DE2926616A1 - Material fuer bremsbelaege - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Material für
Bremsbeläge mit ausgezeichneten Bremseigenschaften.
Die meisten Materialien für Autobremsbeläge enthalten auf herkömmliche Weise als Basis Asbest. Es besteht jedoch ein
großes Bedürfnis für einen Ersatz für Asbest, da man festgestellt hat, daß Asbeststaub eine der Ursachen für Lungenkrebs
sein kann.
Die Bedingungen für ein gutes Material für Bremsbeläge sind ein annehmbar hoher Reibungskoeffizient, Abriebfestigkeit und
Fading-Beständigkeit.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Material für Bremsbeläge zu finden, welches anstelle von Asbest verwendet
werden kann und die oben genannten Eigenschaften hat. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Material für Bremsbeläge, welches
aus einem Binder und einer von Acrylfasern abgeleiteten voroxidierten Faser besteht, welche mindestens etwa 5 Gewichtsprozent
gebundenen Sauerstoff enthält.
Diese Fasern stellen den Grundfaserbestandteil der Bremsbeläge dar. Sie können jedoch auch in Mischung mit Kohlenstoffasern
vorliegen.
Als Ergebnis zahlreicher Untersuchungen der Eigenschaften von voroxidierten Fasern, die von Acrylfasern und Kohlenstoffasern
abgeleitet sind, wurde festgestellt, daß ein Material für Bremsbeläge aus einem Binder und voroxidierten Fasern oder
einer Mischung dieser voroxidierten Fasern mit Kohlenstoffasern,
Asbest ersetzen kann, und daß dieses Bremsbelagmaterial einen relativ hohen Reibungskoeffizient und ebenso eine gute Abrieb-
und Fading-Beständigkeit aufweist. Kohlenstoffasern allein ergeben keinen so hohen Reibungskoeffizienten.
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ORIGINAL INSPECTED
Neben dem oben beschriebenen Faserbasismaterial enthält das erfindungsgemäße Bremsbelagmaterial ein Harzbindemittel aus
einem Phenolharz, Epoxyharz, Polyamidharz, einem Gummi bzw. Kautschuk, etc., wobei das Phenolharz bei der praktischen Anwendung
bevorzugt wird. Das Bremsbelagmaterial kann zur Verbesserung der Bremseigenschaften auch Zusätze wie zum Beispiel
ein Metallpulver oder ein anorganisches, pulverförmiges Material, wie es in herkömmlichen Asbest-Bremsbelagmaterialien
verwendet wird, enthalten. Falls es wünschenswert erscheint, kann das Bremsbelagmaterial zusätzlich anorganische
Fasern wie zum Beispiel Glasfasern oder Stahlwolle oder Phenolformaldehydfasern enthalten, um die Bremseigenschaften
zu modifizieren.
Die erfindungsgemäß verwendete und aus einer Acrylfaser abgeleitete
voroxidierte Faser wird hergestellt, indem man eine Acrylfaser, die aus mindestens etwa 85 Gewichtsprozent Acrylnitril
besteht, bei Temperaturen von etwa 200 bis 4000C in
einer oxidierenden Atmosphäre wie zum Beispiel Luft voroxidiert (preoxidizing). Ein typisches Verfahren für die Voroxidation
von Acrylfasern wird in der ÜS-PS 4 069 297 beschrieben.
Die erfindungsgemäß verwendete voroxidierte Faser enthält
wenigstens etwa 5 Gewichtsprozent gebundenen Sauerstoff. Niedrigere Gehalte an Sauerstoff führen zu einer Faser, die nicht
ausreichend hitzebeständig ist, um als zufriedenstellendes Bremsbelagmaterial dienen zu können. Die obere Grenze von gebundenem
Sauerstoffgehalt beträgt etwa 15 Gewichtsprozent, wobei die Faser bei einem darüber liegenden Gehalt zu spröde
wird, um als Bremsbelagmaterial verwendet werden zu können.
Die Kohlenstoffaser, die erfindungsgemäß zusammen mit der voroxidierten
Faser verwendet werden kann, ist herstellbar durch Carbonisierung der voroxidierten Faser bei einer Temperatur,
die höher als etwa 6000C liegt, in einer nichtoxidierenden
Atmosphäre wie zum Beispiel Sauerstoff und Argon, bis sie in Kohlenstoff oder weiter in Graphit übergeführt ist.
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Tabelle 1 enthält die Ergebnisse einer Untersuchung, bei der der Temperatureinfluß auf den Reibungskoeffizient und auf
die Abnützung von erfindungsgemäßem Bremsbelagmaterial verglichen
mit herkömmlichem Asbest-Bremsbelagmaterial untersucht wurde. Die in diesem Versuch verwendete voroxidierte
Faser enthielt 9,5 Gewichtsprozent gebundenen Sauerstoff und wurde hergestellt durch zweistündige Oxidation einer Acrylfaser
(ein Copolymer aus 97 % Acrylnitril und 3 % Methylacrylat) bei 2600C in Luft, entsprechend dem Verfahren, das in der
US-PS 4 069 297 beschrieben ist.
Probe Zusammensetzung in Reibungskoeffizient Abrieb (cm/kg-m) χ 10""'
Gewichtsprozent
Nr. Asbest voroxidierte Faser 2000C 2500C 3000C 2000C 25O0C 3000C
Nr. Asbest voroxidierte Faser 2000C 2500C 3000C 2000C 25O0C 3000C
1 | 50 | 0 | 0,21 | 0,24 | 0,26 | 2,4 | 3,7 | 4,7 |
2 | 0 | 50 | 0,40 | 0.41 | 0.39 | 1,5 | 1,8 | 2,4 |
Anmerkung: Beide Proben enthielten 20 Gewichtsprozent Phenolformaldehydharz
und 30 Gewichtsprozent Kaliumcarbonat und wurden im Trockenverfahren geformt
(gepreßt).
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Bremsbelagmaterial
(Probe Nr. 2) einen höheren Reibungskoeffizient hat als das auf Asbest basierende Bremsbelagmaterial (Probe
Nr. 1). Zusätzlich zeigt das Bremsbelagmaterial Nr. 2 einen geringeren Abrieb als das Material Nr. 1 bei hohen Temperaturen.
Als Basis für das erfindungsgemäße Bremsbelagmaterial kann
auch eine Mischung aus voroxidierter Faser und Kohlenstoffaser
verwendet werden. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der beiden Fasern etwa 50 bis 98 Gewichtsprozent voroxidierter
Faser und etwa 2 bis 50 Gewichtsprozent Kohlenstoffaser, bezogen auf die Gesamtmengen der beiden Fasern. Die Kohlenstofffaser
dient zur Verbesserung der Abrxebbeständxgkext und der Hitzefestigkeit. Dies wird dann nicht vollständig erreicht,
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wenn der Gehalt an Kohlenstoffaser weniger als etwa 2 Gewichtsprozent
beträgt. Andererseits führt die Verwendung von mehr als 50 Gewichtsprozent an Kohlenstoffaser nicht zu einer weiteren
entsprechenden Verbesserung des Effektes in der Faser. Außerdem sind höhere Anteile an Kohlenstoffaser kostspielig
(die Kohlenstoffaser ist wesentlich teurer als die voroxidierte Faser), und außerdem erhält man einen niedrigeren Reibungskoeffizient.
Tabelle 2 enthält die Ergebnisse einer Untersuchung, bei der
erfindungsgemäßes Bremsbelagmaterial mit einem auf Asbest basierenden Bremsbelagmaterial hinsichtlich des Reibungskoeffizienten
und des Abriebs bei 2500C verglichen wurde. Die bei
diesem Versuch verwendete voroxidierte Faser wurde hergestellt durch zweistündige Oxidation einer Acrylfaser (97 % Acrylnitril
und 3 % Methylacrylat) bei 2650C in Luft. Die Kohlenstoffaser
wurde hergestellt durch fünfminütige Carbonisierung der voroxidierten Faser bei 12500C in einer Stickstoffatmosphäre
.
Probe Nr.
Asbest
Zusammensetzung in
Gewichtsprozent
voroxidierte Faser
voroxidierte Faser
Kohlenstoffaser
Konstant-Geschwindigkeits-
Test 2500C \
Reibungskoeffizient Abrieh (cm3/kg.m)
1 | 50 | 0 | 0 | 0,24 | 3,7 χ 10~7 |
2 | 0 | 49 | 1 | 0,41 | 1,8XiO-7 |
3 | 0 | 45 | 5 | 0,39 | 1,5XiO-7 |
4 | 0 | 40 | 10 | 0,37 | 1,2x10-7 |
5 | 0 | 30 | 20 | 0,36 | 0,8 χ ΙΟ"7 |
6 | 0 | 20 | 30 | 0,29 | 0,9 χ 10~7 |
Anmerkung: Jede Probe enthielt 20 Gewichtsprozent Phenolformaldehydharz
und 30 Gewichtsprozent Kaliumcarbonat.
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Der Reibungstest wurde entsprechend der Vorschrift JIS-D4411 durchgeführt. Der Reibungskoeffizient ist als kinetischer
Wert ausgedrückt.
Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, daß die vier Proben aus dem erfindungsgemäßen
Bremsbelagmaterial (Nr. 2 bis 5) besser sind als das auf Asbest basierende Bremsbelagmaterial (Nr. 1) , da
sie einen höheren Reibungskoeffizienten und zusätzlich eine erheblich höhere Abriebfestigkeit bei hohen Temperaturen haben.
Bei der Probe Nr. 6 wird deutlich, daß ein zu hoher Kohlenstoff fasergehalt zu einem niedrigen Reibungskoeffizienten führt.
Die Kohlenstoffaser, die erfindungsgemäß verwendet werden kann,
muß nicht aus einer Acrylfaser abgeleitet sein, sondern es können ebenso Kohlenstoffasern verwendet werden, die aus Pech
oder Reyon erhältlich sind. Das erfindungsgemäße Bremsbelagmaterial
aus voroxidierter Faser und Kohlenstoffaser kann durch Trockenmischung von Fasern, die weniger als 10 mm lang
sind, mit einem Harz oder einem geeigneten Zusatzstoff geformt werden oder die Faser in Webform oder in Form von Filz kann
alternativ hierzu mit einem Harz imprägniert werden, bevor sie geformt wird.
Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung; sie sollen jedoch keine Einschränkung der Erfindung darstellen.
In diesen Beispielen sind alle Teile bzw. Prozentangaben auf das Gewicht bezogen.
Ein Strang aus Acrylfaserfäden, die aus 98 % Acrylnitril und
2 % Acrylamid bestanden (Feinheitsgrad des Einzelfadens: 1,5 Denier, Zahl der Fäden: 260.000) wurde eineinhalb Stunden
bei 2700C an Luft voroxidiert, entsprechend dem Verfahren der
US-PS 4 069 297, wobei die Schrumpfung des Stranges während des Voroxidationsverfahrens 18 % betrug. Die erhaltene voroxidierte
Faser enthielt 11 Gewichtsprozent gebundenen Sauerstoff.
Die Faserstärke war 3,6 g/d und die Reißdehnung betrug
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ORIGINAL INSPECTED
9 %. Die voroxidierte Faser wurde auf eine Länge von 3 ram zugeschnitten
und mit Phenolformaldehydharz und Kalziumcarbonat als Füllmittel in einem Henschel-Mixer in den unten angegebenen
Verhältnissen gemischt.
Mischverhältnisse:
Voroxidierte Faser 55 Teile
Phenolformaldehydharz 20 Teile
Kalziumcarbonat 25 Teile.
Anschließend wurde die Mischung bei einer Temperatur von 1700C
und einem Druck von 160 kg/cm2 geformt und man erhielt ein
Bremsklotzmaterial für eine Automobilscheibenbremse.
Das Bremsbelagmaterial wurde einem Reibungstest mit konstanter Geschwindigkeit, entsprechend der Vorschrift JIS-D4411, unterzogen.
Der kinetische Reibungskoeffizient und der Abrieb bei 2500C betrugen 0,39 bzw. 1,9 χ 10~ cm3/kg-m. Die untersuchung
der Bremseigenschaften des erfindungsgemäßen Bremsbelagmaterials
mit Hilfe eines Bremsdynamometers ergaben eine mit den. auf Asbest basierenden Bremsbelägen vergleichbare Fading-Beständigkeit
und einen geringeren Abrieb des erfindungsgemäßen Bremsbelagmaterials.
Ein Strang aus Acrylfaser, die aus 97 % Acrylnitril und 3 % Methylacrylat bestand (Feinheitsgrad des Einzelfadens: 2,0
Denier, Zahl der Fäden: 24.000), wurde 30 Minuten lang kontinuierlich bei 2600C und dann 30 Minuten bei 2750C an Luft voroxidiert.
Die Schrumpfung des Stranges betrug während des Voroxidationsverfahrens 15 %. Die erhaltene voroxidierte Faser
enthielt 9,5 % gebundenen Sauerstoff. Die Faserstärke betrug 3,8 g/d. Die so hergestellte voroxidierte Faser und "Besfight"
(Handelsbezeichnung einer von Toho Beslon Co., Ltd., hergestellten Kohlenstoffaser: Das Produkt hatte 24.000 Einzelfäden,
eine Faserstärke von 310 kg/mm2 und einen Fasermodul von
24,1 Ton/mm2) wurden auf eine Länge von 2 mm zugeschnitten und
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in einem Henschel-Mischer in den unten angegebenen Verhältnissen
mit einem Phenolformaldehydharz und Kaliumcarbonat gemischt.
Voroxidierte Faser 44 Teile
Kohlenstoffaser 6 Teile
Phenolformaldehydharz 20 Teile
Kaliumcarbonat 30 Teile.
Zur Herstellung eines Bremsbelagmaterials für Automobilscheibenbremsen
wurde die so erhaltene Mischung bei einer Temperatur von 1700C unter einem Druck von 150 kg/cm2 geformt.
Das Bremsbelagmaterial wurde einem Reibungstest mit konstanter Geschwindigkeit, entsprechend der Vorschrift JIS-D4411, unterzogen.
Man erhielt einen kinetischen Reibungskoeffizient und
einen Abrieb bei 2500C von 0,37 bzw. 1,75 χ 10 cm/kg-m. Untersuchungen der Bremseigenschaften des Bremsbelagmaterials mit
Hilfe eines Bremsdynamometers ergaben eine höhere Fading-Beständigkeit und eine niedrigere Abnützung, verglichen mit
herkömmlichem Bremsbelagmaterial auf Asbestbasis.
Es ist offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung auf verschiedenste
Weise modifiziert werden kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Claims (8)
- PATSNTANWALTE A. GRÜNECKERDl PL-INSH. KINKELDEYW. STOCKMAlROR-ING. · AeE (CALTECH)K. SCHUMANNDR BER. NAT. · DtPL-PHYSP. H. JAKOBDlPU-ING.G. BEZOLDSr-DlPL-CHEM.8 MÜNCHEN 22MAXIMILIANSTRASSE 43P 14 031
- 2. Juli 1979TOHO BESLOK CO., LTD.No. 3-9» Nihonbashi 3-chome, Chuo-ku, Tokyo, JapanNISSHIN SPINNIEiG CO., LTD.No. 3-10ι Yokoyama-cho, Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo, JapanMaterial für BremsbelägePatentansprücheMaterial für Bremsklötze oder Bremsbeläge, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Binder und einer von Acrylfasern abgeleiteten voroxidierten Faser besteht, welche mindestens etwa 5 Gewichtsprozent gebundenen Sauerstoff enthält.2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an gebundenem Sauerstoff in der voroxidierten Faser in einem Bereich von etwa 5 bis 15 Gewichtsprozent liegt.
- 3. Material nach An Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich eine Kohlenstoffaser enthält.
- 4. Material nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Faserbestandteil etwa 50 bis 98 Gewichtsprozent an voroxidierter Faser und etwa 2 bis 50 Gewichtsprozent an909883/0792TELEFON (OBB) QS !28 62 TELEX O5-29 380 TELEGRAMME MONAPAT TßLEKOPIERER_ 2 —Kohlenstoffaser anwesend sind.
- 5. Material nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel ein Phenolformaldehydharz verwendet wird.
- 6. Material nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich Glasfasern enthält.
- 7. Material nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich Stahlwolle enthält.
- 8. Material nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich Phenolformaldehydharzfasern enthält.909883/0792
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