DE3231310A1

DE3231310A1 - Verfahren zur herstellung von kupplungsbelaegen

Info

Publication number: DE3231310A1
Application number: DE19823231310
Authority: DE
Inventors: Raymond Louis 74136 Tulsa Okla. Guzy; Robert Vincent 60559 Darien Ill. Wargin
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1982-08-23
Filing date: 1982-08-23
Publication date: 1984-02-23

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Belägen für Rutschkupplungen bzw. Reibungskupplungen, insbesondere von extrudierbeschichteten endlosen Bändern, die zur Herstellung derartiger Beläge für Rutschkupplungen bzw. Reibungskupplungen geeignet sind. Die Beläge enthalten mindestens einen kontinuierlichen Faden bzw. eine kontinuierliche Strähne, die extrudierbeschichtet ist mit einem härtbaren Kunstharzmaterial. Das Band wird zu einem Vorformling aufgewickelt und unter Anwendung von Druck hitzegehärtet. Auf diese Weise wird ein asbestfreier Belag für Rutschkupplungen bzw. Reibungskupplungen mit ausgezeichneter Bruchfestigkeit erhalten.
Asbest wurde lange Zeit zur Herstellung von temperaturbeständigen Friktionselementen eingesetzt, wie sie für temperaturbeständige Brems- und Kupplungsbeläge von Fahrzeugen verwendet werden. Zusammen mit geeigneten Kunstharzreibmaterialien werden sehr gute Friktionselemente bzw. Reibelemente erhalten.
Die Tendenz der Gesetzgebung geht dahin, die Verwendung von Asbest wegen seiner karzinogenen Eigenschaften auf ein Mindestmaß zu beschränken bzw. zu eliminieren. Dementsprechend geht die Entwicklung dahin, asbestfreies Reibmaterial zur Herstellung von Friktionselementen zu schaffen. Die Verwendung von Glasfasern in Friktionswerkstoffen ist bereits bekannt ;vgl. US-PSen 3 743 069, 4 130 537 und 4 137 214.
Bei diesen bekannten Massen werden Glasfasern entweder als Stapelfasern oder als kontinuierliche Glasseidenfäden bzw.
Strähnen verwendet. Bei Verwendung von Endlos-Glasseidenfäden in Form von Strähnen werden diese normalerweise geschlichtet und sodann mit einem Kunstharzreibmaterial imprägniert.
Die Glas- seidenfäden werden gewöhnlich tauchbeschichtet, d.h. zunächst wird der Glasseidenfaden durch einen Behälter geführt, der eine verdünnte Lösung oder Dispersion des Kunstharzrei#aterials enthält. Der feuchte imprägnierte Glasseidenfaden wird sodann durch einen Trockenturm oder eine andere Vorrichtung geführt, um das Lösungsmittel zu verdampfen. Es wird ein getrockneter mit dem Kunsthrrzreii#naterial imprägnierter Glasseidenfaden in ungehärtetem Zustand erhalten. Der Glasseidenfaden wird zu einem Vorformling verformt, der sodann unter Anwendung von Druck in an sich bekannter Weise thermisch ausgehärtet wird. Es wird ein ausgehärtetes Friktionselement bzw.
Reibelement erhalten.
Das Tauchbeschichten zum Imprägnieren der kontinuierlichen Glasseidenfäden erfordert gewöhnlich die Verwendung von Kunstharzreibmaterialien, die erhebliche Mengen an Lösungsmittel enthalten Häufig beträgt derLösungsmittelgehal'tmehr als SO Gewichtsprozent der Gesamtmenge, um eine vollständige Imprägnierung der Glasseidenfäden zu erreichen und Kunstharzreibmaterial mit einer für die Beschichtungsvorrichtung geeigneten Viskosität zu erhalten. Sofern das Kunstharzreibmaterial eine Dispersion ist oder dispergierte Feststoffe enthält, kann das Absetzen oder die Abtrennung der festen Komponenten in dem Behälter, in dem das Beschichten erfolgt, zu Schwierigkeiten führen. Ferner muß der mit dem Kunstharzreib# material imprägnierte Glasseidenfaden trocken sein, damit er sich aufwickeln Izßt.. Dies erfordert die Verwendung eines Trockenturms oder einer anderen Trockenvorrichtung. Zur Vermeidung der Luftverunreinigung müssen die in der Trocknungsstufe abgetrennten Lösungsmittel wiedergewonnen werden. Die Trocknung und die WIedergewinnung des Lösungsmittels stellen einen erheblichen Kostenfaktor bei den Gesamtkosten dar. Es ist daher erwünscht, die Verwendung von Lösungsmitteln bei der Herstellung von ~ Belägen für Rutschkupplungen auf ein Mindestmaß zu beschränken.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein extrudierbeschichtetes, asbestfreies Band für Reibelement-Vorformlinge zu entwickeln, bei dessen Herstellung aufwendige Stufen der Trocknung und der Wiedergewinnung von Lösungsmitteln vermieden bzw. auf ein Mindestmaß beschränkt werden, und das sich zur Herstellung von Belägen für Rutschkupplungen bzw. Reibungskupplungen mit ausgezeichneter Bruchfestigkeit eignet. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von Kupplungsbelägen, bei dem Endlosfäden bzw. Endlosfadensträhnen mit einem Kunstharzreibmaterial imprägniert werden, das imprägnierte Material zu einem ringförmigen Scheiben-Vorformling aufgewickelt wird und der Vorformling unter Anwendung von Druck und Wärme ausgehärtet wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Endlosfäden bzw. Endlosfadensträhnen extrudierbeschichtet mit einem praktisch lösungsmittelfreien Kunstharzreibmaterial auf der Basis eines Kautschuk-modifizierten hitzehärtbaren Kunstharzes sowie Stapelglasfasern, Aramid-Stapelfasern, Aramidfaserpulpe oder deren Gemischen.
Vorzugsweise sind die Endlosfäden bzw. Endlosfadensträhnen Glasfäden oder Aramidfäden oder deren Gemische.
Das extrudierbeschichtete Band kann zur Herstellung von Belägen für Kupplungen verwendet werden. Diese Deckschichten zeichnen sich durch ausgezeichnete Bruchfestigkeit aus. Das Verfahren zur Herstellung der Beläge vermeidet umständliche Stufen der Trocknung und der Wiedergewinnung von Lösungsmittel beim Beschichtungsverfahren dadurch, daß die Verwendung von Lösungsmitteln für das Kunstharzreibmaterial entweder entfällt oder auf ein Mindestmaß beschränkt ist.
Der eingesetzte Endlosfaden bzw. die Endlossträhne kann aus beliebigen verstärkenden Fäden bestehen, z.B. Glas, Baumwolle, Graphit oder Aramid-Polymeren oder deren Kombinationen. Bevorzugt sind kontinuierliche Glasseidenfäden bzw. kontinuierliche Glasseidensträhnen. Der kontinuierliche Glasseidenfaden bzw.
die kontinuierliche Glasseidensträhne ist mit einem Zwischenbindemittel bzw. Haftmittel vorbehandelt, um die Haftung von Kunstharz an seiner Oberfläche zu verbessern. Der Glasseidenfaden bzw. die Strähne ist vorzugsweise durch Imprägnieren mit einer Schlichte, z.B. einem RFL-Beschichtungslatex beschichtet. Die entsprechenden Verfahren und Schlichtemittel sind bekannt; vgl. z.B. US-PSen 3 973 071 und 3 925 286.
Als Kunstharzrei#atefla1 kommen die üblichen hitzehärtbaren, kautschukmodifizierte Kunstharzmassen in Frage, wie sie zur Herstellung von Friktionselementen verwendet werden. Die Standardmassen enthalten gewöhnlich ein härtbares Phenolharz, d.h. ein hitzehärtbares Kunstharz, das sich von einem Phenol und einem Aldehyd ableitet, zusammen mit einem kautschukartigen Modifiziermittel, wie Naturkautschuk oder einem kautschukartigen Polymer von z.B. Chloropren, Butadien oder Isopren, oder einem Copolymerisat aus diesen Monomeren mit einem oder mehreren damit copolymerisierbaren Monomeren, wie einem Acrylat, Methacrylat oder anderen Alkylacrylat, Acrylnitril, Styrol, i-Methylstyrol, Äthylen, Propylen oder Vinylpyridin.
Das Kunstharzreibmatenal ~ kann noch weitere Zusatzstoffe enthalten, z.B. Vulkanisiermittel, Beschleuniger, Vernetzungsmittel und Friktionsmodifiziermittel. Ferner kann die Masse Füllstoffe, wie Ruß, Graphit oder Ton enthalten, sowie auch anorganische oder organische Stapelfasern, wie Wollastonit, Aramidfasern oder Glasfasern. Kunstharzreibmaterialien sind an sich bekannt Das endlose Band wird mit dem Kunstharzreibmaterial extrudierbeschichtet. Zu diesem Zweck können die üblichen Methoden zum Extrudierbeschichten von Draht verwendet werden.
Ein Beispiel für eine Vorrichtung zum Extrudierbeschichten von Draht mit einem viskosen, pastösen Material ist in der US-PS 2 315 645 beschrieben. Zum Beschichten wird in dieser Vorrichtung eine Düse zum Beschichten von Draht verwendet.
Der kontinuierliche Faden bzw. die kontinuierliche Strähne kann auch durch eine Düse zum Beschichten von Draht geführt werden, wie sie in einem üblichen Extruder vorliegt. Ferner ist es möglich, das Beschichten auch durch kontinuierliches Aufwalzen der Masse auf den Faden bzw. die Strähne durchzuführen. Das Kunstharzreibmaterial wird bei Raumtemperatur oder bei einer Temperatur unterhalb der Aushärtungstemperatur des jeweils verwendeten Kunstharzes aufgebracht. Sofern die Viskosität des Kunstharzreibmaterials auch bei erhöhter Temperatur noch zu hoch ist, ist es zweckmäßig, die Masse mit einer geringen Menge eines Lösungsmittels zu verdünnen, um die Viskosität zu vermindern und die Beschichtung zu verbessern. Nach dem Durchgang durch die Extrudierdüse ist der Faden bzw. die Strähne mit dem praktisch trockenen und ungehärteten Kunstharzreibmaterial beschichtet.
Das Extrudierbeschichtungsverfahren kann zum Beschichten von einem oder mehreren Fäden oder Strähnen verwendet werden, um ein Band zu bilden. Beim Beschichten einer Mehrzahl von Fäden bzw. Strähnen liegen diese nebeneinander und sie verlassen die Extrudierbeschichtungsvorrichtung durch eine Breitschlitzdüse.
Bei der Herstellung von Kupplungsbelägen wird das extrudierbeschichtete Band auf eine Aufwickelmaschine geleitet und zu einem Vorformling aufgewickelt. Der Vorformling ist ein locker strukturierter Gegenstand aus gewebten oder gewundenen verstärkenden Bestandteilen, die mit einer. härtbaren Kstarzmasse imprägniert sind. Die Kunstharzmasse liegt entweder in ungehärtetem Zustand oder teilweise gehärtetem Zustand vor. Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings werden eines oder mehrere extrudierbeschichtete Bänder spiralartig Fläche zu Fläche unter Bildung einer aufgewickelten ringförmigen Scheibenvorform gewünschter Größe und gewünschten Gewichts aufgewickelt.
Ein zweites Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings besteht in der nockenartigen Aufwicklung eines beschichte- ten Bandes in Wellenform, wie es beispielsweise in der US-PS 3 600 258 gezeigt ist. Es entsteht eine kreisförmige Scheibenvorform gewünschter Größe und gewünschten Gewichts.
Der Vorformling wird sodann unter Anwendung von Wärme und Druck. in an sich bekannter Weise unter Bildung eines Friktionselements ausgehärtet.
Die Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel 1 Ein Kunstharzreibmaterial aus 16 Gewichtsprozent eines Elastomers und 26,6 Gewichtsprozent eines Phenolharzes zusammen mit Mineralfüllstoffen, Härtungsmitteln, Klebrigmachern und Graphit wird auf einen mit einer Schlichte versehenen Glasseidenfaden bzw. eine Giasseidensträhne extrudierbeschichtet. Zu diesem Zweck wird der Glasseidenfaden durch eine Düse zum Extrudierbeschichten von Draht geführt, die Düse ist an einen Brabender-Extruder angeschlossen. Zum Extrudieren des Kunstharzreibmaterials wird eine Kolbentemperatur von 350C angewendet. Der beschichtete Glasseidenfaden bzw. das Band besteht aus durchschnittlich 35 Gewichtsprozent Glasseidenfaden und 65 Gewichtsprozent Kunstharzreibmaterial in teilweise ausgehärtetem Zustand. Das Band wird unter Bildung eines Vorforrrtllngs für Kupplungsbeläge aufgewickelt.
Der Vorformling wird in einer Form bei einem Druck von 140 kg/cm2 5 Minuten auf 1770C erhitzt und anschließend 5 Stunden bei 2050c nachgehärtet. Die erhaltenen Kupplungsbeläge haben eine Bruchfestigkeit von 13 100 U/min.
Beispiel 2 Es wird ein Kunstharzreibmaterial hergestellt, das 20,7 Gewichtsprozent Elastomer und 10,8 Gewichtsprozent eines Phenolharzes zusammen mit Mineralfüllstoffen, Härtungsmitteln, Reibungsmodifiziermitteln und flockigen Arainidstapelfasern einer Länge von 6,35 mm (Kevlarfasern) enthält. Das Xunstharzreibmaterial wird mit Methyläthylketon zur Verminderung der Viskosität verdünnt und bei 320C auf einen Glasseidenfaden unter Verwendung einer Extrudierdüse für Draht, die an einen Brabender-Extruder angeschlossen ist, unter Bildung eines Bandes aufgetragen. Das Band wird zu einem Vorformling für Kupplungsbeläge aufgewickelt. Der Vorformling wird an der Luft getrocknet, um das Lösungsmittel abzutrennen und sodann bei einem Druck von 140 kg/cm2 in einer Form 5 Minuten auf 1770C erhitzt. Danach wird der Kupplungsbelag 5 Stunden bei einem Druck von 35 kg/cm2 und einer Temperatur von 205 ob nachgehärtet. Die erhaltenen Kupplungsbeläge haben eine Bruchfestigkeit von durchschnittlich 11 300 U/min, Beispiel 3 Das in Beispiel 1 beschriebene Kunstharzreibmaterial wird zum Extrudierbeschichten von vier parallel angeordneten Glasseidenfäden bzw. Glasseidensträhnen verwendet. Die Glasseidenfäden bzw. -strähnen werden durch eine Breitschlitzdüse geführt, die an einen Brabender-Extruder angeschlossen ist.
Das erhaltene flache Band wird zu einem Vorformling aufgewickelt und danach bei einem Druck von 140 kg/cm2 bei 1770C ausgehärtet. Es werden Kupplungsbeläge erhalten.
Beispiel 4 Durch trockenes Vermischen wird ein Kunstharzreibmaterial hergestellt, das 15,5 Gewichtsprozent Elastomer, 8,0 Gewichtsprozent Phenolharz, 19,3 Gewichtsprozent Glasstapelfaser und 5,5 Gewichtsprozent Aramidfasern (trockene Kevlar-Aramidpulpe) zusammen mit Mineralfüllstoffen, Härtungsmitteln und Friktionsmodifiziermitteln enthält. Das Pulvergemisch wird ummittelbar in einen Brabender-Extruder eingespeist und bei 990C durch eine Breitschlitzdüse ex- trudiert. Das Material läßt sich sehr. gut extrudieren.
Aus den Beispielen ist ersichtlich, daß kontinuierliche Glasseidenfäden bzw. -strähnen mit einem Kunstharzreibmaterial durch Extrudieren beschichtet werden können. Es bildet sich ein Band, das sich zu Vorformlingen aufwickeln läßt, aus denen Kupplungsbeläge mit ausgezeichneter Bruchfestigkeit hergestellt werden können.
Das Kunstharzreibmaterial kann unmittelbar im Extrudierverfahren (Beispiel 1) eingesetzt werden, oder es kann zur Einstellung der Viskosität wie in Beispiel 2 mit einem Lösungsmittel vermischt werden.
Das erhaltene Band erfordert kein weiteres Trocknen vor dem Aufwickeln zur Herstellung des Vorformlings. Bei Verwendung von Lösungsmitteln zur Einstellung der Viskosität des Kunstharzreibmaterials kann das erhaltene Band ohne Trocknung zu einem Vorformling aufgewickelt werden. Der Vorformling kann sodann in weniger komplizierten Vorrichtungen getrocknet werden, in denen sich das Lösungsmittel leichter wiedergewinnen läßt. Dies trägt zur Verminderung der Kosten bei.
Durch Zusatz von kurzen Fasern, wie Aramidstapelfasern (Beispiel 2) oder Aramidfaserpulpe (Beispiel 4) werden die Abriebseigenschaften der Friktionselemente erheblich verbessert. Die Verwendung von Stapelfaser (Beispiel 2) erfordert den weiteren Zusatz eines Lösungsmittels, um die Viskosität des Kunstharzrelbntaterials auf einen Wert einzustellen, daß sich das Material zum Extrudierbeschichten eignet.
Bei Verwendung von Aramidfasern in Form einer Pulpe aus stark fibrillierten Fasern kann das Kunstharzreibmaterial leicht extrudiert werden, ohne daß der Zusatz eines Lösungsmittels erforderlich ist. Nach diesem Verfahren läßt sich unter Verwendung von Aramidfaserpulpe in dem Kunstharzreibmaterial ein brauchbares Band herstellen.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Kupplungsbelägen P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Herstellung von Kupplungsbelägen, bei dem Endlosfäden oder Endlosfadensträhnen mit einem Kunstharzreibmaterial imprägniert werden, das imprägnierte Material zu einem ringförmigen Scheiben-Vorformling aufgewickelt wird und der Vorformling unter Anwendung von Druck und Wärme ausgehärtet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß man die Endlosfäden bzw. die Endlosfadensträhnen extrudierbeschichtet mit einem praktisch lösungsmittelfreien Kunstharzreibmaterial auf der Basis eines Kautschukmodifizierten hitzehärtbaren Kunstharz es sowie Stapelglasfasern, Aramid-Stapelfasern, Aramidfaserpulpe oder deren Gemischen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endlosfäden bzw. Endlosfadensträhnen Glas fäden oder Aramidfäden oder deren Gemische sind.