Die Erfindung betrifft eine Friktionszusammensetzung aus einem vernetzbaren Polymer-Bindemitte!,
verstärkenden Bestandteilen auf Basis von Glasfasern sowie ggf. üblichen Füllstoffen. Außerdem bezieht sich
die Erfindung auf die Verwendung dieser Zusammensetzung zur Herstellung eines asbestfreien Fiktionselementes.
Derartige Friktionselemente sind beispielsweise Kupplungsbeläge, Bremsklötze, Bremsbeläge oder dergleichen.
Asbest war der hauptsächliche Bestandteil von Friktionselementen, die in den Brems- und Kupplungsanordnungen von Automobilen verwendet wurden, die
hohen Betriebstemperaturen und Drücken standhalten müssen. Die US-Patente 16 08 165, 20 25 039, 22 18 535,
24 31883, 27 02 770, 30 86 131 und 34 37 546 sind fur
diesen Stand der Technik repräsentativ, in der Asbest als hauptsächlicher aktiver Friktions- oder Reibungsbestandteil
in Friktionsmaterialien eingesetzt wurde.
Wenn das in Friktionselementen verwendete Asbest in Form eines Garnes verwendet wird, wird das Garn
oder der Faden gewöhnlicherweise mit einem Kern aus dünnem Metalldraht versehen, um die zur Handhabung
des Garnes während der Herstellung eines Friktionselements benötigte Zugfestigkeit zu verwirklichen. Fachleute
fanden jedoch heraus, daß es nötig ist, die Asbestfasern mit einer festeren faserigen Substanz zu
verstärken, z. B. mit Baumwolle, um Asbest in die Form eines Garnes spinnen zu können. Die Fachleute
benutzten üblicherweise daher bevorzugt ein Garn aus etwa 75 bis 85% Asbest und 15 bis 25% Baumwolle, vgl.
z. B. die US-PS 20 52 808,21 30 520,28 55 081,30 68 131,
33 65 041 und 34 29 766. Die Lehre dieser Patente verdeutlicht, daß die Hinzunahme von Baumwolle oder
einer anderen Faser in das Asbestmaterial erfolgte, um die Spinnfähigkeit oder die Zugfestigkeit des Garns zu
erhöhen, der Zusatz wurde daher eher geduldet als angestrebt. Die Notwendigkeit, eine begrenzte Menge
anderer Fasern, z. B. Baumwolle, in Asbestgarn vorzusehen, welches zur Herstellung von Friktionselementen
benutzt werden sollte, wurde tatsächlich derart hingenommen, daß die jüngeren Patente nur von
»Asbestgarn« sprechen, ohne speziell derartige andere Fasern zu erwähnen, vgl. z. B. die US-PS 34 37 546 und
36 00 258. Ferner wurde auch die Verwendung von zellulosehaltigen Fasern in Kombination mit Asbest
ίο vorgeschlagen, um die unerwünschte Eigenschaft, daß
unter der Reibungswärme bei Betrieb ein Nachlassen der Reibungskraft auftritt, zu verringern, vgl. US-PS
27 02 770.
Behördliche Bestimmungen regeln den berufsbedingten Kontakt mit Asbest am Arbeitsplatz. Die zur Zeit in
den USA gültigen Richtlinien begrenzen unter anderem die Zahl der Asbestfasern pro Volumeneinheit an Luft,
denen ein Arbeiter über eine gegebene Zeitperiode ausgesetzt werden darf. Die Aufstellung derartiger
Richtlinien rührt von der Wahrscheinlichkeit her, daß ein Kontakt mit Asbest krebserregend ist.
Es ist daher ein erstrebenswertes Ziel, Asbest als Bestandteil von Friktionsmaterialien zu eliminieren.
Es wurde die Verwendung von Glasfasern in Friktionsprodukten vorgeschlagen. Einige dieser früheren
Vorschläge betrafen die Verwendung von Glasfasern zur Verstärkung von Asbest enthaltenden Friktionselementen,
zuerst als Unterlagematerialien für herkömmlich hergestellte Friktionselemente (vgl. z. B.
jo die US-PS 30 61 131 und 33 65 041) und anschließend als
Teil der Reibungsfläche selbst (z. B. die US-Patente 34 29 766, 35 26 306, 35 20 390 und 36 00 358). Der
Zweck für die Verwendung von Glasfasern bestand darin, die Berstfestigkeit der Friktionselemente zu
erhöhen. Die Berstfestigkeit ist ein Maß für die Zentrifugalkräfte, die durch ein Friktionselement ohne
eine Auflösung in Einzelbestandteile ausgehalten werden können. Die Prüfung der Berstfestigkeit wird
normalerweise bei erhöhten Temperaturen durchge-
4υ führt.
In letzter Zeit wurde vorgeschlagen, Glasfasern allein oder zusammen mit Metalldraht oder Metallspänen zur
Herstellung von Friktionselementen zu verwenden, die kein Asbest enthalten (vgl. z. B. die US-PS 37 43 049 und
39 67 037). In diesen Fällen dienen die Glasfasern nicht nur zur Erhöhung der Berstfestigkeit und der Abnutzungs-Widerstandsfähigkeit,
insbesondere bei erhöhten Temperaturen, sondern sie dienen auch als aktiver Reibungsbestandteil.
so Von diesem Stand der Technik geht die Erfindung aus.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß Glas als aktiver
Reibungsbestandteil eines Friktionselementes in den meisten gewerblichen Anwendungen im Vergleich mit
herkömmlichen, Asbest enthaltenden Reibungsflächen, zu aggressiv ist. Diese Aggressivität wird im Betneb
oftmals als Geräusch, Vibration und/oder unregelmäßige Brems- oder Reibungseffekte festgestellt, wenn das
Friktionselement eine Paßfläche berührt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zusammensetzung der eingangs genannten Art vorzuschlagen,
bei der die damit hergestellten asbestfreien Friktionselemente Betriebseigenschaften besitzen, die
mit denen von Asbest enthaltenden Friktionselementen vergleichbar sind, wobei die Verwendung von Glas als
aktiver Reibungsbestandteil der Friktionselemente ohne die erwähnten aggressiven Eigenschaften des
Glases möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch
gekennzeichnet, daß der verstärkende Bestandteil aus Glasfasern und einem nicht-schmelzenden organischen
Faser- oder Fibermaterial besteht, wobei das Gewichtsverhältnis von nicht-schmelzenden organischen Fasern
zu den Glasfasern im Bereich von 10 :90 bis 65 :35 liegt
und der Anteil der nicht-schmelzenden organischen Fasern und der Glasfasern zusammen genommen im
Bereich von 20-75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, beträgt.
Das im Rahmen der Erfindung verwendbare vernetzbare Poylmerbindemittel wird üblicherweise in Friktionselementen
verwendet. Es bildet in vernetztem Zustand eine Matrix für die Glasfasern und die
nicht-schmelzbaren organischen Fasern in dem Friktionselement.
Das Bindemittel enthält ein vernetzbares Harz, z. B. ein vernetzbares Phenolharz. Der Begriff »Phenolharz«
soll in der hier benutzten Bedeutung aushärtbare Harze umfassen, die auf der Kondensation eines Aldehyds und
eines Phenols basieren.
Die Aldehyde, die bei der Ausbildung der Phenolharze verwendbar sind, umfassen unter anderem die
Formaldehyde, Acetaldehyde, Akrolein und dergleichen. Die zur Bildung der Phenolharze nützlichen
Phenole bestehen aus denjenigen Phenolen, die zur elektrophilen aromatischen Substitution in der Lage
sind, so z. B. Phenol, Resorcin, Katechol, Aminophenol und dergleichen. Sowohl die Phenolaldehydharze vom
Resol-Typ als auch vom Novalak-Typ sollen von dem Begriff »Phenolharz« umfaßt sein. Die Resol-Harze sind
durch ihre Ausbildung durch basische Katalyse, und die Novalak-Harze durch ihre Ausbildung mittels saurer
Katalyse gekennzeichnet. Im allgemeinen sind die Resolharze höher methyloliert als die Novalak-Harze.
Die Wahl zwischen dem Resol-und dem Novalakharz in einem speziellen System ist abhängig von den anderen
Materialien in dem System. In den Bindemitteln werden üblicherweise Phenolformaldehydnovalakharze bevorzugt
verwendet.
Zusätzlich zu dem Phenolharz enthält der Bindezement üblicherweise ein Elastomer. Der Begriff »Elastomer«
soll in der hier benutzten Bedeutung sowohl die natürlichen als die synthetischen Gummimaterialien
umfassen. Der Begriff »natürlicher Gummi« kennzeichnet den elastischen Feststoff, der vom Saft oder dem
Latex des Haveabaums erhalten wird, dessen Hauptkonsument das Homopolymer von 2-Methyl-l,3-Butadien
(Isopren) darstellt. Der Begriff »synthetischer Gummi« umfaßt die Kohlenwasserstoffketten-Gummis,
die auf mindestens zwei Prozent eines konjugierten, ungesättigten Monomers basieren, wobei die Konjugation
in der 1-3-Position innerhalb der Monomerkette vorliegt, und das fertige Polymer in seinem ungehärteten
Zustand eine Ausdehnfähigkeit von mindestens 200% und eine Speicherfähigkeit von mindestens 90%
besitzt, wenn es innerhalb seiner Dehnungsgrenzen gestreckt wird und plötzlich freigegeben wird. Als
konjugierte ungesättigte Monomere lassen sich zur Herstellung von synthetischem Kohlenwasserstoffkettengummi
unter anderem Chloropren, Butadien, Isopren, Cyclopentadien, Dicyclopentadien oder dergleichen
verwenden. Andere Olefine, die eine freie anionische oder kationische Radikal-Interpolymerisation
bilden können, um die Kohlenwasserstoffkette mit dem konjugierten ungesättigten Monomer zu bilden,
sind bei der Herstellung von synthetischem Gummi nützlich. Diese Olefine sind typischerweise mit Monoäthylen
ungesättigte Monomere. Diese mit Monoäthylen ungesättigten Monomere umfassen unter anderem
die Acrylmonomere, wie z. B. Methacrylsäure, Acrylsäure, Acrylnitril, Methacrylnitril, Methacrylsäuremethylester,
Methacrylsäureester, Ätnylacrylat, Äthylmethacrylat und ähnliche Stoffe; mono-olefinische Kohlenwasserstoffe,
wie z. B. Äthylen, Propylen, Styren, Alphamethylstyren und dergleichen, und andere funktionale
ungesättigte Monomere wie z. B. Vinylpyridin, Vinylpyrrolidon und ähnliche funktionale vinylische
ίο Monomere. Innerhalb des Begriffs »synthetischer
Gummi« liegen ebenfalls die Nichtkohlenwasserstoffketten-Gummis, wie z. B. Silikongummis. Das vernetzbare
Polymerbindemittel enthält bevorzugt natürlichen Gummi- und/oder einen synthetischen Kohlenwasserstoffkettengummi.
Bei der Auswahl eines Elastomers zur Verwendung in der Bindemittelzusammensetzung soll darauf geachtet
werden, daß die chemische Zusammensetzung des speziellen Elastomers die Funktion oder die Lebensdauer
des Friktionselements und der damit zusammenhängenden Apparate nicht beeinträchtigt.
Zusätzlich zu den Polymerbestandteilen des Bindemittels können andere zur Herstellung von Bindemitteln
verwendete Materialien benutzt werden.
Es lassen sich dem Bindemittel Vulkanisierstoffe zusetzen, um die ungesättigten Gummis zu vernetzen.
Beispiele für derartige Vulkanisiermittel sind Schwefel, Zinkoxid (zum Vulkanisieren von Polychloropren),
Peroxide, Dinitrosobenzol oder dergleichen.
Es lassen sich Vulkanisationsbeschleuniger, wie z. B. Zinkoxid, Stearinsäure oder dergleichen verwenden.
Es lassen sich dem Bindemittel Polyamine hinzufügen, um die Vernetzung und Wechselreaktion des Phenoiharzes
und des Elastomers zu beschleunigen. Typische
Jj Polyamine sind Hexamethylen, Tetra-Amin, Diäthylentriamin,
Tetraäthylenpentamin, Diphenylguanidin oder dergleichen.
Dem Bindemittel lassen sich Füllstoffe hinzufügen, um die physikalischen Endeigenschaften zu modifizieren
und die Kosten des Friktionselements zu reduzieren, wobei derartige übliche Füllstoffe Ruß, Ton, Graphit,
Bleisulphat, Putzerde, Glimmer, Kalk und dergleichen enthalten.
Typische Zusammensetzungen von Bindemitteln und deren Herstellungsverfahren sind in den US-PS
27 02 770, 34 37 546, 21 96 570, 35 20 390 und 39 59 194
offenbart, deren Inhalt durch dieses Zitat Offenbarungsbestandteil der vorliegenden Anmeldung ist.
Typischerweise wird die Zusammensetzung des
so Bindemittels mit allen Begleitstoffen in einem Lösungsmittel für lösbare Polymerkonstituenten aufgelöst
und/oder dispergiert. Es wird dabei ausreichend viel Lösungsmittel verwendet, um die richtige Viskosität der
Bindemittel-Lösung-Dispersion zur Kombination mit den Glasfasern und den organischen Fasern zu erhalten,
um das richtige Verhältnis von Bindemittel zu Verstärkungsbestandteilen zu erzielen. Die nichtschmelzbaren organischen Fasern und die Glasfasern
bilden zusammen einen Anteil, der im Bereich von 20 bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des
fertigen Friktionselements liegt, und der bevorzugt im Bereich zwischen 30 bis 65 Gew.-% liegt. Wenn der
Anteil an organischen und Glasfasern zu klein ist, ergibt sich eine ungeeignete Verstärkung des Friktionselements.
Ist der Anteil an organischen Fasern und an Glasfasern zu hoch, so zeigt das Friktionselement eine
übergroße Abnutzung.
Zur Durchführung der Erfindung eignen sich solche
Glasfasern, die typischerweise bei der Verstärkung ausgehärteter Harzmaterialien verwendet werden. Die
Oberfläche der Glasfasern muß mit einer Überbrükkungsverbindung behandelt werden, um das Glas
chemisch und/oder physikalisch wirksam mit der Matrix des Friktionselements zu verbinden.
Während der Herstellung werden die einzelnen Glasfasern mit einem Leim oder Kleister behandelt, der
ein Haftmittel enthält, welches die Glasoberfläche mit der Matrix verbindet. Diese Haftmittel umfassen sowohl
die Silanhaftmittel als auch die Haftmittel vom Werner-Komplextyp. Typische Silanhaftmittel sind
Vinyl, Alkyl, Beta-chloropropyl, Phenyl, Thioalkyl, Thio-alkaryl, Methacrylat oder Methacrylsäureester,
Epoxy und Merkaptosilane, deren Hydrolyseprodukte, Polymere von deren Hydrolyseprodukte und Mischungen
dieser Stoffe. Haftmittel vom Werner-Typ sind derartige Haftmittel, die ein trivalentes Kernatom, wie
z. B. Chrom enthalten, und die mit einer organischen Säure, z. B. der Methacrylsäure koordiniert sind.
Derartige Stoffe sind in der US-PS 26 11 718 offenbart, wobei dieses Patent durch die vorliegende Bezugnahme
Bestandteil der Offenbarung sein soll.
Normalerweise wird die gesamte Leimzusammensetzung mit einem Wert von unterhalb 2 Gew.-%
bezüglich des Glasgewichts, insbesondere im Bereich von 0,2 bis 1,0 Gew.-% verwendet, während das
Haftmittel ungefähr 2 bis 6 Gew.-% der Leimfeststoffe beträgt. Typische Leimzusammensetzungen und Verfahren
sind in den US-PS 39 33 711 und 39 46 132 offenbart.
Zusätzlich zu den mit Leim versehenen Glasfasern lassen sich beschichtete Glasfasern als der faserige
Glasbestandteil des Friktionselements verwenden. Beschichtete Glasfasern unterscheiden sich von den mit
Leim versehenen Glasfasern dadurch, daß die Zusammensetzung an der Oberfläche der Glasfasern im
Bereich zwischen 5 und 50 Gew.-%, üblicherweise zwischen 15 und 35Gew.-%, bezogen auf das
Glasgewicht, vorhanden ist. Die zur Zeit im Rahmen der Erfindung bevorzugt verwendete Glasform ist die mit
RFL-beschichtete Glasfaser, und die Abkürzung »RFL« bedeutet und umfaßt den trockenen Rückstand einer
Beschichtungszusammensetzung, die einen natürlichen Gummi und/oder einen synthetischen Kohlenwasserstoffkettengummi
oder ein Phenolharz enthält. Bevorzugt besteht die elastomere Komponente des RFL-Stoffs
zwischen ungefähr 5 und 15% eines polymerisierten Vinylpyridinmonomers und eines Resorcinolformaldehydharzes.
Die mit RFL beschichteten Glasfasern werden typischerweise dadurch hergestellt, daß einzelne,
mit Leim versehene Glasfasern mit einer RFL-Beschichtungszusammensetzung beschichtet werden. Die
Beschichtungszusammensetzung besteht aus einem Elastomer in Latexform und einem Phenolharz in
wäßriger Lösung. Typische Verfahren und Bestandteile zur Herstellung von RFL-beschichteten Glasfasern sind
in den US-PS 26 91 614, 28 17 616, 28 22 311, 39 73 071
und 39 25 286 offenbart.
Die physikalische Gestalt der Glasfasern, gleichgültig ob mit Leim versehen und/oder beschichtet, kann
gemäß dem speziellen Verfahren zur Herstellung des Friktionselements variieren. Es lassen sich z. B. Glasfasern
in Form von Litze, Garn, Seil, zerhackter Litze, Vorgespinst, Band, Gewebe, Matte, Glaswolle oder
dergleichen bei der Herstellung des Friktionselements verwenden. Bei der Herstellung von Kupplungsscheiben
werden bevorzugt Glasfasern in kontinuierlicher Form und mit RFL-Beschichtung verwendet, um die Berstfestigkeit
des Friktionselements zu erhöhen, während gleichzeitig bequeme Herstellungsverfahren für das
Friktionselement anwendbar sind.
Die bei der Durchführung der Erfindung nützlichen nichtschmelzbaren organischen Fasern sind solche
Fasern mit einer Zersetzungstemperatur, die größer als 2040C und bevorzugt größer als 316° C und unterhalb
427° C liegt. Der obere Grenzwert für die Zersetzungstemperatur ist erforderlich, damit eine Carbonisierung
der Faser während des Betriebs des Fritkionselements stattfindet. Ferner muß die Faser in der bei der
Herstellung eines speziellen Friktionselements verwendeten Bindemittelzusammensetzung und dem speziellen
Lösungsmittel unlösbar sein. Es lassen sich sowohl natürliche organische Fasern als auch synthetische
organische Fasern als nichtschmelzende organische Fasern verwenden. Typische natürliche organische
Fasern sind Baumwolle, Jute, Hanf, Sisal, Wolle oder
dergleichen. Typische regenerierte organische Fasern sind viskose Fäden, Kupferammoniumfasern oder
dergleichen; als synthetische Fasern lassen sich z. B. Aramidfasern der Firma Dupont und ähnliche Fasern
verwenden, die innerhalb des oben angegebenen Zersetzungstemperaturbereichs liegen. Eine natürliche
organische Faser wird bevorzugt, insbesondere wird Baumwolle bevorzugt.
Bei der erfindungsgemäßen Herstellung eines Friktionselements ist das fertige Friktionselement asbestfrei.
Das Verhältnis von Glas zu nichtschmelzender organischer Faser muß gesteuert werden, um die gewünschten
Eigenschaften des fertigen Friktionselements zu erhalten. Sofern zu viel nichtschmelzende organische Fasern
im Verhältnis zum Glas verwendet wird, wird der Reibungskoeffizient und die Festigkeit des Elements
unerwünscht verringert. Wenn ein ungenügender Anteil an nichtschmelzender organischer Faser im Verhältnis
zur Glasfaser verwendet wird, besitzt das Friktionselement eine unerwünschte aggressive Charakteristik. Es
muß daher ein Bereich des Gewichtsverhältnisses von 90:10 bis 35:65, bevorzugt 75:25 bis 60:40, von
Glasfasern zu nichtschmelzenden organischen Fasern eingehalten werden.
Es sollten daher, bezogen auf das Gewicht des Glases, 10 bis 185 Gew.-°/o, bevorzugt 31 bis 67 Gew.-% der
nichtschmelzbaren organischen Faser verwendet werden, um das Friktionselement herzustellen. Obwohl
asbestfreie Friktionselemente schon vorgeschlagen wurden, zeigten derartige Friktionselemente einen
unerwünschten Grad an Aggressivität, und sie waren daher in der Automobilindustrie nicht auf breiter Basis
akzeptiert. Gemäß dieser Erfindung ist die Aggressivität, die sich während des Betriebs des Friktionselements
zeigt und durch das Vorhandensein der Glasfasern bewirkt wird, durch Hinzufügung einer wirksamen
Menge von nichtschmelzenden organischen Fasern verringert oder beseitigt.
Zusätzlich zur Verbesserung der Eigenschaften der Friktionselemente, deren Fasergehalt aus 100% Glas
besteht, reduzieren viele Kombinationen von Glas und nichtschmelzenden organischen Fasern das Gewicht des
Friktionselements. Eine derartige Verringerung des Gewichts stellt ein allgemeines Ziel der Automobilhersteller
dar, um den Benzinverbrauch pro Kilometer zu verbessern und andere begleitende Vorteile, die mit
einer Gewichtsverringerung einhergehen, zu verwirklichen. Darüber hinaus trägt bei Kupplungs-Friktionselementen
ein leichteres Gewicht zu einer verbesserten
Ansprechbarkeit während der Betätigung bei.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Einbringung des Glases und der nichtschmelzenden organischen Faser in
das Friktionselement besteht darin, ein Material herzustellen, welches aus Glasfasern und organischen
Fasern besteht. Dies kann z. B. eine gedrehte Kordel sein, die aus Glaslitze oder Garn und einer organischen
Faserlitze oder -garn mit den gewünschten Gewichtsverhältnissen besteht. Ferner läßt sich ein Gewebe aus
Glasgarn und organischem Fasergarn mit dem gewünschten Verhältnis weben, um eine Gewebebahn
herzustellen.
Aus den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen lassen sich Friktionselemente mit Verfahren herstellen,
die den Fachleuten bekannt sind. Im allgemeinen werden die nichtschmelzenden organischen Fasern und
das Glas mit dem formulierten vernetzbaren Polymerbindemittel imprägniert, um eine imprägnierte Mischung
zu schaffen. Die Bindemittellösung sollte eine genügend kleine Viskosität besitzen, um die organischen
Fasern und das Glas zu benetzen. Der imprägnierte Stoff wird dadurch getrocknet, daß das Lösungsmittel
des Bindemittels verdampft, um eine »B«-Stufe zu bilden. Die Zusammensetzung der B-Stufe wird unter
Wärme und Druck in eine Form gegossen, um das vernetzbare Polymerbindemittel zu vernetzen. Der
gegossene Gegenstand läßt sich dann durch maschinelle Bearbeitung auf seine Endform bringen.
Ein übliches Verfahren zur Herstellung von Friktionselementen, insbesondere von Kupplungsscheiben, besteht
darin, eine Vorform mittels einer von zwei noch näher zu erläuternden Verfahren zu bauen. Eine
»Vorform« stellt einen lockerstrukturierten Gegenstand in der B-Stufe dar, der aus gewobenen oder
gewickelten Verstärkungsbestandteilen zusammengesetzt ist, die mit einem vernetzbaren Bindemittel
imprägniert sind, wobei die Vorform ungefähr dem Aufbau des fertigen Friktionselements ähnelt. Die
Vorform wird unter Wärme und Druck vergossen, um die Endgestalt zu erhalten und das Bindemittel zu
vernetzen.
Ein spezielles Verfahren zum Aufbau einer Vorform besteht in der Herstellung eines Bandes, welches aus
einem oder mehreren fortlaufenden Garnlitzen oder -schnüren besteht, die parallel angeordnet sind und mit
einem Bindemittel imprägniert sind und in die B-Stufe ausgehärtet sind. Wenn fortlaufende Glas- und organische
Fasern verwendet werden, können die Litzen oder Garne dieser Materialien verdrillt oder unverdrillt sein,
um eine zusammengesetzte Schnur zu bilden. Wenn entweder die Glasfasern oder die organischen Fasern in
einer diskontinuierlichen Form vorliegen, wird eine kontinuierliche Litze oder Garn verwendet, die als ein
Stück aufgebaut ist. Die fortlaufenden Litzen oder Garne aus Fasermaterial werden durch einen Tauchtank
hindurchgeleitet, der die vernetzbare organische Bindemittellösung enthält, die auf eine Viskosität
eingestellt ist, die ausreicht, um eine angemessene Imprägnierung der faserigen Komponenten zu liefern
und das Bindemittel aufzunehmen. Die eigentliche Aufnahme des Bindemittels wird durch eine Form
eingestellt, und die imprägnierte Ware wird durch einen Trockenturm hindurchgeführt, der auf einer Temperatur
gehalten wird, die ausreicht, um das Lösungsmittel aus der Bindemittellösung zu verdampfen und die
B-Stufe herzustellen. Die physikalischen Eigenschaften einer typischen imprägnierten Ware der B-Stufe sind in
der US-PS 36 00 258 dargestellt. Die imprägnierte Ware
der B-Stufe wird auf Trommeln zur weiteren Verarbeitung gespeichert.
Zur Herstellung einer Vorform werden ein oder mehrere imprägnierte Bänder der B-Stufe in eine
Maschine derjenigen Bauart eingegeben, die in der US-PS 22 63 500 offenbart ist und durch diese
Bezugnahme ein Teil der Beschreibung sein soll, um eir en gewickelten Körper (Vorform) mit gewünschter
Große, Gestalt und Gewicht zu erzeugen. Die Vorform wird Wärme und Druck ausgesetzt, um ein ausgehärtetes
Friktionselement gemäß bekannten Verfahren herzustellen.
Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine Zusammensetzung zur Herstellung
von Friktionselementen angegeben wird, die das Herstellen der Friktionselemente unter Verwendung
bestehender gewerblicher Verfahren und Einrichtungen ermöglicht.
Ein zweites Verfahren zur Herstellung einer Vorform besteht darin, ein Gewebe aus Glasgarn und Baumwollgarn
zu erzeugen. Dieses Gewebe wird mit dem vernetzbaren Polymerbindemittel imprägniert, durch
Trocknen in die B-Stufe gebracht, zu einer Vorform der gewünschten Gestalt, Abmessung und Gewicht geformt,
die gegossen, maschinell bearbeitet und endverarbeitet werden soll. Dieses Verfahren ist in der US-PS 20 96 692
offenbart, die durch diese Bezugnahme Bestandteil der Beschreibung werden soll.
Im folgenden wird als Beispiel eine spezielle Ausführungsform der Erfindung erläutert.
Beispiel
Eine aus Glas und Baumwolle zusammengesetzte Schnur wird dadurch hergestellt, daß ein Strang eines
3s/2 Baumwollgarns und zwei Stränge aus RFL-beschichteten Glasfasern gefacht werden. Die Glasfasern
waren vom Typ K-15 1/0 mit 0,6 Verdrillungen pro cm und 17 Gew.-% der RFL-Beschichtung, bezogen auf das
Glasgewicht. Die drei Stränge wurden auf einer drehbaren Verdrillmaschine zusammengefacht, um ein
einziges zusammengesetztes Seil zu erzeugen, das 0,8 Verdrillungen pro cm und ein Gewicht von 383 m pro kg
hat. Zwei der auf oben genannte Weise gebildeten einzeln zusammengesetzten Seile werden auf einem
Drillrahmen zusammengefacht und bilden ein zweifach zusammengesetztes Seil, welches 0,8 Verdrillungen pro
cm besitzt. Das zweifach zusammengesetzte Seil besitzt ein Gewicht von 800 m pro kg, einen Durchmesser von
0,17 ± 0,01 cm und eine Zusammensetzung aus 61 Gew.-% Glasfasern und 39 Gew.-°/o Baumwollfasern.
Das zweifach zusammengesetzte Seil wird durch einen Tauchtank hindurchgeleitet, der folgende Zusammensetzung
enthält:
Bestandteil |
Gewichtsteile auf einer |
|
trockenen Feststoffe-Basis |
Natürlicher Gummi |
9.74 |
Butadienstyren-Gummi |
6,39 |
Ruß |
7.37 |
Ton |
4,00 |
Graphit |
8.00· |
Bleisulphat |
12,00 |
Zinkoxid |
3.00 |
Schwefel |
9.00 |
Putzerde |
2,00 |
Glimmer |
11.00 |
230 226/333
Fortsetzung
Bestandteil
Gewiehlsieile auf einer
tiockcnen \ esistofle-BiLsis
Kalk
|
1,00
|
Diphenylguanidin
|
0,50
|
Hexamethylentetramin
|
0,50
|
Phenolharz
|
25,50
|
|
eingestellt auf einen Fest- |
|
stofTgehalt von 50 Gew.- % |
|
in einem Kohlenwasser |
|
stoff-Lösungsmittel |
Das imprägnierte Seil wird dann durch eine Form hindurchgeleitet, die so eingestellt ist, daß eine derartige
Bindemittelaufnahme erfolgt, die zur Erzeugung eines Friktionselements erforderlich ist, welches aus
50 Gew.-% einer vernetzten Matrix und 50% Glas und Baumwolle besteht. Das imprägnierte Seil wird durch
einen Trockenturm hindurchgeführt, um die imprägnierte Ware gemäß einer B-Stufe zu trocknen. Die
Zusammensetzung der B-Stufe wird in Trommeln zur weiteren Verarbeitung gesammelt. Die imprägnierte
Ware der B-Stufe wird in eine Vorform-Maschine der in der US-PS 22 63 500 genannten Art eingegeben, um
eine Vorform zu erzeugen. Die Vorform wird vier Minuten lang bei etwa 1500C und etwa 140Kp/cm2
vergossen, um das Polymerbindemittel zu vernetzen. Der Gegenstand wird dann aus der Form entfernt und in
einen Ofen gebracht, um seine Temperatur von 1500C
über einen Zeitraum von einer Stunde auf etwa 2040C zu erhöhen. Der Gegenstand wird dann 5 Stunden lang
bei 2050C erhitzt und dann aus dem Ofen genommen.
Der gegossene Gegenstand wurde maschinell bearbeitet, um eine ringförmige Kupplungsscheibe mit den
Abmessungen 25,4 cm · 17 cm · 032 cm herzustellen. Zwei derartige Kupplungsscheiben werden auf ein
Kupplungsdynamometer mit einem 60 PS-Elektromotor und einer Borg & Beck-Kupplungs- und Schwungradanordnung befestigt Ein Drehmomentarm ist mit
der Kupplungsplattenanordnung verbunden, der ein Drehmoment über eine Hagan-Thrustorq-Meßeinrichtung überträgt Die Kupplung wird mittels eines
Luftzylinders in Eingriff ωιςΐ außer Eingriff gebracht
Die Kupplungsflächen oder -scheiben werden bezüglich Abnutzung getestet wobei die Kupplung 650mal in
Intervallen von 4 Sekunden Dauer mit einer Scheibenlast von etwa 545 kg in Eingriff gebracht werden,
während das Schwungrad mit 1175 Umdrehungen pro Minute angetrieben wird. Das Drehmoment wird
während des Versuchs auf einem Esterline-Angus-Aufzeichnungsgerät aufgezeichnet Nach dem Abnutzungstest wurde ein Schwundtest von 15 Sekunden Dauer
durchgeführt Ein zweiter Schwundtest wurde derart durchgeführt daß die Kupplung 90 Sekunden lang mit
einer Scheibenbelastung von etwa 341 kg in Eingriff gebracht wurde.
Die Testergebnisse der Kupplungsoberfläche gemäß dem Beispiel waren folgende:
Abnutzungstest:
0,007 cm Dickenverlust auf der Druckplattenseite
0,00575 cm Dickenverlust auf der Schwungradseite
Das durchschnittliche Drehmoment während des
Versuchs betrug 38,74 mkg mit einem mittleren Reibungskoeffizient von 0,361, der zwischen 0,361 und
0,400 variierte.
Erster Schwundtest (15 Sekunden):
Der Reibungskoeffizient startete bei 0,44 und
endete bei 0,186.
Zweiter Schwundtest (90 Sekunden): ίο Der Reibungskoeffizient startete bei 0,44 und
endete bei 0,28.
Der Kupplungsbetrieb wurde während des Abnutzungsversuchs von einem erfahrenen Versuchsfachmann beobachtet; der Kupplungsbetrieb schien in jeder
Hinsicht frei von aggressiven Eigenschaften zu sein, da der Betrieb durchgehend weich und leise war.
Die Kupplungsfläche oder -scheibe gemäß dem Beispiel wurde an einem Fahrzeug angebracht, und es
wurde ein Straßentest von erfahrenen Testfachleuten über 8000 km im Stadtverkehr von Detroit vorgenommen. Der Betrieb der Kupplung zeigte sich über die
gesamte Laufstrecke frei von aggressiven Eigenschaften.
Eine gemäß dem Beispiel der Erfindung hergestellte Kupplungsscheibe besitzt im Vergleich zu asbesthaltigen Kupplungsscheiben ein gleiches Maß an Friktion
oder Reibung und gleiche Eingriffscharakterisitiken, sie besitzt eine bessere Berstfestigkeit und einen besseren
Oberflächenstarteingriff, und sie besitzt, bessere oder
gleiche Abnutzungseigenschaften. Die mit den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen hergestellten Friktionselemente sind daher den herkömmlichen kommerziellen Friktionselementen gleichartig oder überlegen,
es ist bei ihnen jedoch Asbest aus der Friktionselementzusammensetzung eliminiert.
Es ist bekannt, daß bestimmte Zementzusammensetzungen eine Auswirkung auf den Reibungskoeffizient
besitzen, den ein fertiges Friktionselement während des
Eingriffs mit einer Eingriffsfläche besitzt. Das Phenolharz, die Elastomer- und Graphitbestandteile der
Bindemittelzusammensetzung trachten gegenüber den restlichen Bestandteilen des Bindemittels danach, den
Reibungskoeffizienten eher zu erniedrigen als zu
erhöhen. Es können daher Veränderung der Formulierung der Bindemittelzusammensetzung notwendig sein,
um den für einen speziellen Verwendungszweck gewünschten genauen Reibungskoeffizienten zu erhalten. Die zur Erzielung eines speziellen Reibungskoeffi-
zienten erforderliche Veränderung der Formulierung muß die Herstellungsbedingungen eines speziellen
Friktionselementes berücksichtigen. Wenn z.B. die Aufnahme des Bindemittels während der Herstellung
eines ein zellulosehaltiges Fasermaterial aufweisendes
Friktionselements von Bedeutung ist (d.h. wenn die
Porosität des zellulosehaltigen Materials innerhalb eines gegebenen Bereichs gehalten werden muß), kann
der Anteil an den Reibungskoeffizienten absenkenden Bestandteilen verringert werden, um den letztlich
erhaltbaren Reibungskoeffizienten auf den gewünschten Wert zu heben. Alternativ kann, wenn die Porosität
keine Herstellungsvariable ist die organische Faserkomponente verringert werden, um den letztlich
erhaltenen Reibungskoeffizienten des fertigen Frik
tionselementes auf den gewünschten Wert zu bringen.