FR2491934A1 - Materiau de friction exempt d'amiante - Google Patents
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Abstract
LE MATERIAU DE FRICTION SUIVANT L'INVENTION POUR FREINS, EMBRAYAGES ET ANALOGUES, CONSTITUE PAR 5 A 25 EN POIDS D'UN LIANT DURCISSABLE, DE LA MATIERE RENFORCATRICE ET EVENTUELLEMENT PAR D'AUTRES CHARGES ET MATIERES DE FRICTION ET D'ANTIADHERENCE, CONTIENT, EN TANT QUE MATIERE DE RENFORCEMENT, UN MELANGE DE 1 A 50 EN POIDS DE FIBRES A BASE DIABASE PRESENTANT UNE LONGUEUR DE FIBRE MOYENNE DE 100 A 750 MICRONS ET DE 1 A 44 EN POIDS DE FIBRES METALLIQUES, DE LAINE METALLIQUE OU DE METAL EN FORME DE PLAQUETTES, DE COPEAUX OU DE POUDRE.
Description
249 1934
Matériau de friction exempt d'amiante.
La présente invention concerne un matériau de fric-
tion pour embrayages, freins et analogues qui est consti-
tué essentiellement par un élastomère ou une matière plas-
tique thermodurcissable formant liant, des matières de friction et d'antiadhérence additionnelles et des fibres
minérales servant de matière de renforcement.
Pour les garnitures d'embrayages et de freins à friction équipant actuellement les véhicules automobiles
sont utilisées de préférence des fibres de roche, notam-
ment des fibres d'amiante, entant que matière de renforcement.
C e s garnitures dites d'amiante se distinguent par une grande stabilité thermique et de bonnes caractéristiques de friction. Depuis quelques années l'amiante est cependant soupçonnée d'être cancérigène. Ce soupçon a été confirmé par des recherches récentes. Par suite de la présence de
fibres d'amiante de petit diamètre, qui se présentent éga-
lement lors de la fabrication de garnitures de friction, il se répand souvent dans l'air des quantités d'amiante telles que les valeurs maximales admises, fixées par exemple aux Etats-Unis d'Amérique par l"'Occupational Safety and Health
Act" de l'année 1970,' se trouvent dépassées. Cela représen-
te un risque accru pour la santé de ceux travaillant dans\
le domaine de la fabrication de garnitures de friction.
C'est pourquoi on s'est déjà beaucoup efforcé dans l'in-
dustrie des garnitures de friction de réduire ou d'éliminer complètement la pollution atmosphérique due à des fibres d'amiante. A cela s'ajoute encore que les gisements d'amiante connus jusqu'à présent seront complètement épuisés dans un
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avenir plus ou moins rapproché de sorte que de ce point de vue il est également nécessaire de remplacer l'amiante par
d'autres matières.
Toutes les tentatives faites jusqu'ici pour rempla-
cer l'amiante dans des garnitures de friction par d'autres
matières n'ont pas permis d'obtenir des matériaux équiva-
lents dans leurs propriétés physiques à des "garnitures
d'amiante". En outre, les exigences de l'industrie en ma-
tière de garnitures de friction sur le plan de leurs résis-
tance thermique et mécanique, stabilité de coefficient de
friction, résistance à l'usure, perte d'efficacité de frei-
nage, etc. sont devenues de plus en plus sévères.
Or la présente invention a pour objet de créer des
garnitures de friction qui au point de vue de leurs pro-
priétés techniques présentent des valeurs équivalentes à celles de garnitures d'amiante et l'emportent même sur celles-ci en ce qui concerne leur résistance à l'usure, tout
en étant exemptes d'amiante et non polluantes pour l'envi-
ronnement.
Ce but est atteint par un matériau de friction con-
stitué par 5 à 25 % en poids d'un liant durcissable, de la matière dererforoeent et-* éventuellement par d'autres
charges et matières de friction et d'antiadhérence, le maté-
riau de friction suivant l'invention étant caractérisé en
ce qu'il contient, en tant que matière de renforcement, un ne-
lange de 1 à 50 % en poids de fibres à base de diabase pré-
sentant une longueur de fibre moyenne de 100 à 750 microns
et de 1 à 44 % en poids de fibres métalliques, de laine mé-
tallique ou de métal.en forme de plaquettes, copeaux ou
poudre.
La combinaison de fibres à base de diabase avec des particules d'acier en tant que matière de renforcement dans
un matériau de friction présente certains avantages par rap-
port aux garnitures d'amiante classiques. La bonne tenue à
la perte d'efficacité de freinage sous l'effet de la cha-
leur et la haute résistance à l'usure de tels matériaux
leur permettent d'être utilisés comme garnitures de tam-
bours et disques de frein ainsi que d'embrayages tant pour
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les voitures de tourisme et les poids lourds que dans le
secteur des chemins de fer.
Des résultats d'essais de garnitures de frein fabri-
quées suivant l'invention et utilisées sur une voiture de tourisme de classe moyenne montrent, tant au banc d'essai
qu'au cours d'épreuves d'endurance, que leur usure est in-
férieure de 50 % à celle de garnitures d'amiante corres-
pondantes. Du fait que la fibre de diabase comporte une pro-
portion de scorie extrêmement faible l'usure du matériau de friction suivant l'invention est dix fois moindre que'
celle de garnitures d'amiante. Ainsi, au cours d'une épreu-
ve d'endurance sur une voiture de tourisme de classe moyen-
ne, aucune usure mesurable du matériau de friction suivant
l'invention n'a pu être constatée même au bout de 26 000 km.
Contrairement à des garnitures ne contenant que des fibres métalliques en tant que matière de renforcement, dans le cas de combinaisons de fibres à base de diabase avec des
fibres métalliques il ne se pose pas de problèmes de con-
duction thermique de sorte que même dans des conditions de conduite extrêmes le liquide de freinage n'est pas chauffé
au-delà des valeurs admissibles.
La diabase est une roche volcanique qui se dis-
tingue par une ténacité et une résistance mécanique parti-
culièrement élevées. Cette roche peut etre fondue et la masse fondue peut être filée de façon à obtenir des fibres
avec la possibilité de faire varier la longueur de celles-
ci. Pour les matériaux de friction suivant l'invention peu-
vent etre utilisées des fibres présentant des longueurs de à 750 microns. De préférence, il convient cependant d'utiliser des fibres d'une l o n g u e u r de 150 à 350 microns. De telles fibres sont commercialisées sous la désignation Spinrock. Ces fibres peuvent se présenter d'une
manière désordonnée, c'est-à-dire sous forme d'un enchevê-
trement de fibres. Il est toutefois recommandable d'ouvrir l'assemblage de fibres, avant le mélange avec le liant, dans un mélangeur, un malaxeur, une déchiqueteuse ou sur un cylindre. Afin de permettre aux fibres de diabase d'être mieux mouillées par le liant et pour améliorer ainsi en même temps la cohésion, les fibres peuvent avant leur utilisation être
imprégnées d'un agent d'imprégnation. Comme agents d'impré-
gnation peuvent être utilisés des silanes, du caoutchouc nitrile et/ou butadiène-styrène, des résines phénoliques du
type novolaque ou résol, des résines de mélamine ou de fu-
ranne. L'imprégnation peut être effectuée en imprégnant les
fibres de diabase avec une solution de l'agent d'imprégna-
tion et en les séchant ensuite ou en préparant dans un mé-
langeur ou malaxeur à partir des fibres et de l'agent d'im-
prégnation un mélange-maître approprié, comme cela se fait
couramment dans l'industrie du caoutchouc.
Les fibres à base de diabase sont utilisées, dans les matériaux de friction suivant l'invention,en combinaison
avec des fibres métalliques, notamment des fibres d'acier.
Au lieu de se présenter sous forme de fibres métalliques, le métal peut également être utilisé sous forme de copeaux,
de plaquettes ou de poudre.
Outre ces constituants principaux, d'autres charges et matières d'antiadhérence et de friction connues en soi
peuvent au besoin également être incorporées dans le mélan-
ge. En tant que liants peuvent être utilisés les polymères durcissables habituellement employés,comme par exemple des
résines phénoliques, époxydes ou de furanne,et/ou des ca-
outchoucs naturels et de synthèse résistant à la chaleur et
aux produits chimiques,comme par exemple le caoutchouc ni-
trile ou le caoutchouc butadiène-styrène. Les fibres et ad-
ditifs sont incorporés dans ces liants, qui doivent repré-
senter de 5 à 25 % en poids, par compression, coulée, mala-
xage ou passage au cylindre.
Au Tableau 1 figurent à titre d'exemples deux formu-
les suivant l'invention ainsi qu'une formule de référence.
Les matériaux de friction concernés sont fabriqués
par le procédé décrit ci-dessous.
Du caoutchouc, du plastifiant et un agent de vulca-
nisation sont mélangés durant trois minutes dans un mala-
xeur. De la laine d'acier est ajoutée et mélangée durant deux minutes. Puis les autres matières premières, exception
faite de la résine phénolique et des fibres, sont incorpo-
rées et mélangées durant trois minutes. Enfin, de la résine phénolique et des fibres sont ajoutées et mélangées durant
trois minutes.
Les fragments obtenus en tant que produit de mélange sont réduits de façon à obtenir un granulé dont la grosseur de grain n'excède pas 3 mm. Ce granulé est comprimé dans un moule de compression à des températures de 170 à 190'C et sous-une Dression de 2 à 3 x 10 Pascals/m2, la durée de
compression étant de 0,5 min/mm d'épaisseur de garniture.
Les ébauches de garnitures de friction ainsi obtenues sont durcies durant environ 3 h entre 160 et 180 0 et ensuite soumises à des épreuves dans une installation d'essai de
freins. On détermine chaque fois la décélération de frei-
nage dans différentes conditions de freinage. De plus, après achèvement des séries d'essais, l'usure du tambour et
de la garniture est chaque fois déterminée par voie gravi-
métrique. Le Tableau 2 montre les valeurs obtenues pour des
spécimens conformes aux formules du Tableau 1.
TABLEAU 1
(quantités indiquées en % en poids) Formule Formule Formule de N I N 2 rférence Fibres d'amiante 5 R - - 41,0
Fibres de diabase 12,0 22,0 -
Laine d'acier 28,0 18,0 8,0 Résine (à partir d'huile 5,0 5,0 5,0 de noix de cajou)
Fe3 04 4,0 4,0 -
MgO 7,0 7,0 7,0 Talc 7,7 7,7 7,7
Scorie Thomas 5,0 5,0 -
Hydroxyde de calcium 6,0 6,0 6,0 Plastifiant (hydrocarbure) 2,3 2,3 2,3 Caoutchouc nitrile 13,0 13,0 13,0 Soufre 0,9 0,9 0,9 Accélérateur de vulcanisa-: tion 0,4 0,4 0,4 Oxyde de zinc 0,7 0,7 0,7 Résine phénolique 5,5 5,5 5,5 Graphite 2,5 2,5 2,5
TABLEAU 2
Formule Formule Formule de N 1 N 2 référence Décélération de freinage Lm/s2] Décélération pour une temp. de tambour de 60 C et une vitesse de 80 km/h
pour une pression dynamométri-
que -(p) 6 2 x 106 Pascals 1,90 2,0 1,9 x 10 Pascals 3,85 4,35 4,05 8 x 10 Pascals 5,80 6,60 6,35 Décélération pour une temp. de tambour de 24000 C et une vitesse de 80 km/h
pour une pression dynamométri-
que (p) 6 2 x.10 Pascals 1,85 1,95 1,05 5 x 106 Pascals 3,90 4,45 2,50
790
8 x. 10 Pascals 5,70 7,00 5,05 Variation selon la vitesse (temp. initiale 60 C; p = 6 x 10 Pascals) km/h 4,70 5,40 5,40 km/h 4,35 4,95 4,75 120 km/h 4,40 4,95 4,35 km/h 4,55 4,85 4,25 Variation en fonction de la temp. de tambour (vitesse km/h; p = 2 x 10.Pascals)
0 2,15 2,15 1,70
00 2,10 2,20 1,60
1400 C 2,20 2,20 1,60
26000 2,35 2,15 1,20
Usure de tambour après série d'essais [g] 0,1 0,1 1,2 Usure de garniture après série d'essais [gJ
0,4 1,22
0,35
Claims (4)
1 - Matériau de friction pour freins, embrayages et analogues qui est constitué par 5 à 25 % en poids d'un
liant durcissable, de la matière de renforcement gt éventuel-
lement par d'autres charges et matières de friction et d'antiadhérence, caractérisé en ce qu'il contient, en tant que matière de renforcement, un mélange de 1 à 50 % en poids
de fibres à base de diabase présentant une longueur de fi-
bre moyenne de 100 à 750 microns et de 1 à 44 % en poids de
fibres métalliques, de laine métallique ou de métal en for-
me de plaquettes, copeaux ou poudre.
2 - Matériau de friction suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur moyenne des fibres à base
de diabase est de 150 à 350 microns.
3 - Matériau de friction suivant la revendication 1
ou 2, caractérisé en ce que l'assemblage de fibres se pré-
sente sous la forme d'une masse fibreuse enchevêtrée.
4 - Matériau de friction suivant l'une quelconque
des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les fibres
à base de diabase sont traitées avec un agent d'imprégna-
tion. - Matériau de friction suivant l'une quelconque
des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il contient
des silanes, du caoutchouc nitrile ou butadiène-styrène,
des résines phénoliques du type novolaque ou résol, des ré-
sines de mélamine ou de furanne en tant qu'agent d'impré-
gnation. 6 - Matériau de friction suivant l'une quelconque
des revendications 1.à 5, caractérisé en ce qu'il contient
de l'acier en tant que métal.
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