DE2166352A1 - Friction material - contg carbon-contg fibres - Google Patents

Abstract

Material comprises inorganic binder e.g., talc, glass, frit, stone, porcelain and fibres of synthetic or natural polymers, carbon or graphite. The mixt. is pressed and fired in a protecting gas.

Description

Kohlenstoff-Fasern oder kohlenstoffhaltige Fasern enthaltender Reibwerkstoff Die Erfindung betrifft ein Reibmaterial auf Basis von anorganischem Bindemittel, das Verstärkungsfasern enthalt Es ist bekannt, Reibbeläge aus faserverstärkten organischen Duromeren und Elastomeren aufzubauen. Die verwendeten Fasern sind im allgemeinen Asbeste oder synthetische anorganische Fasern, wie zum Beispiel Schlackenwolle, Glaswolle, Steinwolle, Aluminiumsilikatfasern und dergleichen. Für bestimmte Zwecke werden bekanntermaßen auch Metallfasern eingemischt. Es sind ebenfalls bereits solche organisch gebundenen Reibmaterialien bekannt, die organische Fasern, wie zum Beispiel Baumwolle oder Synthesefasern enthalten. Das Fasermaterial, u.a. auch Polyacrylnitrilfasern, kann dabei (vergl. US-PS 3,270,846) in Form eines Vliesgewebes ausgebildet sein, das als Träger für die pulverförmig eingesetzten und mit organischen Bindemittelharzen gebundenen sogenannten Reibstützer, das sind das Reibverhalten bewirkende Substanzen, wie Metallpulver, Metalloxide, Metallsalze, Silikate, Carbide und dergleichen, dient. Diese organisch gebundenen Reibmaterialien erlauben eine einwandfreie und in Temperaturgrenzen problemlose Abbremsung von Fahrzeugen und Maschinen aller Art. Der Nachteil dieser Art von Reibbelägen ist jedoch die begrenzte Gebrauchstemperatur, bedingt durch die Zersetzung des organischen Bindemittels bei höheren Temperaturen. Friction material containing carbon fibers or carbonaceous fibers The invention relates to a friction material based on an inorganic binder, which contains reinforcing fibers It is known to use friction linings made of fiber-reinforced organic Build thermosets and elastomers. The fibers used are generally Asbestos or synthetic inorganic fibers, such as slag wool, Glass wool, rock wool, aluminum silicate fibers and the like. For specific purposes It is known that metal fibers are also mixed in. There are already those too Organically bound friction materials are known to contain organic fibers, such as Contain cotton or synthetic fibers. The fiber material, including polyacrylonitrile fibers, can be designed in the form of a non-woven fabric (see US Pat. No. 3,270,846), that as a carrier for the powder used and with organic binder resins bonded so-called friction supports, these are substances that cause the friction behavior, such as metal powder, metal oxides, metal salts, silicates, carbides and the like. These organically bound friction materials allow a flawless and in Temperature limits problem-free braking of vehicles and machines of all kinds. The disadvantage of this The type of friction lining is, however, the limited usage temperature due to the decomposition of the organic binder at higher temperatures.

man versuchte daher, die organische Bindung durch eine anorganische Bindung auszutauschen. Derartig anorganisch gebundene Reibmaterialien sind bekannt (Z.B. aus der DT-PS 1 150 918 und der US-PS 2 784 105). Sie enthalten neben nicht metallischem keramischem oder metallischem, anorganischem Bindemittel, wie beispielsweise Glasfritte oder Sintermetall, die üblichen im wesentlichen pulverförmigen reibungstragenden Zusätze, wie Metalle, Metalloxide, Metallsalze, sowie das Reibverhalten modifizierende Stoffe, z.B. als Cleitmittel Graphitpulver. In diesen hekannten keramisch gebundenen Reibkörpern besteht das Bindemittel, die Glasfritte, aus relativ niedrig schmelzender Glasfritte, und die reibungstragenden Zusatze sind teilweise in Form von natürlichen oder künstlichen anorganischen Fasern vorhanden und bewirken nicht nur eine grosse Peihzahl, sondern dienen darüber hinaus dazu, dem fertigen Reibkörper festen mechanischen Zusammenhalt zu verleihen. Reibmaterialien dieser Art vertragen wesentlich höhere Temperaturbelastungen, verglichen mit organisch gebundenen Reibwerkstoffen, sind aber sehr hart und spröde. Sie neigen zu starkem Angriff des Gegenreibmaterials und sind stark geräuschanfällig. Eine weiche Bremsung ist damit nicht möglich.Attempts were therefore made to replace the organic bond with an inorganic one Exchange bond. Such inorganically bound friction materials are known (E.g. from DT-PS 1,150,918 and US-PS 2,784,105). They do not contain besides metallic ceramic or metallic, inorganic binder, such as Glass frit or sintered metal, the usual, essentially powdery, friction-bearing Additives such as metals, metal oxides, metal salts, as well as modifying the friction behavior Substances, e.g. graphite powder as a lubricant. In these well-known ceramic-bound In friction bodies, the binding agent, the glass frit, consists of a relatively low melting point Glass frit and the friction additives are partly in the form of natural ones or artificial inorganic fibers are present and not only cause a large one Peihzahl, but also serve to make the finished friction body firm mechanical To give cohesion. Friction materials of this type can withstand much higher levels Temperature loads compared to organically bound friction materials are but very hard and brittle. They tend to be strongly attacked by the counter friction material and are very noisy. Soft braking is therefore not possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reibwerkstoff zu schaffen, der die Temperaturbelastbarkeit eines anorganisch gebundenen Materials und die Weichheit, den geringen Gegenmaterialangriff und die Geräuschruhe eines organisch gebundenen Reibwerkstoffs besitzt.The invention is based on the object of creating a friction material which the temperature resistance of an inorganically bound Materials and the softness, the low counter material attack and the quietness of a organically bound friction material possesses.

Diese Aufgabe wird gelöst mittels eines faserhaltigen Reibwerkstoffs auf Basis von anorganischem Bindemittel, der erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass er aus kohlenstoffhaltigem Material bestehende Fasern enthält. Vorteilhaft ist es dabei, das anteilige Volumenverhältnis zwischen anorganischem Bindermittel und kohlenstoffhaltiger Verstärkungsfaser zwischen etwa 99:1 und 10:90 vorzusehen. In dem erfindungsgemässen Reibwerkstoff können zusätzlich die üblichen das Reibverhalten modifizierenden Stoffe, wie Gleitmittel, Schleifmittel, die wärmeleitfähigkeit verändernde Stoffe und dergleichen enthalten sein.This object is achieved by means of a fiber-containing friction material based on inorganic binder, which is characterized according to the invention is that it contains fibers made of carbonaceous material. Advantageous it is the proportional volume ratio between inorganic binder and carbonaceous reinforcement fiber between about 99: 1 and 10:90. In the friction material according to the invention, the usual friction behavior can also be used modifying substances, such as lubricants, abrasives, changing the thermal conductivity Substances and the like may be included.

Während die bekannten Reibmaterialien so aufgebaut sind, dass die verstärkenden und reibungstragenden Fasern und die weiteren Zusatzstoffe den harten Anteil des Reibmaterial darstellen und das organische oder anorganische Bindemittel die Matrix ist, in der diese Reibstützer fixiert sind, ist beim erfindungsgemässen Reibwerkstoff diese Funktion umgekehrt; es ist bei diesem neuen Reibwerkstoff das Bindemittel der harte, reibungstragende Anteil, und die verstärkenden Fasern sind der weiche, die schonende Bremsung hervorrufende Teil.While the known friction materials are constructed in such a way that the reinforcing and friction-bearing fibers and the other additives the hard Represent part of the friction material and the organic or inorganic binder the matrix in which these friction supports are fixed is in the case of the invention Friction material reversed this function; with this new friction material it is The binding agent is the hard, friction-bearing part, and the reinforcing fibers are the soft part that causes the gentle braking.

In Umkehrung der Verhältnisse bei den bekannten Reibkörpern, bei denen das Bindemittel das relativ weichere Material und bei den organischen Belägen auch das kohlenstoffhaltige Material ist, während die verstärkenden und die Reibung tragenden Stoffe anorganische, meist mineralische Stoffe sind, die gegebenenfalls teilweise in Form von Fasern vorhanden sein können, ist bei dem erfindungsgemässen Reibwerkstoff das anorganische Bindemittel der relativ härtere Bestandteil, der nicht nur als Matrix dient, sondern gleichzeitig der Reibungsträger ist, während die relativ geschmeidigen Kohlenstoff-haltigen Fasern, die den mechanischen Zusammenhalt sichern und somit verstärkende Wirkung haben, den vergleichsweise weichen Bestandteil darstellen und die gewünschte weiche Bremsung bewirken.In reverse of the situation in the known friction bodies in which the binding agent is the relatively softer material and also in the case of organic coverings the carbonaceous material is while the reinforcing and the friction bearing Inorganic substances, are mostly mineral substances that may be can partially be present in the form of fibers, is in the inventive Friction material the inorganic binder the relatively harder component, the not only serves as a matrix, but is also the friction carrier while the relatively pliable carbon-containing fibers that provide mechanical cohesion secure and thus have a reinforcing effect, the comparatively soft component and bring about the desired soft braking.

Als anorganisches Bindemittel kann in dem erfindungsgemässen Reibwerkstoff jedes für diese Zwecke bekannte anorganische Material verwendet werden. Es werden darunter Stoffe oder Stoffgemische verstanden, die in der Endphase nichtmetallischer Natur sind und durch Schmelzen, Sintern oder Dehydratisieren vom plastischverformbaren Zustand in den starren, nicht mehr verformbaren Zustand übergeführt werden können. Beispiele für solche anorganischen Bindemittel sind: Glasfritten, Tonmassen, Steinzeug, Steingut, Porzellan, Al2O3-Massen, Cordieritmassen, Steatitmassen, Wollastonitmassen, Spinellmassen, Forsteritmassen, Lithiumaluminiumsilikatmassen, Magnesiumoxid, Berylliumoxidmassen, Rutilmassen, Titanatmassen, Ferrite, phosphatgebundene Massen, Metallsulfid-bildende Massen.As an inorganic binder in the friction material according to the invention any inorganic material known for this purpose can be used. It will including substances or mixtures of substances that are non-metallic in the final phase Are natural and by melting, sintering or dehydrating the plastically deformable State can be converted into the rigid, no longer deformable state. Examples of such inorganic binders are: glass frits, clay masses, stoneware, Earthenware, porcelain, Al2O3 masses, cordierite masses, steatite masses, wollastonite masses, Spinel masses, forsterite masses, lithium aluminum silicate masses, magnesium oxide, beryllium oxide masses, Rutile masses, titanate masses, ferrites, phosphate-bonded masses, metal sulfide-forming Crowds.

Als kohlenstoffhaltige Fasern können im erfindungsgemässen Reibwerkstoff solche Fasern eingesetzt werden, die im Molekülgerüst der Hauptkette Kohlenstoff-Atome hesitzen. Dabei kann es sich um Fasern aus synthetischen oder nafrirlichen Hochpolymeren handeln, wie zum Beispiel Polyacrylnitril, Kunstseide oder Cellulose, sowie um Produkte der gezielten Pyrolyse, das ist die Zersetzung durch Hitze, diser Hochpolymeren, wie Kohlefasern oder Graphitfasern, die als Handelsprodukte erhältlich sind.As carbon-containing fibers in the friction material according to the invention those fibers are used that contain carbon atoms in the molecular structure of the main chain sit down. It can be made of synthetic or natural high polymers act, such as polyacrylonitrile, rayon or cellulose, as to products of the targeted pyrolysis, that is the decomposition by heat, these high polymers, such as carbon fibers or graphite fibers, which are available as commercial products.

Theoretisch kann jede Stufe der gezielten Pyrolyse in Faserform in dem erfindungsgemässen Reigwerkstoff eingesetzt werden. Auch durch thermische behandlung von Teer, Pech, bitumen oder sonstigen petrochemischen Materialien hergestellte Pyrolysefasern sind im erfindungsgemässen Reibwerkstoff brauchbar.Theoretically, every stage of targeted pyrolysis can be carried out in fiber form in the inventive Reigwerkstoff are used. Also through thermal treatment made from tar, pitch, bitumen or other petrochemical materials Pyrolysis fibers can be used in the friction material according to the invention.

Die Pyrolyse solcher faserförmigen synthetischen und natürlichen Hochpolymeren ist Stand der Technik.The pyrolysis of such fibrous synthetic and natural high polymers is state of the art.

Die Werstellung des erfindungsgemässen Reibwerkstoffes kann zweckmässig wie in der Patentanmeldung P 21 44 367.4 der Anmelderin im einzelnen beschrieben durch Verpressen des Ausgangsgemisches und anschliessender Wärmebehandlung, gegebenenfalls unter Schutzgasatmosphäre vorgenommen werden. Es können dabei die üblichen die Reibeigenschaften beeinflussenden Zusatzstoffe mit eingearbeitet werden Zweckmässig kann es ausserdem sein, die Wärmeleitfähigkeit des Materials in bestimmter Weise beeinflussende Zusätze beizugeben.The position of the friction material according to the invention can be expedient as described in detail in the applicant's patent application P 21 44 367.4 by pressing the starting mixture and subsequent heat treatment, if necessary be carried out under a protective gas atmosphere. The usual friction properties can be used influencing additives can also be incorporated appropriately be, the thermal conductivity of the material in a certain way influencing additives to be added.

Es ist, was besonders vorteilhaft ist, möglich, technisch wenig aufwendiges Fasermaterial, zum Beispiel Kunststoff-Fasern, wie Polyacrylnitrilfasern, bei der Herstellung des erfindungsgemässen Reibwerkstoffes als Ausgangsmaterial einzusetzen, und dieses Fasermaterial während des Herstellungsverfahrens zu Kohlefasern, die als Mandelsprodukt ein relativ teures Produkt sind, zu pyrolysieren. In den nachfolgenden Beispielen, in denen die Mengenangaben als Volumenanteile: zu verstehen sind, soll die Erfindung näher erläutert werden. Die darin detaillierten Angaben haben lediglich beispielhaften Charakter.What is particularly advantageous is possible, but not technically complex Fiber material, for example plastic fibers such as polyacrylonitrile fibers, in the To use the production of the friction material according to the invention as a starting material, and this fiber material during the manufacturing process into carbon fibers that as an almond product are a relatively expensive product to pyrolyze. In the following Examples in which the quantities are to be understood as proportions by volume: should The invention are explained in more detail. The detailed information therein are merely exemplary in nature.

Beispiel 1 Es wurde ein Gemisch herbestellt aus 60 Teilen anorganischen Bindemittelgemisch (Specksteinmehl) 30 Teilen Graphitfaser (Stapelfaser, Schnittlängen ca. 10 mm, Zugefestigkeit ca. 2x104 kp/cm) 10 Teilen Metallfaser.Example 1 A mixture was made up of 60 parts of inorganic Binder mixture (soapstone flour) 30 parts of graphite fiber (staple fiber, cut lengths approx. 10 mm, tensile strength approx. 2x104 kp / cm) 10 parts of metal fiber.

Nach gutem Durchmischen wurde mit 400 kp/cm² Druck verpresst. Dann wurde langsam aufgeheizt und bei 1100°C unter Schutzgas gebrannt.After thorough mixing, a pressure of 400 kp / cm² was applied. then was slowly heated and fired at 1100 ° C under protective gas.

Beispiel 2 Es wurde aus folgenden Bestandteilen ein Gemisch gewonnen: 30 Teile anorganisches Bindemittelgemisch (Glasfritte) 40 Teile Kunstseidenfaser partiell pyrolysiert (bei 300°C, N2-Atmosphäre) (Staplefaser, Schnittlänge ca. 10 mm) 20 Teile Metallpulver 5 Teile Graphitpulver als Gleitmittel 5 Teile SiC-Pulver als Schleifmittel Das Gemisch wurde mit 400 kp/cm² Druck verpresst und nach langsamem Aufheizen bei 900°C unter S hutzgas gebrannt.Example 2 A mixture was obtained from the following components: 30 parts of inorganic binder mixture (glass frit) 40 parts of rayon fiber partially pyrolyzed (at 300 ° C, N2 atmosphere) (staple fibers, cut length approx. 10 mm) 20 parts of metal powder, 5 parts of graphite powder as a lubricant, 5 parts of SiC powder as an abrasive. The mixture was pressed at 400 kgf / cm² pressure and after a slow Heated up at 900 ° C under protective gas.

Beispiel 3 Ein Gemisch aus 35 Teilen anorganischem Bindemittel (Bindeten) 40 Teilen Polyacrylnitril-Faser (Stapelfaser, Schnittlänge ca. 10 mm) 25 Teilen Metallpulver wurde mit 400 kp/cm² Druck verpresst und nach langsamem Aufheizen bei 900°C unter Schutzgas gebrannt.Example 3 A mixture of 35 parts of inorganic binder (binders) 40 parts of polyacrylonitrile fiber (staple fiber, cutting length approx. 10 mm) 25 parts Metal powder was pressed with 400 kp / cm² pressure and after slow heating at Fired at 900 ° C under protective gas.

Die mit dem erfindungsgemässen Reibwerkstoff gefertigten Reibbeläge konnten mit Erfolg unter hohen Temperaturbelastungen eingesetzt werden. Sie machten eine weiche Bremsung möglich.The friction linings manufactured with the friction material according to the invention could be used successfully under high temperature loads. they made soft braking possible.

Claims (5)

P A T E N T A N S P R Ü C H EP A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Faserhaltiger Reibwerkstoff auf Basis von anorganischem Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, dass er aus kohlenstoffhaltigem Material bestehende Fasern enthält.1. Fibrous friction material based on an inorganic binder, characterized in that it consists of carbonaceous material fibers contains. 2. Reibwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er Kohlefasern enthalt. 2. Friction material according to claim 1, characterized in that it Contains carbon fibers. 3. Reibwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er Graphitfasern enthält. 3. friction material according to claim 1, characterized in that it Contains graphite fibers. 4. Reibwerkstoff nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das anteilige Volumenverhältnis zwischen anorganischem Bindemittel und kohlenstoffhaltigen Fasern zwischen 99:1 und 10:90 gelegen ist. 4. friction material according to claim 1 to 3, characterized in that the proportional volume ratio between the inorganic binder and the carbon-containing binder Fibers is located between 99: 1 and 10:90. 5. Reibwerkstoff nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich darin das Reibverhalten modifizierende Stoffe, wie Gleitmittel, Schleifmittel, die Wärmeleitfähigkeit verändernde Stoffe enthalten sind. 5. friction material according to claim 1 to 4, characterized in that In addition, substances that modify the friction behavior, such as lubricants, abrasives, it contains substances that change the thermal conductivity.