RU2283974C1

RU2283974C1 - Friction article

Info

Publication number: RU2283974C1
Application number: RU2005110141/11A
Authority: RU
Inventors: Михаил Захарович Левит (RU); Михаил Захарович Левит; Наталь Александровна Крайнова (RU); Наталья Александровна Крайнова; Вера Ивановна Изюмова (RU); Вера Ивановна Изюмова; Николай Петрович Фурсов (RU); Николай Петрович Фурсов; Мари Алексеевна Масюлис (RU); Мария Алексеевна Масюлис; Евгений Григорьевич Пивень (RU); Евгений Григорьевич Пивень
Original assignee: Открытое акционерное общество "Термостойкие изделия и инженерные разработки" (ОАО "ТИИР")
Priority date: 2005-04-07
Filing date: 2005-04-07
Publication date: 2006-09-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; friction articles containing polymer composite friction members.

SUBSTANCE: proposed friction article has metal framework and polymer composite friction member consisting of layers; each layer consists of polymer matrix and fillers (or filler).Layer of friction member which is in contact with metal framework has mass ratio of matrix to filler (or fillers) which exceeds this ratio in working layer. Friction member is made of three layers. Layer between working and layer which is in contact with metal framework has ratio of matrix to filler (or fillers) more than this ratio in working layer but lesser than in layer which is contact with metal framework. Resistance of article to thermal fatigue at abrupt heating and cooling is increased due to smooth change of heat conductivity of article in layers from working layer to metal framework.

EFFECT: enhanced efficiency; enhanced resistance to thermal fatigue.

Description

Заявляемое изобретение относится к машиностроению, а именно к фрикционным изделиям, содержащим полимерный композиционный фрикционный элемент, совмещенный с металлическим каркасом, эксплуатирующимся во фрикционных узлах автотракторной техники, различных машин и оборудования (колодки дисковых и барабанных тормозов автомобилей, тракторов и др.).The claimed invention relates to mechanical engineering, namely to friction products containing a polymer composite friction element, combined with a metal frame, operated in friction units of automotive machinery, various machines and equipment (disc and drum brake pads of cars, tractors, etc.).

Аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, включающее металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, при этом между металлическим каркасом и полимерным композиционным элементом размещен клеевой слой, фиксирующий элемент к каркасу (см. патент СССР №1277491, МПК⁴ В 22 F 7/04, 1994). Существенные признаки аналога "металлический каркас, полимерный композиционный фрикционный элемент" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.An analogue of the claimed invention is a friction product comprising a metal frame and a polymer composite friction element, while between the metal frame and the polymer composite element there is an adhesive layer fixing the element to the frame (see USSR patent No. 1277491, IPC ⁴ V 22 F 7/04, 1994). The essential features of the analogue "metal frame, polymer composite friction element" coincide with the essential features of the claimed invention.

Недостатком аналога является низкая прочность и термостойкость клеевого соединения, нетехнологичность процесса склеивания и недостаточные теплоизолирующие свойства клеевого слоя, практически не снижающего теплопроводность тормозной колодки по отношению к тормозному цилиндру, в результате чего возможно закипание тормозной жидкости и отказ тормозной системы при нагреве фрикционного элемента колодки в процессе торможения.The disadvantage of the analogue is the low strength and heat resistance of the adhesive joint, the low-tech bonding process and the insufficient heat-insulating properties of the adhesive layer, which practically does not reduce the thermal conductivity of the brake pad in relation to the brake cylinder, as a result of which boiling of the brake fluid and failure of the brake system during heating of the friction element of the pad during the process braking.

Прототипом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, содержащее металлический каркас и расположенный на металлическом каркасе полимерный композиционный фрикционный элемент, состоящий из двух слоев, каждый из которых состоит из полимерной матрицы и наполнителя (или наполнителей), при этом слой фрикционного элемента, контактирующий с металлическим каркасом, имеет массовое соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) больше, чем в рабочем слое (т.е. в слое, имеющем фрикционный контакт с металлическим контртелом) (см. патент РФ №2117197, МПК⁶ F 16 D 69/00, 1998). Существенные признаки прототипа "металлический каркас и расположенный на металлическом каркасе полимерный композиционный фрикционный элемент, состоящий из слоев, каждый из которых состоит из полимерной матрицы и наполнителя (или наполнителей), при этом слой фрикционного элемента, контактирующий с металлическим каркасом, имеет массовое соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) больше, чем в рабочем слое" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.The prototype of the claimed invention is a friction product containing a metal frame and a polymer composite friction element located on a metal frame, consisting of two layers, each of which consists of a polymer matrix and a filler (or fillers), while the layer of the friction element in contact with the metal frame, has a mass ratio of matrix to filler (or fillers) more than in the working layer (i.e., in a layer having frictional contact with a metal counterbody) (see Awning RF №2117197, MPK ⁶ F 16 D 69/00, 1998). The essential features of the prototype are “metal frame and polymer composite friction element located on a metal frame, consisting of layers, each of which consists of a polymer matrix and a filler (or fillers), while the layer of the friction element in contact with the metal frame has a mass matrix to filler (or fillers) more than in the working layer "coincide with the essential features of the claimed invention.

Недостатком прототипа являются недостаточные теплоизолирующие свойства слоя, примыкающего к каркасу, недостаточно снижающего теплопроводность тормозной колодки по отношению к тормозному цилиндру, в результате чего возможно закипание тормозной жидкости и отказ тормозной системы при нагреве фрикционного элемента колодки в процессе торможения.The disadvantage of the prototype is the insufficient heat-insulating properties of the layer adjacent to the frame, not enough to reduce the thermal conductivity of the brake pad in relation to the brake cylinder, as a result of which boiling of the brake fluid and failure of the brake system when the friction element of the pad is heated during braking is possible.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение эксплуатационных характеристик изделия путем снижения теплопроводности тормозной колодки по отношению к тормозному цилиндру. Другим видом технического результата, получение которого может обеспечить заявляемое изобретение, является повышение стойкости изделия к тепловой усталости при резких нагревах и охлаждениях изделия в процессе эксплуатации за счет повышения плавности изменения теплопроводности изделия по слоям от рабочего слоя фрикционного элемента к металлическому каркасу.The problem to which the invention is directed, is to improve the operational characteristics of the product by reducing the thermal conductivity of the brake pads with respect to the brake cylinder. Another type of technical result, which the claimed invention can provide, is to increase the resistance of the product to thermal fatigue during sudden heating and cooling of the product during operation by increasing the smoothness of the change in the thermal conductivity of the product in layers from the working layer of the friction element to the metal frame.

Для достижения указанного технического результата во фрикционном изделии, содержащем металлический каркас и расположенный на металлическом каркасе полимерный композиционный фрикционный элемент, состоящий из слоев, каждый из которых состоит из полимерной матрицы и наполнителя (или наполнителей), при этом слой фрикционного элемента, контактирующий с металлическим каркасом, имеет массовое соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) больше, чем в рабочем слое, фрикционный элемент выполнен из трех слоев, причем слой, размещенный между рабочим слоем и слоем, контактирующим с металлическим каркасом, имеет соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) больше, чем в рабочем слое, но меньше, чем в слое, примыкающем к металлическому каркасу.To achieve the specified technical result, in the friction product containing the metal frame and located on the metal frame, the polymer composite friction element, consisting of layers, each of which consists of a polymer matrix and filler (or fillers), while the layer of the friction element in contact with the metal frame has a mass ratio of the matrix to the filler (or fillers) more than in the working layer, the friction element is made of three layers, and the layer placed ezhdu working layer and the layer in contact with a metal frame, a ratio of the matrix to the filler (or fillers) is greater than the active layer, but smaller than in the layer adjacent to the metal frame.

Существенные признаки заявляемого изобретения "фрикционный элемент выполнен из трех слоев, причем слой, размещенный между рабочим слоем и слоем, контактирующим с металлическим каркасом, имеет соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) больше, чем в рабочем слое, но меньше, чем в слое, примыкающем к металлическому каркасу" являются отличительными от признаков прототипа.Salient features of the claimed invention "the friction element is made of three layers, and the layer placed between the working layer and the layer in contact with the metal frame has a ratio of matrix to filler (or fillers) more than in the working layer, but less than in the layer, adjacent to the metal frame "are distinctive from the features of the prototype.

Фрикционное изделие содержит металлический каркас, совмещенный (например, путем приформовывания) с полимерным композиционным фрикционным элементом, выполненным из полимерного композита (композитов). В качестве полимерной основы (матрицы) композита могут использоваться отвержденные смолы, вулканизованные каучуки или смеси отвержденных смол и вулканизованных каучуков. В качестве наполнителей могут использоваться волокнистые материалы, например минеральные волокна, стальные волокна, полиарамидные волокна н др. или их смеси. Также в состав наполнителей могут входить дисперсные материалы, например технический углерод, другие углеродные материалы, барит и т.д. или их смеси. При этом для фрикционного композита рабочего слоя соотношения между матрицей н наполнителями составляет обычно: матрицы 5÷40% масс., наполнителей 60÷95% масс. Слой фрикционного элемента, контактирующий с каркасом, выполнен из композита, имеющего соотношение между матрицей и наполнителями: матрицы 77÷100% масс., наполнителей 0÷33% масс. Слой, размещенный между рабочим слоем и слоем, контактирующим с каркасом, выполнен из фрикционного композита, у которого соотношение между матрицей и наполнителем составляет: матрицы 10÷45% масс., наполнителей 65÷90% масс. Для этого слоя соотношение матрицы с наполнителем всегда больше, чем у рабочего слоя, но меньше, чем у слоя, контактирующего с металлическим каркасом. При этом предпочтительно использование в качестве полимеров для матриц слоев одного и того же полимера или сходных полимеров (одного класса, группы и т.д.).The friction product contains a metal frame combined (for example, by molding) with a polymer composite friction element made of a polymer composite (s). Cured resins, vulcanized rubbers or mixtures of cured resins and vulcanized rubbers can be used as the polymer base (matrix) of the composite. As fillers, fibrous materials can be used, for example, mineral fibers, steel fibers, polyaramide fibers, etc., or mixtures thereof. The composition of the fillers may also include dispersed materials, for example carbon black, other carbon materials, barite, etc. or mixtures thereof. Moreover, for the friction composite of the working layer, the relations between the matrix and fillers are usually: matrices 5–40% by mass, fillers 60–95% by mass. The layer of the friction element in contact with the frame is made of a composite having a ratio between the matrix and the fillers: matrices 77 ÷ 100% mass., Fillers 0 ÷ 33% mass. The layer placed between the working layer and the layer in contact with the frame is made of a friction composite, in which the ratio between the matrix and the filler is: matrices 10 ÷ 45% by weight, fillers 65 ÷ 90% by weight. For this layer, the ratio of the matrix to the filler is always greater than that of the working layer, but less than that of the layer in contact with the metal frame. In this case, it is preferable to use as the polymers for the matrices layers of the same polymer or similar polymers (of the same class, group, etc.).

Изготавливаться заявляемое изделие может известными методами, например, приформовыванием к металлическому каркасу формовочной смеси. При этом поверхность металлического каркаса, к которой приформовывается полимерный фрикционный элемент, предварительно покрывается полимерной композицией, например, путем обработки раствором полимера с наполнителем (возможно покрытие только полимером, раствор которого используется без наполнителя) и последующей сушкой. Затем на каркас наносятся слои из формовочных смесей необходимого состава, и осуществляется формование и термообработка изделия, в результате чего образуются полимерные композиты. Затем изделие может подвергаться механической обработке.The claimed product can be manufactured by known methods, for example, by molding to a metal frame of the molding mixture. In this case, the surface of the metal frame to which the polymer friction element is molded is preliminarily coated with the polymer composition, for example, by treatment with a polymer solution with a filler (coating is possible only with a polymer, the solution of which is used without filler) and subsequent drying. Then layers of molding mixtures of the required composition are applied to the frame, and molding and heat treatment of the product are carried out, as a result of which polymer composites are formed. Then the product can be machined.

Конкретным примером заявляемого изделия является полимерное композиционное фрикционное изделие, содержащее плоский металлический каркас (колодка дискового тормоза легковых автомобилей), и фрикционный элемент, состоящий из трех слоев полимерных фрикционных композитов. Слой, контактирующий с металлическим каркасом, толщиной до 0,5 мм включает 80% масс. полимерной матрицы на базе фенолформальдегидной смолы (СФП) и 20% масс. дисперсного технического углерода. Рабочий слой 8÷20 мм содержит 20% масс. полимерной матрицы на базе фенолформальдегидной смолы, волокнистые наполнители (стальные волокна, минеральная вата, стекловолокна) в количестве 20% масс., порошкообразные наполнители (барит, глинозем и др.) - 60% масс. Расположенный между указанными слоями дополнительный слой толщиной 2÷5 мм содержит 30% масс. полимерной матрицы на базе фенолформальдегидной смолы, волокнистые наполнители в количестве 19% масс. и порошкообразные наполнители в количестве 51% масс.A specific example of the claimed product is a polymer composite friction product containing a flat metal frame (disc brake pad for cars) and a friction element consisting of three layers of polymer friction composites. The layer in contact with the metal frame, a thickness of up to 0.5 mm includes 80% of the mass. a polymer matrix based on phenol-formaldehyde resin (TFP) and 20% of the mass. dispersed carbon black. The working layer of 8 ÷ 20 mm contains 20% of the mass. a polymer matrix based on phenol-formaldehyde resin, fibrous fillers (steel fibers, mineral wool, fiberglass) in an amount of 20% by mass., powdery fillers (barite, alumina, etc.) - 60% by mass. Located between these layers an additional layer with a thickness of 2 ÷ 5 mm contains 30% of the mass. a polymer matrix based on phenol-formaldehyde resin, fibrous fillers in an amount of 19% of the mass. and powdered fillers in the amount of 51% of the mass.

Наличие во фрикционном изделии композиционных слоев, теплопроводность которых снижается при чередовании от рабочей поверхности изделия до металлического каркаса, позволяет более надежно защитить тормозную жидкость от перегрева и повысить стойкость изделия к тепловой усталости в процессе эксплуатации за счет более плавного изменения теплопроводности по слоям, что улучшает эксплуатационные характеристики изделия.The presence in the friction product of composite layers, the thermal conductivity of which decreases during alternation from the working surface of the product to the metal frame, allows more reliable protection of the brake fluid from overheating and increases the resistance of the product to thermal fatigue during operation due to a smoother change in thermal conductivity across the layers, which improves operational product specifications.

Claims

The friction product containing the metal frame and the polymer composite friction element, consisting of layers, each of which consists of a polymer matrix and fillers (or filler), while the layer of the friction element in contact with the metal frame has a mass ratio of matrix to filler (or fillers ) larger than in the working layer, characterized in that the friction element is made of three layers, and the layer located between the working layer and the layer in contact with the metal frame has the ratio of the matrix to the filler (or fillers) is greater than in the working layer, but smaller than in the layer in contact with the metal frame.