DE4335499A1

DE4335499A1 - Asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung und deren Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE4335499A1
Application number: DE4335499A
Authority: DE
Inventors: Byung Hum Song
Original assignee: Elim Engineering Corp
Current assignee: Elim Engineering Corp
Priority date: 1992-10-19
Filing date: 1993-10-19
Publication date: 1994-04-21
Also published as: JPH0826302B2; GB2273104A; US5428081A; JPH06145648A; CA2108500A1; GB9321573D0

Description

Diese Erfindung betrifft eine asbestfreie Reibungsmaterial zusammensetzung und, genauer gesagt, einen Bremsbelag und einen Bremsklotz, die eine gewünschte Schmiereigenschaft in einer trockenen oder feuchten Atmosphäre aufweist und die nicht von der Temperatur beeinflußt wird, sich nicht leicht abnutzt und geringe Geräusche verursacht.

Die Sicherheit beim Fahren von Transportmitteln, beispiels weise von einem Auto, einem Eisenbahnwagen oder einem Flug zeug, hängt stark von der Funktion einer Bremse zur Ge schwindigkeitskontrolle ab.

Die Funktion einer Bremse ist insbesondere in einem solchen Fall wichtig, wo ein Fahrzeug bei hoher Geschwindigkeit fährt oder wo ein Transportwagen schweres Gerät transpor tiert. Die Bremse sollte unter allen Umständen pünktlich ar beiten.

Jede Bremse mit einem angebrachten Reibungsmaterial ist eine Vorrichtung, die die kinetische Energie eines Fahrzeugs in Wärme umwandelt und die Wärme verbraucht. Folglich ist die Wahl eines Reibungsmaterials sehr wichtig.

Die Bremsfähigkeit wird durch die Reibungskraft zwischen den Reifen und der Straßenoberfläche begrenzt. Wenn die Rei bungskraft der Bremse hoch ist, werden die Reifen vollstän dig blockiert, was zu einer Abnutzung der Reifen führt. Im Fall, daß die Reibungskraft der Bremse gering ist, wird der Bremsweg des Fahrzeuges lang, was zu einem Verlust der Bremsfähigkeit führt.

Daher ist es erforderlich, daß ein Reibungsmaterial für eine Bremse einen gewünschten Reibungskoeffizienten (0,28 und hö her) aufweist und sich kaum abnutzt.

Im Hinblick auf die Stabilität ist ein Reibungskoeffizient bevorzugt hoch. Allerdings wird ein übermäßig hoher Rei bungskoeffizient zu einer sehr starken Abnutzung und zu Vi brationen führen, was Geräusche erzeugt.

Eine starke Abnutzung eines Reibungsmaterials wird dazu füh ren, daß sich die Lebensdauer des Reibungsmaterial verkürzt. Dies erfordert ein häufiges Ersetzen des Reibungsmaterials, was unwirtschaftlich ist. Weiterhin erzeugt das Auftreten von Geräuschen und Vibrationen bei einem Fahrer ein unbehag liches Gefühl.

Bei neuen Fahrzeugen wird das Maschinengeräusch oder das Fahrtgeräusch, das erzeugt wird, wenn die Reifen mit der Bo denoberfläche in Kontakt stehen, stark verbessert, was dazu führt, daß Geräusche während des Fahrens unterdrückt werden. Daher werden sogar schwache Geräusche, insbesondere schwache Bremsegeräusche bei einem Fahrer zu einem unangenehmen Ge fühl führen.

Um die oben beschriebenen Nachteile zu überwinden, ist Schmiermittel hinzugefügt worden.

Die zur Zeit verwendeten Schmiermittel sind Kohlenstoffe (Graphit), Molybdän-Disulphit und Kalzium-Carbonat. Unter diesen ist Kohlenstoff am gebräuchlichsten.

Es gibt zwei Arten von Reibungszusammensetzungen, nämlich halbmetallene Reibungszusammensetzungen und Asbest-Reibungs zusammensetzungen.

Die Asbest-Reibungszusammensetzung umfaßt 20 bis 60 Ge wichtsteile Asbestpulver 5. oder 6. Grades, 35 bis 65 Ge wichtsteile anorganisches Füllmittels und 30 bis 40 Ge wichtsteile Phenolharz, Hilfsharz oder Plastifikator. Ze mentpulver, das 65 bis 80% einer Kohlenstoffkomponente und 20 bis 35% einer Eisen(III)-Komponente enthält, kann als Ersatz für einen Teil des anorganischen Füllmittels dienen oder dieses ganz ersetzen.

Anorganisches Füllmittel bezieht sich auf herkömmliches Kal ziumcarbonat, Bariumsulfat, Aluminiumoxyd, Talk, Kaolin, Mullit, Kalziumsilicat, Silicat in Pulverform, Silica in winziger Pulverform, Metall (d. h. Kupfer, Eisen, Messing, Aluminium oder Zink) in Pulverform und Metalloxyd.

Herkömmliche Reibungsmaterialien, wo der Hauptbestandteil des anorganischen Füllmittels, Zementpulver, 25 bis 35% an Eisenbestandteil aufweist, sind bereits oxydiert und kor rodiert, wenn sie der Atmosphäre für eine lange Zeitspanne ausgesetzt sind, was zu einer plötzlichen Verringerung der Reibungsfunktion führt. Weiterhin wird die Stärke und die abnutzungswiderstehende Eigenschaft des herkömmlichen Rei bungsmaterials durch Absorption von Feuchtigkeit plötzlich verringert.

Das herkömmliche Reibungsmaterial weist eine ausgezeichnete Bremsfähigkeit auf, aber erzeugt überschüssige Wärme durch überschüssiges Reibungsbremsen, wodurch es leicht oxydiert. Da es dem herkömmlichen Reibungsmaterial weiterhin an Rei bungsstabilisation bei hoher Temperatur fehlt, wird die Bremse nicht glatt angewendet, wodurch Geräusche erzeugt werden.

Da zusätzlich die herkömmliche Reibungszusammensetzung As best enthält, wird Asbeststaub während der Herstellung oder während des Gebrauches erzeugt. Dies verschmutzt die Umge bung von Reifen und verursacht Umweltverschmutzung. Weiter hin wird die Absorption des Asbeststaubes verschiedene Krankheiten verursachen, die schwierig zu heilen sind, bei spielsweise Krebs.

Da bei dem herkömmlichen Reibungsmaterial das anorganische Füllmittel 25 bis 80% Kohlenstoff enthält, wird die Abnut zung vergrößert und während des Winters bei trockenem Wetter Lärm erzeugt. Im Gegensatz dazu schleudern die Reifen bei feuchtem Wetter im Sommer.

Der Grund, warum ein Graphit-Schmiermittel in einem herkömm lichen Reibungsmaterial durch Feuchtigkeit leicht in Mitlei denschaft gezogen wird, besteht darin, daß die Feuchtigkeit in der Luft in oder zwischen den Graphitkristallen absor biert wird.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine asbest freie Reibungsmaterialzusammensetzung, beispielsweise einen asbestfreien Bremsbelag oder Bremsklotz, und deren Herstel lungsverfahren bereitzustellen, wobei das asbestfreie Rei bungsmaterial einer Korrosion oder Oxydation selbst dann nicht unterworfen ist, wenn es der Atmosphäre für eine lange Zeit ausgesetzt ist. Daher wird die Bremsfunktion nicht be einflußt. Das asbestfreie Reibungsmaterial ermöglicht ein ruhiges Bremsen und wird kaum in seiner Stärke und seinem abnutzungsfesten Eigenschaften verändert.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung, beispielsweise einen asbestfreien Bremsbelag oder Bremsklotz, und deren Herstellungsverfahren bereitzustellen, wobei die asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung geringe Reibungsgeräusche erzeugt und ungeachtet trockener oder nasser Witterung eine geeignete Schmiereigenschaft für eine ruhige Bremsfunktion aufweist.

Es ist noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung, beispiels weise einen asbestfreien Bremsbelag oder Bremsklotz, und de ren Herstellungsverfahren bereitzustellen, wobei die asbest freie Reibungsmaterialzusammensetzung keinen Asbeststaub er zeugt, wodurch keine Umweltverschmutzung und industrielle Katastrophen verursacht werden und die asbestfreie Reibungs materialzusammensetzung eine lange Lebensdauer aufweist.

Die asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält:

- ein faserförmiges Metall, das hergestellt wird, indem kur ze und dünne Fasern von einem Materialblock geschnitten werden, der Zink (Zn), Mangan (Mn), Kohlenstoff (C), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Schwefel (S) und Aluminium (Al) enthält;
- Kohlenstoffpulver, das hergestellt wird, indem eine Mi schung von Koks und Pech bei einer tiefen Temperatur und dann bei einer hohen Temperatur gesintert werden, damit eine Kristallgitterkonstante nicht von dem Feuchtigkeits wechsel beeinflußt wird,
- einem Härter aus einem harzartigen Material, um den Be standteilen der asbestfreien Reibungsmaterialzusammenset zung eine wasserdichte Eigenschaft durch eine Bindungs kraft zu verleihen, die erzeugt wird, wenn der Härter durch Wärme gehärtet wird;
- ein wärmebeständiges Mittel aus einem anorganischen Mate rial, das in Wasser weitgehend nicht löslich ist und wär mebeständige und feuerfeste Eigenschaften und einen hohen Härtegrad aufweist; und
- ein Füllmittel zum Stabilisieren der Bestandteile der as bestfreien Reibungsmaterialzusammensetzung, wenn die Be standteile mit Wärme und Luft in Kontakt stehen.

Vorzugsweise enthält die asbestfreie Reibungsmaterialzusam mensetzung Kupferpulver, damit sie eine starke Haftkraft hat.

Die Zusammensetzung enthält vorzugsweise 25 bis 40 Gewichts teile faserförmiges Metall, 15 bis 25 Gewichtsteile Kohlen stoffpulver, 15 bis 25 Gewichtsteile harzartigen Härter, 5 bis 10 Gewichtsteile anorganisches wärmebeständiges Mittel und 5 bis 15 Gewichtsteile stabilisierendes Füllmaterial. Die asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung sollte ins gesamt 100 Gewichtsteile aufweisen.

Das Kohlenstoffpulver enthält 50 Gewichtsteile Koks und 50 Gewichtsteile Pech, und seine Kristallgitterkonstante liegt in dem Bereich von 6,75 bis 6,85. Der harzartige Härter ent hält Phenolharz.

Das anorganische wärmebeständige Mittel besteht aus oxydier tem Aluminium. Das stabilisierende Füllmittel besteht aus Bariumsulfat.

Es ist zu bevorzugen, daß die asbestfreie Reibungsmaterial zusammensetzung 30 Gewichtsteile faserförmiges Metall, das einen Durchmesser von 0,01 bis 0,05 mm und eine Länge von 2 bis 3 mm hat, 20 Gewichtsteile Kohlenstoffpulver der Sieb stärke 50 und darunter, 20 Gewichtsteile Phenolharz, 15 Gewichtsteile Kupfer der Siebstärke 45 und darunter, 10 Ge wichtsteile Bariumsulfat und 5 Gewichtsteile oxydiertes Alu minium aufweist.

Das Verfahren zum Herstellen der asbestfreien Reibungsmate rialzusammensetzung umfaßt:

- Herstellen eines faserförmigen Metalls, indem kurze und dünne Fasern von einem Block geschnitten werden, der Zink, Mangan, Kohlenstoff, Chrom, Nickel, Kupfer, Schwefel und Aluminium enthält;
- Herstellen von Kohlenstoffpulver, indem eine Mischung von Koks und Pech bei einer tiefen Temperatur und dann bei ei ner hohen Temperatur gesintert wird, um eine Kristallgit terkonstante zu erhalten, die nicht durch den Feuchtig keitswechsel beeinflußt wird;
- Einfügen in eine vorbestimmte Form und Formen der Zusam mensetzung für eine Zeitspanne bei einer Temperatur und unter einem Druck, so daß die Eigenschaften der Zusammen setzung nicht geändert werden.
Dabei enthält die Zusammensetzung:
- ein faserförmiges Metall, das von dem Herstellungsverfah ren des faserförmigen Metalls erhalten wird,
- Kohlenstoffpulver, das von dem Herstellungsverfahren des Kohlenstoffpulvers erhalten wird,
- einen Härter aus harzartigem Material, der den Bestand teilen der Zusammensetzung eine wasserdichte Eigenschaft durch eine Kopplungskraft verleiht, die erzeugt wird, wenn der Härter durch Hitze gehärtet wird,
- ein anorganisches wärmebeständiges Mittel mit hohem Härte grad, das in Wasser weitgehend nicht löslich ist und wär mebeständige und feuerfeste Eigenschaften aufweist,
- ein Füllmittel, das die Bestandteile der Zusammensetzung stabilisiert, wenn sie mit Luft und Wärme in Kontakt ste hen, und
- Härten der druckgeformten Zusammensetzung für eine Zeit spanne und bei einer Temperatur, so daß der harzartige Härter der Zusammensetzung nicht verändert wird.

Bei dem Herstellungsverfahren des faserförmigen Metalls dreht sich der Block des faserförmigen Metalls mit einer ho hen Geschwindigkeit und wird so geschnitten, daß sich ein Durchmesser von 0,01 bis 0,05 mm ergibt, und dann so ge schnitten, daß sich eine Länge von 2 bis 3 mm ergibt.

Bei dem Herstellungsverfahren des Kohlenstoffpulvers werden 50 Gewichtsteile Koks mit 50 Gewichtsteilen Pech vermischt. Die Mischung wird bei etwa einer Temperatur von 500 bis 600 °C für 10 bis 20 Minuten geheizt und dann etwa bei einer Temperatur von 2000 bis 2500°C für 10 bis 20 Minuten ge heizt, um eine Kristallgitterkonstante von 6,75 bis 6,85 zu erhalten.

Bevorzugt besteht das wärmebeständige Mittel des anorgani schen Materials aus oxidiertem Aluminium und das stabilisie rende Füllmittel aus Bariumoxid.

Bei dem Preßformungsprozeß wird die Zusammensetzung bei ei ner Temperatur im Bereich von 160 bis 185°C unter einem Druck von 30 bis 50 kg/cm² geheizt.

Bei dem Härtprozeß wird die Zusammensetzung bei einer Tempe ratur im Bereich von 160 bis 185°C für 7 bis 9 Stunden ge heizt und durch Nachheizen gehärtet.

Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Zusam mensetzung vorzugsweise zur Dehydratisierung für 1 bis 3 Stunden bei einer Temperatur geheizt, bei der Feuchtigkeit von etwa 100°C verdampfen kann.

Da die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung den harz artigen Härter, das anorganische hitzebeständige Mittel und das stabilisierende Füllmittel enthält, wird es sogar dann nicht oxydiert, wenn es der Atmosphäre für eine lange Zeit ausgesetzt ist.

Da die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung das Koh lenstoffpulver mit der Kristallkonstante als ein Schmiermit tel enthält, besitzt es eine geeignete Schmiereigenschaft unter jeglichen Feuchtigkeitsbedingungen.

Da die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ein faser förmiges Metall anstelle von Asbest zur Verwendung als ein Reibungsmaterial aufweist, erzeugt sie keinen Asbeststaub, wodurch industrielle Katastrophen und Umweltverschmutzung verhindert werden.

Da gemäß dem Verfahren dieser Erfindung die Zusammensetzung durch einen Druckform- und einen Härtvorgang erzeugt wird, besitzt sie eine ausgezeichnete Stärke.

Gemäß dem Verfahren dieser Erfindung wird der Block mit ei ner hohen Geschwindigkeit durch einen Motor über eine Halte vorrichtung gedreht und wird als faserförmiges Material mit einem Durchmesser von 0,01 bis 0,05 mm von einem Werkzeug schleifer erzeugt. Danach weist das faserförmige Metall eine Länge von 2 bis 3 auf.

Gemäß dem Verfahren dieser Erfindung werden 50 Gewichtsteile Koks mit 50 Gewichtsteilen Pech vermischt. Die Mischung wird bei tiefen Temperaturen von etwa 500 bis 600°C für 10 bis 20 Minuten und dann bei hohen Temperaturen von etwa 2000 bis 2500°C für 10 bis 20 Minuten gesintert, wodurch Kohlen stoffpulver mit einer Kristallgitterkonstante von 6,75 bis 6,85 erzeugt wird.

Gemäß dem Verfahren dieser Erfindung wird die Zusammenset zung unter dem Druck von 3 bis 50 kg/cm² bei Temperaturen von 160 bis 185°C erhalten. Weiterhin wird das Härten der Zusammensetzung durch Nachhärten beschleunigt, wobei die Zu sammensetzung bei Temperaturen im Bereich von 160 bis 185°C für 7 bis 9 Stunden geheizt wird.

Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Zu sammensetzung, unmittelbar bevor sie gepreßt wird, für 1 bis 3 Stunden bei einer solchen Temperatur geheizt, daß Feuch tigkeit von etwa 100°C verdampft wird. Daher ist die Zusam mensetzung dehydratisiert und leicht zu formen.

Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Beziehung des Zyklus zu der Stärke in einem Alterungstest des Reibungsmate rials zeigt, das durch das erfindungsgemäße Verfah ren erhalten wird, im Vergleich zum Stand der Tech nik; und

Fig. 2 zeigt zwei Diagramme, die die Beziehung der Kri stallgitterkonstante zu der Abnutzung des Kohlen stoffpulvers in dem Verschleißtest des Reibungsmate rials zeigen;

Fig. 2A zeigt eine Bedingung, wo die Feuchtigkeit in dem Be reich von 18 bis 23% liegt; und

Fig. 2B zeigt eine Bedingung, wo die Feuchtigkeit in dem Be reich von 55 bis 60% liegt.

Das faserförmige Metall wird hergestellt, indem 60 bis 65 Gewichtsteile Zink, 9 bis 13 Gewichtsteile Mangan, 7 bis 10 Gewichtsteile Kohlenstoff, 5 bis 8 Gewichtsteile Chrom, 3 bis 6 Gewichtsteile Nickel, 3 bis 6 Gewichtsteile Kupfer, 1 bis 2 Gewichtsteile Schwefel und 0,2 bis 2 Gewichtsteile Aluminium vermischt werden. Das faserförmige Metall wird mit einem Durchmesser von 0,01 bis 0,05 mm und einer Länge von 2 bis 3 mm hergestellt.

Bei dem Verfahren zum Herstellen des faserförmigen Metalls wird das Material mit einer vorbestimmten Rate gemischt und geschmolzen oder vollständig verflüssigt, um einen zylindri schen Block zu erzeugen. Der Block wird mittels eines Motors mit einer Haltevorrichtung mit etwa 4200 bis 4500 Umdrehun gen/Minute gedreht und dann in eine vorbestimmte Länge und Durchmesser geschnitten. Das geschnittene faserförmige Me tall wird als ein Reibungsmaterial zum Gebrauch in einer Bremse verwendet.

Um Graphit (Kohlenstoff) zur Verwendung als Schmiermittel herzustellen, werden Koks und Pech gemischt und zuerst bei einer tiefen Temperatur gesintert.

Die tiefe Temperatur liegt bei etwa 500 bis 600°C und die Zeitdauer für den ersten Sintervorgang bei 10 bis 20 Minu ten. Gemäß dem Test sind 15 Minuten für die Testsinterbedin gungen erforderlich.

Das Pech ist ein poröser Festkörper, der 70 bis 80% Kohlen stoff, 10 bis 20% Asche und andere Bestandteile, beispiels weise verdampfbare Substanz, enthält. Das Pech hat einen Öl bestandteil, der nach Destillation von Teer erhalten wird. Wenn Koks und Pech vermischt und destilliert werden, wird das Kohlenstoffpulver verkokst, wodurch das Eindringen von Feuchtigkeit verhindert wird. Folglich dienen Koks und Pech dazu, Korrosion und Zerfallsprozeß zu verhindern.

Koks und Pech werden in dem Verhältnis von 40 zu 60 Teilen gemischt. Um die Verkokseigenschaft nicht zu verlieren, wer den sie vorzugsweise in dem Verhältnis von 50 zu 50 Teilen gemischt.

Nach dem Sintervorgang bei der tiefen Temperatur wird die Kristallgitterkonstante durch einen Sintervorgang bei einer hohen Temperatur geändert.

Hohe Temperatur bedeutet dabei den Bereich von 2000 bis 2500 °C. Besonders bevorzugt kann das Sintern bei hoher Tempera tur für 10 bis 20 Minuten bei einer Temperatur im Bereich von 2300 bis 2500°C andauern.

Die Kristallgitterkonstante liegt in dem Bereich von 6,75 bis 6,85, in dem das Kohlenstoffpulver von Feuchtigkeit kaum beeinflußt wird. Wenn bei einer Temperatur im Bereich von 2300 bis 2500°C geheizt wird, nimmt die Kristallgitterkon stante weiter ab. Um folglich eine Kristallgitterkonstante im Bereich von 6,75 bis 6,85 zu erhalten, ist es erwünscht, die Zusammensetzung bei einer Temperatur von 2500°C und tiefer zu heizen.

Das in diesem Vorgang verwendete Kohlenstoffpulver sollte eine Siebstärke von 200 und darunter aufweisen.

Gemäß dem oben genannten Verfahren werden der harzartige Härter, das wärmebeständige Mittel aus einem Metall und das stabilisierende Füllmittel dem faserförmigen Metall und dem Kohlenstoffpulver zugefügt, wodurch der Bremsbelag oder -klotz geformt wird. Nach dem Formvorgang wird die Zusammen setzung einem Härtevorgang ausgesetzt, wodurch das Endpro dukt erzeugt wird.

Vorzugsweise wird Phenolharz als der harzartige Härter ver wendet.

Das Phenolharz wird durch Kondensation von Phenolen und Al dehyden erhalten. Das Phenolharz wird allmählich durch Wärme gehärtet und ist aushärtbar. Zusätzlich weist das Phenolharz einen hohen Grad an Haftfestigkeit auf, wodurch andere Be standteile gebunden werden.

Als das wärmebeständige Mittel ist vorzugsweise Aluminium oxid zu verwenden.

Das Aluminiumoxid ist wasserunlöslich. Nachdem es geheizt wurde, ist das Aluminiumoxid in Säure unlöslich und weist einen hohen Wärmewiderstand und feuerfeste Eigenschaften auf. Das Aluminiumoxid hat eine hohe Härte, wenn es mit an deren Bestandteilen im vermischten Zustand ist. Wenn das Aluminiumoxid mit anderen Bestandteilen vermischt wird, tritt eine Dehydrydratisierung auf, wodurch die Zusammenset zung dieser Erfindung schnell dehydratisiert wird.

Die Teilchen des Aluminiumoxyds weisen eine Siebstärke von 250 und darunter auf und werden mit den anderen Bestandtei len der Zusammensetzung vermischt.

Als das Füllmittel wird Bariumsulfat verwendet.

Das Bariumsulfat bewirkt allgemein bei Luft und Wärme ein Stabilisieren der Mischung aus sich selbst und den anderen Bestandteilen und verhindert eine Verfärbung. Bei dieser Er findung wird die Stabilisierungswirkung der Bestandteile be vorzugt.

Die Zusammensetzung dieser Erfindung enthält 25 bis 40 Teile faserförmiges Metall, 15 bis 25 Teile Kohlenstoffpulver, 15 bis 25 Teile Phenolharz, 5 bis 15 Teile Bariumsulfat und 5 bis 10 Teile wärmebeständige Mittel aus einem Metallmateri al. Die Mischung der Bestandteile wird bei einer für das Formen erforderlichen Temperatur geheizt.

In der Summe ergeben die Teile der Zusammensetzung der vor liegenden Erfindung 100. Die Zusammensetzung dieser Erfin dung widersteht Hitze und Abnutzung und ist durch die Änderung der Kristallgitterkonstanten des Kohlenstoffpulvers ge genüber Feuchtigkeitsänderungen stabilisiert. Die Zusammen setzung erzeugt keine Geräusche, und seine Lebensdauer wird durch die Korrosionsschutzeigenschaften aufgrund des harzar tigen Härters verlängert.

Zusätzlich weist die Zusammensetzung einen hohen Wärmewider stand und eine feuerfeste Eigenschaft auf. Wenn daher eine starke Bremskraft angewandt wird, ergibt sich ein schnelles Halten. Wenn zusätzlich ein plötzliches Bremsen wiederholt wird, wird die Eigenschaft des die Erfindung darstellenden Bremsbelages und -klotzes stabil gehalten und das Verringern der Bremsstärke verhindert.

Die Zusammensetzung dieser Erfindung wird in eine Form der Gestalt eines Bremsbelages oder -klotzes für Fahrzeuge oder Flugzeuge eingefügt und bei einer vorbestimmten Temperatur gepreßt.

Die für den Formvorgang erforderliche Temperatur und Zeit sollten in einem Bereich liegen, in dem sich die Eigenschaft des Härters nicht ändert, weil der harzartige Härter gegen über hohen Temperaturen empfindlich ist.

Der für die Herstellung der Erfindung erforderliche Druck liegt im Bereich von 30 bis 50 kg/cm². Besonders bevorzugt sind 35 kg/cm². Die Heiztemperatur beträgt nicht mehr als 200°C, vorzugsweise 160 bis 185°C.

Eine Stunde ist genug für den Heiz-Preß-Form-Vorgang.

Das geformte Produkt wird einem Nachhärtvorgang unterworfen, um vollständige Härte und Gestalt zu erhalten.

Wie oben beschrieben wurde, wird bei dem Härtvorgang die Zu sammensetzung bis zu einer Temperatur und für eine Zeit ge heizt, die die Eigenschaft des Härters nicht ändern, weil der harzartige Härter empfindlich auf eine hohe Temperatur ist.

Die Temperatur liegt unterhalb von 200°C, bevorzugt in dem Bereich 160 bis 185°C. Die Zusammensetzung wird für mehr als fünf Stunden, jedoch nicht länger als zehn Stunden, vor zugsweise sieben bis neun Stunden geheizt.

Durch diese Vorgänge werden ein fertiger Bremsbelag und -klotz erhalten.

Die Zusammensetzung kann Kupferpulver enthalten, um eine Bremstrommel oder -scheibe an einen Belag und Klotz festzu kleben.

Das Kupferpulver kann 10 bis 20 Gewichtsteile betragen, be vorzugt etwa 15 Gewichtsteile.

Unmittelbar bevor die Zusammensetzung dem Preßformungspro zeß unterworfen wird, kann sie einem Dehydratisierungsprozeß unterworfen werden, um das Verringern der Wirkungsamkeit der Zusammensetzung durch natürliche Korrosion zu verhindern, wenn sie in Gebrauch oder in Bewegung ist.

Der Dehydrationsprozeß wird bei einer Temperatur von etwa 100° oder in dem Bereich von 85°C bis 100°C ausgeführt.

Die Heizzeit beträgt etwa ein bis drei Stunden, wobei der Tatsache Rechnung getragen wird, daß die Bestandteile mit dem tiefsten Schmelzpunkt hinsichtlich ihrer Eigenschaften nicht verändert werden.

Die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung wird erhal ten, indem 30 Teile faserförmiges Metall, 20 Teile Kohlen stoffpulver der Siebstärke 180 und darunter, 20 Teile Phen olharz, 15 Teile Kupferpulver der Siebstärke 45 und darun ter, 10 Teile Bariumsulfat und 5 Teile Aluminiumoxyd vermischt werden. Die Mischung wird dann für drei Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 85 bis 95°C ge trocknet. Die getrocknete Mischung wird unter einem Druck von 35 kg/cm² bei einer Temperatur von 170°C in ei ne vorbestimmte Gestalt und Konfiguration geformt. Die ge formte Zusammensetzung wird bei einer Temperatur von 180°C für 8 Stunden gehärtet, wodurch sie als ein fertiger Schei benbremsenbelag und Scheibenbremsklotz produziert ist. Die Daten sind im folgenden aufgelistet.

Tabelle 1

Zusammensetzungstabelle des faserförmigen Metalls (Gewichtsteile)

Eine Mischung mit den in der obigen Tabelle gezeigten Zusam mensetzung wurde vollständig geschmolzen oder verflüssigt und als ein Block hergestellt. Der Block wurde mit etwa 4300 Umdrehungen/Minute von einem Motor mit einem Werkzeugschlei fer gedreht, wodurch ein faserförmiges Metall mit einem Durchmesser von 0,3 mm und einer Länge von 2 mm erzeugt wur de.

Danach wurden 50 Gewichtsteile Koks mit 50 Gewichtsteile Pech gemischt. Die Mischung wurde zunächst bei einer tiefen Temperatur für 15 Minuten und dann bei einer hohen Tempera tur für 15 Minuten gesintert. Als Ergebnis wurde Kohlenstoffpulver mit einer vorbestimmten Kristallgitterkonstante erzeugt.

Die folgende Tabelle 2 zeigt die Beziehung der Kristall gitterkonstante von Kohlenstoffpulver, das bei der ersten Sintertemperatur erhalten wird, zu der von Kohlenstoffpul ver, das bei der zweiten Sintertemperatur erhalten wird.

Tabelle 2

Danach werden 30 Gewichtsteile kurzes faserförmiges Metall, 20 Gewichtsteile Kohlenstoffpulver der Siebstärke 180, 20 Gewichtsteile Phenolharz, 15 Gewichtsteile Kupfer der Sieb stärke 45, 10 Gewichtsteile Bariumsulfat und 5 Gewichtsteile Aluminiumoxydpulver der Siebstärke 250 gemischt und für 30 Minuten bei 90°C getrocknet. Die Mischung wurde mit 35 kg/cm² bei 170°C gepreßt, um einen Scheibenbremsenbelag oder Scheibenbremsenklotz zu erzeugen.

Die oben beschriebene Zusammensetzungsrate ist nicht abso lut, sondern nur eine Veranschaulichung, um die folgenden in einem Test erhaltenen Werte zu erhalten.

Alterungstest des Reibungsmaterials (Veranschaulichung des Testergebnisses)

Dieser Test wurde unter Verwendung kommerziell erhältlicher Vorrichtungen durchgeführt.

Um eine wasserdichte Eigenschaft zu erhalten, wurden ein Bremsbelag und -klotz in kochendes Wasser gelegt.

Ein Zyklus des Verfahrens der vorliegenden Erfindung umfaßt es, einen Bremsbelag und -klotz in Wasser bei 100°C für drei Stunden zu kochen und sie für fünf Stunden bei 80°C zu trocknen und den getrockneten Belag und Klotz in einem Raum zu lassen. Dieser Zyklus wurde 100mal wiederholt. Der Grad der Festigkeit und des Rostes nach 120 Zyklen sind in Fig. 1 gezeigt.

Die Festigkeit des herkömmlichen Reibungsmaterials bleibt bis 40 Zyklen erhalten. Die Festigkeit nimmt bei dem Verfah ren nach 60, 80 und 100 Zyklen plötzlich ab. Eine große Men ge an Rost wurde an der vorderen Endfläche erzeugt.

Die Festigkeit des Reibungsmaterials der vorliegenden Erfin dung verringerte sich nach 100 Zyklen nicht.

Der Grund dafür besteht darin, daß der harzartige Härter Feuchtigkeit verhindert, wenn er mit anderen Bestandteilen vermischt ist, die in Wasser sind. Sogar wenn Feuchtigkeit zwischen der Bremstrommel oder Scheibenbremse und dem Belag vorhanden ist, wird beim tatsächlichen Gebrauch deren Brems kraft nicht verringert und ihre Gestalt nicht verändert.

Während der Wert in Fig. 1 überprüft wurde, erzeugte das Reibungsmaterial der vorliegenden Erfindung keinen Ruß und wurde in seiner Festigkeit unter jeglichen Bedingungen, bei spielsweise Hitze und Feuchtigkeit, nicht verringert.

Test der Reibungswiderstandsrate

Dieser Test wurde ebenfalls durchgeführt, indem erhältliche Testvorrichtungen verwendet wurden.

Der fertige Belag und Bremse wurden mit einer Trägheitsrei bungstestvorrichtung getestet. Die Meßgeschwindigkeit betrug 50 km/h und der Reibungsdruck 10 kg/cm². Die Meßzeit betrug 1 Minute. Die Feuchtigkeit lag in dem Bereich von 18 bis 23 % und 55 bis 65%.

Die Ergebnisse sind in den Fig. 2A und 2B gezeigt.

Die Abnutzung des Reibungsmaterials, bei dem das Kohlen stoffpulver eine Kristallgitterkonstante von 6,75 bis 6,85 aufweist, war ungeachtet der Feuchtigkeit äußerst niedrig.

Der Test zeigt, daß die Arbeitsweise der Bremse nicht durch irgendeinen Wetterwechsel beeinflußt wird und eine vorbe stimmte Bremskraft erhalten bleibt.

Wie in der obigen Beschreibung gezeigt wurde, wird bei die ser Erfindung, indem die Kristallgitterkonstante des Kohlen stoffs, der in dem Scheibenbremsbelag oder dem Scheiben bremsklotz enthalten ist, geändert wird und indem die Zusam mensetzung mit einem harzartigen Härter ummantelt wird, das Reibungsmaterial der vorliegenden Erfindung nicht von der Temperatur beeinflußt und es hat geeignete Schmiereigen schaft und Reibungskoeffizienten, was das Bremsen mittels einer Reibungskraft vereinfacht. Weiterhin wird der Rei bungskoeffizient durch Oxydation und Heizen kaum geändert und weist eine Festigkeit und eine Verschleißschutzeigen schaft auf, die von der Feuchtigkeit kaum geändert werden, wodurch die Bremskraft des Reibungsmaterials der vorliegen den Erfindung stabilisiert wird. Zusätzlich werden kaum Ge räusche erzeugt, was es ermöglicht, daß ein Fahrer angenehm fährt.

Die Staubmenge, die rund um die Reifen während des Fahrens abgegeben wird, nimmt abrupt ab, was verhindert, daß das Aussehen des Fahrzeugs beeinträchtigt wird.

Insbesondere weil das Reibungsmaterial der vorliegenden Er findung kein Asbest enthält, wird das Auftreten einer Krank heit, die für eine Person tödlich ist, und Umweltverschmut zung verhindert.

Zusätzlich wird die Lebensdauer des Reibungsmaterials ver längert, woraus ein Benutzer wirtschaftliche Vorteile zieht. Weiterhin werden alle Transporteinrichtungen, die eine Bremsvorrichtung benötigen, beispielsweise Fahrzeuge oder Flugzeuge, sicher und betriebsfähig betrieben.

Claims

1. Asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung mit einem faserförmigen Metall, das Zink, Mangan, Kohlen stoff, Chrom, Nickel, Kupfer, Schwefel und Aluminium enthält;
Kohlenstoffpulver mit einer Kristallgitterkonstante, die nicht von einem Feuchtigkeitswechsel beeinflußt ist;
einem Härter aus einem harzartigen Material, um den Be standteilen der asbestfreien Reibungsmaterialzusammen setzung eine wasserdichte Eigenschaft zu verleihen;
einem wärmebeständigen Mittel aus einem anorganischen Material, das in Wasser weitgehend nicht löslich ist und hitzebeständige und feuerfeste Eigenschaften und Härte aufweist; und mit
einem Füllmittel zur Stabilisierung der Bestandteile der asbestfreien Reibungsmaterialzusammensetzung, wenn die Bestandteile mit Wärme und Luft in Kontakt sind.

2. Asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung nach An spruch 1, bei der die Zusammensetzung weiterhin Kupfer pulver für ein verbessertes Haften des Reibungsmaterials enthält.

3. Asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung nach An spruch 1, bei der die Zusammensetzung 25 bis 40 Ge wichtsteile faserförmiges Metall, 15 bis 25 Gewichtstei le Kohlenstoffpulver, 15 bis 25 Gewichtsteile Härter aus harzartigem Material, 5 bis 10 Gewichtsteile wärmebe ständiges Mittel aus anorganischem Material, 5 bis 15 Gewichtsteile Füllmittel zur Stabilisierung enthält und bei der die Zusammensetzung insgesamt 100 Gewichtsteile nicht überschreitet.

4. Asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung nach An spruch 1, bei der das Kohlenstoffpulver eine Kristall gitterkonstante von 6,75 bis 6,85 aufweist.

5. Asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung nach An spruch 1, bei der der Härter aus harzartigem Material ein Phenolharz aufweist.

6. Asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung nach An spruch 1, bei der das wärmebeständige Mittel aus anorga nischem Material aus Aluminiumoxid besteht.

7. Asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung nach An spruch 1, bei der das Füllmittel zur Stabilisierung aus Bariumsulfat besteht.

8. Asbestfreie Reibungsmaterialzusammensetzung nach An spruch 1, bei der das faserförmige Metall kurze Längen mit einem Durchmesser von 0,01 bis 0,05 und eine Länge von 2 bis 3 mm aufweist und bei der das Kohlenstoffpul ver eine Siebnummer von 180 und darunter besitzt.

9. Bremsbelag oder Bremsklotz, der enthält:
25 bis 40 Gewichtsteile faserförmiges Metall, das 60 bis 65 Gewichtsteile Zink, 9 bis 13 Gewichtsteile Mangan, 7 bis 10 Gewichtsteile Kohlenstoff, 5 bis 8 Gewichtsteile Chrom, 3 bis 6 Gewichtsteile Schwefel und 0,5 bis 2 Ge wichtsteile Aluminium enthält, wobei das faserförmige Metall einen Durchmesser von 0,01 bis 0,05 mm und eine Länge von 2 bis 3 mm aufweist;
15 bis 25 Gewichtsteile Kohlenstoffpulver;
15 bis 25 Gewichtsteile Phenolharz;
5 bis 10 Gewichtsteile Aluminiumoxid; und
5 bis 15 Gewichtsteile Bariumsulfat,
wobei der Bremsbelag oder Bremsklotz ein Reibungsmaterial mit einem Reibungskoeffizienten von mindestens 0,28 ist.

10. Verfahren zum Herstellen einer asbestfreien Reibungsma terialzusammensetzung, das aufweist:
Herstellen eines faserförmigen Metalls, indem kurze und dünne Fasern von einem Zink, Mangan, Kohlenstoff, Chrom, Nickel, Kupfer, Schwefel und Aluminium enthaltenden Block geschnitten werden;
Herstellen von Kohlenstoffpulver, indem eine Mischung von Koks und Pech bei einer geringeren Temperatur und dann bei einer höheren Temperatur gesintert wird, um ei ne Kristallgitterkonstante zu erhalten, die nicht durch einen Feuchtigkeitswechsel beeinflußt wird;
Einfügen in eine vorbestimmte Form und Formen einer Zu sammensetzung, wobei die Zusammensetzung enthält:

- ein faserförmiges Metall, das von dem Herstellungsver fahren des faserförmigen Metalls erhalten wird,
- Kohlenstoffpulver, das von dem Herstellungsverfahren des Kohlenstoffpulvers erhalten wird,
- einen Härter aus harzartigem Material, der den Be standteilen der Zusammensetzung eine wasserdichte Ei genschaft durch eine Kopplungskraft verleiht, die er zeugt wird, wenn der Härter durch Wärme gehärtet wird,
- ein anorganisches wärmebeständiges Mittel, das in Was ser weitgehend nicht löslich ist und wärmebeständige und feuerfeste Eigenschaften aufweist,
- ein Füllmittel, das die Bestandteile der Zusammenset zung stabilisiert, wenn sie mit Luft und Wärme in Be rührung stehen; und

Härten der preßgeformten Zusammensetzung.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das faserförmige Me tall durch Drehen des Blockes hergestellt wird, während der Block in ein faserförmiges Metall geschnitten wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Kohlenstoffpulver hergestellt wird, indem am Anfang eine Mischung von Koks und Pech bei Temperaturen von 500 bis 600°C für 10 bis 20 Minuten gesintert wird, so daß die Kristallgitter konstante des Kohlenstoffpulvers in dem Bereich von 6,75 bis 6,85 liegt.

13. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem Aluminiumoxyd als wärmebeständiges Mittel aus anorganischem Material zuge fügt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem Bariumsulfat als das Füllmittel zur Stabilisierung hinzugefügt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Preßformvorgang unter Drücken von 30 bis 50 kg/cm² bei Temperaturen von 150 bis 185°C durchgeführt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Härtvorgang bei Temperaturen von 160 bis 185°C für 7 bis 9 Stunden durchgeführt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem vor dem Preßfor mungsvorgang die Zusammensetzung bei etwa 100°C für 1 bis 3 Stunden zur Dehydratisierung geheizt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 10 zum Herstellen eines Brems belag- oder Bremsklotzmaterials, wobei das Verfahren ein Reibungsmaterial mit einem Reibungskoeffizienten von mindestens 0,28 erzeugt.