DE3230441C2 - Dry, asbestos-free friction material and / or friction elements and a process for their preparation - Google Patents
Dry, asbestos-free friction material and / or friction elements and a process for their preparationInfo
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Description
Die Erfindung betrifft trockenes, asbestfreies Reibmaterial und/oder Reibelemente und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Insbesondere betrifft die Erfindung Reibmaterial und/oder Reibelemente, die aus einem Werkstoff herstellbar sind, der sich durch gute Bruchfestigkeit und Abriebseigenschaften auszeichnet. Insbesondere lassen sich aus den in der Erfindung beschriebenen Werkstoffen ungewöhnlich homogene Vorformlinge und Kupplungsbeläge herstellen.The invention relates dry, asbestos-free friction material and / or friction elements and a process for their preparation. In particular the invention relates to friction material and / or friction elements which can be produced from a material, which characterized by good breaking strength and abrasion properties. In particular, can be made from the materials described in the invention unusually homogeneous preforms and clutch linings produce.
Friktionswerkstoffe zur Herstellung von Kupplungsbelägen und dergl. müssen starken Belastungen standhalten. Kupplungsbeläge unterliegen einer starken Belastung bei wiederholter und längerer Anwendung der Kupplung, wobei sich hohe Temperaturen, gewöhnlich oberhalb 260°C im Reibelement entwickeln können. Diese Temperaturen überschreiten bisweilen 540°C an der Reiboberfläche des Materials und nehmen fortschreitend nach innen ab. Diese hohen Temperaturen erfordern dementsprechend temperaturbeständige Friktionswerkstoffe.Friction materials for the production of clutch linings and The like must withstand heavy loads. clutch linings are subject to a heavy load on repeated and longer Application of the coupling, whereby high temperatures, usually above 260 ° C in the friction element can develop. These temperatures sometimes exceed 540 ° C at the friction surface of the material and progressively inward from. These high temperatures accordingly require temperature-resistant Friction materials.
Asbest wurde lange Zeit zur Herstellung von temperaurbeständigen Formteilen verwendet. Asbest war der Hauptbestandteil in Friktionselementen, wie sie für temperaturbeständige Brems- und Kupplungsbelänge von Fahrazeugen verwendet wurden.Asbestos has long been used to produce tempera resistant Used moldings. Asbestos was the main ingredient in friction elements, as used for temperature-resistant braking and clutch requirements of vehicles were used.
Die Tendenz der Gesetzgebung geht dahin, die Verwendung von Asbest wegen seiner karzinogenen Eigenschaften auf ein Mindestmaß zu beschränken bzw. zu eliminieren.The tendency of the legislation goes to the use of Asbestos due to its carcinogenic properties to a minimum to restrict or eliminate.
Die Verwendung von Glasfasern in Friktionswerkstoffen ist bereits bekannt. Bei einigen der bekannten Vorschläge werden Glasfasern zur Verstärkung von asbesthaltigen Friktionselementen verwendet, zunächst als Unterlage für herkömmlich hergestellte Reibungselemente (vgl. US-PS 3 068 131 und 3 365 041) und sodann als Teil der Reiboberfläche; vgl. US-PS 3 429 766, 3 526 306 und 3 600 258. Als Zweck der Verwendung von Glasfasern wurde angegeben, die Bruchfestigkeit der Reibelemente zu erhöhen. Die Bruchfestigkeit ist ein Maß für die Zentrifugalkraft, der ein Reibelement ohne Zerfall wiederstehen kann. Die Bestimmung der Bruchfestigkeit wird im allgemeinen bei erhöhten Temperaturen durchgeführt.The use of glass fibers in friction materials is already known. In some of the known proposals will be Glass fibers for reinforcing asbestos-containing friction elements used, initially as a backing for conventional manufactured friction elements (see US-PS 3,068,131 and 3,365,041) and then as part of the friction surface; see. U.S. Patents 3,429,766, 3,526,306 and 3,600,258 Use of glass fibers was specified, the breaking strength to increase the friction elements. The breaking strength is a measure of the centrifugal force of a friction element without Decay can withstand. Determination of breaking strength is generally at elevated temperatures carried out.
Aus der US-PS 4 130 537 ist es bekannt, das aggressive Verhalten von Glasfasern in asbestfreiem Reibmaterial durch Zusatz von unschmelzbaren organischen Fasern zu vermindern. Die Aggressivität soll sich durch Geräusche, Vibration und bzw. oder unregelmäßige Reibeffekte zeigen. Die unschmelzbaren organischen Fasern werden breit definiert, und als bevorzugte Fasern werden Baumwollfasern bezeichnet. In der Patentschrift werden sowohl natürliche als auch synthetische Fasern genannt, insbesondere Fasern aus Jute, Hanf, Sisal, Wolle, Viskoserayon, Cuprammoniumrayon und Nomex®, einer Handelsbezeichnung für Aramide. Die physikalische Form der Glasfasern kann in weiten Grenzen schwanken, doch ist die bevorzugte Form für die Herstellung von Kupplungsbelänge ein kontinuierliches Garn.From US-PS 4,130,537 it is known the aggressive behavior of glass fibers in asbestos-free friction material by addition of infusible organic fibers. The aggressiveness is said to be due to noise, vibration and or or show irregular frictional effects. The infusible Organic fibers are broadly defined, and preferred Fibers are called cotton fibers. In the patent Both natural and synthetic Called fibers, in particular fibers of jute, hemp, sisal, Wool, viscose rayon, cuprammonium rayon and Nomex®, a trade name for aramids. The physical form of glass fibers can vary widely, but is the preferred Mold for the manufacture of clutch pads a continuous Yarn.
In einem SAE Technical Paper mit dem Titel "Asbestos Free Brakes and Dry Clutches Reinforced with Kevlar® Aramid Fiber" wird ausgeführt, daß Aramidfasern einem Reibwerkstoff bzw. Reibelementen Festigkeit, thermische Stabilität und nicht- aggressive Abriebseigenschaften verleihen.In an SAE Technical Paper titled "Asbestos Free Brakes and Dry Clutches Reinforced with Kevlar® Aramid Fiber " is carried out that aramid fibers a friction material or Friction elements strength, thermal stability and non- give aggressive abrasion properties.
In einer technischen Broschüre der Du Pont mit dem Titel "Kevlar® Aramid Pulp" ist Kevlar® Aramid-Pulpe beschrieben. Kevlar® ist ein Du Pont Warenzeichen für Fasermaterial auf der Basis von Kondensationsprodukten der Terephthalsäure mit p-Phenylendiamin. In dieser Broschüre ist ausgeführt, daß dieses Fasermaterial zum teilweisen Ersatz für Asbest dienen kann. Es werden mehrere Anwendungen vorgeschlagen, einschließlich Belägen für Scheibenbremsen, Trommelbremsen und Blockbremsen.In a technical brochure the Du Pont titled "Kevlar® Aramid Pulp" is described Kevlar® aramid pulp. Kevlar® is a DuPont trademark for fiber material the basis of condensation products of terephthalic acid with p-phenylenediamine. This brochure states that This fibrous material is used to partially replace asbestos can. Several applications are proposed, including Pads for disc brakes, drum brakes and block brakes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, trockenes, asbestfreies Reibmaterial bzw. asbestfreie Reibelemente zur Verfügung zu stellen, die aus ungewöhnlich homogenen Vorformlingen herstellbar sind. Sie sind insbesondere für die Herstellung von Kupplungsbelägen geeignet. Diese Reibelemente besitzen eine überraschend hohe Bruchfestigkeit. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.The invention is based on the object dry, asbestos-free friction material or asbestos-free friction elements to provide that made unusual homogeneous preforms can be produced. They are especially for the production of Clutch pads suitable. These Friction elements have a surprisingly high breaking strength. This object is achieved by the invention.
Die Erfindung betrifft somit die in den Patentansprüchen gekennzeichneten Gegenstände.The invention thus relates to those characterized in the claims Items.
Reibelemente lassen sich aus dem beschriebenen Werkstoff zweckmäßig durch Vermischen mit einem organischen Lösungsmittel und Extrudieren durch eine entsprechende Form herstellen.Friction elements can be made of the described material conveniently by mixing with an organic solvent and extrude through a corresponding mold.
Reibelemente, die lediglich Glasfasern enthalten, sind nicht durch hohe Bruchfestigkeit gekennzeichnet.Friction elements containing only glass fibers are not characterized by high breaking strength.
Die erfindungsgemäß verwendeten aromatischen Polyamidfasern, gewöhnlich bekannt als Aramide, sind im Handel in verschiedener Form erhältich, z. B. als Garn oder Pulpe. Sie werden unter anderem unter dem Warenzeichen "Fiber B", "Kevlar®", "DP-01" und "Nomex®" in den Handel gebracht. Die Bezeichnung Aramide ist eine allgemeine Bezeichnung für Fäden bzw. Fasern aus Kondensationsprodukten von Isophthalsäure oder Terephthalsäure und m- oder p-Phenolendiamin. Fiber B und Kevlar® sind Kondensationsprodukte der Terephthalsäure mit p-Phenylendiamin, während Nomex® ein Kondensationsprodukt aus Isophthalsäure und m-Phenylendiamin ist. Der Ausdruck Aramid bezeichnet Fäden bzw. Fasern, bei denen die fadenbildende Substanz ein langkettiges synthetisches aromatisches Polyamid ist, und bei dem mindestens 85% der Amidbindungen unmittelbar an zwei aromatische Bindungen gebunden sind. Nähere Einzelheiten können der US-PS 3 393 210 entnommen werden. Das bevorzugte Aramid wird aus Terephthalsäure und p-Phenylendiamin hergestellt.The aromatic polyamide fibers used according to the invention, commonly known as aramids, are in commerce in various ways Form available, z. B. as yarn or pulp. you will be under the trade marks "Fiber B", "Kevlar®", "DP-01" and "Nomex®" on the market. The name Aramide is a general name for threads or fibers from condensation products of isophthalic acid or Terephthalic acid and m- or p-phenylenediamine. Fiber B and Kevlar® are condensation products of terephthalic acid with p-phenylenediamine while Nomex® is a condensation product from isophthalic acid and m-phenylenediamine. The expression Aramid refers to threads or fibers in which the thread-forming Substance a long-chain synthetic aromatic Polyamide, and at least 85% of the amide bonds are bound directly to two aromatic bonds. Further details can be found in US Pat. No. 3,393,210 become. The preferred aramid is terephthalic acid and prepared p-phenylenediamine.
Die Aramidfasern werden erfindungsgemäß in Pulpeform verwendet, d. h. als sehr kurze und stark fibrillierte Fasern. Die Faserlänge liegt im Bereich von 0,2 bis 12 mm, vorzugsweise 1 bis 6 mm.The aramid fibers are used according to the invention in pulp form, d. H. as very short and strongly fibrillated fibers. The fiber length is in the range of 0.2 to 12 mm, preferably 1 to 6 mm.
Die aromatischen Polyamidfasern werden in den Friktionswerkstoffen in einer Menge von 1 bis 12 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Werkstoffs verwendet. Die bevorzugte Menge liegt in einem Bereich von 2 bis 10%.The aromatic polyamide fibers are in the Friktionswerkstoffen in an amount of 1 to 12 weight percent, used based on the weight of the material. The preferred amount is in a range of 2 to 10%.
Für die Zwecke der Erfindung eignen sich Glasfasern, wie sie im allgemeinen zum Verstärken von Kunstharzen verwendet werden. Die Glasfaseroberfläche wird mit einem Zwischenbindemittel behandelt, um eine Bindung der Glasoberfläche an die Matrix des Reibelements sicherzustellen.For the purposes of the invention are glass fibers, such as they are generally used for reinforcing synthetic resins become. The glass fiber surface is covered with an intermediate binder treated to bond the glass surface to the Ensure matrix of friction element.
Zwischenbindemittel und ihre Anwendung für Glasfäden sind in der US-PS 4 130 537 beschrieben. Die beschichteten Fasern können mit einem Kunstharzmaterial beschichtet werden. Auf diese Weise werden sogenannte RFL-beschichtete Glasfasern erhalten. Auch diese Glasfasern sind in der US-PS 4 130 537 beschrieben. Erfindungsgemäß werden RFL-beschichtete Glasfasern bevorzugt.Intermediate binders and their application for glass filaments are in U.S. Patent 4,130,537. The coated fibers can be coated with a synthetic resin material. On In this way, so-called RFL-coated glass fibers are obtained. These glass fibers are also described in US Pat. No. 4,130,537 described. According to the invention RFL-coated glass fibers prefers.
Die physikalische Form der Glasfasern ist ein wichtiges und kritisches Element der vorliegenden Erfindung. Die Glasfasern müssen in Form von Stapelglasseide, vorzugsweise einer Länge von 2,54 bis 25,4 mm vorliegen. The physical form of glass fibers is an important and critical element of the present invention. The glass fibers must in the form of Stapelglasseide, preferably one Length from 2.54 to 25.4 mm.
Die Menge der Glasfasern in den Werkstoffen soll 5 bis 30%, vorzugsweise 10 bis 25%, bezogen auf das Gewicht des Werkstoffes betragen.The amount of glass fibers in the materials should be 5 to 30%, preferably 10 to 25%, based on the weight of the material amount.
Das Bindemittel enthält ein härtbares Kunstharz, in der Regel ein Phenolharz, d. h. ein hitzehärtbares Umsetzungsprodukt eines Phenols mit einem Aldehyd. Als Phenole kommen z. B. Phenol, Resorcin, Brenzkatechin und p-Aminophenol in Frage. Beispiele für Aldehyde sind Formaldehyd, Acetaldehyd und Acrolein und andere aliphatische Aldehyde mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen. Es kommen sowohl Resole als auch Novolakharze in Frage. Die Novolakharze sind bevorzugt.The binder contains a curable synthetic resin, as a rule a phenolic resin, d. H. a thermosetting reaction product a phenol with an aldehyde. Come as phenols z. Phenol, resorcinol, catechol and p-aminophenol in Question. Examples of aldehydes are formaldehyde, acetaldehyde and acrolein and other aliphatic aldehydes of 1 to 4 Carbon atoms. There are both Resole and novolac resins in question. The novolak resins are preferred.
Das Bindemittel enthält gewöhnlich auch ein Elastomer, d. h. einen natürlichen oder synthetischen Kautschuk. Besonders bevorzugt sind Nitrilkautschuke, einschließlich Copolymerisate von Butadien mit Acrylnitril. Ferner kommen kautschukartige Copolymerisate aus 1,3-Alkandienen, wie Butadien oder Isopren, mit monoolefinisch ungesättigten Verbindungen, wie Styrol oder α-Methylstyrol, in Frage.The binder usually also contains an elastomer, i. H. a natural or synthetic rubber. Especially Preferred are nitrile rubbers, including copolymers of butadiene with acrylonitrile. Furthermore come rubbery Copolymers of 1,3-alkanedienes, such as butadiene or Isoprene, with monoolefinically unsaturated compounds, such as Styrene or α-methylstyrene, in question.
Der Anteil des Bindemittels in den Werkstoffen liegt im Bereich von 10 bis 40%, bezogen auf das Gewicht des Werkstoffes. Das Mengenverhältnis von härtbarem Kunstharz zu Elastomer in diesen Werkstoffen liegt im allgemeinen in einem Bereich von 1 : 1 bis 10 : 1, vorzugsweise bei 3,5 : 1.The proportion of binder in the materials is in the range of 10 to 40%, based on the Weight of the material. The ratio of curable Resin to elastomer in these materials is generally in a range from 1: 1 to 10: 1, preferably at 3.5: 1.
Dem Bindemittel können Füllstoffe einverleibt werden, um die physikalischen Eigenschaften des Endprodukts zu modifizieren und die Kosten für die Reibelemente zu senken. Beispiele für geeignete Füllstoffe sind Ruß, Ton, Graphit, Bleisulfat, Tripelerde, Glimmer, Kalk, Wollastonit, Nierenbaumharz, Kupferoxid und Schwefel. Fillers can be incorporated into the binder in order to prevent the physical properties of the final product and to reduce the cost of the friction elements. examples for suitable fillers are carbon black, clay, graphite, lead sulphate, Tripelic earth, mica, lime, wollastonite, kidney tree resin, Copper oxide and sulfur.
Reibelemente können aus dem Werkstoff nach verschiedenen bekannten Verfahren hergestellt werden. Im allgemeinen werden die Glasfasern und die Aramidfasern mit dem Bindemittel gesättigt. Sodann wird aus dem Material das Lösungsmittel verdampft. Es entsteht ein Zwischenprodukt bzw. ein Vorformling, der unter Anwendung von Wärme und Druck zur Aushärtung des Bindemittels verformt wird.Friction elements can be made of different materials known methods are produced. In general are the glass fibers and the aramid fibers with the Binder saturated. Then the solvent becomes the material evaporated. An intermediate product or a preform, which, using heat and pressure to Curing of the binder is deformed.
Im allgmeinen wird das Reibelement, insbesondere ein Kupplungsbelag
folgendermaßen hergestellt:
Ein sogenannter Vorformling wird hergestellt, d. h. das vorstehend
beschriebene Zwischenprodukt, der ungefähr der Konfiguration
des fertigen Reibelements entspricht. Dieser Vorformling
wird unter Anwendung von Wärme und Druck endgültig
verformt und ausgehärtet.In general, the friction element, in particular a clutch lining, is produced as follows:
A so-called preform is produced, ie the above-described intermediate, which approximately corresponds to the configuration of the finished friction element. This preform is finally deformed and cured using heat and pressure.
Zur Herstellung der Vorformlinge wird das Bindemittel mit den Glasfasern und den Aramidfasern und einem Lösungsmittel vermischt. Das Lösungsmittel soll mindestens einen Teil des Bindemittels auflösen. Es wird eine verhältnismäßig homogene Masse erhalten, die sodann zu einer flachen, pfannkuchenähnlichen Platte mit einem Durchmesser von mindestens etwa 31 cm und einer Dicke von etwa 7,6 mm druckverformt wird. Aus dieser Platte wird der Vorformling ausgeschnitten, beispielsweise mit einem Durchmesser von 28 cm und einem Innendurchmesser von 16 cm. Der Vorformling wird etwa 16 Stunden bei 80°C in einem Umwälzluftofen getrocknet. Danach wird der trockene Vorformling in einer positiven Druckform 5 Minuten bei 150 bis 205°C und einem Druck von 500 bis 1000 KN (50 bis 100 Tonnen) verformt und anschließend 5 Stunden bei 205 bis 260°C nachgehärtet.To prepare the preforms, the binder with the glass fibers and the aramid fibers and a solvent mixed. The solvent should be at least part of the Dissolve binder. It becomes a relatively homogeneous one Mass, which then becomes a flat, pancake-like Plate with a diameter of at least about 31 cm and a thickness of about 7.6 mm is deformed. Out This plate is the preform cut out, for example with a diameter of 28 cm and an inside diameter of 16 cm. The preform will be around for 16 hours 80 ° C dried in a convection oven. After that, the dry preform in a positive printing form 5 minutes at 150 to 205 ° C and a pressure of 500 to 1000 KN (50 to 100 tonnes) deformed and then 5 hours at 205 to 260 ° C. cured.
Nachstehend wird die Herstellung eines homogenen Vorformlings aus dem Werkstoff und die anschließende Herstellung eines Kupplungsbelages erläutert. The following is the preparation of a homogeneous preform from the material and the subsequent production a clutch lining explained.
Die nachstehend aufgeführten festen Bestandteile werden in einem Sigmamischer zu einem verhältnismäßig homogenen Trockengemisch vermischt.The following solid ingredients are listed in a sigmatic mixer to a relatively homogeneous dry mix mixed.
Teile
154,7 Nitrilkautschuk (Hycar® 1411)
80,0 hitzehärtbares Phenolharz (Durey 14000)
39,3 Graphit
93,5 Kupfer(II-)oxid
37,3 Antimontrisulfid
84,4 Cardolitpulver
106,3 Schwefel
156,8 Wollastonitparts
154.7 nitrile rubber (Hycar® 1411)
80.0 thermosetting phenolic resin (Durey 14000)
39.3 graphite
93.5 copper (II) oxide
37.3 antimony trisulfide
84.4 cardolite powder
106.3 sulfur
156.8 wollastonite
Sodann werden 200 Teile Methylisobutylketon zugegeben, und die Masse wird weitere 25 Minuten gemischt. Hierauf werden 193,1 Teile Stapelglasseide einer Länge von 6,35 mm eingemischt. Sodann werden anteilsweise 54,5 Teile aromatische Polyamidfaserpulpe (Kevlar®) zugegeben. die feuchte plastische Masse wird zu einer Platte von etwa 12,7 mm Dicke ausgewalzt, sodann mehrmals gefaltet und erneut auf die gleiche Dicke heruntergewalzt.Then, 200 parts of methyl isobutyl ketone are added, and the mass is mixed for another 25 minutes. Be on it 193.1 parts batch glass silk of a length of 6.35 mm mixed. Then 54.5 parts aromatic part Polyamide fiber pulp (Kevlar®) added. the wet plastic Mass is rolled to a plate about 12.7 mm thick, then folded several times and again to the same thickness rolled down.
Hierauf wird die Platte auf eine 3,2 mm dicke Schneidoberfläche gelegt, und ein Schneidwerkzeug wird auf die Oberfläche aufgedrückt. Es bildet sich ein Vorformling mit ebener, zylindrischer Form mit einem Durchmesser von etwa 28 cm. Der Vorformling wird 16 Stunden bei 80°C in einem Umwälzofen getrocknet und anschließend in einer vorerhitzten Form 5 Minuten bei 165°C und 600 KN (60 Tonnen) Druck verformt. Danach wird das Formteil 5 Stunden bei 204 bis 260°C unter Druck erhitzt, um eine Deformierung zu vermeiden.Then the plate is placed on a 3.2 mm thick cutting surface put, and a cutting tool will be on the surface pressed. It forms a preform with level, cylindrical shape with a diameter of about 28 cm. The Preform is dried for 16 hours at 80 ° C in a convection oven and then in a preheated mold for 5 minutes deformed at 165 ° C and 600 KN (60 tons) pressure. After that it will be Molded part heated at 204 to 260 ° C under pressure for 5 hours, to avoid deformation.
Nach dem Abkühlen wird das ausgehärtete Produkt bearbeitet, um es in die genaue Form zu bringen. Dies kann beispielsweise durch Sandstrahlblasen und bzw. oder andere bekannte Methoden erfolgen. After cooling, the cured product is processed, to get it into the exact shape. This can be, for example by sandblasting and / or other known Methods are done.
Die physikalischen Eigenschaften des erhaltenen Reibelements sind nachstehend angegeben:The physical properties of the friction element obtained are given below:
Die Grünfestigkeit des Vorformlings ist weit besser als die eines ähnlichen Vorformlings, der jedoch keine Fasern aus dem aromatischen Polyamid enthält. Der Vorformling ist homogen und in seiner Struktur ziemlich stabil. Dies ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, weil dadurch eine Verformung, z. B. durch Extrudieren, des feuchten Gemisches der Bestandteile in die gewünschte Vorform und die anschließende Handhabung dieses Vorformlings wesentlich erleichtert wird.The green strength of the preform is far better than that a similar preform, but no fibers containing the aromatic polyamide. The preform is homogeneous and quite stable in its structure. This is a important feature of the invention, because it causes deformation, z. B. by extrusion, the wet mixture of Ingredients in the desired preform and the subsequent Handling this preform much easier becomes.
Teile und Prozentangaben bezehen sich auf das Gewicht, sofern nichts anderes angegeben ist.Parts and percentages are by weight, provided that nothing else is stated.
Claims (9)
- (a) ein Bindemittel,
- (b) aromatische Polyamidfasern aus Kondensationsprodukten von Isophthalsäure oder Terephthalsäure und m- oder p-Phenylendiamin und
- (c) Stapelglasfasern,
- (a) a binder,
- (b) aromatic polyamide fibers from condensation products of isophthalic acid or terephthalic acid and m- or p-phenylenediamine and
- (c) stacked glass fibers,
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