DE69318945T2 - Reibmaterial - Google Patents

Reibmaterial

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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D69/02Composition of linings ; Methods of manufacturing
    • F16D69/025Compositions based on an organic binder
    • F16D69/026Compositions based on an organic binder containing fibres
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description

  • Diese Erfindung betrifft einen asbestfreien Reibungswerkstoff zur Verwendung als Scheibenbremse, Bremsenauskleidung oder Kupplungsscheibe von Automobilen, Fahrzeugen und Industriemaschinen. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Reibungswerkstoff verbesserter Wasserbeständigkeit.
  • Wegen ihres hervorragenden Kosten/Leistungs-Verhältnisses wurden bislang Reibungswerkstoffe mit Asbest als Verstärkungssubstrat und einem Phenolharz als bindendem Harz (Bindemittel) auf einer Reihe von Anwendungsgebieten eingesetzt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß Asbest krebserregend ist.
  • Asbesthaltige Reibungswerkstoffe geben zwangsläufig Asbest frei und tragen damit zur Umweltverschmutzung bei.
  • Folglich wurden Untersuchungen angestellt, ob sich nicht anstelle von Asbest irgendwelche geeigneten Kombinationen von gegenüber Asbest teureren Werkstoffen, wie Glasfasern, Steinwolle, Stahlfasern, Messingfasern, Aramidf asern, Hartkohlenstoff und calcinierter Koks, verwenden lassen. So stehen beispielsweise ein Reibungswerkstoff mit Stahlfasern und vollständig aromatischen Polyamidfasern (offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. Sho 56-88433) sowie ein Reibungswerkstoff mit Glasfasern (offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. Sho 51-87549) zur Verfügung.
  • Zunächst wurden Reibungswerkstoffe mit Glasfasern oder Stahlfasern als Verstärkungssubstrat entwickelt. So ist beispielsweise aus der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. Sho 48-16972 ein Verfahren zur Herstellung einer Kupplungsscheibe unter Verwendung von Glasfasern bekannt. Glasfasern sind geradlinig und eignen sich als Roving für eine Kupplungsscheibe. Sie lassen jedoch hinsichtlich der Abnutzungseigenschaften auf der abgewandten Seite und des Reibungskoeffizienten zu wünschen übrig. Verglichen mit Asbest zeigen sie darüber hinaus eine schlechte Formhaltigkeit und konnen leicht zusammenfallen. Somit bereitet ihre Herstellung Schwierigkeiten, so daß sie nur selten zum Einsatz gelangen. Anorganische Fasern, wie Glasfasern, können - wenn es sich hierbei um sehr dünne Fasern eines Durchmessers von einigen um oder weniger handelt - wie Asbest krebserregend sein. Folglich ist es schwierig, bei solchen sehr dünnen Fasern eine Produktivität vergleichbar derjenigen von Asbest zu gewährleisten.
  • Bei einem halbmetallischen Scheibenbremsenfutter mit Stahlfasern als Verstärkungssubstrat hat es sich gezeigt, daß es (dabei) zu einem merklichen Quietschen der Bremse, Rosten, hoher Wärmeleitung und anderen Nachteilen kommt.
  • Fasern oder eine fibrillierte Pulpe eines Aramidharzes, eines vollständig aromatischen Polyamids, bilden andererseits ein von den geschilderten Nachteilen, z.B. einem Angriff auf die gegenüberliegende Oberfläche und einem Bremsquietschen, freies Verstärkungssubstrat hervorragender Abnutzungsbeständigkeit. Vorteilhaft an fibrillierter Pulpe ist ferner ihre hervorragende Formhaltigkeit im Rahmen eines zur Herstellung eines Reibungswerkstoffs weit verbreiteten Verfahrens, bei welchem die ursprüngliche Form bzw. Vorform unter Druck hergestellt, die Vorform auf eine plattenformige Unterlage mit darauf befindlicher Klebstoffschicht gelegt und das Gebilde unter Erwärmen unter Druck zur Vereinigung der Komponenten ausgeformt werden. Die fibrillierte Pulpe besitzt jedoch eine starke Wasserabsorption und eine schlechte Affinität zu Phenolharzen oder Bismaleimidtriazinharzen. Beim raschen Erwärmen können infolge Dampfbildung Blasen entstehen, was zu einer Ablösung des Reibungswerkstoffs führen kann. Aufgrund dieser Schwierigkeiten sind ihrer Einsatzmenge Grenzen gesetzt. Dies wiederum hat eine unzureichende Festigkeit zu Folge. Bei der Herstellung des Reibungswerkstoffs kann auf ein Trocknen zur Gewährleistung eines vorgegebenen Anteils an der fibrillierten Pulpe nicht verzichtet werden. Nachteilig an den Aramidfasern ist darüber hinaus, daß sie beim Schneiden zum Flaumigwerden an den Schnittflächen neigen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein nicht mit den geschilderten Nachteilen von Reibungswerkstoffen, insbesondere den Nachteilen einer fibrillierten Aramid harzpulpe, behaftetes faserförmiges Verstärkungssubstrat und damit einen akzeptablen Reibungswerkstoff hoher Wasserbeständigkeit, hoher Affinität für Bindemittel und hervorragender Verarbeitbarkeit anzugeben.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Reibungswerkstoff, umfassend ein organisches faserförmiges Verstärkungssubstrat oder sowohl ein organisches als auch ein von Asbest verschiedenes anorganisches faserförmiges Verstärkungssubstrat, ein Bindemittel und einen Steuerstoff für die Reibungsabnutzung, wobei das organische faserförmige Verstärkungssubstrat im wesentlichen aus einer fibrillierten Pulpe bzw. einem fibrilliertem Brei eines aromatischen Flüssigkristallpolyesterharzes besteht und die fibrillierte Pulpe vorzugsweise einen Schmelzpunkt von 330ºC oder höher aufweist.
  • Die erfindungsgemäße fibrillierte Pulpe besitzt vorzugsweise eine Form, bei der zahlreiche Faserverzweigungen eines Durchmessers von 0,1 bis 10 um von Fasersträngen eines Durchmessers von 5 bis 50 um abzweigen. Die fibrillierte Pulpe kann ferner eine Form aufweisen, bei der mehrere Faserstämme über die zahlreichen Faserverzweigungen aneinandergekuppelt sind. Die Länge der Faserstämme beträgt vorzugsweise 0,5 bis 5 mm. Praktisch gestreckte Fasern ohne oder mit (nur) wenigen Verzweigungen sind im allgemeinen ungeeignet, da ihnen die Formhaltigkeitseigenschaften während des Herstellungsverfahrens für den Reibungswerkstoff fehlen. Bei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Reibungswerkstoff um einen solchen, bei welchem die fibrillierte Pulpe des aromatischen Flüssigkristallpolyesterharzes eine durch Wärmebehandeln erhöhte Schmelzbeginntemperatur oder eine Schmelzbeginntemperatur von 330ºC oder höher aufweist oder unschmelzbar gemacht wurde. Die Menge der verwendeten fibrillierten Pulpe beträgt zweckmäßigerweise 70 Gew.-% oder mehr, vorzugsweise 100% des organischen faserförmigen Verstärkungssubstrats. Die fibrillierte Pulpe des aromatischen Flüssigkristallpolyesterharzes kann gemeinsam mit anderen organischen faserförmigen Verstärkungssubstratwerkstoffen verwendet werden. Die Mitverwendung einer großen Menge einer fibrillierten Aramidfaser pulpe ist jedoch wegen ihrer Hygroskopizität und (schwierigen) Verarbeitbarkeit nicht bevorzugt. Ebensowenig eignet sich eine fibrillierte Cellulosepulpe wegen ihrer Hygroskopizität und (schlechten) Wärmebeständigkeit.
  • Im folgenden wird die vorliegende Erfindung näher erläutert. Bei dem aromatischen Flüssigkristallpolyesterharz handelt es sich um ein eine anisotrope Schmelzeschicht bildendes thermoplastisches Polymer. Es wird im allgemeinen als thermotropes Flüssigkristallpolymer eingruppiert. In erschmolzenem Zustand wird dieses Polymer bei Einwirkung einer Scherkraft orientiert. Bei (geeigneter) Wahl einer Zerkleinerungsmöglichkeit läßt sich das Polymer durch Zerkleinern ohne Bildung von pulverförmigem Material in eine fibrillierte Pulpe überführen.
  • Das aromatische Flüssigkristallpolyesterharz erhält man durch Polykondensieren einer Kombination hauptsächlich aus einer aromatischen Dicarbonsäure, einem aromatischen Diol, einer aromatischen Hydroxycarbonsäure und dgl., und gewunschtenfalls unter Mitverwendung einer alicyclischen Dicarbonsäure und eines alicyclischen oder aliphatischen Diols. Im allgemeinen liegt das gewichtsgemittelte Molekulargewicht es Polymers im Bereich von 2000 bis 200.000. Seine Schmelzbeginntemperatur (die Übergangstemperatur für den Übergang vom Festzustand in einen Flüssigkristallzustand), die mit Hilfe eines Differentialabtastkalorimeters (DSC) bestimmt wird, liegt bei 250ºC oder höher. Erfindungsgemäß wird ein Polymer eines gewichtsgemittelten Molekulargewichts von 15.000 oder mehr, insbesondere eines solchen mit durch DSC bestimmten Schmelzbeginntemperatur von 330ºC oder darüber, bevorzugt.
  • Beispiele für das aromatische Flüssigkristallpolyesterharz sind Xydar SRT-300 (Amoco Peformance Products Inc.) und Vectra A-950 (Hoechst Celanese Corp.). Hierzu gehören auch aromatische Flüssigkristallpolyesterharze mit anderen als Esterbindungen, z.B. Polyesterimide gemäß der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 3-91534 und Polyesteramide gemäß den offengelegten japanischen Patentanmeldungen Nr. Sho 57-177019 und Sho 57-177020.
  • Erfindungsgemäß wird darüber hinaus ein aromatisches Flüssigkristallpolyesterharz mit einer durch Wärmebehandeln unter Verwendung eines Katalysators erhöhten (mittels DSC bestimmten) Schmelzbeginntemperatur oder ein unschmelzbar gemachtes aromatischen Flüssigkristallpolyesterharz noch mehr bevorzugt. Die Wärmebehandlung erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur 0 bis 30ºC unter der Schmelzbeginntemperatur zur Erhöhung der Schmelzbeginntemperatur oder gewünschtenfalls unter Erhöhen der Wärmebehandlungstemperatur entsprechend der erhöhten Schmelzbeginntemperatur. Diese Wärmebehandlung kann mehrstufig durchgeführt werden. Hierbei wird die Wärmebehandlungstemperatur entsprechend dem Anstieg der Schmelzbeginntemperatur kontinuierlich gesteigert. Im Hinblick auf eine Erhöhung des Molekulargewichts sowie eine Entfernung von Monomer sollte die Wärmebehandlung vorzugsweise unter vermindertem Druck erfolgen. Wenn die fibrillierte Pulpe durch Zerkleinern oder Vermahlen hergestellt werden soll, wird aufgrund der leichten Bearbeitbarkeit eine Wärmebehandlung der Pellets vor dem Zerkleinern bevorzugt. Es empfiehlt sich, vorher sicherzustellen, daß ein zur Verwendung vorgesehenes aromatisches Flüssigkristallpolyesterharz (tatsächlich auch) in eine fibrillierte Pulpe überführt werden kann.
  • Ein Beispiel für die mehrstufige Wärmebehandlung ist folgendes:
  • 1. Das Erwärmen erfolgt während 0,5 bis einige h auf eine Temperatur 0 bis 30ºC unter der Schmelzbeginntemperatur, wobei die Schmelzbeginntemperatur um 5 bis 30ºC erhöht wird.
  • 2. Die Wärmebehandlung erfolgt in ähnlicher Weise, jedoch bei einer Temperatur nahe der gemäß 1. erhöhten Schmelzbeginntemperatur.
  • 3. Die Wärmebehandlung bei einer Temperatur, die nahezu der erhöhten Schmelzbeginntemperatur entspricht, wird gewünschtenfalls wiederholt.
  • Die Wärmebehandlung bewirkt folgendes:
  • 1. Die Schmelzbeginntemperatur wird unter Verbesserung der Wärmebeständigkeit erhöht.
  • 2. Das Molekulargewicht wird erhöht.
  • 3. Monomere, Oligomere und dgl. werden durch Verflüchtigung, Polymerisation und dgl. entfernt.
  • Durch Entfernen von Monomeren, Oligomeren und dgl. gemäß 3. erfolgt insbesondere eine Verminderung der Hydroxyl- oder Carboxylgruppen. Dies ist deshalb bevorzugt, da auf diese Weise eine übermäßige Reaktion des als Bindemittel verwendeten wärmehärtbaren Harzes gehemmt werden kann.
  • Die Unschmelzbarkeit des aromatischen Flüssigkristallpoly esterharzes kann bereits bei der geschilderten Wärmebehandlung alleine erreicht werden. Sie wird jedoch gewünschtenfalls unter Durchführen der geschilderten Wärmebehandlung in Gegenwart eines Katalysators erreicht. Auf diese Weise lassen sich der Polymerisationsgrad deutlich erhöhten und das Kristallwachstum fördern oder Vernetzungen zwischen den Molekülen einführen. So wird beispielsweise ein p-Hydroxybenzoesäurehomopolymer durch Erhöhen des Polymerisationsgrades unschmelzbar gemacht. Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. Hei 1-207358 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines unschmelzbaren Harzes unter Mitverwendung eines Katalysators. Ebenfalls bekannt ist ein Verfahren zum Unschmelzbarmachen eines aromatischen Flüssigkristallpolyesters durch Zumischen von Pech eines Verhältnisses Wasserstoffatom/Kohlenstoffatom von 0,4 bis 0,9 und Wärmebehandeln der erhaltenen Mischung. Dieses Verfahren wird erfindungsgemäß bevorzugt. Bei diesem Verfahren beträgt die Menge an zugemischtem Pech vorzugsweise 2 bis 10 Gew.-%. Eine Menge unter 2 Gew.-% wird nicht bevorzugt, da es lang dauert, bis die Unschmelzbarkeit erreicht ist. Eine Menge über 10 Gew.-% kann zu einer unzureichenden Festigkeit führen. Der unschmelzbare aromatische Flüssigkristallpolyester zeigt bei Differentialabtastkalorimetrie keinen auf das Aufschmelzen zurückzuführenden Wärmeabsorptionspeak und verkohlt beim Verbrennen ohne Schmelzen.
  • Eine fibrillierte Pulpe des unschmelzbaren aromatischen Flüssigkristallpolyesters wird bevorzugt, da hierbei die Bildung derartiger Substanzen auf ein Mindestmaß gesenkt wird. Solche teerartige Substanzen treten ansonsten als Ergebnis einer Zersetzung während der Nachhärtung des Reibungswerkstoffs auf.
  • Die erfindungsgemäße fibrillierte Pulpe wird normalerweise durch Vermahlen oder Zerkleinern von Pellets mittels einer Naßmühle oder mittels einer Trockenzerkleinerungsvorrichtung unter Verwendung eines Luftstroms und dgl. hergestellt. Andererseits kann sie auch durch Schmelzspinnen von Pellets zu Fasern und anschließendes Überführen derselben in eine fibrillierte Pulpe hergestellt werden. Im Falle des Zerkleinerns oder Vermahlens wird eine Naßmühle bevorzugt. In der Praxis werden Pellets aus dem aromatischen Flüssigkristall polyesterharz eines Durchmessers von 1 mm oder kleiner oder übliche Pellets (1 mm oder größer) dieses Harzes, die auf einen Durchmesser von 1 mm oder weniger grob zerkleinert worden sind, zusammen mit Wasser in eine Mühle gefüllt. Nach dem Vermahlen wird das fibrillierte Pulpegemisch in Form einer Aufschlämmung mittels einer Zentrifuge entwässert und danach getrocknet.
  • Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch die Verwendung der genannten fibrillierten Pulpe des aromatischen Flüssigkristallpolyesterharzes als Teil des faserförmigen Verstärkungssubstrats aus. Es können ein übliches Bindemittel (Bindemittelgemisch) sowie andere faserförmige Verstärkungssubstrate als Asbest und ein Steuerstoff für die Reibungsabnut zung mitverwendet werden.
  • Beispiele für das Bindemittel oder Bindemittelgemisch umfassen Phenolharze, Cyanatesterharze (US-A-4 944 373) und sonstige (Harze) für Reibungswerkstoffe für eine Bremse, Harze für eine Kupplungsscheibe, z.B. NBRs, melaminmodifizierte Phenolharze, Cyanatesterharze mit polycyclischem aromatischem Pech, phenolmodifizierte aromatischer Kohlenwasserstof f/Formaldehydharz-Novolak-Epoxyharze und phenolmodifizierte aromatischer Kohlenwasserstoff/Formaldehydharz- Novolak-Epoxyharz/Cyanatester-Harze. Im Falle eines Bremsfutters, das hohe Belastungen aushalten muß, werden Cyanatesterharze bevorzugt. Gewünschtenfalls können Härtungskatalysatoren, Formtrennmittel und dgl. eingearbeitet werden.
  • Das von Asbest verschiedene faserförmige Verstärkungssubstrat umfaßt beispielsweise anorganische oder metallische Fasern. Spezielle Beispiele sind Stahlfasern, Stahlfasern mit einem auf der Oberfläche gebildeten Fe&sub3;O&sub4;-Film, Fasern aus Kupfer oder Kupferlegierungen, Kupferfasern mit einem CuO-Film auf ihrer Oberfläche, Kohlefasern einer Endcalcinierungstemperatur von 1100ºC oder darunter, Steinwollefasern, Keramikfasern und Kaliumtitanatfasern. Normalerweise werden zwei oder mehrere dieser Faserarten gemeinsam verwendet. Vorzugsweise werden als Hauptkomponente Steinwollefasern, Stahlfasern, Kupferfasern oder Kohlenstoffasern einer Endcalcinierungstemperatur von 1100ºC oder darunter (d.h. solche, die noch nicht vollständig graphitisiert sind) verwendet. Von Glasfasern und Kaliumtitanatfasern werden solche mit einem Durchmesser in Submikrongrößenordnung oder darunter verwendet, sie sind jedoch nicht so gut geeignet, wie Asbestfasern (geeignet wären).
  • Sämtliche derartigen faserförmigen Verstärkungssubstrate werden gewünschtenfalls nach einer Oberflächenbehandlung mit dem eine Komponente des Bindemittelgemischs bildenden Cyanatesterharz verwendet. Andererseits können einige derselben zur Stabilisierung der Oberfläche vorzugsweise vorbehandelt werden. Hierbei handelt es sich dann um Stahlfasern mit einem auf ihrer Oberfläche gebildeten Fe&sub3;O&sub4;-Film oder Kupferfasern mit einem auf ihrer Oberfläche gebildeten CuO- Film.
  • Beispiele für den Steuerstoff für die Reibungsabnutzung sind Bariumsulfat, Graphit, Calciumcarbonat, Molybdändisulfid, Calciumfluorid, ein gehärtetes Harzpulver, z.B. BT-Harz staub, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Mullit, Pulver oder Schnipsel von Metallen, wie Kupfer, Messing, Bronze, Eisen, Zink und Zinn, sowie Metalloxide, wie Kupferoxid, Antimontrioxid, Zirkonoxid und Eisen(III)oxid. Diese Materialien werden in zur Gewährleistung bestimmter Funktionen, z.B. einer Stabilisierung der Reibungskoeffizienten bei niedrigen oder hohen Temperaturen, einer Verleihung von Abnutzungsbeständigkeit, einer Fadingverhinderung bei hohen Temperaturen und einer Reinigung der Scheibenoberfläche in beliebiger geeigneter Kombination ausgewählt.
  • Den BT-Harzstaub erhält man durch Aushärten eines Gemischs eines phenolmodifizierten aromatischer Kohlenwasserstoff/- Formaldehydharz-Novolak-Epoxyharzes und von BT-Harz, des durch Epoxidieren eines phenolmodifizierten aromatischer Kohlenwasserstoff/Formaldehydharz-Novolak-Expoxyharzes und BT-Harzes, des durch Epoxidieren eines phenolmodifizierten aromatischer Kohlenwasserstoff/Formaldehydharz-Novolaks, der durch Umsetzen eines aromatischer Kohlenwasserstoff/Formaldehyd-Harzes mit Phenol erhalten wurde, gebildeten phenolmodifizierten aromatischer Kohlenwasserstoff/Formaldehyd harz-Novolak-Epoxyharzes und anschließendes Zerkleinern des erhaltenen Härtungsprodukts.
  • Der erfindungsgemäße Reibungswerkstoff wird unter Verwendung der zuvor beschriebenen Komponente hergestellt.
  • Verfahren zur Herstellung umfassen im allgemeinen die Bereitstellung einer Masse für den Reibungswerkstoff durch gleichförmiges Vermischen der Komponenten mit Hilfe eines Mischers, eines Eirich-Mischers, eines Banbury-Mischers, eines Lödige-Mischers (vom Pflugschartyp), eines Henschel- Mischers oder irgendeiner sonstigen geeigneten Vorrichtung, Einfüllen der Masse in eine Form und dgl. der gewünschten Gestalt, Vor(aus)formen der Charge und (endgültiges) Ausformen der Vorform unter Erwärmen unter Druck. Wenn es auf die Berst- oder Bruchfestigkeit ankommt, bedient man sich eines Verfahrens, bei welchem ein bauschiger Strang als faserförmiges Verstärkungssubstrat verwendet, die sonstigen Komponenten zur Herstellung eines vorgeformten Garns daran zum Haften gebracht, das Garn durch spiralförmiges Weben in die gewünschte Form gebracht, die Charge vorgeformt, die Vorform in eine Form und dgl. gelegt, dann eine weitere Vorformung durchgeführt und schließlich die Vorform unter Erwärmen unter Druck (endgültig) ausgeformt werden. Ein weiteres durchführbares Verfahren besteht darin, das vorgeformte Garn auf eine Länge von weniger als einige cm zu schneiden und dann das Schnittprodukt als Formmaterial zu verwenden.
  • BEISPIELE
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand der Beispiele näher erläutert. Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Angaben "Teile" und "%" auf das Gewicht.
  • Beispiel 1
  • Eisenacetylacetonat (0,3 Teil) und Dicumylperoxid (0,5 Teil) wurden als Katalysatorsystem zu 100 Teilen eines Cyanat ester-Maleimid-Harzes (BT-2480, Mitsubishi Gas Chemical, Pulver von 120 mesh Teilchengröße) zugegeben. Die betreffenden Substanzen wurden in einer Kugelmühle einheitlich zerkleinert und gemischt, wobei eine Bindemittelmastercharge erhalten wurde.
  • Ein aromatisches Flüssigkristallpolyesterharz (ein aus p- Hydroxybenzoesäure, Hydrochinon, 2,6-Naphthalindicarbonsäure und N,N'-(4,4'-Diphenylether) bis-3,4-dicarboxyimidobenzoesäure hergestelltes Harz einer Schmelzbeginntemperatur von 310ºC) wurde in nicht-erschmolzenem Zustand einer stufenweisen Wärmebehandlung (290ºC/1 h + 310ºC/30 min + 330ºC/30 min) unterworfen. Dann wurde das wärmebehandelte Harz mittels einer Naßmühle vermahlen, entwässert und getrocknet, wobei eine fibrillierte Pulpe erhalten wurde.
  • Die folgenden Komponenten wurden zur Zubereitung einer Formmasse für ein Scheibenbremsenfutter verwendet.
  • *1: Pulver von 20 bis 100 mesh Teilchengröße, umfassend ein Härtungsprodukt eines phenolmodifizierten Xylol/Formaldehydharz-Novolak-Epoxy-Harz/BT-Harzes (7:3)
  • Die erhaltene Formmasse wurde bei einem Oberflächendruck von 50 kgf/cm² vorgeformt. Die erhaltene Vorform behielt ihre gewünschte Form während der nachfolgenden Maßnahmen, z.B. Überführung und Eintragen in die Form, bei.
  • Getrennt davon wurde ein Eisenblech ausgestanzt. Dessen Oberfläche wurde sandgestrahlt und mit einer Klebstoffschicht beaufschlagt. Das beschichtete Blech wurde in eine Form gelegt und mit der zuvor hergestellten Vorform abgedeckt. Das Ganze wurde dann 10 min bei einem Druck von 200 kgf/cm² und einer Temperatur von 175ºC formgepreßt. Der erhaltene Formling wurde entformt und dann nachgehärtet (180ºC/3 h + 270ºC/4 h) wobei ein Scheibenbremsenfutter erhalten wurde.
  • Das Scheibenbremsenfutter wurde auf den Reibungskoeffizienten und die Abnutzung hin getestet. Die Ergebnisse finden sich in den Tabellen 1 und 2.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Die Maßnahmen des Beispiels 1 wurden wiederholt, wobei jedoch anstelle der fibrillierten Pulpe des aromatischen Flüssigkristallpolyesterharzes eine fibrillierte Aramidfaserpulpe verwendet wurde.
  • Das erhaltene Scheibenbremsenfutter wurde entsprechend Beispiel 1 getestet. Die Ergebnisse finden sich in den Tabellen 1 und 2.
  • Beispiel 2
  • Die Maßnahmen des Beispiels 1 wurden wiederholt, wobei jedoch anstelle der fibrillierten Pulpe des aromatischen Flüssigkristallpolyesterharzes eine unschmelzbare fibrillierte Pulpe, die durch Schmelzkneten von 95 Teilen des aromatischen Flüssigkristallpolyesterharzes von Beispiel 1 und 5 Teilen Mesophasepech (Maruzen Petrochemical Co., Ltd., SP-C, H/C = 0,5 (Atomverhältnis)) bei 325ºC, Vermahlen des Systems zur Herstellung einer fibrillierten Pulpe und stufenweises Erwärmen der fibrillierten Pulpe von 280 bis 400ºC mit einer Temperaturzunahme von 10ºC in jeder Stufe von 10 min Stufendauer hergestellt worden war, verwendet wurde. Die Ergebnisse finden sich in den Tabellen 1 und 2.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Die Maßnahmen des Beispiels 1 wurden wiederholt, wobei jedoch anstelle der fibrillierten Pulpe des aromatischen Flüssigkristallpolyesterharzes eine fibrillierte Pulpe eines aromatischen Flüssigkristallpolyesterharzes mit einer Schmelzbeginntemperatur von 280ºC (Vectra A-950, Hoechst Celanese Corp.) verwendet wurde. Die Ergebnisse finden sich in Tabellen 1 und 2.
  • Beispiel 3
  • Eisenacetylacetonat (0,3 Teil) und Dicumylperoxid (0,5 Teil) wurden als Katalysatorsystem zu 100 Teilen eines Cyanatester-Maleimidharzes (BT-2480, Mitsubishi Gas Chemical; Pulver von 120 mesh Teilchengröße) zugegeben. Weiterhin wurden noch 20 Teile eines phenolmodifizierten Xylol/Formaldehydharz-Novolak-Epoxy-Harzes (TETRAD-G, Mitsubishi Gas Chemical) zugegeben. Die betreffenden Substanzen wurden in einer Kugelmühle gleichförmig zerkleinert und gemischt, um eine Bindemittelmastercharge herzustellen.
  • Die erhaltene Bindemittelmastercharge und die folgenden Komponenten wurden gleichförmig gemischt, um eine Formmasse für einen Reibungswerkstoff herzustellen.
  • Weiterhin wurden die folgenden Komponenten gleichförmig gemischt, um eine Formmasse für eine Wärmeisolierschicht herzustellen.
  • *²: vgl. Beispiel 1
  • Eine Form zur Bildung eines Vorformlings wurde mit 20 Teilen der erhaltenen Formmasse für die Wärmeisolierschicht und 80 Teilen der Formmasse für den Reibungswerkstoff beschickt. Danach wurde das Ganze bei einem Oberflächendruck von 50 kgf/cm² vorausgeformt.
  • Getrennt davon wurde ein Eisenblech ausgestanzt, einer Oberflächenbehandlung durch Sandstrahlen unterworfen und mit einem Klebstoff (Lösung einer Cyanatester/Maleimidharz-Klebemasse, BT-A304, erhältlich von Mitsubishi Gas Chemical) beschichtet. Der Überzug wurde getrocknet, wobei ein Eisenblech mit einer Klebstoffschicht erhalten wurde.
  • Das beschichtete Blech wurde in eine Form gelegt und mit der zuvor hergestellten Vorform bedeckt. Dabei war die Wärmeisolierschicht auf die Klebstoffschicht ausgerichtet. Das Ganze wurde dann 10 min bei einer Temperatur von 170ºC und einem Druck von 200 kgf/cm² formgepreßt. Der erhaltene Formling wurde entformt und dann 8 h in einem Ofen bei 230ºC nachgehärtet, wobei ein halbmetallisches Scheibenbremsenfutter erhalten wurde.
  • Das erhaltene Scheibenbremsenfutter wurde auf den Reibungskoeffizienten und die Abnutzung hin untersucht. Die Ergebnisse finden sich in den Tabellen 1 und 2.
  • Der Reibungskoeffizient wurde nach dem Testverfahren JIS D 4411 bestimmt.
  • Ein Abriebtest zur Bestimmung der Abnutzung wurde wie folgt durchgeführt: Ein Reibungswerkstoff für eine Bremse wurde unter Verwendung eines Scheibenrotorsatzes bei einer Temperatur von 550ºC unter den folgenden Bedingungen einem Bremstest unterworfen:
  • Trägheitsmoment: 5 kgf m s²
  • Anfangsbremsgeschwindigkeit: 160 km/h
  • Bremsverlangsamung: 0,6 G
  • Anzahl der Bremsvorgänge: 200
  • Danach wurden die Abriebtiefe des Reibungswerkstoffs gemessen und das Futter visuell bewertet. Tabelle 1
  • *1: Nach 48-stündiger Aufbewahrung bei 40ºC und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 95%.
  • *2: Es kommt teilweise zur Verflüssigung, was Anderungen im Wert bedingt. Tabelle 2
  • *1: Nach Durchführung des Abriebtests bei einer Scheibentemperatur von 550ºC.
  • *2: Ausbluten einer teerartigen Substanz.
  • Beispiel 4
  • Ein Strang eines scheinbaren Durchmessers von 3 mm, umfassend ein Bündel von mit einem Silankupplungsmittel behandelten E-Glasmonofilamenten eines Faserdurchmessers von 6 um wurde in eine 15%ige methanolische Lösung eines melaminmodifizierten Phenolharzes getaucht. Danach wurde der Strang 1 h bei 120ºC getrocknet, wobei ein vorimprägnierter Strang erhalten wurde.
  • NBR wurde in Toluol gelöst und mit einem melaminmodifizierten Phenolharz versetzt. Danach wurde das Gemisch in eine hochviskose Lösung einer Viskosität von 10.000 bis 20.000 cps überführt. Anschließend wurden ein Vulkanisiermittel mit Schwefel, Zinkoxid und einem Vernetzungsbeschleuniger (CZ) Bariumsulfat, Kohlenstoff und eine fibrillierte Pulpe eines aromatischen Flüssigkristallpolyesterharzes verknetet und gemischt.
  • Das erhaltene Gemisch wurde an dem zuvor hergestellten vorimprägnierten Strang zum Haften gebracht. Dann wurde der Strang mit Messingfasern umwickelt. Schließlich wurde das Gebilde zur Bildung eines vorgeformten Garns gründlich luftgetrocknet.
  • Die erhaltene Garnvorform wurde durch spiraliges Weben in Scheibenform angeordnet, in eine Form gelegt und unter Druck vor(aus)geformt. Danach wurde die Vorform 10 min bei einer Temperatur von 150ºC und einem Oberf lächendruck von 200 kgf/cm² ausge formt.
  • Der erhaltene Formling wurde entformt und in einem Heizofen 8 h bei 200ºC wärmebehandelt Beide Reibungsflächen des behandelten Produkts wurden poliert, um eine Kupplungsscheibe herzustellen.
  • Die erhaltene Kupplungsscheibe wurde einem Abriebtest unterworfen. Die Ergebnisse finden sich in Tabelle 3.
  • Die Kupplungsscheibe enthielt die folgenden Komponenten:
  • *2: Vgl. Beispiel 1
  • Vergleichsbeispiel 3
  • Die Maßnahmen des Beispiels 3 wurden wiederholt, wobei je doch anstelle der fibrillierten Pulpe des aromatischen Flüssigkristallpolyesterharzes eine fibrillierte Aramidharzpulpe verwendet wurde. Die Ergebnisse finden sich in Tabelle 3.
  • Beispiel 5
  • Ein Strang eines scheinbaren Durchmessers von 3 mm aus einem Bündel von mit einem Silankupplungsmittel behandelten E- Glasmonofilamenten mit einem Faserdurchmesser von 6 um und eine fibrillierte Pulpe eines aromatischen Flüssigkristallpolyesterharzes wurden zusammengefacht.
  • Der bauschige Strang wurde in eine 10%ige Lösung eines Cyanatester-Maleimidharzes, umfassend 2,2-Bis (4-cyanatophenyl)propan und N,N'-Bismaleimidophenylmethan (95:5) (im folgenden als "BT-20608" bezeichnet) in Methylethylketon getaucht und danach 30 min bei 120ºC getrocknet, um einen vorimprägnierten Strang herzustellen.
  • Bariumsulfat, Kohle und BT-Harzstaub wurden zu BT-20608 zugegeben, um eine hochviskose Lösung einer Konzentration von 80% zuzubereiten. Die erhaltene Lösung wurde an dem zuvor hergestellten vorimprägnierten Strang zum Haften gebracht, worauf der Strang 15 min bei 140ºC getrocknet wurde. Um den Strang wurden Messingfasern eines Durchmessers von 0,2 mm gewickelt, worauf das Ganze zur Bildung einer Garnvorform eines Durchmessers von etwa 4,0 mm gründlich luftgetrocknet wurde.
  • Die erhaltene Garnvorform wurde durch spiraliges Weben in Scheibenform angeordnet, in eine Form gelegt und unter Druck vor(aus)geformt. Danach wurde Vorform 15 min lang bei einer Temperatur von 180ºC und einem Oberf lächendruck von 200 kgf/cm² ausge formt.
  • Der erhaltene Formling wurde entformt und in einem Heizofen stufenweise (150ºC/1 h + 240ºC/6 h) wärmebehandelt Beide Reibungsflächen des behandelten Produkts wurden poliert, um eine Kupplungsscheibe herzustellen.
  • Die Kupplungsscheibe enthielt die folgenden Komponenten:
  • *2: Vgl. Beispiel 1
  • Die erhaltene Kupplungsscheibe wurde einem Abriebtest unterworfen. Die Ergebnisse finden sich in Tabelle 3. Tabelle 3
  • *¹: Nach 48-stündiger Aufbewahrung bei 40ºC und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 95%
  • *²: x10&supmin;&sup7; cm³ kgf&supmin;¹ m&supmin;¹
  • Die vorhergehende detaillierte Beschreibung und die Beispiele haben gezeigt, daß der erfindungsgemäße Reibungswerkstoff eine fibrillierte Pulpe eines aromatischen Flüssigkristall polyesterharzes benutzt. Er besitzt somit eine hervorragende Affinität zu dem Harzbindemittel, eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und hervorragende sonstige Eigenschaften, z.B. eine geringe Wasserabsorption und minimale Defekte einschließlich einer Blasenbildung infolge Feuchtigkeitsab sorption beim Erwärmen während der Temperaturerhöhung. Er besitzt ferner eine hervorragende (Vor)formhaltigkeit. Folglich ist er von überragender industrieller Bedeutung.

Claims (7)

1. Reibungswerkstoff, umfassend ein organisches faserförmiges Verstärkungssubstrat oder sowohl ein organisches als auch ein anorganisches faserförmiges Verstärkungs substrat mit Ausnahme von Asbest, ein Bindemittel und einen Steuerstoff für die Reibungsabnutzung, wobei das organische faserförmige Verstärkungssubstrat eine fibrillierte Pulpe eines aromatischen Flüssigkristall polyesterharzes als Hauptkomponente umfaßt.
2. Reibungswerkstoff nach Anspruch 1, wobei die fibrillierte Pulpe einen Schmelzpunkt von 330ºC oder darüber aufweist.
3. Reibungswerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, wobei die fibrillierte Pulpe eine Form aufweist, in der zahlreiche Faserverzweigungen eines Durchmessers von 0,1 bis 10 um von Stammfasern einer Länge von 015 bis 5 mm und eines Durchmessers von 5 bis 50 um abzweigen.
4. Reibungswerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Menge der verwendeten Pulpe 70 bis 100% des organischen faserförmigen Verstärkungssubstrats ausmacht.
5. Reibungswerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die fibrillierte Pulpe des aromatischen Flüssigkristallpolyesterharzes eine durch Wärmebehandeln erhöhte Schmelzbeginntemperatur aufweist.
6. Reibungswerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die fibrillierte Pulpe des aromatischen Flüssigkristallpolyesterharzes unschmelzbar gemacht wurde.
7. Reibungswerkstoff nach Anspruch 6, wobei die fibrillierte Pulpe durch Wärmebehandeln einer Masse, umfassend das aromatische Flüssigkristallpolyesterharz und 2 bis 10 Gew.-% Pech eines Verhältnisses Wasserstoffatom/Kohlenstoffatom von 0,4 bis 0,9, zum Unschmelzbarmachen des aromatischen Flüssigkristallpolyesterharzes hergestellte Fasern umfaßt.
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