DE3800231C2 - Verfahren zur Herstellung eines Verstärkungselements für Asbest-freie Reibmaterialien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verstärkungselements für asbestfreie Reibmaterialien unter Verwendung eines asbestfreien Vielfachgarnes, das heterogene Garne enthält.

Gewebte Reibmaterialien sind bisher im allgemeinen in der Weise hergestellt worden, daß man Asbest als Verstärkungs­ element verwendet hat. Man hat wärmehärtbare Harze, wie Phenolharze, Kautschukmischungen bzw. Kautschukcompoundmassen mit diesem Element verhaftet und diese nach dem Vorformen unter Druck in einer Metallform zur Wärmeformung erhitzt.

In jüngster Zeit ist wegen der ernsten Umweltprobleme ge­ genüber dem menschlichen Körper die Nachfrage bezüglich As­ best-freier Reibmaterialien beträchtlich gestiegen. Zur Herstellung von Verstärkungselementen für diese Asbest­ freien Reibmaterialien werden im allgemeinen als Hauptbe­ standteile Glasfasern verwendet, wobei das verzwirnte Garn aus diesen Glasfasern und organischen Fa­ sern, anorganischen Fasern oder Metallfasern mit einem wärmehärtbaren Harz, oder einer Kautschukmischung behandelt wird. Nach dem Vorformen erhitzt man, wie bereits oben beschrieben, zur Wärmeverformung unter Druck in einer Metallform (siehe beispielsweise US-A-4118528 und US-A-4130537).

Um das Reibverhalten der Reibmaterialien, bei denen Kunst­ fasern, wie Glasfasern, für das Verstärkungselement verwendet werden, gegenüber dem Reibmaterial mit Asbest als Verstärkungselement beizubehalten oder zu verbessern, ist es notwendig, größere Mengen der Kautschukmischung mit dem Verstärkungselement zu verhaften, um somit einen stabili­ sierten Zustand zu erreichen, wobei die Dispergierbarkeit der Fasern stärker verbessert werden sollte als im Fall der Verwendung von Asbest als Verstärkungselement.

Um größere Mengen von Kautschukmischungen mit dem Zwirn aus Glasfasern zu verhaften, hat man üblicher­ weise ein Verfahren angewendet, bei dem die Glasfasern ei­ ner Aufbauschbehandlung unterworfen wurden oder bei dem die Zwirne mit anderen Fasern mit ge­ ringer Bauschigkeit (Raumgewicht) verwendet worden sind (siehe beispielsweise JP-B-60-27705).

Bei den oben beschriebenen verzwirnten Garnen kann es auf­ grund des Verzwirnens von heterogenen Garnen mit der glei­ chen Länge zu folgenden Schwierigkeiten kommen:

• (1) Durch die Zwirnspannung erniedrigt sich das Volumen bzw. die Raumausdehnung des voluminösen Vorgarns oder Ro­ vings.
• (2) Beim Verzwirnen erniedrigt sich das Volumen, so daß nach dem Verformen die Dispergierbarkeit der Fasern ernie­ drigt wird.
• (3) Beim Verhaften und Durchdringen des Harzes, oder der Kau­ tschukmischung mit dem Garn erniedrigt sich das Volu­ men durch die Spannung auf das Garn.
• (4) Durch die Spannungsschwankungen auf das Garn schwankt ebenfalls das Volumen.

Wenn man also demzufolge die vorstehend beschriebenen Garne verwendet, erniedrigt sich die Verhaftungsgeschwindigkeit der Kautschukmischung und die Verhaftungsgeschwindig­ keit schwankt stark. Ferner erniedrigt sich die Disper­ gierbarkeit der Fasern und die Dispergierbarkeit schwankt stark, so daß es mit Schwierigkeiten verbunden ist, ein stabilisiertes Reibungsver­ halten nach der Bildung des Reibmaterials zu erhalten.

Die DE 82 16 361.8 U1, die bei der Bildung des Oberbegriffes des Anspruches 1 berücksichtigt wurde, beschreibt ein asbestfreies hitzebeständiges Garn für tech­ nische Zwecke, das aus organischen und anorganischen sowie aus Naturfasern be­ stehen kann. Bei seiner Herstellung werden mehrere Filamente in Verwirbelungs­ düsen zusammengeführt und innig verwirbelt, wobei die Filamente eine Fibrilie­ rung, Schlingenbildung, Kräuselung und innige Vermischung erfahren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstel­ lung eines Verstärkungselements für asbestfreie Reibmaterialien anzugeben, bei dem das Verstärkungselement mit ausgezeichneter Funktionstüchtigkeit, stabili­ sierter Qualität und bei niedrigen Kosten hergestellt werden kann.

Angesichts dieser Situation wurde als Ergebnis intensiver Untersuchungen erfin­ dungsgemäß ein Herstellungsverfahren entwickelt, bei dem die vorher angespro­ chenen Schwierigkeiten zur gleichen Zeit gelöst werden und wobei die Herstel­ lungskosten außerdem vermindert werden können, indem man die Verzwirnungs­ stufe ausläßt.

Die Aufgabe der Erfindung wird daher bei einem Verfahren zur Herstellung eines Verstärkungsele­ ments für asbestfreie Reibmaterialien unter Verwendung eines asbestfreien Vielfachgarns, das heterogene Garne enthält, dadurch gelöst, daß man während der Herstellung des Vielfachgarns eine Vervielfachungsbehandlung ohne Verzwirnen gleichzeitig mit einer Aufbauschbehandlung durchführt, bei der die heterogenen Garne mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zugeführt werden, und ein Flüssigkeitsstrahl eingesetzt wird. Erläuternd wird angegeben, daß durch die unterschiedlichen Geschwindigkeiten, eine Zufuhrüberschußrate gebildet wird, (Geschwindigkeit des Anstiegs bei der Garngeschwin­ digkeit mit schneller Zufuhrgeschwindigkeit zur Garngeschwindigkeit mit niedri­ ger Zufuhrgeschwindigkeit), die nach Anspruch 3 0,1 bis 20% beträgt.

Der Grund, warum ein Geschwindigkeitsunterschied von 0, 1 bis 20% in der Zu­ fuhrüberschußrate für die Zufuhrgeschwindigkeit der Fasern vorgesehen ist, ist darin zu sehen, daß wenn man die Fasern schnell zuführt, was für das Volumen, das wiederum auf das Ausmaß der Verhaftung und Durchdringung der Kaut­ schukmischung Einfluß hat, notwendig ist, ein geeignetes und konstantes Volu­ men gegeben ist. Wenn die Zufuhrüberschußrate unterhalb von 0,1% liegt, werden kein wirksames Volumen und keine Entzwirnbarkeit erreicht, und wenn die Zu­ fuhrüberschußrate 20% überschrei­ tet, so erniedrigt sich die Verhaftung mit der Kautschukmi­ schung umgekehrt zur eingesetzten Menge und es tritt eine Instabilität auf, so daß es unmöglich ist, ein wirkungs­ volles Volumen und Entzwirnbarkeit zu erhalten.

Der Grund dafür, daß ein Flüssigkeitsstrahl eingesetzt wird, um die Fasern mit unterschiedlichen Zufuhrüberschuß­ raten zu vervielfachen und somit ein nicht-gezwirntes Viel­ fachgarn gleichzeitig mit einer Aufbauschbehandlung herzu­ stellen, ist darin zu sehen, daß beim Verzwirnen das Volu­ men erniedrigt wird, was zu einer schlechten Dispergierbar­ keit der Fasern nach der Bildung des Reibmaterials führt.

Beispiel

Strangförmige Glasfasern werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren schnell bei den in Tabelle 1 angegebenen Zufuhr­ überschußraten zugeführt, und diese werden dann mit anderen Fasern kombiniert und durch Einblasen komprimierter Luft miteinander verfilzt, um Proben aus nichtgezwirntem Viel­ fachgarn herzustellen. Zum Vergleich hat man gezwirnte Gar­ ne nach einer herkömmlichen Methode hergestellt, wobei man voluminöse Glasvorgarne bzw. Glasrovings mit anderen Fasern der gleichen Länge bei einer 30-fachen Verdrehung pro Meter verzwirnt. Die Ergebnisse sind der Tabelle 1 zu entnehmen.

Wenn man die in dieser Weise nichtgezwirnten Vielfachgarne und die gezwirnten Garne verwendet, untersucht man zunächst die Menge der verhafteten Kautschukmischung folgendermaßen:
Die Kautschukmischung wird mit jedem Garn verhaftet und die Zahlenwerte des Verhältnisses von Gewichtsteilen an verhaf­ teter bzw. anhaftender Kautschukmischung zu 100 Gew.-Teilen Garn, wenn eine Spannung von X (g), 2X (g) bzw. 4X (g) auf die jeweiligen Garne aufgebracht wird, werden für zehn Gar­ ne jeweils unter den entsprechenden Bedingungen bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt, wobei x der Durchschnittswert ist und R Bereich zwischen dem Maximal­ wert und dem Minimalwert ist. Zur Untersuchung der Disper­ gierbarkeit der Fasern wird die Menge an Kautschukmischung, die mit jedem Garn verhaftet ist, gleich gehalten, und nach der Bildung wird die Dispergierbarkeit der Glasfasern durch die Größe des Garndurchmessers ausgedrückt, wobei der Wert für das Vergleichsbeispiel 7 auf 1,0 gesetzt wurde. Die Ergebnisse sind der Tabelle 3 zu entnehmen.

Tabelle 3

Aus Tabelle 2 ist zu entnehmen, daß alle erfindungsgemäßen Beispiele mit den nichtverzwirnten Vielfachgarnen ein hohes Maß an Verhaftung mit der Kautschukmischung im Vergleich mit den Vergleichsbeispielen mit den gezwirnten Garnen auf­ weisen und daß weiterhin das Maß der Verhaftung mit dem An­ stieg der Zufuhrüberschußrate größer wird. Außerdem ist aus den erfindungsgemäßen Beispielen zu ersehen, daß die Schwankungen hinsichtlich des Verhaftungsmaßes ebenfalls sehr gering sind und daß sich das Maß an Verhaftung nur we­ nig erniedrigt, selbst wenn die Spannung groß wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Volumen der Vielfachgarne fast nicht erniedrigt und die Verhaftung der Kautschukmischung schwankt kaum, selbst wenn sich die Spannung auf das Garn beträchtlich ändert.

Es kann außerdem aus Tabelle 3 entnommen werden, daß sich der Garndurchmesser bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in beträchtlicher Weise im Vergleich mit den Vergleichsbeispielen vergrößert, was zeigt, daß sich die Dispergierbarkeit der Fasern nach der Bildung drastisch verbessert.

Wenn man also das oben beschriebene erfindungsgemäß herge­ stellte Verstärkungselement für Reibmaterialien verwendet, kann das Reibverhalten der Reibmaterialien ohne die Verwendung von Asbest stabilisiert werden. Auf diese Weise ist eine drastische Verminderung der Produktionskosten möglich ge­ worden, da auf die Verzwirnstufe verzichtet werden kann.

Infolgedessen nimmt die Erfindung einen bemerkenswerten Stellenwert in der Industrie ein.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eines Verstärkungselements für Asbest- freie Reibmaterialien unter Verwendung eines asbestfreien Vielfach­ garns, das heterogene Garne enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man während der Herstellung des Vielfachgarns eine Vervielfachungsbehand­ lung ohne Verzwirnen gleichzeitig mit einer Aufbauschbehandlung durch­ führt, bei der die heterogenen Garne mit unterschiedlichen Geschwindig­ keiten zugeführt werden und ein Flüssigkeitsstrahl eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der für das Verstärkungselement verwendeten heterogenen Gar­ ne Glasfasern sind und man die Vervielfachung durch Kombination dieser mit einer oder mehreren Arten von organischen Fasern, anorganischen Fa­ sern und Metallfasern durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu­ fuhrüberschußrate, die dem Unterschied der Zufuhrgeschwindigkeiten entspricht, 0,1 bis 20% beträgt.