FR2746158A1 - Garniture de friction a enrobage de resine - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une garniture de friction. Cette garniture de friction comprend un liant constitué par une résine thermodurcissable, des fibres organiques, des fibres inorganiques sans amiante, une charge et un enrobage de résine organique formé sur une surface de ladite garniture de friction qui a été soumise à un brûlage. Cette garniture de friction peut être utilisée notamment dans les freins et embrayages de véhicules automobiles et de machines industrielles.
Description
La présente invention concerne une garniture de friction destinée à être utilisée notamment dans les freins et les embrayages sur différents types de véhicules automobiles et de machines industrielles.
Pour des raisons de protection de l'environnement et de santé publique, on utilise de plus en plus des garnitures de friction sans amiante dans les plaquettes dc frein, les garnitures de frein et les placages d'embrayage de différents types de véhicules automobiles et de machines industrielles (voir par exemple le brevet US n0 4 785 029). Dans ces garnitures de friction sans amiante, des fibres organiques résistantes à la chaleur, des fibres inorganiques qui ne sont pas constituées par de l'amiante, des poudres de friction organiques, des modificateurs de friction inorganiques constitués uniquement par des métaux ou des oxydes métalliques, des lubrifiants solides et d'autres charges sont liés en une masse cohérente au moyen de liants constitués par des résines themodurcissables. Les fibres peuvent être constituées aussi par des fibres métalliques (voir par exemple le brevet US n 4 369 293) et les garnitures de friction qui emploient de telles fibres métalliques sont qualifiées de "semi-métalliques".
Les coefficients de frottement des garnitures de friction sans amiante sont stables jusqu'à environ 2000C, mais aux températures plus élevées ils ont tendance à diminuer. Cette perte momentanée du coefficient de frottement peut être qualifiée d'évanouissement ("fading") et sa cause principale peut être expliquée de la manière suivante : au cours du freinage, la température superficielle des plaquettes de frein augmente brusquement et les constituants organiques, tels que les poudres de friction organiques, qui sont présents sur la couche superficielle de la garniture de friction passent en phase gazeuse ou se transforment en une substance analogue à du goudron par décomposition thermique, et les gaz et les substances analogues du goudron qui sont déposés sur la surface de friction réduisent la pression de contact efficace et donc le coefficient de frottement. De plus, dans les nouvelles garnitures de friction il se produit une exsudation des constituants organiques à la surface ce qui entraîne le dégagement d'une grande quantité de gaz au cours de la période initiale d'utilisation, de sorte que le coefficient de frottement diminue notablement, et ce phénomène peut être qualifié d'évanouissement initial.
Pour résoudre ce problème, les garnitures de friction sont habituellement soumises à un brûlage (voir par exemple la demande de brevet japonais publiée n Hei 6-94511). Au cours du brûlage, la garniture de friction après durcissement est usinée aux dimensions spécifiées, après quoi les constituants organiques situés dans la région superficielle de la garniture de friction sont soumis à un brûlage à l'aide d'un brûleur, d'une plaque chaude ou d'un autre dispositif approprié. La chaleur appliquée élimine les constituants qui dégagent des gaz dans la couche superficielle ce qui supprime le dégagement gazeux qui joue un rôle dans la diminution temporaire du coefficient de frottement.
Toutefois, un nouveau problème apparaît dans une garniture de friction qui a subi un brûlage du fait que l'effet lubrifiant des constituants organiques est perdu ce qui provoque des grincements (bruit anormal à haute fréquence) ou des vibrations (bruit anormal à basse fréquence) au cours de la période initiale d'utilisation.
Pour remédier à ces inconvénients, la présente invention a pour but de proposer une garniture de friction qui, bien qu'elle soit soumise à un brûlage, conserve des caractéristiques de grincements et de vibrations améliorées au cours de la période initiale d'utilisation.
Ce but est atteint grâce à une garniture de fnction qui comprend un liant constitué par une résine thermodurcissable, des fibres organiques, des fibres inorganiques sans amiante, une charge et un enrobage de résine organique formé sur une surface de ladite garniture de friction qui a subi un brûlage.
De préférence, I'épaisseur de l'enrobage de résine organique est de 5 à 10om.
De préférence encore, L'enrobage de résine organique contient un lubrifiant inorganique.
De préférence également, la teneur du lubrifiant inorganique dans l'enrobage de résine organique est de 1 à 20 % en masse.
Ainsi, dans la garniture de friction selon la présente invention, un enrobage de résine organique est prévu sur une surface qui a subi un brûlage et l'effet lubrifiant de l'enrobage de résine organique réduit les grincements et vibrations qui se produisent au cours de la période initiale d'utilisation. Si une quantité déterminée d'un lubrifiant organique est incorporée dans l'enrobage de résine organique, l'effet lubrifiant de ce dernier est amélioré encore, ce qui réduit à des niveaux encore plus bas les grincements et vibrations initiaux.
Le liant constitué par une résine thermodurcissable est destiné à lier entre eux les autres ingrédients de la garniture de friction, et ce liant est choisi parmi les résines phénoliques (y compris les résines phénoliques linéaires et les résines phénoliques modifiées par un caoutchouc ou modifiées d'une autre manière), les résines de mélamine, les résines époxy, les résines d'esters cyanates, notamment. Parmi ces différentes types de résine, on préfere utiliser les résines phénoliques.
Ce liant constitué par une résine thermodurcissable est utilisé typiquement en une quantité de 5 à 15 % en masse par rapport à la masse totale de la garniture de friction.
Les fibres organiques sont des fibres qui résistent à la chaleur et qui sont choisies parmi les fibres de polyamides aromatiques (fibres d'aramide disponibles dans le commerce auprès de la société E.I. Dupont sous la marque déposée "KEVLAR") et les fibres acryliques résistantes à la flamme, notamment.
Les fibres inorganiques sans amiante sont choisies parmi les fibres céramiques (par exemple les fibres de titanate de potassium et les fibres d'alumine), les fibres de verre, les fibres de carbone, les fibres de laine de roche, etc.).
Les matériaux fibreux peuvent être employés de diverses manières: il est possible d'utiliser deux ou plusieurs types de fibres organiques ou deux ou plusieurs types de fibres inorganiques sans amiante, ou un type de fibres organiques en combinaison avec deux ou plusieurs types de fibres inorganiques sans amiante, et inversement. Typiquement, ces matériaux fibreux sont utilisés en une quantité de 10 à 40 % en masse par rapport à la masse totale de la garniture de friction.
La charge peut être constituée par exemple par des poudres de friction organiques composées par exemple de résines d'acajou ou de caoutchouc, un modificateur de friction inorganique et un lubrifiant solide. Le modificateur de friction inorganique peut être choisi parmi les particules de métaux tels que le cuivre, l'aluminium et le zinc ou les particules d'oxydes métalliques tels que l'alumine, la silice et l'oxyde de zirconium. Le lubrifiant solide peut être choisi par exemple parmi le graphite et le disulfure de molybdène. Des minéraux tabulaires tels que la vermiculite et le mica peuvent être ajoutés dans le but de réduire les bruits. Par ailleurs, il est possible d'ajouter du sulfate de baryum et du carbonate de calcium pour améliorer les propriétés mécaniques de la garniture de fnction telles que la résistance à la compression. De préférence, ces charges ont utilisées en des quantités de 40 à 75 % en masse par rapport à la masse totale de la garniture de friction. De préférence, le sulfate de baryum, le carbonate de calcium et les autres additifs qui sont incorporés dans le but d'améliorer les propriétés mécaniques représentent 30 à 65 % en masse de la garniture de friction, les poudres de friction organiques représentent 1 à 15 %en masse de la garniture de friction et le lubrifiant solide représente 5 à 15 % en masse de la garniture de friction. En ce qui concerne les particules d'oxydes métalliques, les particules métalliques et les minéraux tabulaires, l'un d'entre eux suffit et peut être incorporé en une quantité de 1 à 10 % en masse par rapport à la masse totale de la garniture de friction.
La garniture de friction selon la présente invention comprend les ingrédients décrits ci-dessus en un mélange dans des proportions spécifiées qui est préalablement mis sous forme de comprimés ou pastilles qui sont introduits dans une presse pour compression à chaud équipée d'un dispositif de montage ou serrage à plateau de pression et qui soumet les pastilles à un thermoformage pour obtenir un objet ayant l'épaisseur et la densité spécifiées et qui est soumis ensuite à un post-durcissement.
Ces étapes successives peuvent être accomplies de la manière habituelle. Le formage préliminaire peut être accompli à une pression de contact de 107 à 5 x 107 Pa (100 à 500 kg/cm2), et le thermoformage peut être accompli à une température de 130 à 1800C et sous une pression de contact de 2 x 107 à 108 Pa (200 à 1000 kg/cm2) pendant environ 3 à 15 min, et le post-durcissement peut être accompli à une température de 150 à 300-C pendant environ 1 à 15 h.
Au cours de l'étape suivante, l'objet post-durci est usiné aux dimensions spécifiées et soumis à un brûlage de la manière habituelle, par exemple par exposition de la surface de la garniture de friction à la flamme d'un brûleur pendant 30 à 300 s ou par mise en contact de la garniture de friction avec une plaque chauffée (400 à 700in) pendant 30 à 300s.
La surface de la garniture de friction qui a été soumise au brûlage est ensuite munie d'un enrobage de résine organique pour obtenir le produit fini.
De préférence, l'enrobage de résine organique est constitué par des résines phénoliques (qui peuvent être modifiées), des poly(alcool vinylique), des poly(acétate de vinyle), notamment. L'efficacité de l'enrobage de résine organique pour amortir les grincements et les vibrations augmente avec l'épaisseur. Toutefois, si l'épaisseur de l'enrobage est supérieure à 100 m, le coefficient de frottement diminue dans une mesure telle qu'il devient inférieur à un niveau acceptable pratiquement. D'autre part, l'enrobage de résine organique n'est pas efficace si son épaisseur est inférieure à Sfzm. De ce fait, l'épaisseur de l'enrobage de résine organique est de préférence comprise entre 5 et 100 fzm.
L'enrobage de résine organique peut être appliqué par pulvérisation ou à la brosse, mais on préfere la pulvérisation car elle permet de contrôler l'épaisseur de l'enrobage.
L'objet de l'invention qui consiste à réduire les grincements et vibrations qui surviennent au cours de la période initiale d'utilisation des garnitures de friction peut être atteint efficacement par la simple formation de l'enrobage de résine organique en l'épaisseur spécifiée. Toutefois, il est possible d'obtenir des réductions supplémentaires des grincements et vibrations initiaux en incorporant un lubrifiant inorganique dans l'enrobage de résine organique.
Ce lubrifiant inorganique est de préférence un lubrifiant solide tel que le graphite ou le disulfure de molybdène. Typiquement, il est incorporé en une quantité de 1 à 20 % en masse par rapport à la masse totale de l'enrobage de résine organique. L'effet lubrifiant du lubrifiant inorganique contribue à amortir les grincements et vibrations, mais l'efficacité du lubrifiant inorganique ne s'exprime pas totalement si sa teneur est inférieure à 1 % en masse. D'autre part, si l'on incorpore plus de 20 % en masse de lubrifiant inorganique, le coefficient de frottement diminue dans une mesure telle qu'il devient inférieur à un niveau acceptable du point de vue pratique.
Dans la garniture de friction selon la présente invention, l'effet lubrifiant des constituants organiques présents dans la région superficielle, qui a été perdu du fait du brûlage, est compensé par l'enrobage de résine organique si bien que les grincements et vibrations sont réduits au cours de la période initiale d'utilisation sans préjudice pour les caractéristiques d'évanouissement initial. Si le lubrifiant inorganique est ajouté en la quantité spécifiée, il développe un effet lubrifiant supplémentaire qui contribue à réduire encore les grincements et vibrations qui surviennent au cours de la période initiale d'utilisation.
Les modes de réalisation et exemples comparatifs qui sont décrits dans la suite sont destinés à illustrer de manière plus précise la présente invention sans la limiter.
Une résine phénolique (10 % en masse), une poudre de friction organique (10 % en masse), du sulfate de baryum (58 % en masse), de l'oxyde de zirconium (2 % en masse), du graphite (5 % en masse), des fibres d'aramide (10 % en masse) et des fibres de titanate de potassium (5 % en masse) ont été mélangés soigneusement sous agitation pour préparer une formulation qui a été mise sous forme de pastilles sous une pression de contact de 2 x 107 Pa (200 kg/cm2). Ces pastilles ont été transférées dans une presse pour compression à chaud munie d'un dispositif de montage ou serrage à plateau de pression et ont été thermoformées à une température de 155in pendant 10 min et sous une pression de contact de 5 x 107 Pa (500 kg/cm2). L'objet ainsi obtenu a été soumis à un post-durcissement à 200in pendant 10 h, puis usiné pour obtenir une forme spécifiée et soumis à un brûlage par exposition à la flamme d'un brûleur pendant 120 s.
Sur la surface soumise au brûlage, un enrobage de résine Organique a été formé en différentes épaisseurs (voir le tableau 1 ci-dessous) par pulvérisation pour préparer des éprouvettes de garniture de friction. L'enrobage de résine organique était constitué par une résine novolaque du phénol contenant 5 % en masse de graphite (enrobage de résine 1) ou par une résine de poly(alcool vinylique) (enrobage de résine 2).
Chacune des éprouvettes ainsi obtenues a été montée sur un dynanomètre pour le contrôle du freinage en vraie grandeur et soumise à des essais d'évaluation. Les éprouvettes avaient toutes les dimensions suivantes:
Epaisseur du plateau de pression: 5 mm
Epaisseur de l'éprouvette: 10 mm
Aire de la surface de friction: 45 cm2
Le dynanomètre pour le contrôle du freinage en vraie grandeur a été amené à fonctionner à une vitesse de 20 km/h et le niveau des grincements et vibrations produits a été mesuré. Les grincements ont été mesurés par le biais de leur niveau de pression acoustique et les résultats ont été évalués au moyen des critères suivants : niveau 1 - 2, @); ; niveau 3, 0; niveau 4 - 5, X. Pour mesurer les vibrations, les éprouvettes ont été montées sur un véhicule qui a été amené à fonctionner à une vitesse de 40 km/h et le niveau de vibration produit lors d'une décélération de 0,4 G a été soumis à une évaluation sensorielle. Les résultats ont été évalués au moyen des critères suivants: 1 - 2, (ç); ; 3, Q ; 4 - 5, X. De plus, le coefficient de frottement minimal lors de l'évanouissement initial a été mesuré selon la norme JASO. ("Japanese Automobile Standard").
Epaisseur du plateau de pression: 5 mm
Epaisseur de l'éprouvette: 10 mm
Aire de la surface de friction: 45 cm2
Le dynanomètre pour le contrôle du freinage en vraie grandeur a été amené à fonctionner à une vitesse de 20 km/h et le niveau des grincements et vibrations produits a été mesuré. Les grincements ont été mesurés par le biais de leur niveau de pression acoustique et les résultats ont été évalués au moyen des critères suivants : niveau 1 - 2, @); ; niveau 3, 0; niveau 4 - 5, X. Pour mesurer les vibrations, les éprouvettes ont été montées sur un véhicule qui a été amené à fonctionner à une vitesse de 40 km/h et le niveau de vibration produit lors d'une décélération de 0,4 G a été soumis à une évaluation sensorielle. Les résultats ont été évalués au moyen des critères suivants: 1 - 2, (ç); ; 3, Q ; 4 - 5, X. De plus, le coefficient de frottement minimal lors de l'évanouissement initial a été mesuré selon la norme JASO. ("Japanese Automobile Standard").
Les résultats des mesures du niveau de grincements, de vibrations et du coefficient de frottement minimal lors de l'évanouissement initial sont rassemblés dans le tableau 1 ci-dessous.
Tableau 1
<tb> <SEP> Mode <SEP> de <SEP> réalisation <SEP> selon <SEP> Exemple
<tb> <SEP> l'invention <SEP> comparatif
<tb> <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> I <SEP> 2 <SEP> 3
<tb> Enrobage <SEP> de <SEP> résine <SEP> 1 <SEP> 5 <SEP> 50 <SEP> 100 <SEP> 150 <SEP>
<tb> Enrobage <SEP> de <SEP> résine <SEP> 5 <SEP> 50 <SEP> 100 <SEP> 150 <SEP>
<tb> Niveaude <SEP> ments <SEP> Q <SEP> () <SEP> i) <SEP> O <SEP> O <SEP> ~ <SEP> ~ <SEP> @ <SEP> () <SEP> @ <SEP> X
<tb> Vibrations <SEP> O0 <SEP> 00 <SEP> O <SEP> O <SEP> X
<tb> 0,26 <SEP> 0,25 <SEP> 0,24 <SEP> 0,25 <SEP> 0,24 <SEP> 0,23 <SEP> 0,20 <SEP> 0,19 <SEP> 0,27
<tb>
Remarques: 1) Les valeurs numériques indiquées pour l'enrobage de résine désignent son
épaisseur en fzm.
<tb> <SEP> l'invention <SEP> comparatif
<tb> <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> I <SEP> 2 <SEP> 3
<tb> Enrobage <SEP> de <SEP> résine <SEP> 1 <SEP> 5 <SEP> 50 <SEP> 100 <SEP> 150 <SEP>
<tb> Enrobage <SEP> de <SEP> résine <SEP> 5 <SEP> 50 <SEP> 100 <SEP> 150 <SEP>
<tb> Niveaude <SEP> ments <SEP> Q <SEP> () <SEP> i) <SEP> O <SEP> O <SEP> ~ <SEP> ~ <SEP> @ <SEP> () <SEP> @ <SEP> X
<tb> Vibrations <SEP> O0 <SEP> 00 <SEP> O <SEP> O <SEP> X
<tb> 0,26 <SEP> 0,25 <SEP> 0,24 <SEP> 0,25 <SEP> 0,24 <SEP> 0,23 <SEP> 0,20 <SEP> 0,19 <SEP> 0,27
<tb>
Remarques: 1) Les valeurs numériques indiquées pour l'enrobage de résine désignent son
épaisseur en fzm.
2) Le symbole "/ désigne le coefficient de frottement minimal lors de
l'évanouissement initial selon la norme JASO.
l'évanouissement initial selon la norme JASO.
Comme le montre clairement le tableau 1, les éprouvettes de l'invention (modes de réalisation 1 à 6) étaient très satisfaisantes en ce qui concerne le niveau de grincements et les vibrations. Les données pour les exemples comparatifs 1 et 2 montrent que lorsque l'enrobage de résine organique était d'une épaisseur supérieure à 100,ut, on a obtenu des résultats satisfaisants pour le niveau de grincements et des vibrations mais que le coefficient de frottement minimal lors de l'évanouissement initial diminuait fortement.
Pour vérifier la quantité efficace de lubrifiant inorganique qui doit être incorporée dans l'enrobage de résine organique, des éprouvettes supplémentaires ont été préparée par application d'une résine novolaque du phénol contenant différentes quantités de graphite, comme le montre le tableau 2 ci-dessous.
Conformément à la norme JASO, on a mesuré le coefficient de frottement qui équivaut à la seconde efficacité de 100 km/h et à une décélération de 0,6 G. Ce coefficient de frottement est déterminé par un procédé de mesure des performances de freinage de la garniture de friction qui fait intervenir un essai de première efficacité mis en oeuvre d'une vitesse initiale, avant freinage, de 100 km/h et d'une décélération de 0,6 G et un essai de seconde efficacité qui constitue une répétition de l'essai de première efficacité. Les résultats sont présentés dans le tableau 2.
Tableau 2
<tb> Graphite, <SEP> % <SEP> en <SEP> masse <SEP> 1 <SEP> 5 <SEP> | <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 10 <SEP> | <SEP> 20 <SEP> 30 <SEP> 0
<tb> <SEP> *) <SEP> 0,38 <SEP> 0,37 <SEP> 0,36 <SEP> 0,36 <SEP> 0,30 <SEP> 0,38
<tb> *) coefficient de frottement qui équivaut à la seconde efficacité de 100 km/h et à une décélération de 0,6 G conformément à JASO.
<tb> <SEP> *) <SEP> 0,38 <SEP> 0,37 <SEP> 0,36 <SEP> 0,36 <SEP> 0,30 <SEP> 0,38
<tb> *) coefficient de frottement qui équivaut à la seconde efficacité de 100 km/h et à une décélération de 0,6 G conformément à JASO.
Les résultats présentés dans le tableau 2 montrent que pour garantir le coefficient de frottement nécessaire, la quantité préférée de lubrifiant inorganique qui doit être incorporée dans l'enrobage de résine Organique est inférieure à 20 % en masse.
Comme décrit ci-dessus, dans la garniture de friction selon la présente invention, l'enrobage de résine Organique compense la perte des effets lubrifiants des constituants Organiques qui ont été éliminés par le brûlage et est efficace pour supprimer les grincements et vibrations au cours de la période initiale d'utilisation, sans préjudice pour les caractéristiques d'évanouissement initial. Si le lubrifiant inorganique est incorporé en la quantité spécifiée, il présente un effet lubrifiant supplémentaire dans une mesure suffisante pour obtenir une réduction supplémentaire des grincements et vibrations au cours de la période initiale d'utilisation.
Claims (4)
1. Garniture de friction, caractérisée en ce qu'elle comprend un liant constitué par une résine thermodurcissable, des fibres organiques, des fibres inorganiques sans amiante, une charge et un enrobage de résine Organique formé sur une surface de ladite garniture de friction qui a subi un brûlage.
2. Garniture de friction selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'épaisseur dudit enrobage de résine Organique est de 5 à 100 ssm.
3. Garniture de friction selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ledit enrobage de résine organique comprend un lubrifiant inorganique.
4. Garniture de friction selon la revendication 3, caractérisée en ce que la teneur dudit lubrifiant inorganique dans ledit enrobage de résine organique est de 1 à 20 % en masse.
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