-
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.