Härten der Hauptmischung hängen hauptsächlich von der Natur des Duroplasts ab und sind bekannt. In der Regel genügt je nach der Dicke des herzustellenden Formteils ein bis 30 Minuten langes Erhitzen auf etwa 163 C.

Nach der Teilhärtung unter Druck wird die Mischung nun als Streifen oder Belag aus der Form genommen und voll ausgehärtet. Die Bedingungen hierfür hängen wiederum von der Natur der Komponenten des Reibstoffs ab. Im allgemeinen reicht sechs- bis achtstündiges Erhitzen auf etwa I90 bis etwa 220 C für je 13 mm Dicke des Streifens oder Belags aus.

Der Reibstoff kann aber auch- nach den vorstehend angegebenen allgemeinen Verfahrensregeln zu Matten oder Platten verpreßt und ausgehärtet werden, aus denen dann die einzelnen Reibelemente herausgeschnitten werden.

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Nach der Herstellung eines Streifens oder anderen Formkörpers aus dem Reibstoff kann dieser in geeigneter Weise, beispielsweise mit Hilfe von Versenknieten oder eines Klebers, auf einem starren Trägerteil befestigt werden, der den Reibstoff im Betrieb hält. Beispielsweise kann der Streifen auf der gekrümmten Oberfläche einer herkömmlichen Automobil-Bremsbacke, von der er gegen die Innenfläche der rotierenden Bremstrommel des Fahrzeugrades gepreßt wird, oder auf der Fläche einer Bremsscheibe befestigt werden, die ihn gegen die umlaufende Bremsscheibe am Fahrzeugrad preßt.

An Hand der folgenden Beispiele wird die Erfindung näher beschrieben.

BEISPIEL 1

Unter Verwendung eines Spinell-Mischkristalls der Zusammensetzung (Zn„ ,-Fe_n j-)Cr₉O. wurde in folgender Weise ein Reibstoff hergestellt, Das teilchenfö'rmige Ausgangsmaterial war kubisch und hatte eine durchschnittliche Teilengröße von 2,2jum. Zu flüssigem Phenol-Formaldehyd-Kunstharz der Polymerisationsstufe A wurde eine solche Menge des Spinells zugesetzt, daß sein Anteil 5 Gew.-^ des Kunstharz-Spinell-Gemisches betrug. Die Mischung wurde bis zu einer im wesentlichen gleichmäßigen Konsistenz gerührt, mit Asbestfasern in einer Menge entsprechend etwa 20 Gew.-^ der sich ergebenden Mischung versetzt und nach deren gleichmäßigem Einrühren und zum Aufbau einer etwa 13 mm dicken Schicht in die Matrize einer Formpresse gegossen. Die Presse wurde geschlossen und etwa l/2 Stunde auf etwa I63 C erhitzt. Nach dem Öffnen der Presse wurde der aus einem Stück bestehende Reibstoffstreifen herausgenommen und 7 Stunden bei I90 C ausgehärtet.

BEISPIEL 2

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurde ein Reibstoff unter Verwendung eines Spinells der Zusammensetzung (Zn„ p-Mg _)Fe 0. aus folgender Grundmischung hergestellt:

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Spinell 3 Gew.-$

Bienenwachs 5 Gew.-f>

Kaolin 8 Gew.-^

Asbestfaser 25 Gew.-^

Phenol-Formal dehyd-llarz He st (Stufe A)

BEISPIEL 3

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurde ein Reibstoff unter Verwendung eines Spinells der Zusammensetzung (¹Zn_{n r}Mg_n ^)AlFeO, und folgender Grundmischung hergestellt:

Spinell 5 Gew.-^

Vulkanisierbarer
Butadien-Acrylnitril-Kautschuk 7 Gew.-$

Graphit 9 Gew.-^

Bleiweiß

(Kautschuk-Vulkanisation) 6 Gew.-^

■ Asbestfaser 30 Gc-w.-$

Phenol-

Pormaldehyd-Harz

(Stufe A) !{«st

Zur Herstellung der Grundmischung dieses Beispiels wurde der Butadien-Acrylnitril-Kautschuk in einem Lösungsmittel gelost, das aus 4 Gewichtsteilen Methylathylketon, 7 Teilen hydrierter Naphtha und l/2 Teil Wasser bestand. Sodann wurde das Phenolharz zugefügt und die Mischung bis zur gleichmäiJigen Konsistenz gerührt. Nun wurden die übrigen Bestandteile mit Ausnahme des Spinells und der Fasern zugesetzt. Nach erneutem Rühren der Mischung zu gleichmäßiger Konsistenz wurden unter fortwährendem Rühren der Spinell in kleinen Anteilen und dann der Asbest eingemischt, und das Rühren wurde bis zur gleichmäßigen Konsistenz der Mischung fortgesetzt. Danach wurde die Mischung leicht erwärmt, um die Verdampfung des Lösungsmittels zu unterstützen. Die Formgebung wurde wie im Beispiel 1 ausgeführt.

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Ein weiterer Reibstoff wurde unter Verwendung des Spinells MgAl„0. mit einem Schmelzpunkt von 2135 C hergestellt. Das kristalline Material war kubisch, hatte eine Dichte von 3,58 g/cm und eine Härte von 7,5 bis 8 der MOHSschen Härteskala. Es war bei 1450 °C hergestellt worden und hatte eine Teilchengröße von 2,2^m. Von diesem Spinell wurde eine solche Menge zu flüssigem Phenol-Formaldehyd-Kunstharz in der Polymerisationsstufe A zugesetzt, daß der Anteil 5 Gew.-^ der Kunstharz-Spinell-Mischung betrug. Die Mischung wurde bis zu im wesentlichen gleichmäßiger Konsistenz gerührt und mit Asbestfasern in einer Menge entsprechend etwa 20 Gew.-¹J₀ der sich ergebenden Mischung versetzt. Danach wurde die erneut bis zu gleichmäßiger Konsistenz gerührte Mischung zum Aufbau einer etwa 13 mm dicken Schicht in die Matrize einer Formpresse gegossen. Die Presse wurde geschlossen und etwa l/2 Stunde auf etwa 163 C erhitzt. Sodann wurde der aus einem Stück bestehende Reibstoffstreifen aus der Presse herausgenommen und etwa 7 Stunden bei 190 C- ausgehärtet.

BEISPIEL 5

Unter Verwendung des Spinells ZnAIpO₂ wurde nach dem Verfahren des Beispiels 4 ein Reibstoff aus folgender Grundmischung hergestellt;

Spinell 3 Gew.-^

Bienenwachs 5 Gew.-^

•Kaolin 8 Gew.-^

Asbestfaser 25 Gew.-^

Phenol-Formaldehyd-Harz Rest (Stufe A)

BEISPIEL 6

Nach dem Verfahren des Beispiels 4 wurde ein Reibstoff aus folgender Grundmischung hergestellt:

Spinell 5 Gew.-^

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-· Vk -

Vulkanisierbarer Butadien-Acryl- nitril-Kautschuk	7 Gew.-^
Graphit	9 Gew.-$
Bleiweiß (Kautschuk-Vul kanisation)	b Ge w. -f.
Asbestfasern	30 Gew.-^
Phenol- Formaldehyd-Harz (Stufe A)	Rest

Die Grundmischung wurde nach der Arbeitsweise des Beispiels 3 hergestellt.

Anstelle der in den Beispielen genannten Stoffe können auch andere der im Vorstehenden beschriebenen Spinelle, Kunstharze, Faserverstärkungen und Füllstoffe verwendet werden.

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Claims

Patentansprüche

1. lleibstoff aus einem harten, wärmebeständigen Duroplast und einem reibungsmodifizierenden Zusatzstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der reibungsmodifizierende Zusatzstoff ein normaler einfacher kristalliner Spinell oder ein kristallines Mineral aus einer isomorphen festen Substitutionslösung, die im wesentlichen aus Atomen von Metallen und Sauerstoff besteht_} die als Mischkristall in einem normalen Spinel I-Kristallgitier angeordnet sind und der Formel

AB₂O₄

entsprechen, worin A ein Atom oder mehrere Atome eines ein- oder zweiwertigen Metalls und B ein Atom oder mehrere Atome eines drei-, vier-, fünf- oder sechswertigen Metalls bedeuten, wobei die Metallatome in der normalen Kristallgitterstruktur des Spinells eingebaut sind, so daß mindestens zwei verschiedene Metallatome zugegen sind, die zur Erhaltung der elektrischen Neutralität eine Valenzgesamtladung von a> haben, und daß der reibungsmodif izierende Zusatzstoff in einer solchen Menge zugegen ist, daß der Reibstoff den gewünschten Reibungsbeiwert aufweise.

2. Reibstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß A ein Metall aus der Gruppe Na, K, Ag, Li, Mg, Fe, Co, Mn, Zn, Ni, Cu und Cd ist.

3. Reibstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß B ein Metall aus der Gruppe Mo, W, Al, Fe, Cr, Mn, Ti, V, Nb und Ta ist.

4. Reibstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das normale Spinell-Kristallgitter im wesentlichen aus (Zn₀₅Fe₀₅)Cr₂0₄ besteht.

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5· Reibstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß das normale Spinell-Kristallgitter im wesentlichen aus ^(Zn0,5^Mg0,5^)Fe2°4 ^besteht·

6. Reibstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß das normale Spinell-Kristallgitter im wesentlichen aus

besteht.

7· Reibstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der reibungsmodifizierende Zusatzstoff im wesentlichen aus Teilchen von normalem Spinell besteht, der in einer Menge
von 0,8 bis 45 Gew.-^ des Reibstoffs zugegen ist xind die Formel

^XY2°4

8. Reibstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spinell MgAIgO ist.

9. Reibstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spinell ZnAl₂O, ist.

1.0. Reibstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er eine PaserverStärkung enthält.

11. Reibstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er aus 20 bis 80 Teilen Duroplast, 1 bis 20 Teilen reibungsmodif izierendem Zusatzstoff und 5 bis 40 Teilen Faserverstärkung besteht.

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12. Reibstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß er bis zu 3» Gewichtsteilen Füllstoff enthält.

13. Reibstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichneb,' daß der Duroplast ein Phenoplast (Phenolharz) ist.

Ik. Reibstoff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Phenoplast ein Phenol-Formaldehyd-Kunstharz ist.

15. Reibstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Spinell in Form von Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,5 bis 10/im zugegen ist.

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