DE3412924C2

DE3412924C2 -

Info

Publication number: DE3412924C2
Application number: DE3412924A
Authority: DE
Inventors: Reiner Dipl.-Ing. 8901 Aindling De Bode; Hinrich Dipl.-Ing. 8906 Gersthofen De Habenicht
Original assignee: Sigri GmbH
Current assignee: SGL Carbon SE
Priority date: 1984-04-06
Filing date: 1984-04-06
Publication date: 1987-11-05
Also published as: IT1183526B; FR2562550B1; DE3412924A1; IT8520157A0; FR2562550A1; GB8507962D0; GB2156826B; GB2156826A

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Faserhaufwerk aus thermisch stabilisierten Polyacrylnitrilfasern für Reibbeläge und ein Verfahren zu seiner Herstellung.The invention relates to a fiber pile thermally stabilized polyacrylonitrile fibers for Friction linings and a process for its manufacture.

Kupplungen und Bremsen enthalten als verschleißbe ständiges Element mit einem nicht zu kleinen, von den Betriebsbedingungen möglichst unabhängigen Reibungs koeffizienten Reibbeläge, die sich in der Regel aus einer Vielzahl von Komponenten zusammensetzen, davon vorzugsweise einer faserförmigen. Als faserförmige Komponente wurde bisher fast ausschließlich Asbest verwendet, der wegen seiner Cancerogenität zunehmend durch nichttoxische Stoffe ersetzt wird. Mögliche Substitutionswerkstoffe sind u.a. Metallfasern, Glasfasern, keramische Fasern, Kohlenstoffasern und thermisch stabilisierte Fasern auf Polyacrylnitril-Basis (Chemiefasern/Textilindustrie 32, 1982, 422-432). Die thermische Stabilisierung der Polyacrylnitrilfasern wird durch oxidative Vernetzung der Fasern erreicht, die zu diesem Zweck beispielsweise in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre auf etwa 300°C erhitzt werden. Die stabili sierten Fasern sind unschmelzbar, flammfest und haben eine günstige Abrasionsfestigkeit. Die Verwendung dieser Fasern in Reibbelägen war bisher wenig befriedigend, da die Fasern nicht hinreichend gleichförmig in den Belägen dispergiert werden konnten. Die Fasern bilden beim Mischen mit den anderen Komponenten des Reibbelags be ständige Agglomerate, so daß sie im fertigen Reibbelag mehr oder weniger nesterartig verteilt sind. Das Reib verhalten streut entsprechend beträchtlich. Es ist bekannt, den Verteilungsgrad von thermisch stabilisierten Polyacrylnitrilfasern in einem zur Herstellung von Graphit elektroden vorgesehenen Koks- und Graphitpulver ent haltenden Gemisch durch die Verwendung von Hochgeschwin digkeitsmischern zu verbessern, deren Rührflügel mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 5 bis 50 m/s bewegt werden (DE-OS 26 59 374). Dieses Verfahren führt bei Mischungen für Reibbeläge nicht zum Erfolg, vermutlich wegen der Verschiedenartigkeit der Mischungspartner. Zur Herstellung von Gemischen aus Kohlenstoff-Kurzschnitt fasern und einem Kunstharzpulver ist es schließlich be kannt, die Komponenten in einem Fließbett aufzulockern und zu mischen (US-PS 43 35 965). Auch dieses Mischver fahren ist für Reibbeläge wegen der großen Dichteunter schiede der Komponenten weniger geeignet.Clutches and brakes contain as wear permanent element with a not too small one of the Operating conditions as independent as possible friction coefficient friction linings, which are usually made up of a variety of components, including preferably a fibrous. As a fibrous Until now, component was almost exclusively asbestos used because of its carcinogenicity is replaced by non-toxic substances. Possible Substitution materials include Metal fibers, Glass fibers, ceramic fibers, carbon fibers and thermally stabilized fibers based on polyacrylonitrile (Man-made fibers / textile industry 32, 1982, 422-432). The thermal stabilization of the polyacrylonitrile fibers achieved by oxidative crosslinking of the fibers, which too this purpose, for example in an oxygen-containing Atmosphere to be heated to about 300 ° C. The stabili fibers are infusible, flame retardant and have favorable abrasion resistance. The use of this Fibers in friction linings have so far been unsatisfactory the fibers are not sufficiently uniform in the coverings could be dispersed. The fibers form the Mix with the other components of the friction lining permanent agglomerates so that they are in the finished friction lining are distributed more or less like nests. The rub behavior differs considerably accordingly. It is known the degree of distribution of thermally stabilized Polyacrylonitrile fibers in one for the production of graphite electrodes provided coke and graphite powder ent holding mixture through the use of high speed to improve the mixer, the agitator with a peripheral speed of 5 to 50 m / s be (DE-OS 26 59 374). This procedure leads to Mixtures for friction linings not a success, probably because of the diversity of the mixing partners. To Manufacture of mixtures of carbon short cuts fibers and a synthetic resin powder it is finally knows to loosen up the components in a fluidized bed and mix (US-PS 43 35 965). This mixing ver driving is for friction linings because of the high density different components less suitable.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Faserhaufwerk aus thermisch stabilisierten Polyacryl nitrilfasern zu schaffen, das in Komponenten von Reib belägen enthaltenden Gemischen gleichförmig verteilt und mit diesen zu Reibbelägen mit besserem Reibverhalten verarbeitet werden kann.The invention is therefore based on the object Fiber pile made from thermally stabilized polyacrylic to create nitrile fibers that rub into components coverings containing mixtures evenly distributed and with them to friction linings with better friction behavior can be processed.

Die Aufgabe wird mit einem Haufwerk der eingangs genannten Art gelöst, das aus Tauen mit über 100 000 Einzelfila menten und einem Titer von 35 bis 45 ktex in Abschnitte von 0,5 bis 20 mm zerschnittenen in einem Luftstrom verwirbelten thermisch stabilisierten Poly acrylnitrilfasern gebildet ist.The task is done with a pile of the aforementioned Kind solved, that from ropes with over 100,000 individual files elements and a titer of 35 to 45 ktex in sections from 0.5 to 20 mm cut in one Airflow swirled thermally stabilized poly acrylonitrile fibers is formed.

Überraschend wurde gefunden, daß die Verteilbarkeit der Faserabschnitte aus thermisch stabilisierten Poly acrylnitril von den Maßen der Ausgangsfaser, der Schütt dichte des Faserhaufwerks und der Verteilung der Fasern im Haufwerk abhängt. Bei einer Schüttdichte oberhalb von 175 g/l nimmt der Anteil verklumpter, die Verteilung im Reibbelag beeinträchtigender Faseraggregate erheblich zu; unterhalb einer Schüttdichte von 25 g/l kann eine befriedigende Verteilung nur mit sehr langen Mischzeiten erzielt werden. Im Schütt-Dichtebereich von 25 bis 175 g/l wird die Gleichverteilung der Fasern im Reibbelag nur erreicht, wenn sie in einem Luftstrom aufgewirbelt und aus Tauen mit wenigstens 100 000 Filamenten und einem Titer von 35 bis 45 ktex gewonnen wurden. Die Länge der Faserabschnitte beträgt 0,5 bis 20 mm und wird im einzelnen durch die Art des Reibbelags bestimmt, für den das Faserhaufwerk vorgesehen ist. Besonders vorteilhaft sind schließlich Fasern mit einer Zugfestigkeit von wenigstens 0,2 kN/mm² und einem Elastizitätsmodul von wenigstens 7 kN/mm². Fasern mit diesen Eigenschaften zerbrechen nicht bei der Auflockerung des Haufwerks und beim Zusammenmischen der Reibbelagskomponenten und ver bessern die Elastizität des Belags.It was surprisingly found that the distributability of the fiber sections made of thermally stabilized polyacrylonitrile depends on the dimensions of the starting fiber, the bulk density of the fiber aggregate and the distribution of the fibers in the aggregate. At a bulk density above 175 g / l, the proportion of clumped fiber aggregates which impair the distribution in the friction lining increases considerably; below a bulk density of 25 g / l, a satisfactory distribution can only be achieved with very long mixing times. In the bulk density range from 25 to 175 g / l, the uniform distribution of the fibers in the friction lining is only achieved if they are whirled up in an air stream and obtained from ropes with at least 100,000 filaments and a titer of 35 to 45 ktex. The length of the fiber sections is 0.5 to 20 mm and is determined in detail by the type of friction lining for which the fiber pile is intended. Finally, fibers with a tensile strength of at least 0.2 kN / mm ² and an elastic modulus of at least 7 kN / mm ² are particularly advantageous. Fibers with these properties do not break when the aggregate is loosened and when the friction lining components are mixed together and improve the elasticity of the lining.

Zur Herstellung des Faserhaufwerks werden Taue aus thermisch stabilisierten Polyacrylnitrilfasern mit wenigstens 100 000 Filamenten und einem Titer von 35 bis 45 ktex in Abschnitte von 0,5 bis 20 mm Länge zerlegt und die Abschnitte in einem Luftstrom zu einem Faser haufwerk mit einer Schüttdichte von 25 bis 50 g/l ver wirbelt. Zum Zerschneiden der Fasertaue sind grundsätzlich alle für die Herstellung von Kurzschnitt fasern verwendeten Werkzeuge, z.B. Schneidbalken oder rotierende Messer, geeignet, so weit die Längenstreuung nicht zu groß ist. Die Faserabschnitte werden dann in einem Luftstrom verwirbelt und zweckmäßig in einem Filter oder Zyklon abgeschieden. In bekannter Weise kann man Schneiden und Verwirbeln der Fasern in einem einzigen Aggregat zusammenfassen, z.B. einer Schneidmühle.Ropes are used to manufacture the fiber pile thermally stabilized polyacrylonitrile fibers with at least 100,000 filaments and a titer of 35 to 45 ktex broken down into sections from 0.5 to 20 mm in length and the sections in an air stream to a fiber heap with a bulk density of 25 to 50 g / l ver whirls. To cut the fiber ropes are basically all for the production of short cuts tools used in fibers, e.g. Cutting bar or rotating knives, suitable as far as the length dispersion is not too big. The fiber sections are then in swirled in an air stream and expediently in a filter or cyclone deposited. In a known way you can Cutting and swirling the fibers in one Group aggregate, e.g. a granulator.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen erläutert:The invention is illustrated below by means of examples explains:

example 1

Taue aus thermisch stabilisierten Polyacrylnitrilfasern mit 360 000 Filamenten und einem Titer von 42 ktex, deren Zugfestigkeit 0,25 kN/mm² und E-Modul 9 kN/mm² betrug, wurden mit einem Schneidbalken in Abschnitte von 6 bis 10 mm Länge zerlegt, die Abschnitte in einem linearen Luft strom mit einer Geschwindigkeit von etwa 200 m/s aufge wirbelt und in einem Filter abgeschieden. Die Schütt dichte des Faserhaufwerks war etwa 0,35 g/l. Zur Her stellung eines Reibbelags für Kupplungen wurde in einem schnellaufenden Zwangsmischer mit Pflugscharschaufeln ein Ansatz, enthaltend 20% Phenolformaldehydharz, 20% Fasern aus thermisch stabilisiertem Polyacrylnitril, 15% Stahl fasern, 20% Eisen- und Kupferpulver, 15% anorganische Füllstoffe (Calciumcarbonat, Bariumsulfat, Aluminiumoxid) und 10% organische Füllstoffe (Gummistaub), gemischt, das Gemisch wurde bei einer Temperatur von etwa 150°C zu Reibbelägen verpreßt und das Phenolharz durch Erwärmen auf etwa 180°C gehärtet. Die thermisch stabilisierten Polyacrylnitrilfasern waren gleichmäßig in dem Reibbelag verteilt, die Varianz des Reibungskoeffizienten war kleiner als 5%. Ropes made of thermally stabilized polyacrylonitrile fibers with 360,000 filaments and a titer of 42 ktex, whose tensile strength was 0.25 kN / mm ² and modulus of elasticity 9 kN / mm ² , were cut into sections of 6 to 10 mm in length with a cutting bar, the sections swirled up in a linear air stream at a speed of about 200 m / s and separated in a filter. The bulk density of the fiber aggregate was about 0.35 g / l. In order to produce a friction lining for clutches, a batch containing 20% phenol formaldehyde resin, 20% fibers made from thermally stabilized polyacrylonitrile, 15% steel fibers, 20% iron and copper powder, 15% inorganic fillers (calcium carbonate, barium sulfate) was used in a high-speed compulsory mixer with ploughshare blades , Alumina) and 10% organic fillers (rubber dust), mixed, the mixture was pressed at a temperature of about 150 ° C to friction linings and the phenolic resin was cured by heating to about 180 ° C. The thermally stabilized polyacrylonitrile fibers were evenly distributed in the friction lining, the variance of the coefficient of friction was less than 5%.

Example 2

Zur Herstellung von Bremsbelägen für Scheibenbremsen wurden Taue aus thermisch stabilisiertem Polyacryl nitril mit 150 000 Filamenten und einem Titer von 30 ktex durch Schneidmahlen in Abschnitte mit Längen von 1 bis 2 mm zerlegt, die Abschnitte in der Mühle durch einen tangentialen Luftstrom mit einer Geschwin digkeit bis 300 m/s verwirbelt und in einem Zyklon abge schieden. Die Schüttdichte betrug 160 g/l. Wie im Beispiel 1 beschrieben, wurde ein Ansatz aus 15% Phenol formaldehydharz, 5% thermisch stabilisierten Polyacryl nitrilfasern, 60% Stahlfasern, 10% Metallpulver (Eisen, Kupfer) 5% Bariumsulfat und 5% Gummipulver gemischt und zu Bremsbelägen verpreßt. Die Fasern waren gleichmäßig verteilt, die Varianz des Reibungskoeffizienten klein und der Reibungskoeffizient änderte sich auch bei Prüf temperaturen von 300-350°C und mehrfacher Belastung nicht.For the production of brake pads for disc brakes were ropes made of thermally stabilized polyacrylic nitrile with 150,000 filaments and a titer of 30 ktex by cutting grinding into sections with lengths disassembled from 1 to 2 mm, the sections in the mill by a tangential air flow with a speed up to 300 m / s swirled and thrown off in a cyclone divorced. The bulk density was 160 g / l. Like in Example 1 was described using a 15% phenol batch formaldehyde resin, 5% thermally stabilized polyacrylic nitrile fibers, 60% steel fibers, 10% metal powder (Iron, copper) 5% barium sulfate and 5% rubber powder mixed and pressed to brake pads. The fibers were evenly distributed, the variance of the coefficient of friction small and the coefficient of friction also changed during testing temperatures of 300-350 ° C and multiple loads are not.

Claims

1. fiber pile of thermally stabilized polyacrylic nitrile fibers for friction linings, characterized in that

a) the pile consists of fiber sections with lengths of 0.5 to 20 mm obtained by cutting ropes with at least 100,000 filaments and a titer of 35 to 45 ktex,
(b) is swirled in an air stream and
c) has a bulk density of 25 to 175 g / l.

2. Fiber pile according to claim 1, characterized in that the tensile strength of the thermally stabilized fibers is at least 0.2 kN / mm ² and the modulus of elasticity at least 7 kN / mm ² .

3. Process for producing a fiber pile after Claim 1, characterized in that ropes made of thermally stabilized polyacrylonitrile fibers with at least 100,000 filaments and one Titers from 35 to 45 ktex in sections from 0.5 to 20 mm length disassembled and the sections in one Airflow to a fiber aggregate with a bulk density from 25 to 175 g / l.