NO142230B - FRUCTION MATERIAL FOR CLUTCH, BRAKES O.L. - Google Patents

Abstract

Friksjonsmaterial for koblinger, bremser o.l.Friction material for couplings, brakes and the like

Description

Oppfinnelsen angår et friksjonsmaterial for koblinger, bremser o.l., og som består av fiberformede jernpartikler, organiske bindemidler og vanlige fyllstoffer. The invention relates to a friction material for couplings, brakes etc., which consists of fibre-shaped iron particles, organic binders and ordinary fillers.

De såkalte organiske friksjonsmaterialer, særlig for koblinger og bremser, er i alminnelighet sammensatt av asbestfiber, organiske bindemidler, f.eks. nettdannende syntetiske harpikser, slik som fenolharpiks, og naturlige eller syntetiske gummiarter, samt fyllstoffer, som utgjøres av metallspon, metalloksyder og andre mineralske konstruksjonsmaterialer. Mineralpartikler utgjør den overveiende andel av organiske friksjonsmaterialer. The so-called organic friction materials, especially for couplings and brakes, are generally composed of asbestos fibres, organic binders, e.g. network-forming synthetic resins, such as phenolic resin, and natural or synthetic rubbers, as well as fillers, which consist of metal shavings, metal oxides and other mineral construction materials. Mineral particles make up the majority of organic friction materials.

Ved tilvirkning av sådanne organiske friksjonsmaterialer har When manufacturing such organic friction materials have

det vist seg at asbestfiber, særlig av en bestemt fiberlengde, kan oppvise helseskadelige virkninger. Det formodes således at sådanne fibre under fremstillingsprosessen kan medføre sykdommer som asbestose eller silikose. Denne fare for at det skal oppstå yrkessykdom, motvirkes vanligvis ved god utlufting og ventilasjon av arbeidsplassene under tilvirkning av sådanne friksjonsmaterialer. På denne måte forebygges riktignok faren for utvikling av nevnte sykdommer, men disse tilleggstiltak fører på den annen side til vesentlig forhøyede tilvirknings-omkostninger for det ferdige produkt. it has been shown that asbestos fibres, especially of a specific fiber length, can have harmful effects on health. It is thus assumed that such fibers during the manufacturing process can cause diseases such as asbestosis or silicosis. This risk of occupational disease occurring is usually countered by good airing and ventilation of the workplaces during the production of such friction materials. In this way, the risk of the development of the aforementioned diseases is indeed prevented, but these additional measures, on the other hand, lead to significantly increased production costs for the finished product.

Det er allerede gjort omfattende forsøk på å -finne stoffer som kan erstatte asbéstfibre ved tilvirkning av friksjonsmaterialer. Alle sådanne forsøk har imidlertid hittil vist at de spesielle egenskaper som asbestfibrene gir friksjonsmaterialet, ikke kan oppnås på annen måte. Man har derfor fortsatt med en vidtgående anvendelse av asbest ved fremstilling av organiske friksjonsbelegg av foreliggende art. Extensive attempts have already been made to find substances that can replace asbestos fibers in the production of friction materials. However, all such trials have so far shown that the special properties that the asbestos fibers give the friction material cannot be achieved in any other way. The extensive use of asbestos has therefore continued in the production of organic friction coatings of the present type.

På den annen side er det kjent å fremstille såkalte kombina-sjonsmaterialer, som oppviser et sintret skjelett av metall-tråder som danner en matrise og hvis porer er fylt med organiske og/eller anorganiske fyllstoffer. Fransk patentskrift nr. 1.286.571 og tysk patentskrift nr. 1A25-261 befatter seg med sådanne materialer i en annen forbindelse, nemlig som friksjonsbelegg på sintrede legemer, idet et jern-materiale utgjør den overveiende del av sintringslegemet. Metallblandingen av jern med tilsats av kobber og karbon-material, særlig grafitt, sintres til et sintringslegeme. Herunder kan jernmaterialet også foreligge i form av tråder eller fibre, som imidlertid er av makroskopisk størrelsesorden, f.eks. med en midlere lengde på 3 mm og en diameter på ca. 0.1 mm. Fra US patentskrift nr. 3-18M-.368 er det videre kjent å anvende metallfibre av betraktelig lengde i sintrede kombina-sjonsmaterialer for fremstilling av formlegemer, slik som verktøydeler og lignende maskindeler, idet fibrene danner et fint trådmønster for å oppnå et porøst produkt. Ved sådanne sintringslegemer er det en selvfølge at hovedandelen av legemet utgjøres av jern. De anorganiske eller organiske porefyll-stoffer som inngår i kombinasjonsmaterialet har herunder som oftest det formål å meddele vedkommende materiale en varig ^smørevirkning og/eller å forhøye materialets trykkfasthet. Friks jonsteknisk kan imidlertid sådanne konstruksjonsmaterialer ikke få noen betydning, da de ikke oppviser noen som helst fordeler sammenlignet med konvensjonelle sintringsmaterialer. On the other hand, it is known to produce so-called combination materials, which exhibit a sintered skeleton of metal threads which form a matrix and whose pores are filled with organic and/or inorganic fillers. French Patent Document No. 1,286,571 and German Patent Document No. 1A25-261 deal with such materials in another connection, namely as friction coatings on sintered bodies, an iron material constituting the predominant part of the sintered body. The metal mixture of iron with the addition of copper and carbon material, especially graphite, is sintered into a sintering body. Below this, the iron material can also be present in the form of threads or fibres, which are, however, of a macroscopic size, e.g. with an average length of 3 mm and a diameter of approx. 0.1 mm. From US patent document no. 3-18M-368 it is further known to use metal fibers of considerable length in sintered combination materials for the production of shaped bodies, such as tool parts and similar machine parts, the fibers forming a fine thread pattern to obtain a porous product . In the case of such sintering bodies, it is a matter of course that the main part of the body is made up of iron. The inorganic or organic pore fillers included in the combination material most often have the purpose of imparting a lasting lubricating effect to the material in question and/or to increase the material's compressive strength. Frik's ion technology, however, such construction materials cannot have any significance, as they do not show any advantages whatsoever compared to conventional sintering materials.

Videre er det forsøkt å erstatte asbestfibrene i organiske friksjonsmaterialer på enkel måte med metallull. Sådanne friksjonsmaterialer har imidlertid på grunn av sine ugunstige fysikalske egenskaper ikke fått noen betydning. For det første er en over gjennomsnittlig slitasje av motmateriale (bremsetrommel eller -skive) hindrende for en videre anvendelse Videre er den såkalte "morgensyke" som f riks jonsbelegg ,med stålull er utsatt for, ytterst ugunstig. Denne "morgensyke" ytrer seg ved at bremser i kjøretøy som har vært parkert utendørs om natten, har en tendens til blokkering ved de første oppbremsninger om morgenen, da det er avsatt rust på de frittliggende stålfibre i friksjonsflaten, således at friksjonskoeffisientens begynnelsesverdi er gjenstand for en sterk økning. Furthermore, attempts have been made to replace the asbestos fibers in organic friction materials in a simple way with metal wool. However, due to their unfavorable physical properties, such friction materials have not gained any importance. Firstly, above average wear of the counter material (brake drum or disc) prevents further use.Furthermore, the so-called "morning sickness" to which free ion coatings with steel wool are exposed is extremely unfavorable. This "morning sickness" manifests itself in the fact that brakes in vehicles that have been parked outdoors at night tend to block during the first braking in the morning, as rust has been deposited on the detached steel fibers in the friction surface, so that the initial value of the friction coefficient is subject to a strong increase.

På denne bakgrunn er det et formål for foreliggende oppfinnelse å fremskaffe et friksjonsmaterial som i sin sammensetning er tilpasset tidligere kjente organiske friksjonsmaterialer, men som er fritt for asbéstfibre og har minst like gode friksjonsegenskaper som de tidligere kjente materialer. Against this background, it is an aim of the present invention to provide a friction material which in its composition is adapted to previously known organic friction materials, but which is free of asbestos fibers and has at least as good friction properties as the previously known materials.

I henhold til foreliggende oppfinnelse oppnås dette ved at asbesttrådene erstattes av jernpartikler som.har en fiberformet mikrostruktur med mikrofibre i forgrenet form, fortrinnsvis med tallrike forgreninger, og en masse-egenvekt under 1,5 g/cm^. According to the present invention, this is achieved by replacing the asbestos threads with iron particles which have a fibrous microstructure with microfibres in a branched form, preferably with numerous branches, and a mass specific gravity below 1.5 g/cm^.

Anvendelse av metallspori eller metallpulver som-støttematerial i såkalt organisk friksjonsmaterial er i og for seg kjent. Sådanne metallspon og særlig metallpulver er imidlertid ikke i stand til å overta asbestfibrenes rolle i et friksjonsmaterial av foreliggende art. Det-har imidlertid overraskende vist seg at det ved samvirke av de ovenfor angitte særtrekk i henhold til oppfinnelsen kan oppnås et organisk friksjonsmaterial som har minst like gode og delvis bedre friksjonsegenskaper enn tilsvarende materialer med innhold av asbéstfibre. The use of metal spores or metal powder as support material in so-called organic friction material is known per se. However, such metal shavings and especially metal powder are not capable of taking over the role of asbestos fibers in a friction material of the present kind. However, it has surprisingly been shown that by the cooperation of the above-mentioned special features according to the invention, an organic friction material can be obtained which has at least as good and partly better friction properties than corresponding materials containing asbestos fibres.

Det har således vist seg at flyteegenskapene for friksjonsmaterialet i henhold til oppfinnelsen ved sammenpresning til ferdige produkter er vesentlig gunstigere enn ved anvendelse av asbéstfibre. Den oppnådde friksjonskoeffisient overtreffer også tilsvarende verdi for et material oppbygd på asbéstfibre. It has thus been shown that the flow properties of the friction material according to the invention when compressed into finished products are significantly more favorable than when asbestos fibers are used. The achieved coefficient of friction also exceeds the corresponding value for a material built on asbestos fibres.

Jernpartiklenes sterkt forgrenede fiberstruktur gir en fin-fordelt og omfattende forankring av de mikroskopiske jernpartikler, hvilket gir en fast sammenføyning og øket for-sterkning av friksjonsmaterialet. Det oppnås således en stor og sterkt fordelt overflate som hefter godt til matrisen. Mikrostrukturen av dette vedheftede metallfiberskjelett The highly branched fiber structure of the iron particles provides a finely distributed and extensive anchoring of the microscopic iron particles, which provides a firm joining and increased reinforcement of the friction material. A large and strongly distributed surface is thus achieved which adheres well to the matrix. The microstructure of this attached metal fiber skeleton

fører videre til vesentlig gunstigere sllteegenskaper enn ved anvendelse av asbéstfibre. further leads to significantly more favorable thermal properties than when asbestos fibers are used.

I henhold til et ytterligere særtrekk ved foreliggende oppfinnelse har mikrofibrene ved de anvendte jernpartikler et tverrsnitt som er mindre enn ca. 10 jam, mens forholdet mellom fibrenes lengde og tverrsnittsdiameter kan være 5:1 til 20:1. Andelen av mikrofibre av jern i friksjonsmaterialet kan utgjøre ca. 20 - 70 vektprosent. According to a further distinctive feature of the present invention, the microfibers of the iron particles used have a cross-section that is smaller than approx. 10 jam, while the ratio between the fibers' length and cross-sectional diameter can be 5:1 to 20:1. The proportion of iron microfibres in the friction material can amount to approx. 20 - 70 percent by weight.

På den eneste vedføyde tegning er det i sterkt forstørret målestokk vist et eksempel på mikrostrukturen av metallpartikler av foreliggende art. Som vist i denne figur oppviser jernpartiklenes mikrostruktur fibre av forholdsvis stor lengde og med mange knekkpunkter og forgreninger, idet forgreningene griper mer eller mindre inn i hverandre. Disse jernpartikler med mikrofiberstruktur kan oppvise varierende diameter langs sin lengdeutstrekning. Tverrsnittsdiameteren på det tykkeste sted er likevel vanligvis mindre enn 10 ^um. På grunn av de hyppige forgreninger av fibrene og deres tallrike knekkpunkter kan sådanne jernpartikler med mikrofiberstruktur lett og i betraktelig grad bringes til sammenfUtring. On the only attached drawing, an example of the microstructure of metal particles of the present kind is shown on a greatly enlarged scale. As shown in this figure, the microstructure of the iron particles shows fibers of relatively large length and with many breaking points and branches, the branches more or less interlocking with each other. These iron particles with a microfiber structure can have varying diameters along their length. However, the cross-sectional diameter at the thickest point is usually less than 10 µm. Due to the frequent branching of the fibers and their numerous breaking points, such iron particles with a microfiber structure can be easily and to a considerable extent brought together.

Et jernmaterial for foreliggende partikler med mikrifiber-struktur har fortrinnsvis følgende sammensetning: C: 0.1 - 1%, S: 0.02%, P: 0.03%, Mn: 0. 3%, Si: 0.15%, metallisk Fe: 97% og resten Fe II og Fe III i oksydform. An iron material for present particles with microfiber structure preferably has the following composition: C: 0.1 - 1%, S: 0.02%, P: 0.03%, Mn: 0.3%, Si: 0.15%, metallic Fe: 97% and the rest Fe II and Fe III in oxide form.

Friksjonsmaterialet i henhold til oppfinnelsen kan som et utførelseseksempel ha følgende sammensetning: The friction material according to the invention can, as an embodiment, have the following composition:

Claims (2)

1. Friksjonsmaterial for koblinger, bremser o.l., og som består av fiberformede jernpartikler, organiske bindemidler, og vanlige fyllstoffer, karakterisert ved at nevnte jernpartikler har en fiberformet mikrostruktur med mikrofibre i forgrenet form, fortrinnsvis med tallrike forgreninger, og en masse-egenvekt under 1,5 g/crn^.1. Friction material for couplings, brakes etc., and which consists of fibrous iron particles, organic binders, and common fillers, characterized in that said iron particles have a fibrous microstructure with microfibers in a branched form, preferably with numerous branches, and a mass specific gravity below 1 .5 g/crn^. 2. Friksjonsmaterial som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte mikrofibre har en diameter mindre enn ca. 10 pm og et forhold mellom lengde og diameter fra 5:1 til 20:1.2. Friction material as specified in claim 1, characterized in that said microfibers have a diameter smaller than approx. 10 pm and a ratio between length and diameter from 5:1 to 20:1.