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Die
vorliegende Erfindung betrifft asbestfreie Reibmaterialien, im Besonderen
für Scheibenbeläge, Bremsbeläge, Kupplungsbeläge und dergleichen
in Automobilen, Schwerlastkraftwägen,
Eisenbahnwaggons und verschiedenen anderen Arten von Industriegerätschaften
speziell geeignete Materialien.
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Für Bremsen
in Automobilen, Schwerlastkraftwägen,
Eisenbahnwaggons und verschiedenen anderen Arten von Industriegerätschaften
verwendete Reibmaterialien verfügen
wünschenswerterweise über mehrere Leistungscharakteristika.
Diese Charakteristika schließen
ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit,
einen sowohl hohen als auch stabilen Reibungskoeffizienten, hervorragende
Widerstandsfähigkeit
gegen Bremsfading, keine Erzeugung von unerwünschten Geräuschen wie Quietschen während der
Bremsung, Beständigkeit
gegen die Bildung von Verschleißpartikeln
sowie schnelle Formbarkeit ein.
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So
wurden zum Beispiel mehrere Versuche unternommen, einen Weg zur
Reduktion des Quietschens bei der Bremsung zu finden. Diese umfassen
unter anderem den Zusatz von Kautschukpulver und die Verwendung
von kautschukmodifizierten Phenolharzen als Binder, z. B. acrylkautschukmodifizierte
Phenol-Novolakharze, die über
in nur wenig von früherem
Erwärmen
abhängiger
Weise abnehmende Dämpfungseigenschaften
verfügen,
oder nitrilkautschukmodifizierte Phenol-Novolakharze, die mit ausgezeichneten
Dämpfungseigenschaften
bei Umgebungstemperaturen ausgestattet sind. Ziel nach diesem Stand
der Technik war, Dämpfungseigenschaften
zu verleihen, um die Schwingungsdämpfung zu steigern und das
Quietschen zu reduzieren (vgl. z. B. JP-A 60-184533 und JP-B 60-51504).
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Nitrilkautschukmodifizierte
Phenol-Novolakharze erfahren jedoch eine Abnahme der Schwingungsdämpfungsleistung,
bedingt durch mit der Zeit auftretende Veränderungen in Zusammenhang mit
vorangegangenem Erwärmen,
was zu Quietschgeräuschen
führt.
Zudem ist ihre Wärmebeständigkeit
unzureichend. Der Zusatz derartiger Harze in einer für die Geräuschunterdrückung ausreichenden
Menge führt
zu einer verschlechterten Bremsleistung. Acrylkautschukmodifizierte
Phenol-Novolakharze verfügen
zwar über
hervorragende Wärmebeständigkeit,
sind jedoch schlecht formbar. Im Speziellen bilden sich, wenn diese
Harze bei Betriebswärme
und unter Betriebsdruck geformt werden, Blasen, und es kann zu Innenrissen
kommen.
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Um
die Herstellbarkeit von Reibmaterialien zu verbessern, wurden in
jüngster
Zeit Phenol-Novolakharze mit hohem ortho-Anteil verwendet, welche
mit geringerem Zeitaufwand geformt werden können. Unglücklicherweise führt die
Verwendung von Phenol-Novolakharzen mit hohem ortho-Anteil als Binder
in den Reibmaterialien zwar zur Verbesserung der schnellen Härtbarkeit
der Reibmaterialien-Zusammensetzung, aber auch zu härteren Formteilen,
wodurch sich die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung von unerwünschten
Geräuschen während der
Bremsung erhöht.
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Alle
Reibmaterialien nach dem Stand der Technik weisen also verschiedene
Nachteile auf, die der vollständigen
Erfüllung
des Wunsches nach besserer Leistung im Wege stehen.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung erlauben gegebenenfalls die Bereitstellung von asbestfreiem
Reibmaterial mit ausgezeichneter schneller Härtbarkeit, was eine Verkürzung der
Dauer des Formzyklus erlaubt, das im Wesentlichen kein Quietschen
während
des Bremsvorgangs verursacht; und/oder die Bereitstellung eines
qualitativ hochwertigen asbestfreien Reibmaterials mit guten Schwingungsdämpfungseigenschaften,
das resistent gegenüber
im Lauf der Zeit auftretenden Verschlechterungen aufgrund von Wärme sind,
mit minimalem Bremsgeräusch
und mit der Fähigkeit,
diese Leistungscharakteristika über
einen langen Zeitraum hinweg beizubehalten.
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Die
Erfinder haben herausgefunden, dass asbestfreie Reibmaterialien,
hergestellt durch Formen und Härten
einer Zusammensetzung, die eine Faserbasis, ein Bindemittel und
einen Füllstoff
umfasst, worin das Bindemittel (1) ein kautschukmodifizier tes Phenolharz
mit hohem ortho-Anteil oder (2) ein Harzgemisch aus einem kautschukmodifizierten
Phenolharz mit hohem ortho-Anteil und einem kautschukmodifizierten
Phenolharz ist, kaum Veränderungen
des Schwingungsdämpfungsfaktors
(tan δ)
aufweisen und wirksam Quietschgeräusche während des Bremsvorgangs verhindern.
Zudem stellen diese Reibmaterialien alle gewünschten Leistungscharakteristika,
einschließlich
Verschleißbeständigkeit,
funktioneller Stabilität,
Formbarkeit und Widerstandsfähigkeit
gegen Bremsfading, bereit. Diese asbestfreien Reibmaterialien sind
in der Lage, die herausragenden Probleme nach dem Stand der Technik
wirksam zu lösen.
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Die
Erfinder haben ebenfalls herausgefunden, dass geräuschunterdrückende Wirkung
erzielt werden kann, wenn der Wert des 100-Hz-Schwingungsdämpfungsfaktors
(tan δ)
bei 300°C
minus tan δ bei
50°C zumindest –0,030 beträgt. Aufgrund
der Annahme, dass ein höherer
Schwingungsdämpfungsfaktor
in Verbindung mit geringerem Quietschen steht, und weil gewöhnliche
Reibmaterialien bei steigenden Temperaturen eine deutliche Abnahme
des Schwingungsdämpfungsfaktors
aufweisen, wurde der Schwingungsdämpfungsfaktor bei 50°C üblicherweise
bei einem relativ hohen Wert angesetzt. Der Vergleich von tan δ bei 50°C (V50) mit tan δ bei 300°C (V300)
zeigte demzufolge bei Reibmaterialien nach dem Stand der Technik
eine große
Differenz zwischen V50 und V300.
Im Speziellen ist V300 viel kleiner als
V50, wodurch der Unterschied V300 – V50 mehr ins Negative geht als –0,030.
Aufgrund dessen war es nach dem Stand der Technik Praxis, V50 bei einem Wert anzusetzen, der hoch genug
war, um zu gewährleisten,
dass V300, auch wenn er relativ zu V50 abnimmt, auf oder über einem bestimmten Niveau
gehalten werden kann.
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Der
Erfinder hat jedoch herausgefunden, dass bei einer Differenz V300 – V50 von zumindest –0,030 (d. h. wenn der Grad
der Reduktion des Schwingungsdämpfungsfaktors
so niedrig ist, dass die Differenz von V300 zu
V50 klein ist, oder wenn V300 größer als
V50 ist (die Differenz V300 – V50 ist positiv)) überraschenderweise das Quietschen
merklich unterdrückt
wird, auch wenn V50 an einem Wert angesetzt
wird, der in etwa dem V300-Wert nach dem
Stand der Technik entspricht, und nicht entsprechend der gängigen Praxis
an einem höheren
Wert angesetzt ist.
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Auch
wenn nicht zur Gänze
geklärt
ist, warum es zu einer derartigen geräuschunterdrückenden Wirkung kommt, wenn
die Reduktion des Schwingungsdämpfungsfaktors
gering ist oder der Dämpfungsfaktor größer wird,
so scheint dies im Allgemeinen auf folgenden Gründen zu beruhen.
- (a) Während
der Verwendung verändert
sich die Temperatur des Reibmaterials selbst aufgrund von Reibung.
Es ist denkbar, dass, wenn ein Material gewählt wird, das bei einer gegebenen
Temperatur nicht quietscht, es bei einer anderen spezifischen Temperatur
sehr wohl Quietschgeräusche
verursacht. Ausgehend davon, dass Quietschen anscheinend in einer
Verbindung zur. Schwingungsdämpfung
steht, sind Materialien, die nur geringe Veränderungen beim Schwingungsdämpfungsfaktor
in Bezug auf Temperaturveränderungen
aufweisen, wahrscheinlich wirksam gegen Quietschgeräusche.
- (b) Angenommen, dass Quietschen eine Form von Resonanz ist,
so sollte ein hoher Schwingungsdämpfungsfaktor
in Kombination mit, wie oben festgehalten, minimalen Veränderungen
des Schwingungsdämpfungsfaktors
aufgrund von veränderten
Bedingungen wirksam für
die Aufrechterhaltung der ursprünglichen Leistung
und letztendlich für
die Beseitigung von Quietschgeräuschen
sein.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird somit ein asbestfreies Reibmaterial
bereitgestellt, welches durch Formen und Härten einer Zusammensetzung
hergestellt wird, die eine Faserbasis, ein Bindemittel und einen
Füllstoff
umfasst, worin das Bindemittel (a) ein kautschukmodifiziertes Phenolharz
mit hohem ortho-Anteil mit einem Verhältnis zwischen ortho-Bindungen
und para-Bindungen der Methylenbindungen von zumindest 1,0 oder
(b) ein Harzgemisch aus dem kautschukmodifizierten Phenolharz mit
hohem ortho-Anteil und einem kautschukmodifizierten Phenolharz mit
einem Verhältnis
zwischen ortho-Bindungen und para-Bindungen der Methylen bindungen
von weniger als 1,0 ist. Vorzugsweise weist das Reibmaterial einen 100-Hz-Schwingungdämpfungsfaktor
(tan δ)
bei 300°C
minus tan δ bei
50°C von
zumindest –0,030
auf.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Diagramm der Messtemperatur über tan δ in Beispiel
1 und Vergleichsbeispiel 1.
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2 ist ein Diagramm der Messtemperatur über tan δ in Beispiel
5 und Vergleichsbeispiel 2.
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3 ist ein Diagramm der Messtemperatur
(vorangegangene Erwärmungen) über tan δ in den Beispielen
8 und 9.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Das
asbestfreie Reibmaterial gemäß dem ersten
Aspekt dieser Erfindung weist einen Wert für den 100-Hz-Schwingungsdämpfungsfaktor
(tan δ)
bei 300°C
minus tan δ bei
50°C von
zumindest –0,030
auf (was bedeutet V300 – V50 ≥ –0,030).
Durch eine Verringerung der Abnahme des Schwingungsdämpfungsfaktors
oder durch eine tatsächliche
Anhebung des Schwingungsdämpfungsfaktors
auf diese Weise verbessert das Material der Erfindung die geräuschunterdrückenden
Wirkungen merkbar.
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Die
oben angeführte
Veränderung
im Schwingungsdämpfungsfaktor
(V300 – V50), falls er unter –0,030, ist für die Geräuschunterdrückung von
Nachteil. Diese Veränderung
im Schwingungsdämpfungsfaktor
liegt vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von –0,025 bis 0,030, noch bevorzugter
von –0,020
bis 0,025, noch bevorzugter von –0,015 bis 0,021, und insbesondere
von –0,010
bis 0,010. Das bedeutet, dass eine kleinere Veränderung im Schwingungsdämpfungsfaktor
bevorzugt wird.
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Weiters
weist das Reibmaterial der Erfindung vorzugsweise einen Schwingungsdämpfungsfaktor
bei 50°C
(tan δ)
von nicht mehr als 0,13, noch bevorzugter von 0,1 bis 0,13, insbesondere
von 0,1 bis 0,126, auf. Ein Schwingungsdämpfungsfaktor (tan δ) bei 50°C außerhalb
des oben genannten Bereichs kann für die Geräuschunterdrückung von Nachteil sein.
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Der
Schwingungsdämpfungsfaktor
ist ein Wert, der gemäß JIS K
7198 („Verfahren
zur Untersuchung der Temperaturabhängigkeit von dynamischen viskoelastischen
Eigenschaften von Kunststoffen durch nichtresonante, erzwungene
Festfrequenzschwingung")
gemessen wird.
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Solche
asbestfreie Reibmaterialien können
durch Formen und Härten
einer Zusammensetzung bestehend aus (A) einer Faserbasis, (B) einem
Binder und (C) einem Füllstoff
hergestellt werden. Der Art und der Menge der Komponenten (A) bis
(C) werden keine besonderen Einschränkungen in der Zusammensetzung auferlegt,
mit der Maßgabe,
dass sie so gewählt
sind, dass die oben genannte Veränderung
im Schwingungsdämpfungsfaktor
erzielt wird. Bei diesen Komponenten ist die Wahl des Binders besonders
bedeutend. Eine Veränderung
im Schwingungsdämpfungsfaktor
innerhalb des oben genannten Bereichs kann unter Verwendung von
(1) einem kautschukmodifizierten Phenolharz mit hohem ortho-Anteil
oder (2) einem Harzgemisch aus einem kautschukmodifizierten Phenolharz
mit hohem ortho-Anteil und einem kautschukmodifizierten Phenolharz
als Binder auf wirksamere Weise erreicht werden.
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Dies
kann wie folgt erklärt
werden. Ein hoher Schwingungsdämpfungsfaktor
in einem Reibmaterial wird im Allgemeinen als von Vorteil für das Geräuschverhalten
erachtet. Reibmaterialien, die ein kautschukmodifiziertes Phenolharz
mit hohem ortho-Anteil als Binder enthalten, senken das Dämpfungsverhältnis sogar noch
mehr als Binder nach dem Stand der Technik, die mit schlechten Geräuscheigenschaften
assoziiert werden, wodurch man eine schwache Leistung bezüglich der
Geräusche
erwarten würde.
Entgegen dieser Erwartungen jedoch ist das Geräuschverhalten besser als die
von Reibmaterialien nach dem Stand der Technik, und Quietschgeräusche werden
erfolgreich unterdrückt.
Untersuchungen haben gezeigt, dass die Verwendung von (1) einem
kautschukmodifizierten Phenolharz mit hohem ortho-Anteil oder (2)
einem Harzgemisch aus einem kautschukmodifizierten Phenolharz mit
hohem ortho-Anteil
und einem kautschukmodifizierten Phenolharz als Binder die Veränderung
im Schwingungsdämpfungsfaktor
verringert. Es wird demnach, wie oben erwähnt, ein geräuschunterdrückender
Effekt erzielt, auch wenn der Grund hierfür nicht völlig geklärt ist.
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Demgemäß zeichnen
sich die asbestfreien Reibmaterialien der Aspekte 2 bis 4 der Erfindung
durch die Verwendung von (1) einem kautschukmodifizierten Phenolharz
mit hohem ortho-Anteil oder (2) einem Harzgemisch aus einem kautschukmodifizierten
Phenolharz mit hohem ortho-Anteil und einem kautschukmodifizierten
Phenolharz als Binder aus.
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Das
oben genannte kautschukmodifizierte Phenolharz mit hohem ortho-Anteil
(1) ist vorzugsweise ein Phenol-Novolakharz mit hohem ortho-Anteil,
das zuvor durch Hinzufügen
einer Kautschukkomponente modifiziert worden ist.
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Das
hierin verwendete Phenolharz mit hohem ortho-Anteil wird auf eine
Weise hergestellt, dass das Verhältnis
zwischen ortho-Bindungen und para-Bindungen (O/P) der Methylenbindungen
innerhalb des Harzes zumindest 1,0, vorzugsweise von 1,0 bis 4,5,
noch bevorzugter von 1,0 bis 3,0, insbesondere von 1,0 bis 1,5,
beträgt.
Ein zu niedriges Verhältnis
kann zu längeren
Form- und Härtungszeiten
führen.
Andererseits verbessert ein Verhältnis
höher als
der oben angegebene Bereich zwar die schnelle Härtbarkeit, kann jedoch zum Erhalt
eines für
einige Zwecke zu harten Formteils führen. Daher können optimale
Ergebnisse der vorliegenden Erfindung nicht erhalten werden, wenn
das O/P-Verhältnis
zu niedrig oder zu hoch ist.
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Das
Verhältnis
O/P kann mittels Infrarotspektroskopie aus dem Verhältnis zwischen
ortho-Bindungsextinktion, die bei 730 bis 770 cm–1 auftritt,
und der para-Bindungsextinktion, die bei 800 bis 840 cm–1 auftritt, ermittelt
werden.
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Nach
der Herstellung des Phenolharzes mit hohem ortho-Anteil wird die
Kautschukkomponente in geschmolzenem Zustand diesem zugesetzt, um
ein kautschukmodifiziertes Phenolharz mit hohem ortho-Anteil zu
erhalten.
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Die
Kautschukkomponente ist zum Zweck einer einheitlichen Vermischung
und Reaktivität
mit dem Harz vorzugsweise flüssig.
Geeignete Beispiele sind unter anderem flüssiger Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR),
flüssiger
Acrylkautschuk, flüssiger
Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), flüssiger Butadienkautschuk (BR),
flüssiger
Chloroprenkautschuk (CR), flüssiger
Silikonkautschuk und flüssige
acrylathältige
Elastomere. Flüssiger
NBR und flüssiger
Acrylkautschuk weisen beide ein Molekulargewicht von 1.000 bis 30.000
auf und sind besonders bevorzugt. Die flüssige Kautschukkomponente kann
ein lösungsmittelfreier
Flüssigkautschuk oder
gegebenenfalls eine Lösung
von der Kautschukkomponente in einem Lösungsmittel sein.
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Im
Falle von flüssigem
NBR wird selbiger Kautschukbestandteil in einer Menge (hierin in
Folge auch als „Kautschukgehalt" bezeichnet) von
vorzugsweise zumindest 10 Gew.-%, noch bevorzugter von 10 bis 15 Gew.-%,
bezogen auf das gesamte kautschukmodifizierte Phenolharz mit hohem
ortho-Anteil, zugesetzt. Weniger als 10 Gew.-% Kautschukkomponente
würde verhindern,
dass dem Reibmaterial Elastizität
verliehen wird, was für
die Geräuschunterdrückung von
Nachteil ist. Andererseits würden
mehr als 15 Gew.-% Kautschukkomponente zu minderwertiger funktioneller
Stabilität
und Fadingresistenz des Reibmaterials führen.
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Das
resultierende kautschukmodifizierte Phenolharz mit hohem ortho-Anteil
kann nach Zusatz von Hexamethylentetramin (Hexamin) als Härter, typischerweise
in einer Menge von 5 bis 15 Gew.-%, geformt werden.
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Jedes
der unten stehenden Verfahren (1) bis (5) kann auf geeignete Weise
herangezogen werden, um das kautschukmodifizierte Phenolharz mit
hohem ortho-Anteil der vorliegenden Erfindung herzustellen.
- (1) Lösen
der Kautschukkomponente in einem zuvor erwärmten und geschmolzenen Phenol,
Hinzufügen eines
Katalysators und eines Aldehyds und Ausführen der Reaktion zum Erhalt
des Harzes.
- (2) Gemeinsames Zusetzen eines Phenols, eines Aldehyds und eines
Katalysators und Ausführen
einer Rückflussreaktion.
Danach Zusetzen der Kautschukkomponente und Ausführen einer Dehydrierungsreaktion
zum Erhalt des Harzes.
- (3) Gemeinsames Zusetzen eines Phenols, eines Aldehyds und eines
Katalysators und Ausführen
einer Rückflussreaktion
und einer Dehydrierungsreaktion. Danach Zusetzen der Kautschukkomponente
und Mischen bei hoher Temperatur.
- (4) Vermischen eines festen Phenolharzes mit der Kautschukkomponente
in einem Knetapparat, z. B. einem Druckkneter.
- (5) Mahlen und Vermischen eines festen Phenolharzes und Hexamethylentetramin
während
des gleichzeitigen Zusetzens und Dazumischens der Kautschukkomponente.
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Wird
ein Harzgemisch aus kautschukmodifiziertem Phenolharz mit hohem
ortho-Anteil und einem kautschukmodifiziertem Phenolharz (2) als
Bindemittel verwendet, so kann dieses das gleiche kautschukmodifizierte
Phenolharz mit hohem ortho-Anteil wie das oben beschriebene Harz
(1) umfassen.
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Was
das zweite, als das andere Harz im Harzgemisch (2) dienende kautschukmodifizierte
Phenolharz betrifft, so ist seine Kautschukkomponente vorzugsweise
aus Acrylkautschuk, Nitrilkautschuk, Chloroprenkautschuk, Butadienkautschuk,
Styrol-Butadien-Kautschuk,
Silikonkautschuk und Gemischen davon ausgewählt. Von diesen ist ein mit
Acrylkautschuk als Kautschukkomponente modifiziertes Phenolharz,
also ein acrylkautschukmodifiziertes Phenolharz, bevorzugt.
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Ein
Kautschukgehalt im kautschukmodifizierten Phenolharz von zumindest
10 Gew.-%, vorzugsweise von
10 bis 40 Gew.-%, noch bevorzugter von 15 bis 35 Gew.-%, insbesondere
von 15 bis 30 Gew.-%, ist vorteilhaft.
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Das
zweite Phenolharz im kautschukmodifizierten Phenolharz weist ein
O/P-Verhältnis
von unter 1,0, vorzugsweise von 0,5 bis 0,9, noch bevorzugter von
0,7 bis 0,9, auf.
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Ist
dieses Harzgemisch (2) ein Gemisch aus einem acrylkautschukmodifizierten
Phenolharz und einem Acrylnitril-Butadien-Kautschuk-modifizierten
Phenolharz mit hohem ortho-Anteil, so wird zum Zwecke der Geräuschunterdrückung und
anderer Überlegungen
bevorzugt, das Mischungsverhältnis
dieser zwei Harze (d. h. das Gewichtsverhältnis des acrylkautschukmodifizierten
Phenolharzes zum Acrylnitril-Butadien-Kautschuk-modifizierten Phenolharz
mit hohem ortho-Anteil) innerhalb eines Bereichs von 1/10 bis 3/2,
insbesondere von 1/4 bis 1/1, festzulegen.
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Das
Bindemittel (1) oder (2) wird vorzugsweise in einer Menge von 3
bis 30 Gew.-%, noch bevorzugter von 8 bis 25 Gew.-%, insbesondere
10 bis 20 Gew.-%, in Bezug auf die gesamte Reibmaterialzusammensetzung,
zugesetzt. Wird im Besonderen ein acrylkautschukmodifiziertes Phenolharz
verwendet, nimmt die Wärmebeständigkeit
auch bei einem hohen Kautschukgehalt nur geringfügig ab. In diesem Fall ist
der Zusatz von 20 bis 35 Gew.-% Acrylkautschuk vorteilhaft. Wird
hingegen ein nitrilkautschukmodifiziertes Phenolharz verwendet,
so führt
ein zu hoher Kautschukgehalt zu einer Abnahme der Wärmebeständigkeit,
wodurch der Zusatz von 10 bis 20 Gew.-% Nitrilkautschuk bevorzugt
wird. Ist die zugesetzte Menge an Bindemittel zu klein (d. h. unter
3% der Zusammensetzung), besteht die Möglichkeit, dass aufgrund mangelnder
Bindung keine guten Formteile erhalten werden können. Andererseits würde jedoch
ein Zuviel an zugesetztem Bindemittel die funktionelle Stabilität und die
Resistenz gegenüber
Fading des Reibmaterials beeinträchtigen.
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Wie
oben beschrieben wird das asbestfreie Reibmaterial dieser Erfindung
durch Formen und Härten einer
Zusammensetzung bestehend aus (A) einer Faserbasis, (B) einem Binder
und (C) einem Füllstoff
hergestellt. Die als Komponente (A) dienende Faserbasis kann jedwede üblicherweise
für Reibmaterialien
verwendete anorganische oder organische Faser außer Asbest sein. Geeignete
Beispiele dieser Faserbasis umfassen anorganische Fasern, wie z.
B. Metallfasern (z. B. Eisen, Kupfer, Messing, Bronze und Aluminium),
Keramikfasern, Kaliumtitanatfasern, Glasfasern, Kohlefasern, Mineralwoll-,
Wollastonit-, Sepiolith-, Attapulgit- und künstliche Mineralfasern; sowie
organische Fasern, wie beispielsweise Aramid-, Polyimid-, Polyamid-,
Phenol-, Cellulose- und Acrylfasern. Diese können entweder allein oder als
Kombination zweier oder mehrerer davon verwendet werden. Von den
oben genannten werden Aramidfasern und Glasfasern bevorzugt.
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Die
Faserbasis (A) kann in Form von kurzen Fasern oder in Pulverform
verwendet werden. Die Faserbasis wird im Allgemeinen in einer Menge
von 1 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise von 5 bis 40 Gew.-%, bezogen auf
die gesamte Reibmaterialzusammensetzung, zugesetzt.
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Die
Komponente (C) ist ein Füllstoff,
der jeder der bekannten, allgemein für Reibmaterialien verwendeten
organischen und anorganischen Füllstoffe
sein kann. Geeignete Beispiele für
anorganische Füllstoffe umfassen
Molybdändisulfid,
Antimontrisulfid, Calciumcarbonat, Bariumsulfat, Magnesiumoxid,
Graphit, Calciumhydroxid, Calciumfluorid, Talk, Eisenoxid, Glimmer,
Eisensulfid, Metallpulver (z. B. Aluminium-, Kupfer- und Messingpulver)
und Vermiculit. Diese können
entweder allein oder als Kombination aus zwei oder mehreren davon
verwendet werden. Geeignete Beispiele für organische Füllstoffe
umfassen Acajoustaub, Reifenlaufflächenpulver, Gummistaub, Nitrilgummistaub
(vulkanisiertes Produkt) und Acrylgummistaub (vulkanisiertes Produkt).
Diese können
entweder allein oder als Kombination aus zwei oder mehreren davon
verwendet werden. Der Füllstoff
(C) wird vorzugsweise in einer Menge von 20 bis 96 Gew.-%, insbesondere
von 40 bis 85 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Reibmaterialzusammensetzung,
zugesetzt.
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Das
Verfahren zur Herstellung des Reibmaterials der Erfindung kann zuerst
ein gleichmäßiges Vermischen
der Komponenten (A) bis (C) in einem geeigneten Mischer, z. B. einem
Henschel-Mischer, einem Lödige-Mischer
oder einem Eirich-Mischer, zum Erhalt eines Presspulvers und dann
ein Vorformen dieses Pulvers in einer Form beinhalten. Der Vorpressling
wird dann bei einer Temperatur von 130 bis 200°C und unter einem Druck von
100 bis 1.000 kg/cm2 für einen Zeitraum von 2 bis
10 Minuten geformt. Die Verwendung eines schnellhärtenden
Bindemittels, wie beispielsweise eines kautschukmodifizierten Phenolharzes
mit hohem ortho-Anteil, erlaubt eine deutliche Verkürzung der
nach dem Stand der Technik erforderlichen 4- bis 20-minütigen Formzeit, was die Produktivität steigert.
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Der
so geformte Teil wird einer 2- bis 48-stündigen Wärmebehandlung oder Nachhärtung bei
140 bis 250°C
unterzogen, worauf nach Bedarf Spritzlackierung, Brennen und Polierung
erfolgt. So wird ein fertiger Formteil erhalten.
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Im
Falle von Scheibenbelägen
für Kraftfahrzeuge
beispielsweise kann die Herstellung mittels Legens des Vorpresslings
auf eine zuvor gewaschene, oberflächenbehandelte und mit einem
Kleber beschichtete Eisen- oder Aluminiumplatte und des folgenden
Formens und Unterziehens des Vorpresslings in diesem Zustand einer
Wärmebehandlung
innerhalb einer Form erfolgen.
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Die
asbestfreien Reibmaterialien der Erfindung sind für verschiedenste
Verwendungszwecke hervorragend geeignet, einschließlich für Bremsbeläge, Kupplungsbeläge, Scheibenbeläge, Papier-Kupplungsbeläge und Bremsbacken
für Automobile,
Schwerlastkraftwägen,
Eisenbahnwaggons und verschiedene andere Arten von Industriegerätschaften.
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BEISPIELE
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Die
unten angeführten
Beispiele und Vergleichsbeispiele dienen der Illustration und nicht
dem Zweck der Einschränkung
der Erfindung.
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Beispiele 1–7 und Vergleichsbeispiele
1–2
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Ein
Phenol-Novolakharz mit dem in Tabelle 1 gezeigten O/P-Verhältnis wurde
in jedem Beispiel synthetisiert. Die Harze wurden dann mit NBR modifiziert,
wodurch die NBR-modifizierten Phenolharze A bis G erhalten wurden.
Phenolharz H ist nicht modifiziert.
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Unter
Verwendung eines Lödige-Mischers
wurde jedes der Phenolharze gleichmäßig mit den in Tabelle 2 aufgelisteten
Bestandteilen vermischt. Die Zusammensetzungen wurden in einer Druckpressform
1 Minute lang unter einem Druck von 100 kg/cm2 vorgeformt.
Jeder Vorpressling wurde den gewünschten
Zeitraum über bei
einer Temperatur von 145°C
und unter einem Druck von 180 kg/cm2 geformt
und daraufhin einer Wärmebehandlung
oder Nachhärtung
bei 180°C
5 Stunden lang unterzogen, wodurch die Reibmaterialien für die jeweiligen
Beispiele erhalten wurden.
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Die
resultierenden Reibmaterialien wurden in Bezug auf schnelle Formbarkeit,
Geräuschverhalten, funktionelle
Stabilität
und Fadingresistenz den in Folge beschriebenen Verfahren gemäß bewertet.
Die Ergebnisse finden sich in Tabelle 1 und 2.
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Schnelle
Formbarkeit, Geräuschverhalten,
funktionelle Stabilität
und Fadingresistenz wurden jeweils in den Tabellen 1 und 2 als ausgezeichnet
(ausg.), gut (gut), eher schwach (s) oder sehr schwach (ss) eingestuft.
Die Fadingresistenz zeigt die Veränderung im Reibungskoeffizienten
(μ) in Bezug
auf Temperaturänderungen
an.
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Probestücke mit
den Maßen
55 (L) × 10
(B) × 3
mm (H) wurden aus den in den Beispielen 1, 2 und 5–7 hergestellten
Zusammensetzungen hergestellt. Diese Probestücke wurden zur Messung des
Schwingungsdämpfungsfaktors
(tan δ)
mittels des in Folge beschriebenen Verfahrens verwendet. Die Ergebnisse werden
in Tabelle 4 gezeigt. Zusätzlich
stellt 1 die Ergebnisse
von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 und 2 die Ergebnisse von Beispiel 5 und Vergleichsbeispiel
2 graphisch dar.
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Schwingungsdämpfungsfaktor
(tan δ)
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Der
Schwingungsdämpfungsfaktor
(tan δ)
wurde gemäß JIS K
7198 mittels eines Viskoelastizitätsmessgeräts (DMS-6100, hergestellt von
Seiko Denshi Kogyo K. K.) durch ein nichtresonantes, erzwungenes Schwingungsverfahren
in Biegemodus bestimmt. Beim Test, welcher innerhalb eines Temperaturbereichs
von 50 bis 300°C
mit einer Temperaturanstiegsrate von 4°C/min durchgeführt wurde,
wurde das Probestück
an beiden Enden festgeklammert, und die Mitte wurde mit 100 Hz in
Schwingung versetzt. Drei Probestücke wurden aus derselben Probe
hergestellt, und der tan-δ-Wert
für dieses
Reibmaterial wurde durch Mitteln der gemessenen Ergebnisse der drei
Stücke
festgelegt.
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Anmerkungen
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- O/P-Verhältnis
- wird durch Infrarot-Absorptionsspektroskopie
aus dem Verhältnis
zwischen ortho-Bindungsextinktion,
die bei 730 bis 770 cm–1 auftritt, und para-Bindungsextinktion,
die bei 800 bis 840 cm–1 auftritt, ermittelt.
- NBR
- ist ein Acrylnitril-Butadien-Kautschuk
mit einem Molekulargewicht von etwa 5.000.
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Aus
den Ergebnissen in den Tabellen 2 und 3 ist ersichtlich, dass die
asbestfreien Reibmaterialien innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung
in kurzer Zeit geformt werden können
und zusätzlich
ein ausgezeichnetes Geräuschverhalten
und funktionelle Stabilität
sowie eine gute Fadingresistenz aufweisen.
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Anmerkung
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- „Veränderung"
- bezieht sich hier
auf den tan-δ-Wert
bei 50°C
subtrahiert von den tan-δ-Werten bei den verschiedenen
anderen Messtemperaturen.
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Die
in Tabelle 4 und in den 1 und 2 dargestellten Resultate
bestätigen,
dass die Reibmaterialien innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung
eine kleinere Veränderung
im Schwingungsdämpfungsfaktor
erfahren und deshalb stabiler als die Reibmaterialien der Vergleichsbeispiele
sind.
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Beispiele 8 und 9
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Die
in Tabelle 5 angeführten
Reibmaterialzusammensetzungen wurden in den angegebenen Verhältnissen
formuliert und unter Einsatz eines Lödige-Mischers gleichmäßig vermischt.
Die Zusammensetzungen wurden dann in einer Druckpressform 1 Minute
lang unter einem Druck von 100 kg/cm2 vorgeformt.
Die Vorpresslinge wurden den gewünschten
Zeitraum über
bei einer Temperatur von 145°C
und unter einem Druck von 180 kg/cm2 geformt
und daraufhin einer Wärmebehandlung
oder Nachhärtung
bei 180°C
für 5 Stunden unterzogen.
Dieses Verfahren ergab die Reibmaterialien für die jeweiligen Beispiele.
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Probestücke mit
den Maßen
55 (L) × 10
(B) × 3
mm (H) wurden aus den in den Beispielen 8 und 9 hergestellten Zusammensetzungen
hergestellt. Diese Probestücke
wurden auf die oben beschriebene Weise zur Messung des Schwingungsdämpfungsfaktors
(tan δ)
herangezogen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 6 aufgezeigt. Zusätzlich stellt 3 die Ergebnisse der Beispiele
8 und 9 graphisch dar.
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Wie
aus den in den Tabellen 5 und 6 und in 1 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist,
können
die asbestfreien Reibmaterialien innerhalb des Schutzumfangs der
Erfindung in kurzer Zeit geformt werden und weisen zusätzlich ein
ausgezeichnetes Geräuschverhalten
und funktionelle Stabilität
sowie eine gute Fadingresistenz auf. Weiters wurde bestätigt, dass
diese Reibmaterialien gemäß der Erfindung
eine kleinere Veränderung
im Schwingungsdämpfungsfaktor
erfahren und deshalb stabiler als die Reibmaterialien der Vergleichsbeispiele
sind.
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Es
wurden asbestfreie Reibmaterialien mit hervorragender geräuschunterdrückender
Wirkung beschrieben, die im Wesentlichen während der Bremsung kein Quietschgeräusch erzeugen.
Zusätzlich
zum ausgezeichneten Geräuschverhalten
erfüllen
asbestfreie Reibmaterialien, deren Bindemittel ein kautschukmodifiziertes
Phenolharz mit hohem ortho-Anteil oder ein Harzgemisch aus einem
kautschukmodifizierten Phenolharz mit hohem ortho-Anteil und einem
kautschukmodifizierten Phenolharz ist, auch die anderen von Reibmaterialien
geforderten Eigenschaften, einschließlich Verschleißbeständigkeit,
funktioneller Stabilität
und Fadingresistenz. Da die zur Herstellung der Reibmaterialien
der Erfindung verwendeten Zusammensetzungen ausgezeichnete schnelle
Härtbarkeit
aufweisen, können
sie in einem kurzen Zeitraum geformt werden. Diese Kombination von
charakteristischen Eigenschaften ergibt, zusammen mit der im Laufe
der Zeit nur geringen Verschlechterung des hervorragenden Geräuschverhaltens,
ein qualitativ hochwertiges Produkt.
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Obwohl
einige bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben wurden, können
im Lichte der obigen Lehren zahlreiche Veränderungen und Modifikationen
vorgenommen werden. Es versteht sich deshalb, dass die Erfindung
anders als hierin spezifisch beschrieben in die Praxis umgesetzt
werden kann, ohne vom Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.