EP4363738A1 - Garniture de friction à sec monocouche - Google Patents

Garniture de friction à sec monocouche

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Publication number
EP4363738A1
EP4363738A1 EP22737453.5A EP22737453A EP4363738A1 EP 4363738 A1 EP4363738 A1 EP 4363738A1 EP 22737453 A EP22737453 A EP 22737453A EP 4363738 A1 EP4363738 A1 EP 4363738A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fibers
friction lining
weight
friction
fillers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22737453.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Isabelle Alix
Kevin FOUYER
Philippe Perret
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Materiaux de Friction SAS
Original Assignee
Valeo Materiaux de Friction SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Materiaux de Friction SAS filed Critical Valeo Materiaux de Friction SAS
Publication of EP4363738A1 publication Critical patent/EP4363738A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D69/02—Composition of linings ; Methods of manufacturing
    • F16D69/025—Compositions based on an organic binder
    • F16D69/026—Compositions based on an organic binder containing fibres
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D13/00—Friction clutches
    • F16D13/58—Details
    • F16D13/60—Clutching elements
    • F16D13/64—Clutch-plates; Clutch-lamellae

Definitions

  • the present invention relates to a single-layer dry friction lining for a motor vehicle clutch device.
  • the friction lining according to the invention can thus in particular be implemented in dry transmissions such as a double dry clutch, clutch for manual transmission or robotic gearbox (AMT).
  • AMT robotic gearbox
  • a motor vehicle clutch operating dry generally comprises a friction disc bearing on each of its faces friction linings fixed to a possibly common support.
  • the support is fixed to a splined hub in mesh with an input shaft of a gearbox.
  • a torsion damper is generally interposed between the friction lining support(s) and the splined hub.
  • a progressive device is conventionally placed between the two friction linings.
  • the friction disc is, in service, placed between, on the one hand, a reaction plate connected directly or indirectly to the crankshaft of the engine of the vehicle and, on the other hand, a pressure plate of a clutch mechanism comprising a cover connected to the reaction plate and an annular diaphragm, axially urging the pressure plate which is connected in rotation to the cover while being able to move axially with respect to the latter in a limited manner.
  • a friction lining must make it possible to transmit a torque from the engine to the gearbox and vice versa.
  • the packing must have good mechanical resistance under different stresses, radial, axial, circumferential, with or without shearing of the materials under load and with or without thermal stresses and good thermal resistance, that is to say resist mechanically after thermal damage, not losing its ability to rub (no slippage) at high temperature.
  • a friction lining must have a relatively high and homogeneous coefficient of friction on the surface of the friction lining to transmit engine torque to the gearbox.
  • a friction lining must also have good wear resistance, i.e. its coefficient of friction must also remain substantially constant over the length of clutch life (at least after an initial break-in stage). The thickness of the friction lining should not vary too much during the life of the clutch either.
  • friction materials are composite materials, they will wear out during shift cycles at the interface of the cast iron counter-materials.
  • materials that do not contain asbestos an abrasive effect of glass fibers on cast iron is known. This aggressiveness can lead to vibratory phenomena making engagements unpleasant.
  • This is particularly important for dry double clutch friction linings which therefore require friction materials with a high level of comfort given the automatic control of the gearbox. This level of comfort must be stable over time, that is to say throughout the duration of use of the materials in the clutch.
  • a thermal safety exists, controlled by the control software of the gearbox, the friction materials must therefore have thermal stability at higher temperatures.
  • the invention aims to propose a friction lining which makes it possible to solve the aforementioned problems.
  • the subject of the invention is a single-layer dry friction lining for a motor vehicle clutch device, comprising:
  • thermosetting resin - 45 to 55% by weight relative to the total weight of the lining of a reactive material, said material comprising a thermosetting resin, rubber and lubricating fillers,
  • a fibrous base material comprising glass fibers, organic fibers and metal fibers.
  • said filling having a mass ratio between the organic fibers and the glass fibers of between 0.05 and 0.25, preferably between 0.1 and 0.2, wherein the metal fibers are copper fibers present in a percentage by weight of between 1 and 10%, preferably between 5 and 10% by weight relative to the total weight of the lining.
  • the friction lining according to the invention thus makes it possible, thanks to a specific mass ratio between the organic fibers and the glass fibers associated with a specific quantity of copper fibers, to obtain improved thermal, mechanical and comfort performance.
  • Such a combination thus leads to an improvement in the thermal resistance in use and in the mechanical resistance, in particular after thermal abuse, in the level of friction, a stabilization of the level of comfort after wear and a limitation of the aggressiveness of the material vis-à-vis screws against materials.
  • the present invention also relates to a clutch device for a motor vehicle comprising a friction lining according to the present invention.
  • FIG. 1 represents the mechanical resistance (revolutions per minute before breaking) as a function of the mass ratio between the organic fibers and the glass fibers of three friction linings.
  • FIG. 2 represents the ability to transfer torque under severe conditions with high loads, namely stress on a slope with an unladen trailer (hill start).
  • FIG. 3 represents the evolution of the excitation coefficient as a function of the temperature of two friction linings.
  • FIG. 4 represents the mechanical resistance (revolutions per minute before breaking) as a function of the mass ratio between the organic fibers and the glass fibers of three friction linings.
  • FIG. 5 represents the ability to transfer torque under severe conditions with high loads, namely stress on a slope with an unladen trailer (hill start).
  • FIG. 6 represents the evolution of the excitation coefficient as a function of the temperature of three friction linings. In the present invention, unless otherwise indicated, all the (%) indicated are percentages (%) by weight relative to the total weight of the friction lining.
  • thermal abuse is meant to describe a lining after stressing up to 360° C. for 3 hours. This corresponds to a temperature at which the organic binders of a friction lining can be damaged by breaking chemical bonds and reduce the centrifugation resistance of the materials.
  • any interval of values designated by the expression "between a and b" means the range of values going from a to b (i.e. including the strict limits a and b).
  • the friction lining according to the present invention has a mass ratio between the organic fibers and the glass fibers, that is to say the mass of the organic fibers divided by the mass of the glass fibers, of between 0.05 and 0 .25, preferably between 0.1 and 0.2.
  • the fibrous base material includes glass fibers, organic fibers and metal fibers. These fibers are continuous threads and ensure resistance to centrifugal force and provide the thermal properties of the material. By continuous fibers, we mean fibers having essentially discontinuities only at the ends of the yarn.
  • the organic fibers are chosen from the group consisting of polyacrylonitrile (PAN), cellulose, aramid, hemp, flax fibers and mixtures thereof.
  • the organic fibers consist of polyacrylonitrile fibers.
  • the friction lining is free of carbon fibers.
  • carbon fibers have a relatively high cost and degrade friction at high temperature.
  • Carbon fibers is understood to denote, within the meaning of the present invention, fibers which consist only of carbon. A carbon fiber is therefore different from a fiber comprising carbon, as can be the organic fibers chosen from the group consisting of fibers of polyacrylonitrile (PAN), cellulose, aramid, hemp, flax and their mixtures.
  • the glass fibers can be roving and/or textured.
  • the fibers are said to be of the Roving type when they are grouped together in the form of a strand by sizing. Textured or volumized fibers are derived from Roving fibers by opening part of their volume, by injecting air. This has the effect of allowing better impregnation of the fibers towards the core or the core with the matrix (here the reagent containing the resins, rubber and fillers).
  • the glass fibers are present in the friction lining in a percentage by weight of between 30 and 45% relative to the total weight of the lining, preferably strictly greater than 30%.
  • the glass fibers have a linear density of between 600 and 2500 tex.
  • the organic fibers have a linear density of between 400 and 800 tex, preferably about 600 tex.
  • the copper fibers have a section between 100 and 200 ⁇ m.
  • the friction lining has an apparent density or hydrostatic density in a solvent such as water, of between 1.7 and 1.85 g/cm 3 .
  • the thermosetting resin is phenolic resin, for example of the novolac type, and/or melamine formaldehyde.
  • a high molecular weight resin will be used, that is to say from 2000 to 6000 g/mol.
  • the rubber latex is of the nitrile-butadiene (NBR) type and can be carboxylated or non-carboxylated.
  • NBR nitrile-butadiene
  • the resin, the rubber and the lubricating fillers are present in an amount by weight of between 35 and 45% relative to the total weight of the lining.
  • the reactive material further comprises resin, rubber and lubricating fillers, a vulcanization catalyst and other fillers.
  • the vulcanization catalyst is sulfur or zinc oxide.
  • the other fillers are advantageously chosen from so-called “friction” fillers.
  • such fillers may be chosen from carbon black, barium sulphate, activated carbon, kaolin, hollow microspheres (in particular glass) or calcium carbonate.
  • the lubricating fillers consist of mineral fillers and/or graphite according to a percentage by weight of between 3 and 10% relative to the total weight of the lining, preferably between 3 and 8%.
  • the fibrous base material is impregnated by the reactive material which can also be called aqueous cement i.e. the impregnating cement penetrates the space between the different fibers of a yarn, around the fibers, around a strand of fibers and/or at the heart of said fibers.
  • the mineral lubricating fillers consist of sulphides of metals preferably chosen from the group consisting of iron sulphide, copper sulphide, zinc sulphide, molybdenum disulphide, tin sulphide, tin disulphide and mixtures thereof.
  • the graphite is for example synthetic or natural graphite.
  • the graphite represents between 30 and 100% by weight of the lubricating filler.
  • the lubricating fillers have different densities, the ratio of mass fraction of lubricating fillers between the least dense filler and the most dense filler being between 0.6 and 4.
  • the use of lubricating fillers of different densities makes it possible to to balance and stabilize the performance of the friction material in hot lubrication, and thus avoid vibratory phenomena causing discomfort. This has the added effect of providing the friction material with increased resistance to friction and wear.
  • the mass fraction ratio between the least dense filler and the most dense filler is understood to mean the quotient of the mass fraction of the least dense lubricating filler divided by the mass fraction of the most dense lubricating filler. dense.
  • a mass fraction ratio of the lubricating fillers between the least dense filler and the most dense filler lying within the specified range has the effect of distributing the lubricating fillers homogeneously in composition within the reactive material.
  • each charge is evenly distributed inside the reactive material.
  • the reactive material makes it possible to produce a friction material capable of regulating the vibrations in a balanced and stable manner in hot lubrication.
  • the mass fraction ratio of lubricating fillers between the least dense filler and the densest filler is greater than or equal to 1.25, preferably greater than or equal to 1.3, preferably less than or equal to 3, of preferably less than or equal to 2, preferably less than or equal to 1.8, preferably equal to 1.6.
  • the ratio of the mass fraction of the lubricating fillers between the graphite and the mineral fillers is greater than or equal to 1 and less than or equal to 3.
  • the mass fraction ratio of the lubricating fillers between the graphite and the densest mineral filler is higher or equal to 0.65 and less than or equal to 1, preferably equal to 0.8.
  • the particle size of the lubricating fillers is greater than or equal to 5 ⁇ m and less than or equal to 30 ⁇ m.
  • each lubricating filler defined by its chemical composition is made up of grains of variable diameter.
  • the median diameter of the grains has a diameter greater than or equal to 5 ⁇ m and less than or equal to 30 ⁇ m.
  • a fine grain size gives the friction material better abrasion resistance due to an increased contact surface between the grains and the rubber.
  • the particle size of the lubricating fillers is less than or equal to 20 ⁇ m.
  • the density of the lubricating fillers is greater than or equal to 2 and less than or equal to 8.
  • the reactive material can comprise one or more additives, for example at least one surfactant and/or at least one thickener.
  • a surfactant can be of the anionic type, for example a sodium, potassium or ammonium polyphosphate, or a sodium, potassium or ammonium sulphonate, or a sodium, potassium or ammonium sulphate.
  • a surfactant can be of the nonionic type, for example a polyacrylate or a polyvinylalcohol.
  • a thickener can include cellulose or calcium silicate.
  • the cellulose may be of the colloidal microcrystalline cellulose type.
  • the friction lining comprises (the % are given by weight relative to the total weight of the lining):
  • a reactive material comprising:
  • compositions of the fillings are expressed in percentage by weight, the % are given by weight based on the total weight of the filling.
  • the mass ratio between the polyacrylonitrile fibers and the glass fibers will be indicated by R ac / Mv.
  • Example 1 Comparative example relating to a packing whose ratio is outside of the claimed range (comparative example A1) and two fillings with the ratio RM ⁇ /M Y in the range of the present invention (example according to the invention B2 and B3)
  • the friction materials have the compositions given in the following table 1.
  • the reactive material comprising a mixture of phenolic and melamine/formaldehyde resin, NBR rubber, lubricating fillers and friction fillers is identical in the three examples and present according to a percentage by weight comprised between 45 and 55%.
  • Figures 1 and 4 represent the mechanical strength (revolutions per minute before rupture) as a function of the mass ratio between the polyacrylonitrile fibers and the glass fibers.
  • the friction linings B2 and B3 have improved mechanical strength compared to A1.
  • the tests carried out show that the friction linings (external diameter of 240mm, internal diameter of 160mm and thickness of 3.7 mm) according to the present invention burst after being heated to 200° C. after having reached 12,800 revolutions/min (B3) and 13,400 revolutions/min (B2) against 12,000 revolutions/min for the lining A1.
  • the composition of the materials makes it possible to maintain this level of resistance after stress at higher temperatures, in particular after thermal abuse.
  • Figures 2 and 5 represent the ability to transfer torque under severe conditions with high loads, namely stress on a slope with an empty trailer (hill start) as a function of the mass ratio between the polyacrylonitrile fibers and the glass fibers.
  • the friction materials are subjected to energy cycles simulating 12% hill starts.
  • the test begins with a phase of 300 running-in cycles at low surface energy (9KJ, 100°C), followed by a first test with x start-up cycles on a slope (each cycle lasts 60s with a surface energy of 101 kJ) until to slip (i.e.
  • Figures 3 and 6 represent the excitation coefficient (in N.m.s) as a function of temperature (°C).
  • a first phase of 100 cycles during which, for each cycle, an energy of 35kJ is brought to the material in continuous sliding with a temperature rise of 40 to 350°C is carried out (with 3 cycles per minute ).
  • the graph is the maximum value of all excitation points measured during the first phase.
  • trim B3 improves comfort with a negative excitation coefficient up to 350°C, while trim A1 is a source of vibration when the temperature exceeds 310°C.
  • Example 2 Comparative example relating to two fillings with a leather content which is outside the claimed range (comparative example C1 and C2) and the filling B2
  • the friction materials have the compositions given in Table 3 below.
  • the reactive material comprising a mixture of phenolic and melamine/formaldehyde resin, NBR rubber and lubricating fillers is identical in Examples B2 and C2 and present in a percentage by weight of between 45 and 55%.
  • C1 differs from B2 and C2, by the absence of lubricating fillers in the reactive material and of an SBR type rubber.
  • the friction lining B2 has improved mechanical strength compared to C1 and C2. Indeed, the tests carried out show that the friction linings outside the present invention burst after being heated to 200° C. after having reached 10,300 rpm (C1) and 11,300 rpm (C2) against 13,400 revolutions/min for seal B2
  • Figure 5 shows that for a material loaded with copper C2, the replacement of the reactive material has made it possible to greatly improve the thermal resistance of the material but the compromise is to be found between the properties of comfort, mechanical resistance and thermal resistance. .
  • An improved level of thermal resistance is obtained with B2 containing less copper, compared to C1.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne une garniture de friction à sec monocouche pour dispositif d'embrayage pour véhicule automobile, comprenant : - un matériau réactif à base d'une résine thermodurcissable, de caoutchouc et de charges lubrifiantes, selon un pourcentage en poids compris entre 45 et 55% par rapport au poids total de la garniture, - un matériau de base fibreux comprenant des fibres de verre, des fibres organiques et des fibres métalliques. ladite garniture présentant un ratio massique entre les fibres organiques et les fibres de verre compris entre 0,05 et 0,25, de préférence entre 0,1 et 0,2, les fibres métalliques sont des fibres de cuivre présentes selon un pourcentage en poids compris entre 1 et 10%, de préférence entre 5 et 10% en poids par rapport au poids total de la garniture.

Description

Description
Titre de l'invention : Garniture de friction à sec monocouche
La présente invention concerne une garniture de friction à sec monocouche pour dispositif d’embrayage pour véhicule automobile. La garniture de friction selon l’invention peut ainsi notamment être mise en oeuvre dans les transmissions à sec telles qu’un double embrayage à sec, embrayage pour transmission manuelle ou boite robotisée (AMT).
Un embrayage de véhicule automobile fonctionnant à sec comprend, d’une manière générale, un disque de friction portant sur chacune de ses faces des garnitures de friction fixées à un support éventuellement commun. Le support est fixé à un moyeu cannelé en prise avec un arbre d’entrée d’une boîte de vitesses. Un amortisseur de torsion est, en général, intercalé entre le ou les supports des garnitures de friction et le moyeu cannelé. En outre, un dispositif de progressivité est classiquement placé entre les deux garnitures de friction.
Le disque de friction est, en service, placé entre, d’une part, un plateau de réaction relié directement ou indirectement au vilebrequin du moteur du véhicule et, d’autre part, un plateau de pression d’un mécanisme d’embrayage comportant un couvercle relié au plateau de réaction et un diaphragme annulaire, sollicitant axialement le plateau de pression qui est relié en rotation au couvercle tout en pouvant se déplacer axialement par rapport à celui-ci de manière limitée.
En position embrayée, les garnitures du disque de friction sont serrées entre le plateau de réaction et le plateau de pression, de sorte que le couple de rotation du moteur thermique est transmis à l’arbre d’entrée de boîte de vitesses.
Une garniture de friction doit permettre de transmettre un couple du moteur vers la boîte de vitesses et réciproquement. Pour ce faire, la garniture doit avoir une bonne résistance mécanique sous différentes contraintes, radiales, axiales, circonférentielles, avec ou sans cisaillement des matériaux sous charge et avec ou sans contraintes thermiques et une bonne résistance thermique, c’est-à-dire résister mécaniquement après un endommagement thermique, ne pas perdre sa capacité à frotter (pas de patinage) à haute température. En outre, une garniture de friction doit présenter un coefficient de frottement relativement élevé et homogène sur la surface de la garniture de friction pour transmettre un couple moteur vers la boîte de vitesses. Une garniture de friction doit aussi avoir une bonne résistance à l’usure, c’est-à-dire que son coefficient de frottement doit également rester sensiblement constant sur la longueur de la durée de vie de l’embrayage (tout du moins après une étape initiale de rodage). L’épaisseur de la garniture de frottement ne doit pas varier de manière trop importante non plus durant la durée de vie de l’embrayage.
En outre, les matériaux de friction étant des matériaux composites, ils vont s’user lors des cycles de passage de vitesse à l’interface des contre-matériau en fonte. Pour les matériaux ne contenant pas d’amiante, il est connu un effet abrasif des fibres de verre sur la fonte. Cette agressivité peut conduire à des phénomènes vibratoires rendant les engagements désagréables. Cela est particulièrement important pour les garnitures de friction de double embrayage à sec qui requièrent donc des matériaux de friction avec un niveau de confort élevé compte tenu du pilotage automatique de la boite de vitesses. Ce niveau de confort doit être stable dans le temps, c’est-à-dire dans toute la durée d’utilisation des matériaux dans l’embrayage. Dans les doubles embrayages, une sécurité thermique existe, pilotée par le logiciel de pilotage de la boite de vitesses, les matériaux de friction doivent donc avoir une stabilité thermique à des températures plus élevées.
Il est connu de l’art antérieur d’utiliser dans une garniture de friction un mélange de fibres de verre, de fibres organiques et de fibres de cuivre. Le document EP0183335 divulgue par exemple une telle composition. Il a été cependant constaté que de telles formulations ne permettent pas d’obtenir une garniture de friction présentant une tenue mécanique satisfaisante.
L'invention vise à proposer une garniture de friction permettant de résoudre les problèmes précités.
A cet effet, l'invention a pour objet une garniture de friction à sec monocouche pour dispositif d’embrayage pour véhicule automobile, comprenant :
- 45 à 55% en poids par rapport au poids total de la garniture d’un matériau réactif, ledit matériau comprenant une résine thermodurcissable, du caoutchouc et des charges lubrifiantes,
- un matériau de base fibreux comprenant des fibres de verre, des fibres organiques et des fibres métalliques. ladite garniture présentant un ratio massique entre les fibres organiques et les fibres de verre compris entre 0,05 et 0,25, de préférence entre 0,1 et 0,2, dans lequel les fibres métalliques sont des fibres de cuivre présentes selon un pourcentage en poids compris entre 1 et 10%, de préférence entre 5 et 10% en poids par rapport au poids total de la garniture.
La garniture de friction selon l’invention permet ainsi grâce à un ratio massique spécifique entre les fibres organiques et les fibres de verre associé à une quantité spécifique de fibres de cuivre d’obtenir des performances thermiques, mécaniques et de confort améliorées.
Une telle association entraîne ainsi une amélioration de la résistance thermique en utilisation et de la résistance mécanique, notamment après abus thermique, du niveau de frottement, une stabilisation du niveau de confort après usure et une limitation de l’agressivité du matériau vis-à-vis des contre matériaux.
La présente invention a également pour objet un dispositif d’embrayage pour véhicule automobile comprenant une garniture de friction selon la présente invention.
L’invention ainsi que ses avantages seront aisément compris à la lumière de la description et des exemples de réalisation qui suivent. [Fig. 1] représente la résistance mécanique (tours par minute avant rupture) en fonction du ratio massique entre les fibres organiques et les fibres de verre de trois garnitures de friction.
[Fig. 2] représente la capacité à passer du couple dans des conditions sévères avec des charges élevées à savoir contrainte pente avec une remorque à vide (démarrage en côte). [Fig. 3] représente l’évolution du coefficient d’excitation en fonction de la température de deux garnitures de friction.
[Fig. 4] représente la résistance mécanique (tours par minute avant rupture) en fonction du ratio massique entre les fibres organiques et les fibres de verre de trois garnitures de friction. [Fig. 5] représente la capacité à passer du couple dans des conditions sévères avec des charges élevées à savoir contrainte pente avec une remorque à vide (démarrage en côte).
[Fig. 6] représente l’évolution du coefficient d’excitation en fonction de la température de trois garnitures de friction. Dans la présente invention, sauf indication contraire, tous les (%) indiqués sont des pourcentages (%) en poids par rapport au poids total de la garniture de friction.
Dans le cadre de la présente invention, par abus thermique on entend décrire une garniture après une sollicitation jusqu’à 360°C pendant 3h. Cela correspond à une température à laquelle les liants organiques d’une garniture de friction peuvent être endommagés par rupture de liaisons chimiques et réduire la résistance en centrifugation des matériaux.
D’autre part, tout intervalle de valeurs désigné par l’expression « entre a et b » signifie le domaine de valeurs allant de a jusqu’à b (c’est-à-dire incluant les bornes strictes a et b).
La garniture de friction selon la présente invention présente un ratio massique entre les fibres organiques et les fibres de verre, c’est-à-dire la masse des fibres organiques divisée par la masse des fibres de verre, compris entre 0,05 et 0,25, de préférence entre 0,1 et 0,2.
Le matériau de base fibreux comprend des fibres de verre, des fibres organiques et des fibres métalliques. Ces fibres sont des fils continus et permettent d’assurer la résistance à la force centrifuge et d’apporter les propriétés thermiques du matériau. Par fibres continues, on entend des fibres ne présentant essentiellement des discontinuités qu’aux extrémités du fil.
Avantageusement, les fibres organiques sont choisies parmi le groupe constitué des fibres de polyacrylonitrile (PAN), de cellulose, d’aramide, de chanvre, de lin et de leurs mélanges. De préférence, les fibres organiques sont constituées par des fibres de polyacrylonitrile. Avantageusement, la garniture de friction est exempte de fibres de carbone. En effet, les fibres de carbone présentent un coût relativement élevé et dégradent le frottement à haute température. « Par fibres de carbone », on entend désigner au sens de la présente invention, les fibres qui ne sont constituées que de carbone. Une fibre de carbone est donc différente d’une fibre comprenant du carbone comme peuvent l’être les fibres organiques choisies parmi le groupe constitué des fibres de polyacrylonitrile (PAN), de cellulose, d’aramide, de chanvre, de lin et de leurs mélanges.
Les fibres de verre peuvent être de type Roving et/ou texturées. Les fibres sont dites de type Roving quand elles sont groupées ensemble sous forme de toron par ensimage. Les fibres texturées ou voluminisées sont dérivées des fibres Roving par ouverture d’une partie de leur volume, par injection d’air. Ceci a pour effet de permettre une meilleure imprégnation des fibres vers le cœur ou l’âme avec la matrice (ici le réactif contenant les résines, caoutchouc et charges). Avantageusement, les fibres de verre sont présentes dans la garniture de friction selon un pourcentage en poids compris entre 30 et 45% par rapport au poids total de la garniture, de préférence strictement supérieur à 30%.
Avantageusement, les fibres de verres ont une masse linéique comprise entre 600 et 2500 tex. Les fibres organiques ont une masse linéique comprise entre 400 et 800 tex, de préférence environ 600 tex. Les fibres de cuivre présentent une section comprise entre 100 et 200pm.
Avantageusement, la garniture de friction présente une masse volumique apparente ou densité hydrostatique dans un solvant tel que l’eau, compris entre 1 ,7 et 1 ,85g/cm3. Avantageusement, la résine thermodurcissable est résine phénolique, par exemple de type novolaque, et/ou mélamine formaldéhyde. De préférence, on utilisera une résine à haut poids moléculaire, c’est-à-dire de 2000 à 6000 g/mol.
Avantageusement, le latex de caoutchouc est de type nitrile-butadiène (NBR) et peut être carboxylé ou non carboxylé. Avantageusement, dans la garniture de friction la résine, le caoutchouc et les charges lubrifiantes sont présentes en une quantité en poids comprise entre 35 et 45% % par rapport au poids total de la garniture.
Avantageusement, le matériau réactif comprend en plus de la résine, du caoutchouc et des charges lubrifiantes, un catalyseur de vulcanisation et d’autres charges. Typiquement, le catalyseur de vulcanisation est le souffre ou l’oxyde de zinc. Les autres charges sont avantageusement choisies parmi les charges dites « de friction ». A titre d’exemple, de telles charges pourront être choisies parmi le noir de carbone, le sulfate de baryum, le charbon actif, le kaolin, les microsphères creuses (en verre en particulier) ou le carbonate de calcium. Avantageusement, les charges lubrifiantes consistent en des charges minérales et/ou du graphite selon un pourcentage en poids compris entre 3 et 10% par rapport au poids total de la garniture, de préférence entre 3 et 8%.
Ainsi, dans le matériau de friction, le matériau de base fibreux est imprégné par le matériau réactif que l’on peut également appeler ciment aqueux c’est-à-dire que le ciment d’imprégnation pénètre dans l’espace entre les différentes fibres d’un fil, autour des fibres, autour d’un toron de fibres et/ou au cœur desdites fibres. Avantageusement, les charges lubrifiantes minérales consistent en des sulfures de métaux de préférence choisis parmi le groupe constitué de sulfure de fer, sulfure de cuivre, sulfure de zinc, bisulfure de molybdène, sulfure d’étain, bisulfure d’étain et leurs mélanges.
Avantageusement, le graphite est par exemple du graphite synthétique ou naturel.
Typiquement le graphite représente entre 30 et 100% en poids de la charge lubrifiante.
Avantageusement, les charges lubrifiantes sont de densité différente, le rapport de fraction massique de charges lubrifiantes entre la charge la moins dense et la charge la plus dense étant compris entre 0,6 et 4. L’utilisation de charges lubrifiantes de densité différentes permet d’équilibrer et de stabiliser les performances du matériau de friction en lubrification à chaud, et ainsi éviter des phénomènes vibratoires à l’origine de l’inconfort. Cela a pour effet supplémentaire de fournir au matériau de friction une résistance au frottement et à l’usure accrue.
Au sens de l’invention, on entend par rapport de fraction massique entre la charge la moins dense et la charge la plus dense le quotient de la fraction massique de la charge lubrifiante la moins dense divisée par la fraction massique de la charge lubrifiante la plus dense. Un rapport de fraction massique des charges lubrifiantes entre la charge la moins dense et la charge la plus dense se situant dans la gamme spécifiée a pour effet de répartir les charges lubrifiantes de manière homogène en composition au sein du matériau réactif.
Les performances des charges lubrifiantes agissant dans différentes plages de température se chevauchent. De plus, chaque charge est répartie de manière homogène à l’intérieur du matériau réactif. Ainsi, le matériau réactif permet de réaliser un matériau de friction capable de réguler les vibrations de manière équilibrée et stable en lubrification à chaud.
De préférence, le rapport de fraction massique de charges lubrifiantes entre la charge la moins dense et la charge la plus dense est supérieur ou égal à 1 ,25 de préférence supérieur ou égal à 1 ,3, de préférence inférieur ou égal à 3, de préférence inférieur ou égal à 2, de préférence inférieur ou égal à 1 ,8, de préférence égal à 1 ,6.
De préférence, le rapport de fraction massique des charges lubrifiantes entre le graphite et les charges minérales c’est-à-dire le quotient de la fraction massique du graphite divisée par la fraction massique de charges minérales est supérieur ou égal à 1 et inférieur ou égal à 3. De préférence, le rapport de fraction massique des charges lubrifiantes entre legraphite et la charge minérale la plus denses c’est-à-dire le quotient de la fraction massique du graphite divisée par la fraction massique de la charge minérale la plus dense, est supérieur ou égal à 0,65 et inférieur ou égal à 1 , de préférence égal à 0,8.
Selon un mode de réalisation, la granulométrie des charges lubrifiantes, définie par leur diamètre médian, est supérieure ou égale à 5 pm et inférieure ou égale à 30 pm. En d’autres termes, chaque charge lubrifiante définie par sa composition chimique est constituée de grains de diamètre variable. Le diamètre médian des grains a un diamètre supérieur ou égal à 5 pm et inférieur ou égal à 30 pm.
En effet, à composition massique égale, une granulométrie fine confère au matériau de friction une meilleure résistance à l’abrasion en raison d’une surface de contact accrue entre les grains et le caoutchouc.
De préférence, la granulométrie des charges lubrifiantes est inférieure ou égale à 20 pm.
Selon certains modes de réalisation, la densité des charges lubrifiantes est supérieure ou égale à 2 et inférieure ou égale à 8.
Selon certains modes de réalisation, le matériau réactif peut comprendre un ou plusieurs additifs, par exemple au moins un agent surfactant et/ou au moins un épaississant.
Un agent surfactant peut être de type anionique, par exemple un polyphosphate de sodium, de potassium ou d’ammonium, ou un sulfonate de sodium, de potassium ou d’ammonium, ou un sulfate de sodium, de potassium ou d’ammonium. Un agent surfactant peut être de type non ionique, par exemple un polyacrylate ou un polyvinylalcool.
Un épaississant peut comprendre de la cellulose ou du silicate de calcium. La cellulose peut être de type cellulose microcristalline colloïdale.
Avantageusement, la garniture de friction comprend (les % sont donnés en poids par rapport au poids total de la garniture) :
- 45 à 55% d’un matériau réactif comprenant :
• 27 à 42% d’un mélange de résine phénolique et mélamine/formaldéhyde et de caoutchouc de type NBR
• 3 à 10% de charges lubrifiantes,
• 1 à 10% de catalyseur de vulcanisation et d’autres charges, - 5 à 10% de fibres de cuivre,
- 30 à 45% de fibres de verre
- 3 à 8% de fibres de polyacrolynitrile,
Plusieurs exemples de garnitures de frictions sont donnés ci-après. Dans ce qui suit, les compositions des garnitures sont exprimées en pourcentage en poids, les % sont donnés en poids rapportés au poids total de la garniture. Le ratio massique entre les fibres de polyacrylonitrile et les fibres de verre sera indiqué par R ac/Mv.
Exemple 1 : Exemple comparatif relatif à une garniture dont le ratio est en dehors de la plage revendiquée (exemple comparatif A1) et deux garnitures avec le ratio RM^/MY dans la plage de la présente invention (exemple selon l’invention B2 et B3)
Les matériaux de friction présentent les compositions données dans le tableau 1 suivant. Le matériau réactif comprenant un mélange de résine phénolique et mélamine/formaldéhyde, du caoutchouc NBR, des charges lubrifiantes et des charges de friction est identique dans les trois exemples et présent selon un pourcentage en poids compris entre 45 et 55%.
[Tableau 1]
Les figures 1 et 4 représentent la résistance mécanique (tours par minute avant rupture) en fonction du ratio massique entre les fibres de polyacrylonitrile et les fibres de verre. Comme on peut le voir sur la figure 1 , les garnitures de friction B2 et B3 présentent une résistance mécanique améliorée par rapport à A1. En effet, les essais réalisés mettent en évidence que les garnitures de friction (diamètre extérieur de 240mm, diamètre intérieur de 160mm et épaisseur de 3,7mm) selon la présente invention éclatent après avoir été chauffées à 200°C après avoir atteint les 12800 tours/min (B3) et 13400 tours/min (B2) contre 12000 tours/min pour la garniture A1 . La composition des matériaux permet de maintenir ce niveau de résistance après sollicitation a plus haute température, en particulier après abus thermique.
Les figures 2 et 5 représentent la capacité à passer du couple dans des conditions sévères avec des charges élevées à savoir contrainte pente avec une remorque à vide (démarrage en côte) en fonction du ratio massique entre les fibres de polyacrylonitrile et les fibres de verre. Dans le cadre de ce test, les matériaux de friction sont soumis à des cycles énergétiques simulant des démarrages en côte de 12%. Le test commence avec une phase de 300 cycles de rodage à faible énergie surfacique (9KJ, 100°C), suivi d'un premier test avec x cycles de démarrage en cote (chaque cycle dure 60s avec une énergie surfacique 101 kJ) jusqu'au patinage (à savoir un coefficient de frottement < 0.2), suivi d’une phase de récupération de 300 cycles (9KJ, 100°C), puis un nouveau test avec y cycles de démarrage en côte (chaque cycle dure 60s avec une énergie surfacique 101 kJ). Le nombre de démarrage en côte étant déterminé par la somme (x + y). Plus la somme (x + y) est élevée, plus la garniture est capable de passer du couple dans des conditions sévères.
Comme on peut le voir sur la figure 2, avec les garnitures de friction selon l’invention (B2, B3) le nombre de démarrage en côte réalisé avant patinage est supérieur à celui obtenu avec la garniture de friction comparative (A1). Il y a donc une amélioration de la stabilité du niveau de frottement avec les garnitures B2 et B3.
Les figures 3 et 6 représentent le coefficient d’excitation (en N.m.s) en fonction de la température (°C). Afin de mesurer le coefficient d’excitation, une première phase de 100 cycles pendant lesquels on apporte pour chaque cycle une énergie de 35kJ au matériau en glissement continu avec une montée en température de 40 à 350°C est réalisée (avec 3 cycles par minute). Une deuxième phase de récupération du matériau avec une énergie plus faible (15 kJ) et une température de 80 - 120°C pendant 100 cycles est réalisée. Les deux phases sont répétées six fois. Le graphique est la valeur maximale de tous les points d’excitation mesurées pendant la première phase.
Au travers du coefficient d’excitation est mesuré le broutement. Si ce dernier est positif cela implique de l’inconfort (vibrations ressenties dans l’habitacle lors du passage des vitesses) et plus ce coefficient est négatif, moins le matériau ne génère de vibrations et améliore le confort lors du changement de rapport de vitesse de la boite. Comme on peut le voir sur la figure 3, la garniture B3 permet d’améliorer le confort avec un coefficient d’excitation négatif jusqu’à 350°C tandis que la garniture A1 est source de vibration lorsque la température dépasse les 310°C.
Il a également été mesuré l’usure et la rugosité du contre matériau en fonte dans l’embrayage dans le tableau 2 (rugosité avant essai de 2 pm)
[Tableau 2]
La composition de B3 par rapport à A1 permet donc de réduire l’agression des contre matériaux dans l’embrayage et donc d’augmenter la durabilité du système. Exemple 2 : Exemple comparatif relatif à deux garnitures avec un taux de cuiyre qui est en dehors de la plage revendiquée (exemple comparatif C1 et C2) et la garniture B2
Les matériaux de friction présentent les compositions données dans le tableau 3 suivant. Le matériau réactif comprenant un mélange de résine phénolique et mélamine/formaldéhyde, du caoutchouc NBR et des charges lubrifiantes est identique dans les exemples B2 et C2 et présent selon un pourcentage en poids compris entre 45 et 55%. C1 diffère de B2 et C2, par l’absence de charges lubrifiantes dans le matériau réactif et d’un caoutchouc de type SBR.
[Tableau 3]
Comme on peut le voir sur la figure 4, la garniture de friction B2 présente une résistance mécanique améliorée par rapport à C1 et C2. En effet, les essais réalisés mettent en évidence que les garnitures de friction en dehors de la présente invention éclatent après avoir été chauffées à 200°C après avoir atteint les 10300 tours/min (C1 ) et 11300 tours/min (C2) contre 13400 tours/min pour la garniture B2
La figure 5 permet de constater que pour un matériau chargé en cuivre C2, le remplacement du matériau réactif a permis d’améliorer fortement la résistance thermique du matériau mais le compromis est à trouver entre les propriétés de confort, de résistance mécanique et de tenue thermique. Un niveau de tenue thermique amélioré est obtenu avec B2 contenant moins de cuivre, par rapport à C1 .
En effet, sur la figure 6 on peut lire que la garniture B2 apporte le meilleur compromis en confort avec un coefficient d’excitation négatif jusqu’à 315°C tandis que les garnitures C1 et C2 sont sources de vibration lorsque les températures dépassent respectivement les 200°C et 275°C.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tout autres équivalents.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

Claims

REVENDICATIONS
1. Garniture de friction à sec monocouche pour dispositif d’embrayage pour véhicule automobile, comprenant :
- 45 à 55% en poids par rapport au poids total de la garniture d’un matériau réactif, ledit matériau comprenant une résine thermodurcissable, du caoutchouc et des charges lubrifiantes,
- un matériau de base fibreux comprenant des fibres de verre, des fibres organiques et des fibres métalliques. ladite garniture présentant un ratio massique entre les fibres organiques et les fibres de verre compris entre 0,05 et 0,25, de préférence entre 0,1 et 0,2, caractérisée en ce que fibres métalliques sont des fibres de cuivre présentes selon un pourcentage en poids compris entre 1 et 10%, de préférence entre 5 et 10% en poids par rapport au poids total de la garniture.
2. Garniture de frottement selon la revendication 1 caractérisée en ce que les fibres organiques sont choisies dans le groupe constitué par les fibres de polyacrolynitrile, d’aramide, de cellulose, de chanvre, de lin et de leurs mélanges.
3. Garniture de friction selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu’elle est exempte de fibres de carbone.
4. Garniture de friction selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le caoutchouc est de type nitrile-butadiène.
5. Garniture de friction selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la résine thermodurcissable est une résine phénolique et/ou mélamine formaldéhyde.
6. Garniture de friction selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les charges lubrifiantes consistent en des charges minérales et/ou du graphite selon un pourcentage en poids compris entre 3 et 10% par rapport au poids total de la garniture.
7. Garniture de friction selon la revendication 6, caractérisée en ce que les charges lubrifiantes minérales consistent en des sulfures de métaux.
8. Garniture de friction selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les charges lubrifiantes sont de densité différente, le rapport de fraction massique de charges lubrifiantes entre la charge la moins dense et la charge la plus dense étant compris entre 0,6 et 4.
9. Dispositif d’embrayage pour véhicule automobile caractérisé en ce qu’il comprend une garniture de friction à sec selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
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