WO2018002507A1 - Procede de fabrication d'une garniture de friction - Google Patents

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WO2018002507A1
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Isabelle Alix
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Valeo Materiaux De Friction
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Definitions

  • the invention relates to a method of manufacturing a friction lining, in particular for a brake disk or a motor vehicle clutch, as well as a friction lining obtained by this method.
  • a friction lining in particular for a clutch or a brake disk, is subjected to high centrifugal stresses in the environments of use in manual gearbox or controlled gearbox. It must therefore be mechanically resistant.
  • thermoset sand resins such as phenolic resin
  • the raw materials are compressed in temperature and under pressure to form a fired piece. Due to the creep of the resins, the shape factors of the materials present, such as fibers and powders, as well as the design of the molds, the fired piece at the molding outlet has a variation in thickness between 0.1 mm and 0, 3mm.
  • a machining operation is performed on one or both sides of the material.
  • This machining operation generates between 10 and 25% by mass loss of material engaged for the manufacture of the friction lining for automobile clutch or brake pad.
  • This loss of friction material also represents a financial loss insofar as the machined material is complex and expensive.
  • the object of the present invention is to provide a method for reducing losses of woven reinforcement material and friction material during the manufacturing process.
  • the invention thus proposes a method of manufacturing a friction lining, in particular intended for a brake disk or a motor vehicle clutch comprising:
  • a reinforcement step in the course of which a reinforcing layer woven in the non-crosslinked state is provided on one of the two opposite faces of the preform of the friction material; a step of excess thickness during which an excess thickness a composite material comprising a mixture of fibers of varying length and section and thermoset resins sand in the uncrosslinked state is provided on the free side of the woven reinforcement layer,
  • a firing step in the course of which the assembly comprising the non-crosslinked friction material preform, the non-crosslinked woven reinforcing layer and the non-crosslinked thickness is heated to a temperature greater than or equal to 180 ° C and less than or equal to 210 ° C for a duration greater than or equal to 1 min and less than or equal to 15 min under a pressure greater than or equal to 50 bar and less than or equal to 300 bars in order to obtain a crosslinked assembly comprising a preform in a cross-linked friction material, a woven reinforcement in the cross-linked state and an overlay in the cross-linked state,
  • the provision of an extra thickness composite material reduces the loss of woven reinforcement material during the manufacturing process.
  • the method according to the invention may also comprise one or more of the following characteristics, considered individually or in any technically possible combination:
  • the material removed during the machining step comprises at least 80% by mass percentage of composite material of the extra thickness in the crosslinked state; and or the composite material of the overthickness comprises a mixture of fibers of size greater than or equal to 50 ⁇ and less than or equal to 300 ⁇ ; and or
  • the composite material of the excess thickness comprises a mixture of particles with a diameter of less than 50 ⁇ ;
  • the composite material of the overthickness comprises at least 25% by weight and up to 45% by weight of fibers and / or powder of inorganic nature; and or
  • the composite material of the excess thickness comprises at least 20% by weight and up to 35% by weight of inert fillers of organic nature; and or
  • the composite material of the extra thickness comprises at least one wetting agent, in particular water, a tackifier or PVA, i.e. polyvinyl acetate; and or
  • the composite material of the excess thickness comprises at least one active polymer, in particular phenolic resin, melamine formaldehyde resin and / or rubber; and or
  • the composite material of the overthickness comprises at least 30% by weight and up to 50% by weight of active polymer; and or
  • the composite material of the extra thickness is at least partly derived from thermoset composite waste, including dust machining friction linings or grinding; and or
  • the composite material of the excess thickness comprises up to 10% by weight of metal particles, preferably up to 5% by mass; and or
  • the extra thickness is preformed, in particular by compression under low pressure, before being placed against one of the faces of the preform of friction material;
  • the invention relates to a friction lining, in particular for a brake disk or a motor vehicle clutch, for example obtained by the method according to the invention.
  • the friction lining may include one or more of the following features, considered individually or in any technically feasible combination:
  • the liner comprises a decreasing gradient of fiber concentration of length, section and variable chemical nature from one of the two opposite faces of the friction lining; and or the lining comprises a first zone comprising fibers of length, of section and of variable chemical nature and a second zone free of fibers of length, of section and of variable chemical nature, the first zone extending from one of the two opposite sides of the friction lining and having a thickness less than or equal to 15% of the total thickness of the friction lining, the second zone having a thickness greater than or equal to 70% of the total thickness of the liner; friction.
  • the first zone may also comprise residues of composite material whose composition is described above in relation to the excess thickness and the second zone may be free of residues of composite material.
  • FIG. 1 illustrates the different steps of a method according to the invention
  • FIG. 2 illustrates a preform of friction material in the non-crosslinked state
  • FIG. 3 illustrates a non-crosslinked friction material preform and a non-crosslinked woven reinforcement
  • FIG. 4 illustrates a non-crosslinked friction material preform, a woven reinforcement in the non-crosslinked state and an extra thickness in a non-crosslinked composite material
  • FIG. 5 illustrates a crosslinked assembly comprising a cross-linked friction material preform, a woven reinforcement in the cross-linked state and a cross-bonded thickness
  • FIG. 6 illustrates this same crosslinked assembly as well as machining zones
  • FIG. 7 illustrates the friction lining obtained by a method according to the invention.
  • the invention relates to a method of manufacturing a friction lining, in particular for a brake disk or a motor vehicle clutch, comprising at least:
  • a friction liner is an element that comes into friction with another body and has physical and mechanical properties that allow it to withstand high mechanical and thermal stresses.
  • the composition, shape and dimensions of the friction linings are decisive.
  • a non-crosslinked friction material preform 2 is provided during the step of providing a preform S 1.
  • This non-crosslinked friction material preform has two opposite faces 2a and 2b.
  • This preform can be annular.
  • the friction material for friction lining may for example comprise fibers and / or thermosetting sands resins and / or rubber and / or metal filaments and / or fillers.
  • the fibers may be organized into strands of filaments, that is to say a group of unit filaments oriented in the same axis, continuous or cut to a regular length such as for example greater than or equal to 2 mm and less than or equal to 6 mm for cut strands.
  • thermosetting resins may for example be melamine-formaldehyde resins and / or phenol-formaldehyde resins.
  • the rubber may be, for example, SBR, i.e., styrene-butadiene rubber, and / or NBR, i.e. nitrile butadiene rubber.
  • the metal filaments may be of constant section, for example greater than or equal to 100 ⁇ and less than or equal to 300 ⁇ .
  • the fillers may for example comprise BaSO 4 and / or CaCO 3 and / or carbonaceous fillers.
  • the friction material is here in the non-crosslinked state because the thermosetting resins that compose it are not crosslinked.
  • the crosslinking of these thermosetting resins can be done by cooking or thermocompression.
  • the amount of friction material in the uncrosslinked state, and thus the thickness of the non-crosslinked friction material preform, is determined so that the thickness after curing is less than 5 %, for example less than 3%, to the desired thickness of the friction lining.
  • a woven reinforcement in the uncrosslinked state 3 is provided on one of the two opposite faces of the preform 2.
  • the other opposite face 2a of the preform in friction material 2 is called the free face of the friction material.
  • the woven reinforcement is composed of high mechanical performance fibers previously impregnated with a thermosetting resin. Each fiber strand is coated with non-crosslinked resins that crosslink during the firing step.
  • the fibers may for example be composed of glass and / or carbon and / or aramid and / or basalt.
  • thermosetting resin may for example be phenolic resin and / or resol resin.
  • the resin is in the uncrosslinked state before the firing step and then in the crosslinked state after firing.
  • the impregnating rate of the woven with the resin may be greater than or equal to 10% and less than or equal to 40% by volume. This impregnation makes it possible to obtain a robust connection of the matrix with the woven reinforcement.
  • the thickness of the woven reinforcement may for example be greater than or equal to 0.2 mm and less than or equal to 1 mm, preferably close to 0.4 mm.
  • the woven material layers are organized to have an isotropic layer, i.e. having identical mechanical properties in all directions.
  • compositions of the woven material are only exemplary and any compositions known to those skilled in the art may be suitable for the application of the present invention.
  • an excess thickness 4a or 4b of a composite material is provided on the free side of the woven reinforcement layer in the non-crosslinked state.
  • extra thicknesses 4a and 4b are provided on the free face of the woven reinforcement 3 and on the free face of the preform made of friction material 2.
  • This embodiment is not limiting; it is quite possible to deposit an extra thickness on only the free face of the woven reinforcement layer.
  • the composite material of the excess thickness 4a or 4b comprises a mixture of fibers of variable length and section and thermosetting resins in the non-crosslinked state.
  • the fibers may consist of filaments isolated from each other and randomly oriented in space.
  • the composite material of the extra thickness may also comprise a mixture of particles and / or inorganic powders and / or inert fillers of organic nature and / or a wetting agent and / or an active polymer and / or metal particles.
  • the fibers may for example be of variable size greater than or equal to 50 ⁇ and less than or equal to 300 ⁇ .
  • the particles of the mixture may have a diameter of less than 50 ⁇ .
  • the composite material of the overthickness may for example comprise at least 25% by weight and up to 45% by weight of fibers and / or powder of inorganic nature.
  • the composite material of the overthickness may for example comprise at least 20% by weight and up to 35% by weight of inert charges of organic nature.
  • the wetting agent may be, for example, water and / or a tackifier and / or
  • the active polymer may be, for example, phenolic resin and / or melamine formaldehyde resin and / or rubber.
  • the presence of rubber makes it possible to obtain an elastic behavior between the layers.
  • this makes it possible to reduce the stresses that can lead to deformation in the thickness and to avoid the veiling of the composite material.
  • the composite material of the overthickness may for example comprise at least 30% by weight and up to 50% by weight of active polymer.
  • the composite material of the excess thickness may for example comprise up to 10% by weight of metal particles, preferably up to 5% by weight.
  • the excess thickness is preformed, in particular by compression under low pressure, before being placed on one or both opposite faces of the preform of friction material in the non-crosslinked state.
  • the assembly is crosslinked during a cooking step S4 also called pressure cooking or thermocompression.
  • This firing step consists in heating the assembly comprising the preform of friction material in the non-crosslinked state 2, the woven reinforcement in the non-crosslinked state 3 and one or more overthicknesses in the non-crosslinked state 4a and / or 4b at a temperature greater than or equal to 180 ° C and less than or equal to 210 ° C for a duration greater than or equal to 1 min and less than or equal to 15 min at a pressure greater than or equal to 50 bar and lower or equal to 300 bar in order to obtain a crosslinked assembly comprising a preform in cross-linked friction material, a woven reinforcement in the crosslinked state and a cross-linked thickness.
  • the non-crosslinked friction material preform 2 Prior to the firing step, the non-crosslinked friction material preform 2, the non-crosslinked woven reinforcement 3 and one or more overthicknesses 4a and / or 4b may be placed in a mold adapted to thermocompression and known to those skilled in the art.
  • the cooking procedure is given by way of example only and any cooking processes or material known to those skilled in the art and permitting the crosslinking of sand thermoset resins may be suitable for the application of the present invention. .
  • FIG. 5 shows a crosslinked assembly 10 comprising a preform of cross-linked friction material 6, a woven reinforcement in the cross-linked state 7 and two cross-linked thickeners 8a and 8b on the two opposite faces of the preform 6.
  • This embodiment is not limiting, it is quite possible to deposit an extra thickness on only the free face of the woven reinforcement in the non-crosslinked state.
  • irregularities appear on the surface of the two opposite faces 8a and 8b of the crosslinked assembly 10. These irregularities may be thickness variations of the order of 0.1 to 0.3 mm and are not shown in Figure 5.
  • the friction linings have a very small thickness variation and that their opposite faces are parallel to each other to ensure the smooth operation of the finished product.
  • a machining step S5 is performed. During the machining step, the opposite faces of the crosslinked assembly 10 are machined so as to remove the extra thicknesses in the crosslinked state 8a and 8b and to obtain a friction lining in the crosslinked state and on opposite faces parallel to each other.
  • FIG. 6 illustrates the crosslinked assembly 10 as well as the machining zones 12.
  • the composite material of the extra thickness does not have the same physical properties and the same mechanical strength as the friction material or the woven reinforcement, it is therefore preferable to remove the extra thickness so that the composite material is no longer present in the the friction lining only in the state of trace.
  • the machining step can remove between 10 and 30% of the thickness of the crosslinked assembly.
  • the material removed during the machining step may for example comprise at least 80% by weight of composite material of the extra thickness in the crosslinked state.
  • the machining step S4 can make it possible to remove the excess thickness up to the interface between the excess thickness and the woven reinforcement and the interface between the excess thickness and the friction material.
  • the machining zone 12 illustrated in FIG. 5 protrudes slightly over the cross-linked woven reinforcement 7 and the cross-linked friction material 6. It is thus possible that a fraction of the woven reinforcement and the material friction, at the interface with the excess thickness, is removed during the machining step.
  • the composite material of the excess thickness 4 may be derived, at least in part, thermoset composite waste, including dust machining friction linings or grinding.
  • thermoset composite waste including dust machining friction linings or grinding.
  • the machining phase makes it possible to obtain linings without variations in thickness and with opposite faces parallel to each other. This machining produces waste, for example machining dust.
  • machining dusts are composed of powders, small fibers and constitute a complex mixture no longer possessing the mechanical properties of the raw materials from which they come.
  • Composite organic matrix materials are currently recycled by co-incineration, pyrolysis and densimetric separation processes.
  • the reuse of machining dust in the production of a composite material of extra thickness has the advantage of recycling the production waste of a friction lining, to improve the control of the life cycle of the product and to reduce losses. generated.
  • the composite material will not alter the composition of the friction material and the woven reinforcement of the friction lining or its mechanical properties and will be present in the latter only in the form of traces.
  • Figure 7 shows a friction lining 14 obtained by a method according to the invention.
  • This friction lining is free of irregularities on its surface and has parallel opposite faces 14a and 14b.
  • the friction lining is composed of a cross-linked friction material and a woven reinforcement in the cross-linked state. However, fiber residues of varying length and section may be present in the resin matrix near the surface of the friction liner.
  • These fibers of variable length and section come from the composite material of the one or more overthicknesses, the friction material and the woven reinforcement being for their part consist of fibers of constant lengths. This presence of residues is explained by a migration of the reduced size fibers from the composite thickness (es) during the cooking step S3.
  • the friction liner 14 may have a decreasing gradient of fiber concentration of varying length, section, and chemical nature from one of its two opposite faces 14a and 14b to its center.
  • the friction lining 14 may, for example, comprise a first zone comprising residues of composite material of extra thickness, in particular fibers of length and of variable diameter, and a second zone free from residues of composite material of overthickness.
  • the first zone may for example extend from one of the two opposite faces of the friction lining and have a thickness less than or equal to 15% of the total thickness of the friction lining, the second zone may as to it has a thickness greater than or equal to 70% of the total thickness of the friction lining.
  • the friction lining 14 When in the course of the manufacturing process an excess thickness is provided on the two opposite faces of the friction material preforms then the friction lining 14 has two areas with residues and which extend from the two opposite faces of the friction lining. towards his center. The third zone, devoid of residues, is in the center of the friction lining.

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Abstract

Procédé de fabrication d'une garniture de friction, notamment destinée à un disque de frein ou un embrayage de véhicule à moteur, comprenant : - une étape de fourniture d'une préforme au cours de laquelle une préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé (2) comprenant deux faces opposées (2a, 2b) est fournie, - une étape de renfort au cours de laquelle une couche de renfort tissé à l'état non-réticulé (3) est fournie sur l'une des deux faces opposées de la préforme du matériau de friction, - une étape de surépaisseur au cours de laquelle une surépaisseur en un matériau composite comprenant un mélange de fibres de longueur et de section variables et de résines thermodurcissables à l'état non-réticulé (4a, 4b) est fournie sur la face libre de la couche de renfort tissé, - une étape de cuisson au cours de laquelle l'ensemble comprenant la préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé, la couche de renfort tissé à l'état non-réticulé et la surépaisseur à l'état non-réticulé est chauffé à une température supérieure ou égale à 180°C et inférieure ou égale à 210°C pendant une durée supérieure ou égale à 1 min et inférieure ou égale à 15 min sous une pression supérieure ou égale à 50 bars et inférieure ou égale à 300 bars afin d'obtenir un ensemble réticulé (10) comprenant une préforme en matériau de friction à l'état réticulé (6), un renfort tissé à l'état réticulé (7) et une surépaisseur à l'état réticulé (8a, 8b), - une étape d'usinage au cours de laquelle les deux faces opposées de l'ensemble sont usinées de sorte à retirer la surépaisseur à l'état réticulé et obtenir une garniture de friction (14) à l'état réticulé et aux faces opposées (14a, 14b) parallèles entre elles.

Description

Procédé de fabrication d'une garniture de friction
L'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une garniture de friction, notamment destinée à un disque de frein ou un embrayage de véhicule à moteur, ainsi qu'à une garniture de friction obtenue par ce procédé.
Une garniture de friction, notamment pour embrayage ou un disque de frein, est soumise à de fortes contraintes centrifuges dans les environnements d'utilisation en boite manuelle ou boite pilotée. Il doit donc être résistant mécaniquement. Plusieurs solutions existent pour permettre aux matériaux de friction d'avoir un niveau de résistance mécanique suffisant.
La meilleure résistance mécanique est obtenue pour un matériau de friction collé ou surmoulé sur un support en acier. C'est l'acier qui confère la résistance en centrifugation de l'ensemble, à la condition que le collage soit robuste. Cependant, ce matériau présente l'inconvénient d'apporter une forte inertie à la pièce de friction, en raison de la densité élevée de l'acier.
Il est connu de l'homme du métier de remplacer l'acier par des matériaux tissés pré imprégnés de résines thermodurcis sables, comme par exemple de la résine phénolique. Ces matériaux tissés présentent une forte valeur ajoutée et un cout élevé.
Lors de la réalisation d'une garniture de friction destinée à un disque de frein ou un embrayage de véhicule à moteur, les matières premières sont compressées en température et sous pression pour former une pièce cuite. En raison du fluage des résines, des facteurs de forme des matières présentes comme les fibres et les poudres, ainsi qu'à la conception des moules, la pièce cuite en sortie de moulage présente une variation d'épaisseur entre 0,1mm et 0,3mm.
Ainsi, pour obtenir des faces parallèles requises par le système d'embrayage ou de freinage, une opération d'usinage est réalisée, sur une et ou sur les deux faces du matériau. Cette opération d'usinage génère entre 10 à 25% massique de pertes de matière engagée pour la fabrication de la garniture de friction pour embrayage automobile ou plaquette de frein. Cette perte de matériau de friction représente également une perte financière dans la mesure où le matériau usiné est complexe et coûteux.
Cette perte est d'autant plus importante pour une garniture de friction renforcée car le matériau tissé présent un cout important. Le but de la présente invention est de proposer un procédé permettant de diminuer les pertes de matériau de renfort tissé et de matériau de friction pendant le procédé de fabrication.
L'invention propose ainsi un procédé de fabrication d'une garniture de friction, notamment destinée à un disque de frein ou un embrayage de véhicule à moteur comprenant :
- une étape de fourniture d'une préforme au cours de laquelle une préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé comprenant deux faces opposées est fournie,
- une étape de renfort au cours de laquelle une couche de renfort tissé à l'état non- réticulé est fournie sur l'une des deux faces opposées de la préforme du matériau de friction, - une étape de surépaisseur au cours de laquelle une surépaisseur en un matériau composite comprenant un mélange de fibres de longueur et de section variables et de résines thermodurcis sables à l'état non-réticulé est fournie sur la face libre de la couche de renfort tissé,
- une étape de cuisson au cours de laquelle l'ensemble comprenant la préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé, la couche de renfort tissé à l'état non-réticulé et la surépaisseur à l'état non-réticulé est chauffé à une température supérieure ou égale à 180°C et inférieure ou égale à 210°C pendant une durée supérieure ou égale à 1 min et inférieure ou égale à 15 min sous une pression supérieure ou égale à 50 bars et inférieure ou égale à 300 bars afin d'obtenir un ensemble réticulé comprenant une préforme en matériau de friction à l'état réticulé, un renfort tissé à l'état réticulé et une surépaisseur à l'état réticulé,
- une étape d'usinage au cours de laquelle les deux faces opposées de l'ensemble sont usinées de sorte à retirer la surépaisseur à l'état réticulé et obtenir une garniture de friction à l'état réticulé et aux faces opposées parallèles entre elles.
Avantageusement, la fourniture d'une surépaisseur en matériau composite permet de diminuer la perte de matériau de renfort tissé au cours du procédé de fabrication.
Le procédé selon l'invention peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- au cours de l'étape d'usinage entre 10% et 30% de l'épaisseur de l'ensemble réticulé est retirée ; et/ou
- la matière retirée au cours de l'étape d'usinage comprend au moins 80% en pourcentage massique de matériau composite de la surépaisseur à l'état réticulé ; et/ou - le matériau composite de la surépaisseur comprend un mélange de fibres de taille supérieure ou égale à 50 μιη et inférieure ou égale à 300μιη ; et/ou
- le matériau composite de la surépaisseur comprend un mélange de particules de diamètre inférieur à 50 μιη ; et/ou
- le matériau composite de la surépaisseur comprend au moins 25% en masse et jusqu'à 45% en masse de fibres et/ou de poudre de nature inorganique ; et/ou
- le matériau composite de la surépaisseur comprend au moins 20% en masse et jusqu'à 35% en masse de charges inertes de nature organique ; et/ou
- le matériau composite de la surépaisseur comprend au moins un agent mouillant, notamment de l'eau, un agent tackifiant ou du PVA, i.e. Poly acétate de vinyle ; et/ou
- le matériau composite de la surépaisseur comprend au moins un polymère actif, notamment de la résine phénolique, de la résine mélamine formaldéhyde et/ou du caoutchouc ; et/ou
- le matériau composite de la surépaisseur comprend au moins 30% en masse et jusqu'à 50% en masse de polymère actif ; et/ou
- le matériau composite de la surépaisseur est au moins en partie issu de déchets de composites theraiodurcis, notamment des poussières d'usinage des garnitures de friction ou de leur broyage ; et/ou
- le matériau composite de la surépaisseur comporte jusqu'à 10% en masse de particules métalliques, de préférence jusqu'à 5% en masse ; et/ou
- la surépaisseur est préformée, notamment par compression sous pression faible, avant d'être placée contre l'une des faces de la préforme de matériau de friction ; et/ou
- au cours de l'étape de surépaisseur une surépaisseur est également fournie sur la face libre de la préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé. L'invention se rapporte enfin à une garniture de friction, notamment destinée à un disque de frein ou un embrayage de véhicule à moteur, par exemple obtenu par le procédé selon l'invention.
La garniture de friction peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci- dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la garniture comprend un gradient décroissant de concentration en fibres de longueur, de section et de nature chimique variable à partir d'une des deux faces opposées de la garniture de friction ; et/ou - la garniture comprend une première zone comprenant des fibres de longueur, de section et de nature chimique variable et une deuxième zone exempte de fibres de longueur, de section et de nature chimique variable, la première zone s'étendant à partir d'une des deux faces opposées de la garniture de friction et ayant une épaisseur inférieure ou égale à 15% de l'épaisseur totale de la garniture de friction, la deuxième zone ayant une épaisseur supérieure ou égale à 70% de l'épaisseur totale de la garniture de friction. La première zone peut également comprendre des résidus de matériau composite dont la composition est décrite précédemment en relation avec la surépaisseur et la deuxième zone peut être exempte de résidus de matériau composite.
La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de limiter ladite invention, accompagnée des figures suivantes :
- la figure 1 illustre les différentes étapes d'un procédé selon l'invention,
- la figure 2 illustre une préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé,
- la figure 3 illustre une préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé et un renfort tissé à l'état non-réticulé,
- la figure 4 illustre une préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé, un renfort tissé à l'état non-réticulé ainsi qu'une surépaisseur en un matériau composite à l'état non-réticulé,
- la figure 5 illustre un ensemble réticulé comprenant une préforme en matériau de friction à l'état réticulé, un renfort tissé à l'état réticulé et une surépaisseur à l'état réticulé,
- la figure 6 illustre ce même ensemble réticulé ainsi que des zones d'usinage,
- la figure 7 illustre la garniture de friction obtenue par un procédé selon l'invention.
L'invention concerne un procédé de fabrication d'une garniture de friction, notamment destinée à un disque de frein ou un embrayage de véhicule à moteur, comprenant au moins :
- une étape de fourniture d'une préforme SI,
- une étape de renfort S2,
- une étape de surépaisseur S3,
- une étape de cuisson S4,
- une étape d'usinage S5.
Les différentes étapes d'un procédé selon l'invention sont illustrées sur la figure 1. Une garniture de friction est un élément qui entre en friction avec un autre corps et qui possède des propriétés physiques et mécaniques qui lui permettent de supporter de fortes contraintes mécaniques et thermiques. La composition, la forme et les dimensions des garnitures de frictions sont déterminantes.
Comme illustré en figure 2, au cours de l'étape de fourniture d'une préforme SI une préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé 2 est fournie. Cette préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé possède deux faces opposées 2a et 2b. Cette préforme peut être de forme annulaire. Le matériau de friction pour garniture de friction peut par exemple comprendre des fibres et/ou des résines thermodurcis sables et/ou du caoutchouc et/ou des filaments métalliques et/ou des charges.
Les fibres peuvent être organisées en torons de filaments, c'est-à-dire un regroupement de filaments unitaires orientés dans le même axe, continus ou coupés à une longueur régulière comme par exemple supérieure ou égale à 2 mm et inférieure ou égale à 6 mm pour les torons coupés.
Les résines thermodurcissables peuvent par exemple être des résines mélamine- formaldéhyde et/ou des résines phénol-formaldéhyde.
Le caoutchouc peut par exemple être du SBR, i.e. caoutchouc styrène-butadiène, et/ou du NBR, i.e. caoutchouc nitrile butadiène.
Les filaments de métaux peuvent être de section constante, par exemple supérieure ou égale à 100 μιη et inférieure ou égale à 300 μιη.
Les charges peuvent par exemple comporter du BaS04 et/ou du CaC03 et /ou des charges carbonées.
La composition précédente du matériau de friction n'est donnée qu'à titre d'exemple et toutes compositions connues de l'homme de l'art peuvent convenir pour l'application de la présente invention.
Le matériau de friction est ici à l'état dit non-réticulé car les résines thermodurcissables qui le composent ne sont pas réticulées. La réticulation de ces résines thermodurcissables peut se faire par cuisson ou thermocompression.
La quantité de matériau de friction à l'état non-réticulé, et donc l'épaisseur de la préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé, est déterminée de sorte que l'épaisseur après cuisson soit supérieure de moins de 5%, par exemple moins de 3%, à l'épaisseur souhaitée de la garniture de friction. Comme illustré sur la figure 3, au cours de l'étape de renfort S2 un renfort tissé à l'état non-réticulé 3 est fournie sur l'une des deux faces opposées de la préforme 2. L'autre face opposée 2a de la préforme en matériau de friction 2 est appelée face libre du matériau de friction.
Le renfort tissé est composé de fibres à hautes performances mécaniques préalablement imprégnées par une résine thermodurcissable. Chaque toron de fibre est revêtu de résines non-réticulées qui se réticulent lors de l'étape de cuisson.
Les fibres peuvent par exemple être composées de verre et/ou de carbone et/ou d'aramide et/ou de basalte.
La résine thermodurcissable peut par exemple être de la résine phénolique et/ou de la résine de type résol. La résine est à l'état non-réticulé avant l'étape de cuisson puis à l'état réticulé après la cuisson.
Le taux d'imprégnant du tissé avec la résine peut être supérieur ou égale à 10% et inférieur ou égal à 40% volumique. Cette imprégnation permet d'obtenir une liaison robuste de la matrice avec le renfort tissé.
L'épaisseur du renfort tissé peut par exemple être supérieure ou égale à 0,2mm et inférieure ou égale à 1mm, de préférence proche de 0,4mm.
Les couches de matériaux tissés sont organisées de manière à avoir une couche isotrope, c'est-à-dire possédant des propriétés mécaniques identiques dans toutes les directions.
Les compositions précédentes du matériau de tissé ne sont donnée qu'à titre d'exemple et toutes compositions connues de l'homme de l'art peuvent convenir pour l'application de la présente invention. Au cours de l'étape de surépaisseur S3, une surépaisseur 4a ou 4b en un matériau composite est fournie sur la face libre de la couche de renfort tissé à l'état non-réticulé.
Selon le mode de réalisation de la figure 4, des surépaisseurs 4a et 4b sont fournies sur la face libre du renfort tissé 3 et sur la face libre de la préforme en matériau de friction 2. Ce mode de réalisation n'est pas limitatif, il est tout à fait possible de déposer une surépaisseur sur uniquement la face libre de la couche de renfort tissé.
Le matériau composite de la surépaisseur 4a ou 4b comprend un mélange de fibres de longueur et de section variables et de résines thermodurcissables à l'état non-réticulé.
Les fibres peuvent être constituées de filaments isolés les uns des autres et orientés aléatoirement dans l'espace. Le matériau composite de la surépaisseur peut également comprendre un mélange de particules et/ou des poudres de nature inorganique et/ou des charges inertes de nature organique et/ou un agent mouillant et/ou un polymère actif et/ou des particules métalliques.
Les fibres peuvent par exemple être de taille variable supérieure ou égale à 50 μιη et inférieure ou égale à 300 μιη.
Les particules du mélange peuvent être de diamètre inférieur à 50 μιη.
Le matériau composite de la surépaisseur peut par exemple comporter au moins 25% en masse et jusqu'à 45% en masse de fibres et/ou de poudre de nature inorganique.
Le matériau composite de la surépaisseur peut par exemple comporter au moins 20% en masse et jusqu'à 35% en masse de charges inertes de nature organique.
L'agent mouillant peut être par exemple de l'eau et/ou un agent tackifiant et/ou du
PVA.
Le polymère actif peut être par exemple de la résine phénolique et/ou de la résine mélamine formaldéhyde et/ou du caoutchouc.
La présence de caoutchouc permet d'obtenir un comportement élastique entre les couches. Avantageusement cela permet de réduire les contraintes pouvant entraîner de la déformation dans l'épaisseur et d'éviter le voilage du matériau composite.
Le matériau composite de la surépaisseur peut par exemple comporter au moins 30% en masse et jusqu'à 50% en masse de polymère actif.
Le matériau composite de la surépaisseur peut par exemple comporter jusqu'à 10% en masse de particules métalliques, de préférence jusqu'à 5% en masse.
Selon un autre mode de réalisation la surépaisseur est préformée, notamment par compression sous pression faible, avant d'être placée sur l'une ou les deux faces opposées de la préforme de matériau de friction à l'état non-réticulé.
Une fois la surépaisseur en matériau composite à l'état non-réticulé fournie sur au moins la face libre du renfort tissé, l'ensemble est réticulé lors d'une étape de cuisson S4 aussi appelée cuisson sous pression ou thermocompression.
Cette étape de cuisson consiste à chauffer l'ensemble comprenant la préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé 2, le renfort tissé à l'état non-réticulé 3 et une ou plusieurs surépaisseurs à l'état non-réticulé 4a et/ou 4b à une température supérieure ou égale à 180°C et inférieure ou égale à 210°C pendant une durée supérieure ou égale à 1 min et inférieure ou égale à 15 min sous une pression supérieure ou égale à 50 bars et inférieure ou égale à 300 bars afin d'obtenir un ensemble réticulé comprenant une préforme en matériau de friction à l'état réticulé, un renfort tissé à l'état réticulé et une surépaisseur à l'état réticulé.
Préalablement à l'étape de cuisson, la préforme en matériau de friction à l'état non- réticulé 2, le renfort tissé à l'état non-réticulé 3 et une ou plusieurs surépaisseurs 4a et/ou 4b peuvent être disposé dans un moule adapté à la thermocompression et connu de l'homme de l'art.
Le mode opératoire de cuisson n'est donné qu'à titre d'exemple et tous procédés de cuisson ou matériel connus de l'homme de l'art et permettant la réticulation des résines thermodurcis sables peuvent convenir pour l'application de la présente invention.
La figure 5 représente un ensemble réticulé 10 comprenant une préforme en matériau de friction à l'état réticulé 6, un renfort tissé à l'état réticulé 7 et deux surépaisseurs à l'état réticulé 8a et 8b sur les deux faces opposées de la préforme 6.
Ce mode de réalisation n'est pas limitatif, il est tout à fait possible de déposer une surépaisseur sur uniquement la face libre du renfort tissé à l'état non-réticulé.
Lors de l'étape de cuisson S3, des irrégularités apparaissent à la surface des deux faces opposées 8a et 8b de l'ensemble réticulé 10. Ces irrégularités peuvent être des variations d'épaisseur de l'ordre de 0,1 à 0,3 mm et ne sont pas représentées sur la figure 5.
Il est préférable que les garnitures de friction aient une variation d'épaisseur très faible et que leurs faces opposées soient parallèles entre elles pour assurer le bon fonctionnement du produit fini.
Pour supprimer les irrégularités de surface, une étape d'usinage S5 est réalisée. Au cours de l'étape d'usinage, les faces opposées de l'ensemble réticulé 10 sont usinées de sorte à retirer les surépaisseurs à l'état réticulé 8a et 8b et obtenir une garniture de friction à l'état réticulé et aux faces opposées parallèles entre elles. La figure 6 illustre l'ensemble réticulé 10 ainsi que les zones d'usinage 12.
Le matériau composite de la surépaisseur ne possède pas les mêmes propriétés physiques et la même résistance mécanique que le matériau de friction ou que le renfort tissé, il est donc préférable de retirer la surépaisseur de manière à ce que le matériau composite ne soit plus présent dans la garniture de friction qu'à l'état de trace. Pour cela, l'étape d'usinage peut permettre de retirer entre 10 et 30 % de l'épaisseur de l'ensemble réticulé.
La matière retirée au cours de l'étape d'usinage peut par exemple comprendre au moins 80% en masse de matériau composite de la surépaisseur à l'état réticulé. L'étape d'usinage S4 peut permettre de retirer la surépaisseur jusqu'à l'interface entre la surépaisseur et le renfort tissé et l'interface entre la surépaisseur et le matériau de friction. La zone d'usinage 12 illustré sur la figure 5 dépasse légèrement sur le renfort tissé à l'état réticulé 7 et sur le matériau de friction à l'état réticulé 6. Il est ainsi possible qu'une fraction du renfort tissé et du matériau de friction, à l'interface avec la surépaisseur, soit retirée au cours de l'étape d'usinage.
Selon un mode de réalisation préféré, le matériau composite de la surépaisseur 4 peut être issu, au moins en partie, de déchets de composites thermodurcis, notamment des poussières d'usinage des garnitures de friction ou de leur broyage. Ainsi, la composition du renfort tissé et du matériau de friction d'une précédente garniture de friction peut se retrouver en partie dans le matériau composite de la surépaisseur.
Comme exposé précédemment, la phase d'usinage permet d'obtenir des garnitures sans variations d'épaisseur et avec des faces opposées parallèles entre elles. Cet usinage produit des déchets, par exemple des poussières d'usinage.
Ces poussières d'usinage sont composées de poudres, de petites fibres et constituent un mélange complexe ne possédant plus les propriétés mécaniques des matières brutes dont elles proviennent.
Les matériaux composites à matrice organique sont actuellement recyclés par des procédés de co-incinération, de pyrolyse et de séparation densimétrique.
Cependant, les produits de ces traitements sont difficilement valorisables et les traitements eux même ont un fort coût énergétique.
La réutilisation des poussières d'usinage dans la réalisation d'un matériau composite de surépaisseur présente l'avantage de recycler les déchets de production d'une garniture de friction, d'améliorer la maîtrise du cycle de vie du produit et de réduire les pertes économiques engendrées.
De plus, la surépaisseur étant par la suite retirée par usinage, le matériau composite n'altérera pas la composition du matériau de friction et du renfort tissé de la garniture de friction ni ses propriétés mécaniques et ne sera présent dans cette dernière que sous forme de traces.
La figure 7 représente une garniture de friction 14 obtenue par un procédé selon l'invention. Cette garniture de friction est dépourvue d'irrégularités à sa surface et possède des faces opposées parallèles 14a et 14b. La garniture de friction est composée de matériau de friction à l'état réticulé et d'un renfort tissé à l'état réticulé. Toutefois, des résidus de fibres de longueur et de section variables peuvent être présents dans la matrice de résine à proximité de la surface de la garniture de friction.
Ces fibres de longueur et de section variables proviennent du matériau composite de la ou des surépaisseurs, le matériau de friction et le renfort tissé étant pour leur part constitués de fibres de longueurs constantes. Cette présence de résidus s'explique par une migration des fibres de tailles réduites issues de la ou des surépaisseurs en matériau composite lors de l'étape de cuisson S3.
La garniture de friction 14 peut présenter un gradient décroissant de concentration en fibres de longueur, de section et de nature chimique variables à partir d'une de ses deux faces opposées 14a et 14b jusqu'en son centre.
La garniture de friction 14 peut par exemple comporter une première zone comprenant des résidus de matériau composite de surépaisseur en particulier des fibres de longueur et de diamètre variable et une deuxième zone exempte de résidus de matériau composite de surépaisseur.
La première zone peut par exemple s'étendre à partir d'une des deux faces opposées de la garniture de friction et avoir une épaisseur inférieure ou égale à 15% de l'épaisseur totale de la garniture de friction, la deuxième zone peut quant à elle avoir une épaisseur supérieure ou égale à 70% de l'épaisseur totale de la garniture de friction.
Lorsqu'au cours du procédé de fabrication une surépaisseur est fournie sur les deux faces opposées de la préformes en matériau de friction alors la garniture de friction 14 comporte deux zones comportant des résidus et qui s'étendent des deux faces opposées de la garniture de friction vers son centre. La troisième zone, dépourvue de résidus, se trouve au centre de la garniture de friction.
L'invention a été décrite ci-dessus avec l'aide de modes de réalisation présentés sur les figures, sans limitation du concept inventif général.
Bien d'autres modifications et variations se suggèrent d'elles même à l'homme du métier, après réflexion sur les différents modes de réalisation illustrés dans cette demande. Ces modes de réalisation sont donnés à titre d'exemple et ne sont pas destinés à limiter la portée de l'invention, qui est déterminée exclusivement par les revendications ci-dessous.
Dans les revendications, le mot « comprenant » n'exclut pas d'autres éléments ou étapes, et l'utilisation de l'article indéfini « un » ou « une » n'exclut pas une pluralité. Le simple fait que différentes caractéristiques sont énumérées en revendications mutuellement dépendantes n'indique pas qu'une combinaison de ces caractéristiques ne puisse être avantageusement utilisée. Enfin, toute référence utilisée dans les revendications ne doit pas être interprétée comme une limitation de la portée de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'une garniture de friction, notamment destinée à un disque de frein ou un embrayage de véhicule à moteur, comprenant :
- une étape de fourniture d'une préforme au cours de laquelle une préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé comprenant deux faces opposées est fournie,
- une étape de renfort au cours de laquelle une couche de renfort tissé à l'état non- réticulé est fournie sur l'une des deux faces opposées de la préforme du matériau de friction,
- une étape de surépaisseur au cours de laquelle une surépaisseur en un matériau composite comprenant un mélange de fibres de longueur et de section variables et de résines thermodurcis sables à l'état non-réticulé est fournie sur la face libre de la couche de renfort tissé,
- une étape de cuisson au cours de laquelle l'ensemble comprenant la préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé, la couche de renfort tissé à l'état non-réticulé et la surépaisseur à l'état non-réticulé est chauffé à une température supérieure ou égale à 180°C et inférieure ou égale à 210°C pendant une durée supérieure ou égale à 1 min et inférieure ou égale à 15 min sous une pression supérieure ou égale à 50 bars et inférieure ou égale à 300 bars afin d'obtenir un ensemble réticulé comprenant une préforme en matériau de friction à l'état réticulé, un renfort tissé à l'état réticulé et une surépaisseur à l'état réticulé,
- une étape d'usinage au cours de laquelle les deux faces opposées de l'ensemble sont usinées de sorte à retirer la surépaisseur à l'état réticulé et obtenir une garniture de friction à l'état réticulé et aux faces opposées parallèles entre elles.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel au cours de l'étape d'usinage entre 10% et 30% de l'épaisseur de l'ensemble réticulé est retirée.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau composite de la surépaisseur comprend un mélange de fibres de taille supérieure ou égale à 50 μιη et inférieure ou égale à 300μιη.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau composite de la surépaisseur comprend au moins 25% en masse et jusqu'à 45% en masse de fibres et/ou de poudre de nature inorganique
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau composite de la surépaisseur comprend au moins un polymère actif, notamment de la résine phénolique, de la résine mélamine formaldéhyde et/ou du caoutchouc.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau composite de la surépaisseur comprend au moins 30% en masse et jusqu'à 50% en masse de polymère actif.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau composite de la surépaisseur est au moins en partie issu de déchets de composites thermodurcis, notamment des poussières d'usinage des garnitures de friction ou de leur broyage.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au cours de l'étape de surépaisseur une surépaisseur est également fournie sur la face libre de la préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé.
9. Garniture de friction ayant un gradient décroissant de concentration en fibres de longueur et de section variables à partir d'une des deux faces opposées de la garniture de friction.
10. Garniture de friction selon la revendication précédente, ayant une première zone comprenant une première zone comprenant des fibres de longueur, de section et de nature chimique variable et une deuxième zone exempte de fibres de longueur, de section et de nature chimique variable, la première zone s'étendant à partir d'une des deux faces opposées de la garniture de friction et ayant une épaisseur inférieure ou égale à 15% de l'épaisseur totale de la garniture de friction, la deuxième zone ayant une épaisseur supérieure ou égale à 70% de l'épaisseur totale de la garniture de friction.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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