ITTO20150242A1 - Metodi per la preparazione di un materiale di attrito e per la fabbricazione di una pastiglia freno utilizzante tale materiale di attrito - Google Patents
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- F16D55/22—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with axially-movable discs or pads pressed against axially-located rotating members by clamping an axially-located rotating disc between movable braking members, e.g. movable brake discs or brake pads
- F16D55/224—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with axially-movable discs or pads pressed against axially-located rotating members by clamping an axially-located rotating disc between movable braking members, e.g. movable brake discs or brake pads with a common actuating member for the braking members
- F16D55/225—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with axially-movable discs or pads pressed against axially-located rotating members by clamping an axially-located rotating disc between movable braking members, e.g. movable brake discs or brake pads with a common actuating member for the braking members the braking members being brake pads
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Description
DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo: ?METODI PER LA PREPARAZIONE DI UN MATERIALE DI ATTRITO E PER LA FABBRICAZIONE DI UNA PASTIGLIA FRENO UTILIZZANTE TALE MATERIALE DI ATTRITO?
Settore Tecnico dell?Invenzione
La presente invenzione ? relativa ad un metodo per preparare un materiale d'attrito da utilizzare per la fabbricazione di strati/blocchi d?attrito per elementi di frizione quali elementi frenanti, ad esempio pastiglie o ceppi freno di veicoli, e/o dischi frizione, privo di amianto, ad esempio appartenenti alle classi di materiali d?attrito notecome NAO (?Asbestos-free Organic friction material?), ?Low Steel? e ?Semi-met?.
In particolare, l?invenzione ? relativa ad un metodo di preparazione che permette di ottenere un materiale d?attrito che comporta una minore usura dello strato/blocco d?attrito disposto sull?elemento di frizione (elemento frenante o disco frizione) nonch? una stabilizzazione in uso dei livelli di attrito.
Tecnica Nota
I materiali di attrito del tipo suddetto includono cinque classi di componenti: un materiale fibroso costituito da fibre inorganiche e/o organiche e/o metalliche, un legante, un riempitivo o carica (?filler?), uno o pi? lubrificanti o modificatori d?attrito, uno o pi? abrasivi. Come materiale fibroso veniva impiegato in passato, in relativamente larga misura, amianto, il quale, per?, presenta notevoli problemi ambientali ed ha effetti tossici ben noti sulla salute umana ed ? stato per questo da tempo bandito dalla legislazione. Pertanto, tale materiale ? stato sostituito da altri materiali, sia inorganici, come lana di roccia, wollastonite, fibre di vetro, sia organici, come fibre aramidiche e fibre di carbonio, sia metallici, quali fibre o polvere di rame, stagno, ferro, alluminio, acciaio e altri metalli o leghe metalliche, come bronzo e ottone. Il legante ? in generale un polimero termo-indurente, ad esempio a base di resine fenoliche, che possono essere reperite sul mercato sia in forma solida (polvere), sia in forma liquida, ad esempio se a base di resoli. Come carica si utilizzano vari materiali quali barite (solfato di bario), carbonato di calcio, talco, ossido di magnesio, vermiculite; come abrasivi, silicato di zirconio, ossido di zirconio, allumina, carburo di silicio, mica; come modificatori d?attrito solfuri metallici, quali disolfuro di molibdeno, solfuri di ferro, rame, stagno, grafite e/o coke. Vengono poi aggiunte in percentuali minori altre classi di materiali, quali ad esempio gomme in polvere o granuli, ?friction dust?, altri materiali organici.
Allo scopo di preservare l?ambiente ed evitare possibili danni alla salute umana, le varie normative nazionali ed internazionali impongono sempre pi? spesso l?uso di materiali di attrito non solo privi di amianto e di metalli pesanti, ma anche con un ridotto o assente contenuto di rame (normative gi? approvate da alcuni stati americani e che entreranno in vigore nei prossimi anni).
Esiste pertanto la necessit? nella tecnica di fornire un materiale di attrito privo di amianto, metalli pesanti e rame, ma conservante al tempo stesso prestazioni almeno paragonabili a quelle dei materiali di attrito includenti tali sostanze.
EP2762743 insegna un procedimento per fabbricazione di un materiale di attrito per realizzare pastiglie freno di veicoli, avente come componenti una un materiale fibroso privo di fibre di rame, un legante organico ed un modificatore di attrito. Questo documento spiega come la mancanza di fibre di rame comporti normalmente il decadimento nel tempo del coefficiente di attrito, in particolare in presenza di un innalzamento della temperatura dovuto a frenate ripetute. Questo allunga gli spazi di frenata del veicolo in modo indesiderato. Inoltre, le mescole di materiali di attrito note, prive di rame, presentano anche una certa fragilit?, che ne aumenta il rischio di criccature.
Secondo gli insegnamenti di EP2762743, questi inconvenienti sono legati alla creazione durante il normale processo di formatura delle pastiglie freno, di micro bolle gassose che, in assenza di fibre di rame, che hanno elevata conducibilit? termica, riducono la velocit? di dissipazione del calore nella pastiglia freno finita. EP2762743 risolve il problema adottando un processo di fabbricazione delle pastiglie freno pi? complesso dei processi precedentemente noti e che sono ancora quelli attualmente impiegati nella generalit? dei casi.
I processi noti prevedono sostanzialmente tre fasi e cio?:
- miscelazione di tutti i materiali grezzi, solidi ed, eventualmente, liquidi (ad esempio in presenza di leganti costituiti da resine fenoliche a base resolo), destinati a formare il materiale di attrito in un mixer, ad esempio un miscelatore Henschel, Loedige o Eirich, per formare una mescola di materiale di attrito grezza o ?verde?;
- stampaggio della mescola di materiale di attrito grezzo, che si trova in forma di pasta, su un supporto metallico (il cosiddetto ?backplate?) opportunamente trattato, applicando pressione e calore, in modo da formare un blocco o strato di materiale di attrito che aderisce al supporto metallico;
- effettuazione sulla pastiglia freno cos? formata di un trattamento termico che ha lo scopo di fare terminare la polimerizzazione del legante e di fare evaporare i residui di solvente e gli altri elementi gassosi che si possono formare durante i processi di miscelazione e di stampaggio.
Il processo completo pu? prevedere ulteriori fasi, quali verniciatura, esecuzione di una lavorazione di rettifica e di smussi sul blocco di materiale di attrito, lavorazioni di finitura, eccetera.
EP2762743 propone di inserire tra la fase miscelazione di tutti i materiali grezzi e la fase di stampaggio della mescola di materiale di attrito grezzo, almeno una fase addizionale in cui la mescola di materiale di attrito grezzo viene sottoposta ad una fase di impasto entro una impastatrice stagna a doppia vite senza fine in cui la mescola viene sottoposta a calore e pressione: in particolare, l?impastatrice ? provvista di un coperchio capace di applicare alla mescola durante il trattamento di impasto una pressione compresa tra 0,3 e 1,0 MPa.
Questa fase addizionale, seguita eventualmente da una ulteriore fase di miscelazione in un miscelatore, dovrebbe ridurre la formazione di micro bolle gassose e pertanto generare un materiale di attrito pi? compatto ed avente maggiore conducibilit? termica, anche senza la presenza di fibre di rame.
La soluzione proposta da EP2762743 ? tuttavia costosa e complessa e allunga drasticamente i tempi di preparazione della mescola di materiale di attrito.
Sintesi dell?Invenzione
Scopo della presente invenzione ? quello di fornire un metodo per preparare un materiale d'attrito da utilizzare per la fabbricazione di strati/blocchi d?attrito per elementi di frizione quali elementi frenanti, ad esempio pastiglie o ceppi freno di veicoli, e/o dischi frizione, privo di amianto e di rame o sue leghe, che sia semplice ed economico, in particolare non richiedendo operazioni da effettuare in camere stagne e sotto pressione, e che non richieda tempi di lavorazione eccessivamente lunghi, inserendosi agevolmente nei processi produttivi noti attualmente impiegati.
L'invenzione ? dunque relativa ad un metodo preparare un materiale d'attrito da utilizzare per la fabbricazione di strati/blocchi d?attrito per elementi di frizione quali elementi frenanti, ad esempio pastiglie o ceppi freno di veicoli, e/o dischi frizione, come definito nella rivendicazione 1.
In particolare, il metodo secondo l?invenzione per preparare o realizzare un materiale di attrito privo di amianto e comprendente fibre inorganiche e/o organiche e/o metalliche, almeno un legante organico, almeno un modificatore di attrito o lubrificante ed almeno un riempitivo (filler) o abrrasivo, comprende le fasi di mescolare tra loro rispettivi componenti grezzi solidi del materiale di attrito al fine di ottenere una mescola grezza; e di stampare sotto pressione, ad una temperatura pari o superiore ad una temperatura di polimerizzazione o di curaggio (curing) del legante organico, la mescola grezza per ottenere un blocco o strato di materiale di attrito.
Secondo l?invenzione la fase di mescolamento non viene eseguita semplicemente immettendo i componenti grezzi in un miscelatore, come nell?arte nota, ma comprende una prima fase di miscelazione eseguita a caldo mediante un miscelatore a rulli aperto alla pressione atmosferica, di almeno parte del legante organico e di almeno parte di almeno un altro materiale componente del materiale di attrito, operando ad una temperatura inferiore alla temperatura di polimerizzazione o curaggio (curing) del legante organico, ma maggiore o uguale di una temperatura di rammollimento del legante organico e preferibilmente maggiore di una temperatura di fusione completa del legante organico.
In questo modo i componenti grezzi del materiale di attrito che partecipano alla prima fase di miscelazione a caldo si mescolano tra loro e con il legante organico, che si porta in uno stato fluido, sotto un elevato sforzo di taglio esercitato dai rulli rotanti del miscelatore, ottenendo in uscita dal laminatoio, per conseguente raffreddamento dell?impasto cos? realizzato, un semilavorato solido in forma di scaglie o nastro o foglio.
Successivamente, viene eseguita una fase di macinatura, ad esempio mediante un mulino a palle o a martelli, in cui il semilavorato solido viene ridotto in una polvere fine, che viene preferibilmente setacciata per portarla ad una distribuzione granulometrica compresa tra 5 e 500 micron.
La fase di mescolamento secondo l?invenzione comprende anche una seconda fase di miscelazione tradizionale dei componenti grezzi solidi del materiale di attrito eseguita prima, dopo, oppure sia prima che dopo, le fasi di miscelazione, mediante rulli a caldo, e di macinatura di alcuni o tutti i componenti solidi del materiale di attrito e/o della polvere ottenuta dalla macinatura del semilavorato solido: la seconda fase di miscelazione avviene in un miscelatore, ad esempio del tipo Henschel, Loedige o Eirich.
Secondo un aspetto dell?invenzione, la prima fase di miscelazione a caldo viene eseguita utilizzando un legante organico, di preferenza esclusivamente in forma solida, preferibilmente in polvere, costituito da un polimero termoindurente o miscela di polimeri termoindurenti, preferibilmente a base di resine fenoliche novolacche eventualmente contenenti fosforo e/o boro.
Secondo un altro aspetto dell?invenzione, nella prima fase di miscelazione a caldo vengono miscelati tra loro per ottenere il semilavorato solido tutto il legante organico e parte o la totalit? dei materiali componenti del materiale di attrito aventi struttura fibrosa.
Esempio di miscelazione di tutto il legante e dei componenti il materiale d?attrito
Preferibilmente, nella prima fase di miscelazione a caldo vengono miscelati tra loro per ottenere il semilavorato solido tutto il legante organico e ogni componente grezzo come fibre e/o del modificatore di attrito o lubrificante che sono in forma di polveri aventi un grado di finezza elevato, operando ad una temperatura maggiore di quella di liquefazione del legante organico in polvere, in modo che questo possa, durante la fase di miscelazione e per effetto dello sforzo di taglio applicato dai rulli, assumere uno stato completamente fluido per incorporare pi? facilmente gli altri componenti.La polvere ottenuta dalla macinazione del semilavorato solido viene sottoposta ad una fase di setacciatura .
Di conseguenza, la polvere ottenuta dalla macinazione del semilavorato solido che viene utilizzata per formare la mescola grezza presenta una distribuzione granulometrica controllata compresa tra 5 e 500 micron.
Successivamente, la polvere ottenuta dalla macinazione del semilavorato solido viene mescolata in un miscelatore tipo Henschel, Loedige o Eirich.
Esempio di miscelazione parziale del legante e dei componenti il materiale d?attrito
Eventualmente, i componenti grezzi del materiale di attrito da sottoporre alla prima fase di miscelazione a caldo vengono preventivamente mescolati tra loro in un miscelatore tipo Henschel, Loedige o Eirich e solo successivamente alimentati nel miscelatore a rulli aperto all?atmosfera.
La polvere ottenuta dalla macinazione del semilavorato solido viene sottoposta ad una fase di setacciatura prima del mescolamento con ogni altro componente grezzo del materiale di attrito in un miscelatore per ottenere la mescola grezza.
Di conseguenza, la polvere ottenuta dalla macinazione del semilavorato solido che viene utilizzata per formare la mescola grezza presenta una distribuzione granulometrica controllata compresa tra 5 e 500 micron.
La prima fase di miscelazione a caldo viene eseguita immettendo in una tramoggia disposta sopra almeno una coppia di cilindri riscaldati motorizzati e contro-rotanti tutto il legante organico, preferibilmente in forma di polvere, ed almeno un componente grezzo solido del materiale di attrito.
Processo di pressatura e composizione mescola
Il metodo secondo l?invenzione comprende inoltre una fase di stampaggio, ad esempio a caldo e sotto pressione, della mescola grezza, che viene eseguita in modo tradizionale, con l?unica differenza che tra i componenti immessi nello stampo ? presente la polvere ottenuta dalla macinatura del semilavorato solido ottenuto per miscelazione di alcuni dei componenti desiderati, opportunamente selezionati, oppure di tutti i componenti del materiale d?attrito desiderato, mediante il miscelatore a rulli motorizzati aperto all?atmosfera. In questa fase di stampaggio, la mescola grezza ? immessa in uno stampo in cui viene disposto anche un supporto metallico o backplate, opportunamente trattato, per cui durante la fase di stampaggio non solo si forma lo strato o blocco di materiale di attrito, ma si ottiene anche l?adesione di tale strato o blocco al supporto metallico.
Il materiale di attrito viene dunque prodotto secondo il metodo dell'invenzione miscelando uniformemente le quantit? specifiche sopra descritte di materiale fibroso, legante, modificatori di attrito e un riempitivo o carica (?filler?) almeno in parte mediante miscelazione a caldo condotta a pressione atmosferica in un miscelatore a rulli e successiva macinazione di un semilavorato solido ottenuto dalla miscelatore a rulli e preceduta e/o seguita da una fase di miscelazione tradizionale in un miscelatore adatto, ad esempio un miscelatore Henschel, Loedige o Eirich.
Lo stampaggio delle pastiglie freno viene effettuato a temperature comprese tra 60 e 250 ?C ad una pressione da 150 a 1800 Kg/cm2 per un tempo compreso tra 3 e 10 minuti oppure preformando la mescola grezza o miscela in uno stampo e successivamente stampando ad una temperatura da 100 a 250 ?C ad una pressione da 150 a 500 kg/cm<2 >(14,7-49 MPa) per un periodo da 3 a 10 minuti.
Alternativamente, la mescola grezza pu? essere stampata ad ottenere il blocco di materiale di attrito, il quale ? solo successivamente incollato al supporto metallico.
L?invenzione ? anche relativa anche ad un elemento di attrito, in particolare pastiglia o ceppo freno, presentante uno strato o blocco di attrito realizzato con il materiale di attrito ottenuto secondo il metodo sopra descritto.
L?invenzione ? infine relativa ad un sistema di frenatura comprendente un elemento da frenare costituito da un disco o ceppo freno realizzato in una ghisa o in acciaio ed almeno un elemento frenante costituito da una pastiglia o ceppo freno, atto a cooperare per attrito con l?elemento da frenare, in cui l?elemento frenante presenta uno strato o blocco di attrito destinato a cooperare con l?elemento da frenare realizzato con il materiale di attrito ottenuto con il metodo sopra descritto.
I componenti della composizione o mescola grezza del materiale di attrito da realizzare secondo l?invenzione possono essere i componenti utilizzati nei materiali di attrito gi? noti nella tecnica.
In particolare, del componente costituito da fibre pu? far parte qualsiasi fibra organica o fibra inorganica diversa dall?amianto, oppure qualsiasi fibra metallica che ? comunemente usata in materiali di attrito. Esempi illustrativi includono fibre inorganiche, quali fibre di vetro, lana di roccia, wollastonite, sepiolite e attapulgite, e fibre organiche, quali fibre di carbonio, fibre aramidiche, fibre poli-imidiche, fibre poliammidiche, fibre fenoliche, cellulosa e fibre acriliche o PAN (Poli-Acrilo-Nitrile), fibre metalliche, quali ad esempio fibre di acciaio, acciaio inox, fibre di alluminio, zinco, eccetera
Le fibre possono essere utilizzate nella forma di fibre corte o polvere.
Al fine di assicurare una resistenza meccanica sufficiente, la quantit? di fibre ? preferibilmente compresa tra il 2 % in volume ed il 40 % in volume rispetto al volume complessivo del materiale di attrito e pi? preferibilmente tra il 15 % ed il 30 % in volume.
Nel metodo dell?invenzione viene anche utilizzata come componente grezzo una carica o riempitivo organica o inorganica.
Numerosi materiali conosciuti nella tecnica possono essere usati come cariche organiche o inorganiche. Esempi illustrativi includono carbonato di calcio precipitato, solfato di bario, ossido di magnesio, idrossido di calcio, fluoruro di calcio, calce spenta, talco, mica.
Questi possono essere usati da soli o in combinazioni di due o pi? di essi. La quantit? di tali cariche ? preferibilmente compresa tra il 2% a 40% in volume basato sulla composizione totale del materiale di attrito.
Il legante organico pu? essere qualsiasi legante noto comunemente utilizzato nei materiali di attrito ed in generale si tratta di una resina termo-indurente o di una miscela di resine termoindurenti.
Esempi illustrativi di leganti adatti includono resine fenoliche, resine melamminiche, resine epossidiche; varie resine fenoliche modificate come resine fenoliche epossimodificate, resine fenoliche olio-modificate, resine fenoliche alchilbenzene-modificate e gomma acrilonitrilebutadiene (NBR).
Uno qualsiasi o combinazioni di due o pi? di questi composti pu? venire impiegato. Al fine di garantire la resistenza meccanica sufficiente e resistenza all'usura, il legante ? incluso in una quantit? compresa preferibilmente tra il 2% al 50% in volume basato sulla composizione totale della mescola grezza o del materiale di attrito finale ottenuto.
Il modificatore di attrito (che pu? eventualmente includere tutto o parte del riempitivo o carica) pu? essere una carica organica come polvere di anacardio, polvere di gomma (polvere di gomma da battistrada polverizzato), una variet? di particelle di gomma non vulcanizzata, una variet? di particelle di gomma vulcanizzata, una carica inorganica come un solfato di bario, carbonato di calcio, un idrossido di calcio, vermiculite e/o mica, un abrasivo come un carburo di silicio, allumina, un silicato di zirconio, un lubrificante come il bisolfuro di molibdeno, un solfuro di stagno, un solfuro di zinco, solfuri di ferro e non ferrosi, particelle metalliche diverse dal rame e leghe di rame, e/o una combinazione di quanto sopra.
Gli abrasivi utilizzabili nella presente invenzione possono essere cos? classificati (l?elenco che segue ? solamente indicativo, non necessariamente esaustivo e non limitativo):
? Abrasivi Blandi (Mohs 1-3): talco, idrossido di calcio, titanato di potassio, mica, caolino;
? Abrasivi Medi (Mohs 4-6): solfato di bario, ossido di magnesio, fluoruro di calcio, carbonato di calcio, wollastonite, silicato di calcio, ossido di ferro, silice, cromite, ossido di zinco;
? Abrasivi Forti (Mohs 7-9): carburo di silicio, sabbia di zirconia, silicato di zirconio, zirconio, corindone, allumina, mullite.
Il contenuto del modificatore di attrito, secondo le caratteristiche di attrito desiderate, ? preferibilmente compreso tra il 40% in volume l?80% in volume rispetto al volume dell'intero materiale.
In generale, i componenti del materiale di attrito utilizzati nel metodo secondo l?invenzione sono i seguenti:
1. leganti
2. riempitivi o fillers
3. lubrificanti/modificatori di attrito
4. abrasivi (che possono fare parte dei riempitivi) 5. fibre (inorganiche/organiche/metalliche)
6. polveri metalliche
Curing e verniciatura
L'articolo stampato (pastiglia freno) risultante ? tipicamente post-curato mediante trattamento termico da 150 a 400?C di durata da 10 minuti a 10 ore, poi verniciato a spruzzo o a polvere, essiccato in forno ed eventualmente lavorato meccanicamente ove necessario per dare il prodotto finito.
Il materiale di attrito ottenuto con il metodo dell'invenzione pu? essere utilizzato in applicazioni quali pastiglie disco, ganasce e guarnizioni dei freni per automobili, camion, vagoni ferroviari e altri vari tipi veicoli e di macchine industriali, oppure nei dischi frizione.
Breve Descrizione dei Disegni
La presente invenzione sar? ora descritta pi? in dettaglio con riferimento agli esempi pratici non limitativi di attuazione seguenti e con riferimento alle figure da 1 a 3 dei disegni annessi, in cui:
- La figura 1 illustra schematicamente mediante blocchi il metodo di realizzazione di un materiale di attrito secondo l?invenzione evidenziando in modo schematico una delle fasi caratterizzanti il metodo dell?invenzione;
- La figura 2 illustra i risultati di una analisi diffrattografica ed al SEM effettuata a due ingrandimenti diversi su uno dei componenti grezzi del materiale di attrito realizzabile secondo il metodo dell?invenzione prima e dopo una fase del metodo dell?invenzione; e
- La figura 3 illustra i risultati in forma grafica di test di efficienza in frenata di un medesimo materiale di attrito realizzato con metodi tradizionali e con il metodo dell?invenzione.
Descrizione Dettagliata
Gli esempi ed esempi comparativi sono qui riportati a titolo di illustrazione, e non sono intesi a limitare l'invenzione.
Con riferimento alla figura 1, ? illustrata schematicamente a blocchi una forma non limitativa di realizzazione di un metodo per ottenere un materiale di attrito secondo l?invenzione.
Il blocco indicato con 100 rappresenta l?insieme o complesso dei materiali componenti grezzi del materiale di attrito che si vuole ottenere: di questo blocco fanno parte, indicati a tratteggio, un legante organico 1, cariche o riempitivi 2, lubrificanti o modificatori di attrito 3, abrasivi 4, fibre 5 e polveri metalliche 6.
Il blocco indicato con 50 rappresenta una fase di mescolamento, ad esempio effettuata in un miscelatore Henschel, Loedige o Eirich, di tutti o solo parte dei materiali componenti grezzi del blocco 1.
Il blocco indicato con 60 rappresenta una fase caratteristica del metodo dell?invenzione, consistente in una fase di miscelazione a caldo di alcuni o di tutti i componenti grezzi del blocco 100, eventualmente premescolati o meno in corrispondenza del blocco 50. Se solo alcuni dei componenti grezzi del blocco 100 vengono miscelati nella fase di miscelazione a caldo secondo il blocco 60, questi devono essere, secondo una forma preferita di attuazione dell?invenzione, selezionati tra almeno parte e, preferibilmente, tutto il legante organico 2, che deve preferibilmente essere solido ed in forma di polvere o granuli ed almeno parte degli altri componenti. Secondo l?espansione prospettica del blocco 60 illustrata schematicamente in figura 1, in questa fase i componenti grezzi, almeno costituiti da parte o tutto il legante organico 2 e da parte o tutti i restanti componenti del materiale d'attrito, eventualmente ma non necessariamente pre-mescolati nel blocco 50, vengono alimentati entro una tramoggia 7 e da questa fatti cadere tra due (o pi?) rulli motorizzati contro-rotanti 8 riscaldati, in condizioni di pressione atmosferica. I rulli 8 sono riscaldati ad una temperatura maggiore di quella di rammollimento e, preferibilmente, di fusione completa, del legante organico, ma inferiore alla temperatura di polimerizzazione o curaggio (curing) del legante organico, che ? una resina o miscela di resine termoindurenti, in modo da portare il legante organico ad una temperatura maggiore o uguale a quella di rammollimento ma inferiore alla sua temperatura di polimerizzazione per mantenere la capacit? del legante organico di rammollirsi o liquefarsi nuovamente.
I rulli 8 e la tramoggia 7 fanno parte di un miscelatore a rulli 9 aperto all?atmosfera, quindi non pressurizzato. In questo miscelatore 9 i materiali grezzi componenti il materiale di attrito desiderato vengono sottoposti ad uno sforzo di taglio elevato in presenza del legante organico allo stato fluido. In uscita dal miscelatore a rulli 9 viene prodotto un semilavorato solido 11 in forma di scaglie o nastro o foglio.
I rulli 8 sono fatti ruotare ad una velocit? compresa tra 10 e 30 giri/minuto e sono mantenuti ad una temperatura compresa tra 40 e 150 ?C. Il gap tra i rulli 8 che determina l?entit? dello sforzo di taglio applicato e lo spessore del semilavorato 11 in uscita ? compreso tra 0,01 e 5 mm.
Il blocco indicato con 12 rappresenta una fase di macinatura, eseguita di preferenza in un mulino a palle od a martelli di tipo noto, del semilavorato 11, che viene ridotto in forma di una polvere.
Il blocco indicato con 13 rappresenta una fase di setacciatura o vagliatura della polvere ottenuta dalla macinatura del semilavorato 11, che viene portata ad avere una distribuzione granulometrica controllata e compresa tra 5 e 500 micron.
Il blocco indicato con 14 ed illustrato a tratteggio rappresenta una fase opzionale di ulteriore mescolamento eseguita mediante un miscelatore Henschel, Loedige o Eirich, della polvere di granulometria prefissata ottenuta dalla macinatura del semilavorato 11 con eventuali altri materiali grezzi componenti il materiale di attrito desiderato, ad esempio costituiti da tutto o parte dei modificatori di attrito e/o cariche o riempitivi, che non hanno partecipato alla fase di miscelazione nel blocco 60.
Infine, il blocco indicato con 16 rappresenta una fase di stampaggio tradizionale di un blocco o strato di materiale di attrito su un supporto metallico per ottenere un elemento frenante, tipicamente una pastiglia freno, ottenuto alimentando al blocco 16 una mescola grezza di materiali componenti il materiale di attrito da ottenere in uscita dal blocco 14 o, direttamente, dal blocco 13. Il blocco indicato con 17 rappresenta una fase opzionale, nota, di trattamento termico dell?elemento frenante ottenuto con il metodo descritto.
ESEMPIO -1
Sono state preparate cinque formulazioni, contrassegnate con le sigle AMFN/194, preparata con metodo tradizionale, e MFN 329, 330, 328 e 331, rispettivamente, aventi composizione simile/identica a quella della formulazione AMFN/194 ed ottenute secondo il metodo dell?invenzione, cambiando i materiali componenti grezzi sottoposti alla fase di miscelazione a caldo con rulli.
Le composizioni delle cinque formulazioni sopra indicate sono riportate nella seguente tabella 1.
I componenti mostrati nella Tabella 1, che indica valori di % in volume sul volume totale della miscela/mescola sono stati uniformemente miscelati in un miscelatore Loedige nel caso della mescola AMFN/194.
Nel caso della mescola MFN329 almeno il 40% del contenuto previsto in resina fenolica e abrasivo blando ? stato trattato secondo l?invenzione in un miscelatore a rulli a caldo alla temperatura di 75?C, con rulli rotanti alla velocit? di 20 g/min. e con gap tra i rulli di 1 mm, ottenendo un semilavorato in foglio di spessore 1,3 mm che ? stato successivamente macinato e setacciato ottenendo una polvere avente granulometria tra 5 e 500 micron e preferibilmente compresa tra 5 e 250 micron. La polvere ? stata mescolata con i restanti componenti in un miscelatore Loedige.
Nel caso della mescola MFN330 si ? proceduto nel medesimo modo che per la mescola MFN329 ma mescolando insieme mediante il miscelatore a rulli resina fenolica e abrasivo medio; nel caso della mescola MF 328 si ? mescolato insieme resina fenolica, abrasivo medio e abrasivo forte; nel caso della mescola MFN331 si ? mescolato insieme resina fenolica ed abrasivo forte.
Successivamente tutte le mescole/composizioni sono state sottoposte ad un identico processo di stampaggio e trattamento termico, sottoponendole a stampaggio in uno stampo sotto una pressione di 20 tonnellate per 3 minuti ad una temperatura di 160 ?C, poi curate per 240 minuti di trattamento termico a 210 ?C, producendo pastiglie freno aventi materiale di attrito di sostanzialmente identica composizione ma ottenute con processi diversi.
Le pastiglie freno prodotte nel modo descritto sono state sottoposte ai seguenti test:
Test di efficienza comprendente: frenate di assestamento, frenate a diverse pressioni di fluido, frenata di valutazione ?a freddo? (< 50 ?C) freddo, frenate di simulazione autostrada, due serie di frenate ad alta energia (primo FADE test) intervallate da una serie di frenate di recupero. Da questo test ? anche possibile estrapolare, in modo noto ai tecnici del ramo, l?usura a cui la pastiglia ? sottoposta.
Alcuni risultati dei test comparativi sono riportati nella figura 3 dei disegni annessi e nella tabella 2 seguente.
Dall?esame della figura 3 ? evidente come il coefficiente di frenata si mantiene pi? costante a parit? di condizioni nel caso delle mescole MFN329, 330 e 328, mentre non ci sono grandi variazioni nel caso della mescola MFN331.
outboard (verso esterno veicolo) e sul lato inboard (verso interno veicolo) ? evidente la riduzione di usura delle pastiglie per le formulazioni / mescole MFN329, 330 e 328 realizzate secondo l?invenzione rispetto alla formulazione di confronto (riferimento) AMFN/194 ed alla formulazione MFN331 dove si ? trattato insieme alla resina fenolica per miscelazione mediante il miscelatore a rulli solo un materiale non fibroso come l?abrasivo forte.
Dalla figura 2, infine, ? evidente come il trattamento secondo il metodo dell?invenzione permette di ottenere una microstruttura del materiale fibroso molto pi? fine ed omogenea con perdita della struttura fibrosa complessiva. La maggiore omogeneit? del materiale di attrito che si ottiene mediante il metodo dell?invenzione risulta particolarmente vantaggiosa, sia in termini di prestazioni che di robustezza del materiale di attrito.
Gli scopi del trovato sono dunque pienamente raggiunti.
Claims (9)
- RIVENDICAZIONI 1. Metodo per realizzare un materiale di attrito privo di amianto comprendente come materiali componenti fibre inorganiche e/o organiche e/o metalliche, almeno un legante organico, almeno un modificatore di attrito o lubrificante ed almeno un riempitivo o abrasivo, comprendente le fasi di: - mescolare tra loro i materiali componenti grezzi del materiale di attrito al fine di ottenere una mescola grezza; - stampare sotto pressione la mescola grezza per ottenere un blocco o strato di materiale di attrito; caratterizzato dal fatto che la fase di mescolamento comprende: a)- una prima fase di miscelazione, eseguita a caldo e mediante un miscelatore a rulli aperto alla pressione atmosferica, di almeno parte del legante organico e di almeno parte di almeno un altro materiale componente del materiale di attrito, operando ad una temperatura inferiore alla temperatura di polimerizzazione del legante organico ma maggiore della, o uguale alla, temperatura di rammollimento del legante organico, in modo da ottenere un semilavorato solido sotto forma di scaglie o nastro o foglio; b)- una fase di macinatura del semilavorato solido, in modo da ridurlo in una polvere.
- 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la fase di mescolamento comprende anche una seconda fase di miscelazione dei materiali componenti grezzi del materiale di attrito eseguita prima e/o dopo la prima fase di miscelazione a caldo e la fase di macinatura, immettendo altri materiali componenti del materiale di attrito e/o la polvere ottenuta dalla macinatura del semilavorato solido in un miscelatore, ad esempio del tipo Henschel, Loedige o Eirich.
- 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la prima fase di miscelazione a caldo viene eseguita utilizzando un legante organico, preferibilmente in polvere, costituito da almeno un polimero termoindurente o almeno un polimero termoplastico o miscele degli stessi.
- 4. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che nella prima fase di miscelazione a caldo vengono miscelati tra loro per ottenere il semilavorato solido tutto il legante organico e parte o la totalit? dei materiali componenti del materiale di attrito.
- 5. Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la polvere ottenuta dalla macinazione del semilavorato solido viene sottoposta ad una fase di setacciatura prima della seconda fase di miscelazione in un miscelatore per ottenere la mescola grezza.
- 6. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la polvere ottenuta dalla macinazione del semilavorato solido che viene utilizzata per formare la mescola grezza presenta una distribuzione granulometrica compresa tra 5 e 500 micron.
- 7. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che nella prima fase di miscelazione a caldo vengono miscelati tra loro per ottenere il semilavorato solido tutto il legante organico e parte o la totalit? dei materiali componenti del materiale di attrito aventi struttura fibrosa.
- 8. Elemento di attrito, in particolare pastiglia o ceppo freno, presentante uno strato o blocco di attrito realizzato con un materiale di attrito ottenuto secondo il metodo di una delle rivendicazioni precedenti.
- 9. Sistema di frenatura comprendente un elemento da frenare costituito da un disco o ceppo freno realizzato in una ghisa o in acciaio ed almeno un elemento frenante costituito da una pastiglia o ceppo freno, atto a cooperare per attrito con l?elemento da frenare, caratterizzato dal fatto che l?elemento frenante presenta uno strato o blocco di attrito destinato a cooperare con l?elemento da frenare realizzato con il materiale di attrito ottenuto secondo il metodo di una rivendicazioni precedenti.
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