DE2833289A1

DE2833289A1 - Reibbelag und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2833289A1
Application number: DE19782833289
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Raybestos Manhattan Inc
Current assignee: RAYMARK INDUSTRIES Inc TRUMBULL CONN US
Priority date: 1977-07-28
Filing date: 1978-07-28
Publication date: 1979-02-08
Also published as: IT1107786B; DE2833289C2; IT7850408A0; BE869305A; GB2002466B; CA1077868A; JPS5945005B2; SE425168B; SE7808041L; FR2398771A1; JPS5425975A; GB2002466A; US4118528A; FR2398771B1

Description

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Beschreibung

Die Erfindung "bezieht sich auf Reibungselemente, wie Kupplungsbeläge, und ein Verfahren zur Herstellung solcher Elemente unter Verwendung von Rovings aus kontinuierlichen Glasfasern sowohl als verstärkendem als auch als Reibungsmaterial.

Reibungselemente, wie Kupplungsbeläge für Kraftfahrzeuge, unterliegen hohen Rotations- und Zentrifugalkräften, die die Reibungselemente bekanntlich zum Bersten bringen.

Die Haupthersteller für Kupplungsbeläge für Kraftfahrzeuge fordern ein 15-minütiges Erhitzen der Antriebsglieder der Kupplung mit zwei befestigten Belägen auf 26O⁰C (500° 1) und anschließenden Drehtest als Vorbedingung für die Annahme des Produkts. Diese Heißberstfestigkeit ist gewöhnlich der schwierigste Test, den ein Reibungsbelag zu bestehen hat, da bei erhöhten Temperaturen die Bindermaterialien, wie Harz und/oder Kautschuk, rasch an Festigkeit verlieren, was zu Brüchen oder zum Bersten bei verhältnismäßig geringen Drehgeschwindigkeiten führt. Herkömmliche Kupplungsbeläge aus Asbestfäden mit einem Außendurchmesser von 27,9 cm (11 Zoll) und einem Innendurchmesser von 16,5 cm (6,5 Zoll) bestehen bekanntlich diesen Test bis zu Drehzahlen in der Größenordnung zwischen 8 000 und 9 000 UpM.

Mit steigenden Drehfestigkeitsanforderungen für Kupplungsbeläge wurden Glasfasern zur Verstärkung der Beläge verwendet, während Asbestfasern als Reibungsmaterial beibehalten wurden. Diese Bestrebungen zeichneten sich durch hohe Einheitskosten

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und gelegentlich durch die Schwierigkeit aus, die zusammengesetzten Strukturen eben zu halten, beispielsweise, wenn ein Glasfasergewebe auf die rückwärtige Oberfläche des ringförmigen Asbest-Reibungselements aufgebracht wurde.

In jüngerer Zeit ist vorgesehlagen worden, einen Kupplungsbelag aus einer Anzahl von Bündeln paralleler durchgehender Glasfasern herzustellen, die spiralig oder statistisch um sich selbst herum in Form einer ringförmigen, mit wärmehärtbarem Binder imprägnierten Scheibe gewickelt sind, mit Fadenteilen, die Teile des Umfangs der Glasfaserbündel spiralig umgeben. Ein solcher Aufbau ist in den US-PS'en 3 743 und 3 756 910 beschrieben. Wenngleich ein solcher Aufbau zu etwas verbesserten Heißberstfestigkeiten führen soll, verglichen mit Kupplungsbelägen, die zu einem großen Teil aus Asbestfasern hergestellt sind, wurden dennoch in der Automobilindustrie Kupplungsbeläge mit noch höheren Heißberstfestigkeiten, als sie nach diesen Patentschriften herstellbar sind, angestrebt.

Ziel der Erfindung ist es, einen neuen Glasfaser-Kupplungsbelag zu schaffen, der verhältnismäßig billig herstellbar ist und doch eine erheblich gesteigerte Berstfestigkeit aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß Reibungselemente, insbesondere Kupplungsbeläge, die dem Heißbersttest bei Drehzahlen über 12 500 UpM und sogar bis 14 500 UpM zu widerstehen vermögen, während sie ihre physikalischen Dimensionen wahren, aus Bündeln kontinuierlicher Glasfäden hergestellt werden, die statistisch um sich selbst gewickelt werden, vorausgesetzt, die Fäden sind mit einem Mittel zum Vorüberziehen imprägniert, das Kautschuk, Harz und Ofenruß enthält, bevor ein wärmehärtbares Bindemittelsystem, das Kautschuk, Harz und die Reibung modifizierende

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Mittel aufweist, angewandt wird.

So ist also Gegenstand der Erfindung ein Reibbelag für Kupplungen und dergleichen mit verbesserter Heißberstfestigkeit und ein Verfahren zu seiner Herstellung aus einem Glasfaserband, das in wellig-ringförmiger Weise angeordnet ist, wobei die Wellenbögen komprimiert und durch ein wärmehärtbares Bindemittelsystem miteinander verbunden werden, das Kautschuk, Harz und reibungmodifizierende Mittel enthält, wobei der Kautschuk ein vulkanisierbarer Carboxynitrilkautschuk ist, das Harz ein wasserlösliches, niedermolekulares, einstufig wärmehärtendes Ehenol/Formaldehyd-Harz und die reibungmodifizierenden Mittel fein zerteilte organische und anorganische Teilchen sind. Bei der Herstellung der Reibbeläge wird vor der Anwendung des wärmehärtbaren Bindemittelsystems ein Vorüberzug auf die Glasfaden aufgebracht, der Kautschuk, Harz und Ofenruß aufweist und mit dem Bindemittelsystem kompatibel ist und in Form einer wässrigen Dispersion aufgebracht wird.

Ein erfindungsgemäßer Reibbelag zeichnet sich aus durch ein mit einem wärmehärtbaren Bindemittelsystem imprägniertes und wellig-ringförmig angeordnetes Band, das zum Komprimieren zur Bildung eines scheibenförmigen Belags und zum Aushärten des Bindemittels Wärme und Druck unterworfen worden ist und eine Vielzahl von Rovings praktisch fortlaufender Glasfaden aufweist, die mit einem Mittel zum Vorüberziehen und dann mit einem wärmehärtbaren Bindemittelsystem imprägniert worden sind, wozu die Imprägnierung jeweils durch Hindurchführen der Rovings durch wässrige Dispersionen des Mittels zum Vorüberziehen und des Bindemittelsystems erfolgte, wobei die Dispersionen etwa 0,25 bis etwa 1,25 Gewichtsprozent der Feststoffe eines grenzflächenaktiven Mittels oder Dispersionsmittels enthielten, und wobei die Oberflächen der Fäden vor den Imprägnierungen mit einem Verankerungsmittel be-

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handelt worden sind, das eine starke Bindung zwischen den Fadenoberflächen und dem Mittel zum Vorüberziehen zu liefern vermag, wobei die Mittel zum Vorüberziehen etwa 40 bis etwa 50 % eines vulkanisierbaren Carboxynitrilkautschuks, etwa 40 bis etwa 50 % eines wasserlöslichen, niedermolekularen, einstufigen Phenol/Formaldehyd-Harzesund etwa 16 bis etwa 20 % Ofenruß einer Teilchengröße im Bereich von etwa 65 bis etwa 85 mn aufweisen und sich die Prozentsätze auf das Gewicht auf der Grundlage des kombinierten Gewichts der Bestandteile des Vorüberzugs beziehen, und das Bindemittelsystem etwa 6 bis etwa 12 % des vulkanisierbaren Kautschuks, etwa 12 bis etwa 16 % des Phenol/Formaldehyd-Harzes und etwa 72 bis 82 % teilchenförmiges, die Reibung modifizierendes Material enthält, jeweils auf das Gesamtgewicht der das Bindemittelsystem bildenden Bestandteile bezogen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden eingehenden Beschreibung der Erfindung und den Figuren; von diesen zeigt

Fig. 1 ein Band aus kontinuierlichen Glasfasern, die mit dem wärmehärtbaren Bindemittelsystem gemäß der Erfindung imprägniert und um sich selbst zu scheibenähnlicher Form gewickelt sind;

Fig. 2 einen Kupplungsbelag aus Glasfaserband, imprägniert mit dem wärmehärtbaren Bindemittelsystem,in drei Stadien der Herstellung;

Fig. 3 einen Aufriß oder eine Frontansicht eines erfindungsgemäßen Kupplungsbelags und

Fig. 4 eine Seiten- oder Kantenansicht des in Fig«, 3 dargestellten Kupplungsbelags„

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In den Figuren bezeichnet die Bezugsziffer 10 ein ringförmiges, scheibenähnliches Reibungselement, wie einen Kupplungsbelag.

Der Kupplungsbelag wird gebildet, indem ein fortlaufendes Bündel oder Band 12 aus im allgemeinen kontinuierlichen Glasfaden, mit dem wärmehärtbaren Bindemittelsystem imprägniert, in Wellenform, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, zu einer scheibenartigen Vorform gewickelt wird, die dann verdichtet wird, und das Bindemittelsystem wird durch Anwendung von Wärme und Druck gehärtet.

Das kontinuierliche Band 12, mit dem wärmehärtbaren Bindemittelsystem, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben, imprägniert, wird in Trommeln in Längen von mehreren hundert Fuß aufbewahrt. Fig. 1 zeigt schematisch das Verfahren, nach dem das kontinuierliche Band 12 wellenartig auf einen sich drehenden Dorn 20 gewickelt wird, wodurch das Band den augenblicklichen Radius, mit dem es aufgewickelt wird, ständig ändert.

Wie insbesondere in Fig. 2 veranschaulicht, ist der Kupplungsbelag 10 in drei Abschnitten I, II und III dargestellt, die den fertigen Kupplungsbelag (I) und das Zwischenstadium (II) und ein frühes Stadium (III) bei der Herstellung der Torform veranschaulichen.

Das Band 12 entsteht durch Kombinieren einer Anzahl, im allgemeinen 5 bis 10 und vorzugsweise 6 bis 8 Bündel oder Rovings kontinuierlicher Glasfäden oder Glasfasern.

Die Begriffe "Faden" oder "Faser" aus Glas bedeuten hier einen praktisch kontinuierlichen Einzelfaden aus Glas von erheblicher länge ohne Unterbrechung, z.B. mehreren tausend Fuß.

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Ein "Roving" bezieht sich auf eine Einheit einer größeren Anzahl praktisch paralleler Einzelglasfäden. So kann ein Roving 100 his zu 2 000, vorzugsweise 1 500 bis 2 000 Einzelfäden umfassen, die in jeder auf dem Fachgebiet und in der Technologie der Glasfaserherstellung bekannten Weise miteinander vereinigt sind. Die Rovings sind gewöhnlich unverdrillt, können aber verhältnismäßig schwach verdrillt sein, nicht mehr als etwa eine Drehung/ 50 cm (1 Fuß). Die Fäden, aus denen die Rovings hergestellt sind, sind extrem fein mit Durchmessern im Bereich von etwa 10 bis 15 um. Vorzugsweise liegt der Durchmesser der Fäden in der Größenordnung von 12 bis 14 um.

Erwünscht sind Glasfäden, die zuerst so behandelt sind, daß sie eine starke und dauerhafte Bindung mit dem später beschriebenen Vorüberzug bilden. Dies kann durch Aufbringen eines oder mehrerer Verankerungsmittel auf die Fäden unmittelbar nach deren Herstellung erfolgen.

Ein geeignetes Verankerungsmittel sind die Aminosilane, wie y-Aminopropyltriäthoxysilan oder ein ähnliches Silan mit einer Carboxylgruppe in der organischen, mit dem Siliciumatom verbundenen Gruppe oder einer Amino- oder Carboxylgruppe in der Carboxylatgruppe einer Koordinationsverbindung. Sie können auf die Oberflächen des Glasfadens aufgebracht oder als Bestandteil eines Schlichtemittels eingearbeitet sein. Die Verwendung solcher Silane als Verankerungsmittel ist in der US-PS 5 287 204 offenbart.

Zu einer weiteren Behandlung mit dem Ziel einer verstärkten Bindung des Vorüberzugs an den Glasfäden gehört das Aufbringen einer wässrigen Lösung von Magnesiumchlorid, Zinkchlorid oder Magnesiumhydroxid oder Zinkhydroxid. Nach der Anwendung in Form des Chlorids kann die Lösung in wässrigem Medium auf einen alkalischen pH eingestellt werden, um die Abscheidung in Form des Hydroxids auf den Glasfäden zu bewirken. Die Hy-

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droxide werden dann durch Wärmebehandlung in die entsprechenden Oxide überführt. Diese Methode ist in der US-PS 3 311 528 beschrieben.

Die Glasfäden oder -fasern können auch in die Lage versetzt werden, eine starke Bindung mit dem Vorüberzug durch Behandeln mit einer Schlichte zu bilden, die als wesentlichen Bestandteil das Reaktionsprodukt eines Imidazoline mit einer langkettigen Fettsäuregruppe mit wenigstens 5 Kohlenstoffatomen und eines ungesättigten Polyesterharzes aufweist, hergestellt in ungehärtetem Zustand, wie in der US-PS 3 097 963 offenbart.

Weitere geeignete Arbeitsweisen, Glasfäden für die Ausbildung einer starken Bindung mit dem Torüberzug bereitzumachen, sind z.B. die Verwendung einer Chrom(VI)-Koordinationsverbindung mit einer Carboxylatgruppe, koordiniert mit einem dreiwertigen Chrom-Kernatom, wobei die Carboxylatgruppe weniger als 6 Kohlenstoffatome aufweist und eine hochfunktionelle Gruppe enthält (US-PS 3 552 910), die Verwendung eines Silans, dessen Hydrolyseprodukte oder Polymerisationsprodukte mit wenigstens einer der organischen Gruppen am Siliciumatom hängen, mit weniger als 7 Kohlenstoffatomen und mit äthylenischer Unsättigung (US-PS 2 562 288), die Verwendung einer Silan-organischen Polymerverbindung mit filmbildenden Eigenschaften (¥S-PS 3 169 884) und die Verwendung einer Schlichte aus einer Organosiliciumverbindung in Form eines Silans, einem in Wasser dispergierbaren Polyvinylpyrrolidin, Gelatine und einem in Wasser dispergierbaren Polyesterharz (US-PS 3 207 623).

Die Erfindung ist nicht auf irgendeine spezielle Behandlung der Glasfäden beschränkt, vorausgesetzt, die Behandlung versetzt die Glasfadenoberflachen in die Lage, eine starke Bindung mit dem Vorüberzug auszubilden.

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Der Vorüberzug, mit dem die Glasfaser-Rovings imprägniert sind, enthält als wesentliche Bestandteile einen vulkanisierbaren Carboxynitrilkautschuk, ein wasserlösliches, einstufiges, wärmehärtendes Phenol/Formaldehyd-Harz und Ofenruß in im einzelnen angegebenen Verhältnismengen. Der Vorüberzug wird in Porm einer wässrigen Dispersion aufgebracht, die auch ein grenzflächenaktives Mittel enthält.

Im einzelnen ist der vulkanisierbare Carboxynitrilkautschuk ein hochfester, öIbeständiger Kautschuk aus wenigstens drei Monomeren, nämlich Acrylnitril, Butadien und einer oder mehreren Säuren des Acryltyps. Die Copolymerisation dieser Monomeren führt zu einer Kette ähnlich einem normalen Uitrilkautschuk, mit Ausnahme der Carboxylgruppen, die längs der Kette mit einer Häufigkeit von etwa 1 auf jeweils 100 bis 200 Kohlenstoff atome verteilt sind.

Dieser Polymertyp ist insofern einzigartig, als er durch Reaktionen der Carboxylgruppen gehärtet oder vulkanisiert sowie auch nach der normalen Schwefelvulkanisation vulkanisiert werden kann. Ein Härtungsverfahren ist die Vernetzung der Ketten durch Neutralisieren der Carboxylgruppen mit dem Oxid oder Salz eines mehrwertigen Metalls. Die Ca⁺⁺-, Mg⁺⁺- und Pb -Ionen sind in der lage, eine solche Vulkanisationsreaktion zu bewirken. Da die Polymerketten auch Doppelbindungen enthalten, wie sie in Butadien/Acrylnitril-Kautschuken auftreten, können auch die normalen Arten der Schwefelvulkanisation angewandt werden. Die Metalloxid- und Schwefel-Härtungssysteme sind sowohl auf die Trockenkautsehuk- als auch die Latexform der carboxylierten Mtrilkautschuke anwendbar.

Verglichen mit einem herkömmliehen Mtrilkautschuk gleichwertiger Ölbeständigkeit zeigt der Carboxyltyp viel höhere Zugfestigkeit und höheren Zugmodul, geringere Dehnung₉ höhere Härte ₉ stark verbessertes Reiß» und Zugverhalten in der

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Wärme, "bessere Tieftemperatur-Brüchigkeit, verbesserte Ozonbeständigkeit und bessere Erhaltung physikalischer Eigenschaften nach Alterung in heißem Öl und luft.

Der Carboxynitrilkautsch.uk ist in Form eines Latex erhältlich, der über einen pH-Bereich von 3,5 bis 9,5 stabil ist. Wie oben bemerkt, kann der Latex mit Hilfe herkömmlicher Härtungssysteme, wie Schwefel, Metalloxid und Beschleuniger, oder unter Verwendung von Metalloxid alleine, gehärtet werden. Im letzteren Falle werden im allgemeinen 5 bis 10 Teile pro 100 Teile Polymerfeststoff benötigt.

Neben dem Carboxynitrilkautschuk enthält das wärmehärtbare Bindemittelsystem ein wasserlösliches, einstufiges, wärmehärtendes Phenol/Formaldehyd-Harz. Dieses Harz weist vor dem Härten ein Gemisch aus Phenolen auf, umgesetzt mit einem oder mehreren Molekülen Aldehyd unter Bildung von Verbindungen wie

OH CH₂OH /\ /^V^. CH₂OH

CH₂OH CH₂OH

Ein solches Harz härtet in 1 bis 2 min auf einer heißen Platte bei Temperaturen in der Größenordnung von etwa 129-141⁰C (265-285°F).

Vorteilhafterweise werden sowohl der Vorüberzug als auch das wärmehärtbare Bindemittelsystem auf die Glasfäden in Form wässriger Dispersionen aufgebracht, wodurch mögliche Brand- und ökologische Probleme umgangen werden, die die Verwendung organischer Lösungsmittel bietet, und was eine Senkung der Verarbeitungskosten ermöglicht. Zudem scheint es, daß die erfindungsgemäß erzielbare Verbesserung der

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Heißberstfestigkeiten zumindest teilweise der Verwendung solcher wässriger Systeme zuzuschreiben ist. Vermutlich ermöglicht das Aufbringen des Vorüberzugs auf die Glasfaden in Form einer wässrigen Dispersion ein besseres Benetzen der Fäden durch den Vorüberzug aufgrund des Vorliegens eines bestimmten Typs Ofenruß und verschiedener grenzflächenaktiver Mittel und/oder Dispersionshilfsmittel in den Dispersionen.

So enthält eine wässrige Dispersion des erfindungsgemäß verwendeten Vorüberzugs als einen wesentlichen Bestandteil Ofenruß einer festgelegten Teilchengröße im Bereich von etwa 65 bis etwa 85 mn. Ein besonders bevorzugter Ofenruß ist ein solcher mit geringer Farbe und einer durchschnittliehen Teilchengröße von etwa 75 nm, geliefert als anionische Dispersion von 50 % Feststoffen mit einer Dichte von etwa 10,8 lbs/gal. Vermutlich bewirkt der Ofenruß mit der vorgenannten Teilchengröße die sehr wichtige Funktion einer Benetzungshilfe für Kautschuk und Harzbestandteile des Vorüberzugs zum Benetzen der Glasfäden, wodurch die Heißberstfestigkeit der fertigen Kupplungsbeläge erheblich erhöht wird.

Die grenzflächenaktiven Mittel oder Tenside sind vorzugsweise nicht-ionisch, ein Beispiel hierfür ist Octylphenoxypolyäthoxyäthanol. stellvertretend für brauchbare Dispersionsmittel stehen Natrium]igninsulfonate und Natriumsalze carboxylierter Polyelektrolyte. Diese grenzflächenaktiven Mittel und Dispersionsmittel können im allgemeinen in den Dispersionen in Mengen von etwa 0,25 bis etwa 1,25 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe des Vorüberzugs, vorliegen.

Die Vorüberzug-Dispersionen können auch kleine, aber wirksame Mengen verschiedener Suspensionshilfsmittel enthalten,

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wie Polyacrylate, Natriumcarboxymethylcelluloseharze und nadelkristallförmige Magnesiumaluminiumsilikat-Teilchen.

Erfindungsgemäß wird der Vorüberzug zuerst auf die Glasfaden aufgebracht, dann folgt die Anwendung des wärmehärtbaren Bindemittelsystems. Bei der Vorüberzugsstufe wird eine verhältnismäßig feststoffarme wässrige Dispersion, d.h. eine solche mit einem Feststoff gehalt von etwa 10 Ms 15 %, vorzugsweise 11 bis 12 %_f verwendet. Dann wird in einer zweiten Überzugsstufe, in der das wärmehärtbare Bindemittelsystem aufgebracht wird, eine verhältnismäßig feststoffreiche wässrige Dispersion verwendet, wobei der Hauptanteil des Bindemittels einschließlich die Reibung modifizierender Mittel auf die Fäden aufgebracht wird. Bei der Yoruberzugsstufe ist es wiehtig, daß die Fadenbündel geöffnet oder gespreizt werden, um die Yorüberzugsdispersion leichter in das Fadenbündel eindringen zu lassen, so daß alle Fäden mit der Dispersion in Berührung kommen und über ihre gesamte Länge hinweg Yorüberzugsfeststoffe aufnehmen.

Auf dem Textilgebiet gibt es zahlreiche Vorrichtungen, die dazu ausgelegt sind, Faserbündel zu spreizen oder zu trennen, um die Aufnahme verschiedener Überzugsmaterialien zu verstärken. Beispielsweise können die Seile oder Rovings durch eine kammähnliche Einrichtung geführt werden, bevor sie in die Überzugseinrichtung gelangen, die gewöhnlich vom Walzentyp ist, wodurch die Faserbündel zum innigen Kontakt mit dem Überzugsmittel geöffnet werden.

In der Vorüberzugsstufe sollte die wässrige Dispersion größenordnungsmäßig etwa 40 bis etwa 50 Gewichtsprozent Carboxynitrilkautseh.uk, etwa 40 bis 50 % Phenol/Formaldehyd-Harz und etwa 10 bis 20 % Ofenruß enthalten, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Bindemittelfeststoffe. Yor-

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zugsweise enthält die Dispersion jeweils etwa 40 bis 45 % Kautschuk und Harz und etwa 10 Ms 15 % Ofenruß. Natürlich sollte die Dispersion auch eine geringe Menge eines grenzflächenaktiven Mittels oder Dispersionsmittels, wie oben erwähnt, enthalten.

Nach dem Vorüberziehen werden die Glasfadenbündel auf einen Feuchtigkeitsgehalt in der Größenordnung von etwa 2 bis 4 %, bezogen auf das Gewicht der überzogenen Fäden, getrocknet.

Die Fadenbündel aus der Vorüberzugsstufe werden nach dem Trocknen bis zu dem vorstehend beschriebenen Grad mit etwa 8 bis 12, vorzugsweise etwa 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der nicht-überzogenen Fäden, an Vorüberzugsfeststoffen überzogen.

Nach dem vorstehend beschriebenen VorüberzugsVorgang wird auf die Glasfaden-Rovings das wärmehärtbare Bindemittelsystem aufgebracht. Dieses System wird als feststoffreiche wässrige Dispersion angewandt und weist im allgemeinen etwa 6 bis etwa 12 % Carboxynitrilkautschuk, etwa 12 bis 16 % Phenolharz und etwa 72 bis etwa 82 % reibungsmodifizierende Mittel auf, bezogen auf das Gesamtgewicht an Bindemittelfeststoffen. Auch hier sollte die Dispersion xfieder eine geringe, aber wirksame Menge eines Tcnsids oder Dispersions-= mittels zur Verstärkung des Benetzens der Fäden durch die Feststoffe enthalten.

Das wärmehärtbare Bindemittelsystem sollte auch Härtungsmittel für den Kautschuk und das Harz enthalten und kann auch Beschleuniger zur Herabsetzung der Härtungsseit enthalten.

Es versteht sich_p daß in dem Bindemittelsystem die Kautschuk- und Harzkomponenten die gleichen xfie in dem Vorübersug sindo

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Teilchenförmige, die Reibung modifizierende Mittel zur Verwendung im Bindemittelsystem sind gut bekannt und umfassen z.B. Ruß, Graphit, Metalloxide, Metallpulver, Baryte und dergleichen. Außerdem kann das wärmehärtbare Bindemittelsystem wohl bekannte organische Füllstoffe enthalten, wofür ein Beispiel fein zerteiltes polymerisiertes Acajou-Nußschalenöl ist.

Die Rovings aus der zweiten Überzugsstufe enthalten im allgemeinen etwa 58 bis 63, vorzugsweise etwa 60 bis etwa 62 % des Gewichts nicht-überzogener Fäden Bindemittelfeststoffe, eine Menge, die insgesamt aus beiden Überzugsvorgängen entstanden zu verstehen ist.

Nach dem Aufbringen des wärmehärtbaren Bindemittelsystems werden die Rovings auf einen Feuchtigkeitsgehalt in der Größenordnung von etwa 2 bis 4 Gewichtsprozent der überzogenen Fäden getrocknet. Wenn die Rovings so weit getrocknet sind, sind sie etwas klebrig. Diese Eigenschaft verstärkt, wie erkennbar werden wird, die Bildung des Bandes und der daraus hergestellten Kupplungsbelag-Yorformen.

Die Rovings, auf die das wärmehärtbare Bindemittelsystem aufgebracht und dann getrocknet worden ist, werden durch Zusammennehmen einer Reihe von Rovings, z.B. 6 bis 8, durch sieh drehende Walzen oder dergleichen, die die Rovings zusammendrillen, zu einem Band kombiniert. In dem anfallenden Band sind gewöhnlich etwa 3 bis 6 Drehungen auf jeweils 30 cm (1 Fuß) linear.

Wenn gewünscht, kann das Band über seine länge mit einer oder mehreren Windungen eines Nicht-Eisenmetalldrahts versehen sein, z.B. Messing-, Kupfer- oder Bleidraht, oder aus einem nicht-metallischen Material, wie Baumwolle, Rayon oder Glasfasergarn oder-Zwirn. Solche Schraubenwindungen können

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auf das Band in der in der US-PS 3 756 910 offenbarten Weise oder auf jede andere geeignete Weise, wie durch Umflechten, aufgebracht werden. Die nicht-metallischen Schraubenwindungen können verbesserte Reibungseigenschaften beisteuern, während der Metalldraht sowohl verbesserte Reibungs- als auch Wärmeableitungseigensehaften bietet, aber aufgrund des zusätzlichen Gewichts bis zu einem gewissen G-rad die Heißberstfestigkeitseigenschaften herabsetzen kann. Torzugsweise werden auf das Band eine Reihe von Schaubenwindungen aus Kupferdraht aufgebracht, so daß das Gesamtgewicht an Draht etwa bis etwa 20 % des Gewichts des überzogenen Bandes ausmacht.

Wie oben bemerkt, wird das aus kontinuierlichen Glasfaden hergestellte und mit dem wärmehärtbaren Bindemittelsystem imprägnierte Band wellenartig so auf einen sich drehenden Dorn gewickelt, daß die Bandumdrehungen mit dem augenblicklichen Radius, mit dem sie gerade aufgewickelt werden, variieren. Diese Anordnung ist in Fig. 2 am besten dargestellt. Die dabei entstehende scheibenförmige Reibbelag-Vorform wird dann in eine Form gebracht und bei erhöhten !Temperaturen im Bereich von etwa 177 bis 191⁰C (350-375⁰F) unter einem Druck von etwa 246 bis 352 kg/cm² (etwa 3 500 bis 5 000 psi) für kurze Zeit, z.B. 2 bis 3 min, zur Verfestigung und Verdichtung der Vorform und zur mindestens teilweisen Härtung des Bindemittels erhitzt. Dann werden die erhaltenen Beläge in einen auf eine Temperatur von etwa 204 bis 232⁰C (400-45O⁰F) erhitzten Ofen gebracht, wo sie mehrere Stunden bleiben. Während dieser letzteren Wärmebehandlung wird das Harz in den unschmelzbaren, unlöslichen Zustand überführt und der Kautschuk vulkanisiert.

Die Kupplungsbeläge unterliegen dann herkömmlicher mechanischer Bearbeitung, wie dem Schleifen zur Erzielung annehmbarer Toleranzen, und erhalten Bohrlöcher, mit deren Hilfe die Beläge am Getriebe einer Verbrennungskraftmaschine be-

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festigt werden (s. insbesondere Fig. 3 und 4).

Beispiel I

Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung von Kupplungsbelägen gemäß der Erfindung.

Bei der Herstellung dieser Kupplungsbeläge wurden Glasfaser-Rovings mit etwa 2 000 Stück kontinuierlicher Glasfaden mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 13 um verwendet. Die Oberflächen der Fäden der Rovings waren zuvor chemisch behandelt worden, um sie in die Lage zu versetzen, mit dem nachfolgend beschriebenen Vorüberzug eine starke Bindung einzugehen.

Eine Anzahl der Glasfaser-Rovings wurde von einem Rahmengestell ablaufen gelassen und durch Spanneinrichtungen und keramische !führungen zur Überzugsvorrichtung geführt. Jedes Rovingsstück wurde vor dem Eintritt in die Überzugsvorrichtung aufgespreizt, so daß die Jaden mit dem Vorüberzug benetzt wurden. Überschüssiger Vorüberzug wurde dann entfernt.

Das Überzugsmittel wies eine wässrige Dispersion mit etwa 10 Gewichtsprozent der folgenden Eeststoffe und etwa 1 % grenzflächenaktivem Mittel auf:

Bestandteil

Carboxynitrilkautschuk wasserlösliches, wärmehärtbares Hienol/Formaldehyd-Harz Ofenruß"¹"

"'"Schwach färbender Ofenruß mit einer festen Teilchengröße von etwa 75 nm in Form einer anionischen Dispersion von 50 °/o Peststoffen, Dichte 10,8 lbs/gal

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Gewichtsprozent	8
42,	8
42,	4
14,	0
100,

Nach dem Verlassen der Einrichtung zum Vorüberziehen wurden die Rovings IR-getrocknet, wodurch genügend Wasser entfernt wurde, um den Feuchtigkeitsgehalt der Rovings auf etwa 4 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der überzogenen Fäden, zu senken.

Die getrockneten Rovings, die etwa 10 Gewichtsprozent an Vorüberzugsfeststoffen enthielten, wurden dann einem Walzenbeschichter zugeführt, worin eine wässrige Dispersion mit insgesamt etwa 54 Gewichtsprozent der folgenden Feststoffe war:

Bestandteil Gewichtsprozent

Carboxynitrilkautschuk und Härtungsmittel	11,4
wasserlösliches Phenol/Form aldehyd-Harz	14,4
teilchenförmige reibungsmodi- fizierende Mittel	70,6
Dispersionsmittel	1,9
Suspensionsmittel	1.7
	100,0

Die imprägnierten Rovings wurden durch einen !Tunneltrockner geführt, wo der Feuchtigkeitsgehalt wieder auf etwa 4 Gewichtsprozent herabgesetzt wurde. Diese Menge an Restfeuchtigkeit verleiht den Fäden ausreichende Klebrigkeit, um sie so druckempfindlich zu machen, daß sie aneinander haften. Die Rovings enthielten etwa 61 % des obigen Bindemittelsystems, bezogen auf das Gewicht der Glasfasern.

Durch Zusammenführen von Rovings mit Hilfe zweier Paare rotierender Walzen, die die Rovings zu einem Band mit etwa 5 Verdrillungen pro 30 cm (1 FuJ) zusammendrillten, wurde ein Band hergestellt.

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Das Band wurde wellenförmig zu einer Anzahl scheibenförmiger Reibbelag-Vorformen gewickelt, die in auf 182°C (36O⁰I¹) erhitzte Formen gebracht wurden, wo sie einem Druck von 352 kg/cm (5 000 psi) für etwas mehr als 2 min ausgesetzt wurden, um die Vorform zu verdichten und das Bindemittelsystem teilweise zu härten. Danach wurden die Kupplungsbeläge weiter auf 204 bis 232⁰C (4QO-45O°F) für etwa 5,5 h erhitzt, um das Harz in den unschmelzbaren, unlöslichen Zustand zu überführen und den Kautschuk zu vulkanisieren· Die Kupplungsbeläge wurden auf folgende Abmessungen ge s chliffen: Außendurchmes s er 27 9 mm (11")» Innendurchme sser 165 mm (6,5"), Dicke 3,5 mm (0,137").

Beis-piel II

Die gemäß Beispiel I hergestellten Kupplungsbeläge wurden unter Anwendung der folgenden Arbeitsweise auf ihre Hochtemperaturberstfestigkeit getestet:

Jeder Kupplungsbelag wurde am Antriebsglied befestigt, wobei sichergestellt wurde, daß die Nieten fest genug waren. Der angebrachte Kupplungsbelag wurde dann 15 min in einem bei 260⁰C (500⁰F) gehaltenen Umluftofen erhitzt. Der angebrachte Kupplungsbelag wurde aus dem Ofen genommen und sofort (innerhalb 15 s) an der Welle einer Zentrifugal-Berstmaschine befestigt. Der Test wurde sofort begonnen, und das Antriebsglied, an dem der Testkupplungsbelag angebracht war, erreichte etwa 2 s 3 500 UpM. Danach wurde die Geschwindigkeit des Antriebsgliedes mit durchschnittlich etwa 135 UpM/s erhöht, bis der Kupplungsbelag zerbarst, wobei dann die Rotati onsgeschwindigkeit aufgezeichnet wurde.

Die erhaltenen Berstfestigkeitsdaten sind in der folgenden Tabelle I aufgeführt.

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Beispiel III

Unter Anwendung des in Beispiel I "beschriebenen Materials und der Arbeitsweisen wurden eine Anzahl Kupplungsbeläge hergestellt. Die Kupplungsbeläge hatten die folgenden Abmessungen: Außendurchmesser 230,2 mm (9 1/16"), Innendurchmesser 152,4 mm (6")t Dicke 3,2 mm (0,125")· Die Kupplungsbeläge wurden auf Berstfestigkeit unter Anwendung der in Beispiel II beschriebenen Arbeitsweise getestet. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle I aufgeführt :

Tabelle I

Kupplungsbelag-Abmessungen Heißberstfestigkeit (UpM)

279 mm χ 165 mm χ 3,5 mm 13.200

(11 χ 6 1/2» χ 0,37») ^.900

(Beispiel I) 12.600

12.800

12.900 (Durchschnitt)

230,2 mm χ 152,4 mm χ 3,2 mm 13.400

(9 1/16» χ 6» χ 0,125») ]j£*°°

(Beispiel III) 13

14.500

14.000 (Durchschnitt) Beispiel IV

Eine Anzahl Kupplungsbeläge wurden unter Verwendung der in Beispiel I beschriebenen Materialien und Arbeitsweisen, nur mit dem folgenden zusätzlichen Schritt hergestellt. Eine Auflage 18-%igen Kupferdrahts wurde auf das behandelte Faserglasband mit einem Litzenaufnäher zur Verbesserung der Wärmeverteilung aufgebracht. Die Kupplungsbeläge hatten folgende Abmessungen: Außendurchmesser 279 mm (11"), Innen-

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durchmesser 165 mm (6,5"), Dicke 3,5 mm (0,137"). Die Kupplungsbeläge vrurden unter Anwendung der in Beispiel II beschriebenen Arbeitsweise auf ihre Berstfestigkeit getestet. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden !Tabelle II wiedergegeben:

Tabelle II

Kupplungsbelag-Abmes sungen

279 mm χ 165 mm x 3,5 mm (11 χ 6 1/2 χ 0,137")

Heißberstfestigkeit (UpM)

11.200 11.300 11.400

11.300 (Durchschnitt)

Aus dem Vorstehenden wird klar, daß hierdurch neue Kupplungsbeläge mit verbesserten physikalischen Eigenschaften geschaffen werden.

Natürlich können zahlreiche Änderungen in den Einzelheiten des Aufbaues, der Anordnung und bei den Verarbeitungsstufen zur Herstellung von erfindungsgemäßen Kupplungsbelägen vorgenommen werden, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

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. se-.

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Claims

Patentansprüche

1. Reibbelag in Scheibenform mit einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser, gekennzeichnet durch ein mit einem wärmehärtbaren Bindemittelsystem imprägniertes und wellig-ringförmig angeordnetes Band, das zum Komprimieren zur Bildung eines scheibenförmigen Belags und zum Aushärten des Bindemittels wärme und Druck-unterworfen worden ist und eine Vielzahl von Rovings praktisch fortlaufender Glasfäden aufweist, die mit einem Mittel zum Vorüberziehen und dann mit einem wärmehärtbaren Bindemittelsystem imprägniert worden sind, wozu die Imprägnierung jeweils durch Hindurchführen der Rovings durch wässrige Dispersionen des Mittels zum Vorüberziehen und des Bindemittelsystems erfolgte, wobei die Dispersionen etwa 0,25 bis etwa 1,25 Gewichtsprozent der Feststoffe eines grenzflächenaktiven Mittels oder Dispersionsmittels enthielten,

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ORIGINAL INSPECTED

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und wobei die Oberflächen der Fäden vor den Imprägnierungen mit einem Verankerungsmittel behandelt worden sind, das eine starke Bindung zwischen den Fadenoberflächen und dem Mittel zum Vorüberziehen zu liefern vermag, wobei die Mittel zum Vorüberziehen etwa 40 bis etwa 50 % eines vulkanisierbaren Carboxynitrilkäutschuks, etwa 40 bis etwa 50 °/o eines wasserlöslichen, niedermolekularen, einstufigen Phenol/Formaldehyd-Harzes und etwa 16 bis etwa 20 % Ofenruß einer Teilchengröße im Bereich von etwa 65 bis etwa 85 nm aufweisen und sich die Prozentsätze auf das Gewicht auf der Grundlage des kombinierten Gewichts der Bestandteile des Vorüberzugs beziehen, und das Bindemittelsystem etwa 6 bis etwa 12 % des vulkanisierbaren Kautschuks, etwa 12 bis etwa 16 % des Phenol/Formaldehyd-Harzes und etwa 72 bis 82 % teilchenförmiges, die Reibung modifizierendes Material enthält, jeweils auf das Gesamtgewicht der das Bindemittelsystem bildenden Bestandteile bezogen.

2. Reibbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Vorüberziehen etwa 40 bis 45 % Kautschuk, etwa 40 bis 45 % Harz und etwa 10 bis 15 % Ofenruß aufweist.

3. Reibbelag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Band insgesamt etwa 58 bis etwa 63 Gewichtsprozent Vorüberzugsmittel und wärmehärtbares Bindemittelsystem, bezogen auf das Gewicht der nicht-überzogenen Fäden, enthält.

4« Reibbelag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Band etwa 5 bis etwa 10 Stücke der imprägnierten Glasfaser-Rovings aufweist, von denen jeder etwa 100 bis 2 000 praktisch durchgehender Glasfaden mit einem Durchmesser von etwa 10 bis etwa 15 um enthält.

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5. Reibbelag nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Band etwa 6 bis etwa 8 Stücke der imprägnierten Glasfaser-Rovings aufweist, von denen jeder etwa 1 500 bis 2 000 durchgehende Glasfaden mit einem Durchmesser von etwa 12 bis H um enthält.

6. Reibbelag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Helix aus durchgehendem Fadenmaterial um das imprägnierte Band vor dem Aufwickeln des Bandes zur Bildung eines scheibenförmigen Reibbelags gewickelt ist.

7. Reibbelag nach Anspruch 6, dessen Fadenmaterial Metalldraht aufweist.

8. Reibbelag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf das imprägnierte Band vor seinem Aufwickeln zur Bildung eines scheibenförmigen Reibbelags ein Metalldrahtgeflecht aufgebracht ist.

9. Reibbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf das imprägnierte Band vor seinem Aufwickeln zur Bildung eines scheibenförmigen Reibbelags ein Geflecht nicht-metallischer Fäden aufgebracht ist.

10. Verfahren zur Herstellung eines ringförmigen Reibbelags für eine Kupplung oder dergleichen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine Anzahl Rovings aus praktisch durchgehenden Glasfaden mit einem Mittel zum Vorüberziehen mit etwa 40 bis etwa 50 % eines vulkanisierbaren Carboxynitrilkautschuks, etwa 40 bis etwa 50 % eines wasserlöslichen, niedermolekularen, einstufigen, wärmehärtenden Phenol/Formaldehyd-Harzes und etwa

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10 bis etwa 20 % Ofenruß einer Teilchengröße im Bereich von etwa 65 bis etwa 85 nm, jeweils bezogen auf das kombinierte Gewicht der Komponenten, imprägniert wird, indem die Rovings durch eine feststoffarme, wässrige Dispersion des Mittels zum Torüberziehen, enthaltend etwa 0,25 bis etwa 1,25 % des Gewichts der Feststoffe des Mittels zum Torüberziehen eines grenzflächenaktiven Mittels oder Dispersionsmittels, geführt werden, wozu die Oberflächen der Fäden der Rovings mit einem Terankerungsmittel behandelt worden sind, das eine starke Bindung zwischen Fäden und dem Mittel zum Torüberziehen zu bilden vermag,

b) die mit dem Mittel zum Torüberziehen imprägnierten Rovings auf einen Feuchtigkeitsgehalt im Bereich von etwa 2 bis etwa 4 % des Gewichts der überzogenen Rovings getrocknet werden,

c) die mit dem Mittel zum Torüberziehen imprägnierten Rovings mit einem wärmehärtbaren Bindemittelsystem, das etwa 6 bis etwa 12 % eines vulkanisierbaren Carboxynitrilkautschuks, etwa 12 bis etwa 16 % eines wasserlöslichen, niedermolekularen, einstufigen, wärmehärtenden Phenol/Formaldehyd-Harzes und etwa 72 bis etwa 82 % teilchenförmigen, die Reibung modifizierenden Materials, jeweils auf das Gesamtgewicht der Komponenten des Bindemittelsystems bezogen, imprägniert werden, indem die Rovings durch eine feststoffreiche wässrige Dispersion des Bindemittelsystems, enthaltend etwa 0,25 bis etwa 1,25 % des Gewichts der Feststoffe des Bindemittelsystems an grenzflächenaktivem Mittel oder Dispersionsmittel, geführt werden,

d) die mit dem wärmehärtenden Bindemittelsystem imprägaierten Rovings auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 2 bis etwa 4 % des Gewichts der imprägnierten Rovings

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getrocknet werden,

e) eine Anzahl der imprägnierten Rovings zu einem Band kombiniert werden,

f) das Band wellig zu einer scheibenförmigen Reibbelag-Vorform aufgewickelt und

g) die Vorform zum Verdichten und Härten des Bindemittels Wärme und Druck unterworfen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Dispersion der Stufe a), mit einem Peststoffgehalt von etwa 10 bis etwa 15 Gewichtsprozent eingesetzt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Vorüberziehen der Stufe a) mit etwa 40 bis 45 % Kautschuk, etwa 40 bis 45 % Harz und etwa 10 bis 15 % Ofenruß eingesetzt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rovings der Stufe c) mit insgesamt etwa 58 bis etwa 63 Gewichtsprozent Mittel zum Vorüberziehen und wärmehärtbarem Bindemittelsystem, bezogen auf das Gewicht der nicht-überzogenen Fäden, eingesetzt werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Band durch Kombinieren von etwa 5 bis etwa 10 Stücken der imprägnierten Glasfaser-Rovings, von denen jeder etwa 100 bis 2 000 praktisch durchgehende Glasfäden mit einem Durchmesser von etwa 10 bis etwa 15um aufweist, erhalten wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Band durch Kombinieren von etwa 6 bis etwa 8 Stücken

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der imprägnierten Glasfaser-Rovings, τοη denen jeder etwa 1 500 bis 2 000 durchgehende Glasfaden mit einem Durchmesser τοη etwa 12 bis 14 jun aufweist, gebildet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Helix kontinuierlichen Padenmaterials um das imprägnierte Band vor seinem Aufwickeln zur Bildung einer Reibbelag-Vorform gewickelt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metalldraht aufweisendes Fadenmaterial verwendet wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf das imprägnierte Band vor dem Aufwickeln zur Bildung einer Reibbelag-Vorform ein Metalldrahtgeflecht aufgebracht wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf das imprägnierte Band vor dem Aufwickeln zur Bildung einer Reibbelag-Vorform ein Geflecht nicht-metallischer Fäden aufgebracht wird.

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