DE69004620T2

DE69004620T2 - Alkaliphosphate als Korrosionsschutzmittel für Reibbeläge oder als feste Schmiermittel dafür.

Info

Publication number: DE69004620T2
Application number: DE90305353T
Authority: DE
Inventors: Ruediger Holinski
Original assignee: Dow Corning GmbH
Current assignee: Dow Silicones Deutschland GmbH
Priority date: 1989-05-23
Filing date: 1990-05-17
Publication date: 1994-03-24
Anticipated expiration: 2010-05-18
Also published as: EP0399728A3; EP0399728B1; JPH0354298A; EP0399728A2; DE3916807C1; DE69004620D1; JP2903130B2

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Alkaliphosphaten als Korrosionsschutzmittel in Reibbelägen, wie in Brernsbelägen oder Kupplungsbelägen, oder in Festschmierstoffkombinationen, die in solchen Reibbelägen verwendet werden.
Reibbeläge basieren gewöhnlich auf Asbestfasern, Gemischen aus Asbestfasern und anderen hitzebeständigen anorganischen oder organischen Fasern, asbestfreien Gemischen aus hitzebeständigen anorganischen oder organischen Fasern, Metallpulvern, wie Eisenpulver, Kupferpulver, Messingpulver, Zinkpulver oder Gemischen daraus, oder Metallpulvern in Kombination mit Stahlwolle, gegebenenfalls unter Zusatz von Faserstoffen, wie Graphitfasern oder Polyaramidfasern, und Mineralwolle. Diese Fasermaterialien und/oder Metallpulver bilden in Kombination mit einem organischen monomeren oder polymeren Bindemittel oder Bindemittelgemisch das Reibbelagmaterial. Gegebenenfalls enthalten solche Reibbeläge auch noch Füllstoffe, wie geräuschdämpfende und schwingungsdämpfende Stoffe. Das in den jeweiligen Ausgangsmischungen vorhandene Bindemittel oder Bindemittelgemisch ist hitzehärtbar und bildet im gehärteten Zustand eine feste und temperaturbeständige Matrix für die verschiedenen Komponenten des Reibbelags.
Während die früher üblichen Reibbeläge hauptsächlich auf Asbest beruhten, geht man nun aus den bekannten gesundheitlichen Bedenken gegenüber Asbest mehr und mehr dazu über, den Asbestgehalt in Reibbelägen durch andere Materialien zu ersetzen. Sowohl asbesthaltige als auch asbestfreie Reibbeläge enthalten neben den oben angegebenen Komponenten gewöhnlich auch einen oder mehrere Festschmierstoffe, um die tribologischen Eigenschaften solcher Materialien, wie insbesondere deren Reibungsverhalten und Verschleissverhalten, zu verbessern.
Ein Reibbelag auf Metallbasis ist beispielsweise aus der DE-PS 29 24 540 bekannt.
Für asbestfreie Reibbeläge, insbesondere Bremsbeläge, gibt es zwei Arten von Formulierungen, nämlich halbmetallische Formulierungen und Faserersatzformulierungen. Beide Formulierungen enthalten Metalle in der oben angegebenen Form, und die Faserersatzbeläge daneben auch Faserstoffe, wie Graphitfasern, Polyaramidfasern oder Mineralwolle. Diese Faserersatzformulierungen werden immer erfolgreicher, da ein Nachteil der halbmetallischen Beläge darin besteht, dass aufgrund dem zu hohen Metallgehaltes die Wärmeleitfähigkeit zu gross wird und ein zu grosser Aufwand bezüglich der Wärmedämmung betrieben werden muss.
Für beide Arten an asbestfreien Materialien hat sich in der Praxis ein weiterer Nachteil herausgestellt. Durch die Tatsache, dass verschiedenartige Metalle in solchen Belägen verwendet werden, ergeben sich verschiedene Spannungspotentiale, die leicht zur Korrosion der Beläge auf der Oberfläche führen. Bei Personenkraftwagen liegen die Bremsbeläge normalerweise an der Bremsscheibe oder der Bremstrommel an und schleifen auch ständig bei nichtbetätigter Bremse während des Laufes leicht mit. Die Korrosion auf der Oberfläche der Bremsbeläge hat nun zu schwerwiegenden Mängeln geführt. Durch die Korrosionsbildung auf den Bremsbelägen wurde ein Festkleben von Bremsbelägen auf den Bremsscheiben oder den Bremstrommeln beobachtet. Fahrzeuge, die über ein Wochenende auf dem Parkplatz abgestellt waren, konnten nicht mehr angefahren werden, weil die Bremsbeläge auf den Bremsscheiben oder den Bremstrommeln festsassen.
Diese Korrosion asbestfreier Beläge ist auch ein Problem beim Transport neuer Fahrzeuge auf Schiffen oder Überlandtransportern (Lastkraftwagen oder Eisenbahnwagen). Es wurde beobachtet, dass bei einem Entladen neuer Fahrzeuge die Bremsbeläge auf den Bremsscheiben oder Bremstrommeln festgerostet waren.
Ähnliche Probleme treten auch bei asbestfreien Reibbelägen auf, die keine Metalle enthalten und somit von sich aus zu keiner Korrosion führen können. Hier kann es nämlich durch Korrosion der aus Metall bestehenden Bremsscheiben oder Bremstrommeln ebenfalls zu einem Festkleben von Bremsbelägen auf den korrodierten Bremsscheiben oder Bremstrommeln kommen.
Die Korrosion von entweder asbestfreien oder metallhaltigen Reibbelägen in Kombination mit den an ihnen anliegenden und ebenfalls korrodierenden Bremsscheiben oder Bremstrommeln oder von metallhaltigen Bremsscheiben oder Bremstrommeln in Kombination mit den an ihnen anliegenden asbestfreien und nicht metallhaltigen Reibbelägen, die infolge fehlenden Metallgehalts an sich nicht korrodieren können, stellt somit insgesamt ein Problem bei Reibbelägen dar. Besonders stark tritt dieses Problem bei metallhaltigen Reibbelägen in Erscheinung, da es sich hier sowohl in Form einer Korrosion der Metallkomponenten des Reibbelags als auch der an diesen anliegenden metallischen Bremsscheiben oder Bremstrommeln äussert. Bei metallhaltigen Bremsbelägen, die verschiedene Metalle enthalten, ist dieses Problem natürlich am stärksten ausgeprägt.
Das obige Problem wurde durch Lackierung der neuen Bremsbeläge bereits zu lösen versucht. Diese Massnahme hat jedoch den Nachteil, dass nach einmal benutzter Bremse die Lackierung abgerieben und damit auch der Korrosionsschutz vernichtet ist.
Als in Reibbeläge eingearbeitetes Korrosionsschutzmittel bekannt ist bereits Zinkpulver, das jedoch nicht flächig genug wirksam ist, da die Zinkpartikel nur in ihrer unmittelbaren Umgebung einen Korrosionsschutz entwickeln. Es wurde auch schon Borax einer Korrosionsschutzprüfung nach der Liefervorschrift TL- VW 110 von 1985 der Volkswagenwerk AG für Bremsbeläge, nach der das Lösemoment der Beläge höchstens 10 Nm (1 mkp) betragen darf, unterzogen und für gut befunden. Borax darf in Bremsbelagmischungen jedoch nicht eingesetzt werden, da es als Flussmittel negative Wirkungen auf die Bremsscheiben oder die Bremstrommeln ausübt, beispielsweise durch Herausreissen von Kristalliten bei hohen Temperaturen.
Die Anforderungen an ein annehmbares Korrosionsschutzmittel für Reibbeläge ergeben sich insbesondere aus den thermischen Belastungen, denen Reibbeläge ausgesetzt sind. Eine Bremsbelagmischung liegt als trockenes Pulvergemisch seiner Bestandteile vor, wobei als Bindemittel in aller Regel ein Phenolharz verwendet wird. Das Pulver wird in einer heizbaren hydraulischen Presse bei erhöhter Temperatur, beispielsweise bei etwa 180ºC, verpresst. Nach dem Verpressen werden die Beläge nach einem Temperaturprogramm bis zu einer maximalen Temperatur von beispielsweise etwa 220ºC ausgehärtet. Nach dem Aushärten werden die Beläge abgeschliffen und bei etwa 750ºC kurzzeitig, beispielsweise für 20 Sekunden, an der Oberfläche versengt. Bei dem Reibungsvorgang während des Bremsens ergeben sich Temperaturen von etwa 300ºC, kurzfristig auch von 600 bis 800ºC. Das bedeutet, dass ein Korrosionsschutzadditiv mindestens die Herstellungstemperatur von Bremsbelägen von beispielsweise etwa 220ºC überdauern und kurzzeitig möglichst bis etwa 750ºC in seiner Wirkung beständig bleiben muss.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Korrosionsschutzmittels für Reibbeläge, insbesondere für metallhaltige Reibbeläge, das seine korrosionsinhibierende Wirkung auch unter den angegebenen Temperaturbedingungen beibehält.
Es wurde nun gefunden, dass Alkaliphosphate als Korrosionsschutzmittel in Reibbelägen, vorzugsweise in asbestfreien und metallhaltigen Reibbelägen, verwendet werden können.
Gegenstand der Erfindung ist nach einem ihrer Gesichtspunkte die Verwendung eines Alkaliphosphats als Korrosionsschutzmittel in Reibbelägen oder in Festschmierstoffkombinationen, die in Reibbelägen verwendet werden. Das erfindungsgemäss verwendete Korrosionsschutzmittel kann der fertigen Reibbelagmischung oder zweckmässigerweise einem in den Reibbelag einzuarbeitenden Festschmierstoff, beispielsweise einer aus DE-PS 25 14 575 oder DE-PS 35 13 031 bekannten Festschmierstoffkombination, zugemischt werden, womit es dann gemeinsam in die Reibbelagmischung eingebracht wird.
Die Menge an zuzusetzendem Alkaliphosphat liegt allgemein bei 0,1 bis 6 Gewichtsprozent, vorzugsweise bei 0,5 bis 3 Gewichtsprozent, und insbesondere 1 bis 2 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der fertigen Reibbelagformulierung. Bei höheren Konzentrationen als 6 Gewichtsprozent können sich Nachteile auf die Reibungseigenschaften ergeben. Der Maximalwert von 6 Gewichtsprozent kann bei Belägen mit sehr hohem Metallgehalt erforderlich sein, während bei Belägen mit geringem Metallgehalt oder überhaupt ohne Metallgehalt, eine Menge von 0,1 Gewichtsprozent ausreichen kann.
Wird das erfindungsgemäss verwendete Korrosionsschutzmittel einem in den Reibbelag einzuarbeitenden Festschmierstoff zugemischt, wobei es sich gewöhnlich um eine Festschmierstoffkombination handelt, dann beträgt die Menge an Alkaliphosphat in solchen Festschmierstoffkombinationen im allgemeinen 5 bis 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise 15 bis 35 Gewichtsprozent, und insbesondere 20 bis 30 Gewichtsprozent. In Festschmierstoffkombinationen lässt sich das erfindungsgemäss verwendete Korrosionsschutzmittel sauber einarbeiten, und solche Kombinationen können auch gut in Reibbelagmischungen eingebracht werden, so dass Festschmierstoffkombinationen, welche die angegebenen Mengen an Alkaliphosphat enthalten, eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellen.
Von den einzelnen Alkaliphosphaten eignen sich für den Einsatz in metallhaltigen Reibbelägen besonders Lithiumphosphat, Natriumphosphat und Kaliumphosphat. Diese Produkte existieren vor allen Dingen in kristallwasserhaltigen Verbindungen mit etwa 10 bis 12 Mol Kristallwasser, jedoch auch in kalzinierter Form. Die kristallwasserfreie Version ist geeigneter, da bei den zur Herstellung des jeweiligen Reibbelags anwendbaren Verfahren dann kein Kristallwasser freigesetzt werden kann. Darüber hinaus lässt sich mit weniger Anteil an Alkaliphosphaten eine grössere antikorrosive Wirkung erreichen.
Von den genannten Alkaliphosphaten sind allgemein die Monophosphate, Diphosphate und Triphosphate wirksam. Besonders bevorzugt sind jedoch die Triphosphate, und das Trinatriumphosphat ist am meisten bevorzugt. Wesentlich für alle verwendbaren Alkaliphosphate ist ihre Wasserlöslichkeit.
Diese Phosphate sind deshalb für den Einsatz in Reibbelägen, wie Bremsbelägen und Kupplungsbelägen, geeignet, weil sie sehr temperaturstabil sind, nämlich Temperaturen bis zu 800ºC überdauern, und bei einem derartigen Hochtemperatureinsatz beim Bremsen weiterhin wirksam bleiben.
Ein Zusatz von 0,5 bis 3 Gewichtsprozent, und insbesondere von 1 bis 2 Gewichtsprozent von Alkaliphosphaten zu Bremsbelagmischungen, die ohne einen solchen Zusatz bei 100 % Luftfeuchtigkeit sehr stark zur Korrosion neigten, ergab keine Korrosion von Bremsbelägen und auch kein Festbacken von Bremsbelägen auf Bremsscheiben oder Bremstrommeln.
Neben der Oberflächenkorrosion von Bremsbelägen verhindern Alkaliphosphate auch ein Durchrosten der Beläge. Beobachtet wurde ohne Korrosionsschutzmittel nämlich auch eine fortlaufende Korrosion von innen nach aussen, so dass nach einiger Zeit ein Bremsbelag an Festigkeit verliert, beispielsweise durch Verrosten der Stahlwolle.
Eine Reihe von Belägen hat eine eingebaute Porosität. Durch zunehmende Korrosion der metallischen Teile, das heisst durch Bildung von Metalloxiden, geht diese gewünschte Porosität teilweise oder ganz verloren, so dass der Bremsbelag seine ursprünglichen Eigenschaften durch Korrosion verliert. Alkaliphosphate können in diesem Fall eine Korrosion im Inneren der Bremsbeläge durch Wasser und salzhaltiges Wasser verhindern.
Es wurde weiter gefunden, dass andere wasserlösliche Korrosionsschutzmittel, wie das als Kühlwasserzusatz bekannte Natriummolybdat, nicht so effektiv wie Alkaliphosphate sind.
Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung.

Beispiel

(A) Herstellung eines asbestfreien Bremsbelags ohne Korrosionsschutzmittel

Es wird ein asbestfreier Bremsbelag in Form eines ersten Prüfkörpers mit folgender Zusammensetzung hergestellt: Bestandteile Mengen in Gewichtsprozent Phenolharz (Molekulargewicht etwa 14 000) Eisenspäne Kupferspäne Bleistaub Zinkstaub Glimmerpulver Festschmierstoffkombination nach Beispiel 1 der DE-PS 35 13 031 aus 50 % Graphit, 30 % Zinksulfid, 10 % Antimonsulfid und 10 % Calciumphosphat Ca&sub2;P&sub2;O&sub7; Gesamtmenge
Dieser Prüfkörper wird dem obenerwähnten Korrosionsschutztest nach der Liefervorschrift TL-VW 110 aus dem Jahre 1985 unterworfen. Die hierzu angewandte Versuchsdurchführung ist wie folgt:
1. Reinigung der Bremsfläche der Trommel mit Trichlorethylen und mit einem trockenen und sauberen Lappen.
2. Andrücken der Backen (der Belag ist nur mit mittleren Nieten aufgenietet) mit einer Vorrichtung an die Bremsfläche der Bremstrommel und Anziehen der Stellschraube mit 10 Nm.
3. Lagerung während 16 h bei + 50ºC und 100% relativer Luftfeuchtigkeit.
4. Trocknenlassen während 48 h bei Raumtemperatur.
5. Lösen der Bremsbacken unter gleichzeitiger Messung des Lösemoments des jeweiligen Belages.
Bei dieser Prüfung ergibt sich für den obigen Prüfkörper ein Lösemoment von 10 bis 20 Nm.

(B) Herstellung eines asbestfreien Bremsbelages mit Korrosionsschutzmittel

In der oben unter (A) beschriebenen Weise wird ein asbestfreier Bremsbelag in Form eines ein Korrosionsschutzmittel enthaltenden zweiten Reibkörpers hergestellt. Hierzu wird eine Zusammensetzung wie bei (A) mit dem einzigen Unterschied verwendet, dass darin zusätzlich 1,5 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung (A), Trinatriumphosphat vorhanden sind, das als Vormischung mit der Festschmierstoffkombination zugeführt wird. Im fertigen Bremsbelag ist Trinatriumphosphat somit in einem Anteil von 1,48 Gewichtsprozent vorhanden.
Die analog wie bei (A) durchgeführte Prüfung des erhaltenen erfindungsgemässen Prüfkörpers ergibt ein Lösemoment von 1 bis 5 Nm.
Bremsbeläge, die als zufriedenstellend angesehen werden können, ergeben bei obiger Versuchsdurchführung ein Lösemoment gleich oder kleiner als 10 Nm (1 mkp). Sie dürfen dabei ausserdem nicht störend korrodieren und nach dem Versuch keine mechanischen Mängel aufweisen.
Diese Bedingungen werden von nach Beispiel (B) hergestellten Prüfkörpern erfüllt, während dies bei Prüfkörpern nach (A) nicht der Fall ist.

Claims

1. Verwendung eines Alkaliphosphats als Korrosionsschutzmittel in Reibbelägen oder in Festschmierstoffkombinationen, die in Reibbelägen verwendet werden.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Alkaliphosphat ein Trialkaliphosphat eingesetzt wird.

3. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Alkaliphosphat Trinatriumphosphat verwendet wird.

4. Verwendung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Alkaliphosphat in Reibbelägen 0,1 bis 6 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,5 bis 3 Gewichtsprozent und insbesondere 1 bis 2 Gewichtsprozent, beträgt.

5. Verwendung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Alkaliphosphat in Festschmierstoffkombinationen, die in Reibbelägen verwendet werden, 5 bis 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise 15 bis 35 Gewichtsprozent, und insbesondere 20 bis 30 Gewichtsprozent, beträgt.