Brevet FR2137008A1 — publié le 19721229

La présente invention concerne les matières antifriction à base de graphite, utiliséessans la confection de paliers, de paliers armés, de crapaudines et de garnitures d'étanchéité. On connaît actuellement des matières antifriction telles que les charbons graphités et les graphites imprégnés de plomb, d'étain, de régule ou babbit, de cuivre, d'antimoine, qui sont utilisées pour les paliers et pour les vagues dtétanchéité de bouts d'arbres utilisés dans les systèmes hydrauliques et fonctionnant dans l'eau Ces matières sont extrêmement onéreuses et ne sont pas faciles à mettre en oeuvre, étant donné que le processus de frittage de ces graphites est très long et dure des dizaines de jours, après quoi les ébauches caractérisées par une porosité déterminée sont imprégnées de métaux fondus, sous vide ou sous pression. On connaît une matière antifriction qui contient une poudre de métal non ferreux plastique ou un alliage de celui-ci, une résine phénol-aniline-formol et du graphite avec un liant constitué de résine phénol-formol et une addition de 3% d'hexaméthylène tétramine, de stéarine et d'hydroxyde de calcium calculée par rapport à la masse du liant. Toutefois, les pièces fabriquées avec une telle matière et fonctionnant à des vitesses élevées en conjugaison avec des pièces in fonte sont caractérisées par une usure élevée, car aux grandes vitesses de glissement la matière du dispositif d'étanchéité se dépose sur les surfaces frontales des pièces conjuguées. La présente invention vise à supprimer les inconvénients précités. On s'est donc proposé de créer une matière antifriction présentant une meilleure fluidité au cours de la compression à chaud pour le remplissage du moule, et permettant d'obtenir des pièces douées d'une meilleure résistance mécanique et à l'usure au cours de leur fonctionnement en conjugaison avec des pièces de fonte, et susceptibles de fonctionner dans différents liquides. Ce problème est résolu du fait que dans la matière antifriction du type contenant de la résine phénol-aniline-formol, du graphite avec un liant constitué de résine pheno-f'o et d'addition d'héa-méthylène-tétramine, de st arine et d'hydroxyde de calcium, calculée par rapport à la masse de liant, ces ccjnsti tuants sont introduits, suivant l'invention dans les proportions suivantes: poudre de graphite à teneur en liant de 20 à 30% 30-95% résine phénol-aniline-formol 5-40% Outre les constituants mentionnés, la matière antifriction contient 0-60 d'une poudre de métal non ferreux plastique ou d'un alliage de celui-ci. Un tel rapport des constituants permet d'obtenir un grand nombre de matières antifriction de compositions différentes; les pièces constituées de ces matières antifriction assurent un fonctionnement de longue durée et sûr des ensembles de frottement dans différentes conditions de travail et en conjugaison avec des pièces fabriquées en divers matériaux. L'accroissement de la teneur du graphite en liant assure une bonne fluidité de la matière antifriction au cours de la compression à chaud pour le remplissage du moule. Associé à la résine phénol-aniline-formol le liant confère à la matière une tenue à l'érosion élevée au cours du fonctionnement dans des liquides. Il est avantageux d'introduire dans la matière antifriction, outre les constituants indiqués, une poudre de matière abrasive finement dispersée, à raison de 0,5 à 5% du poids total des constituants de la matière. L'introduction de poudre de matière abrasive finement dispersée élève la tenue de la matière à l'usure, étant donné que les pièces fabriquées en cette matière polissent la pièce conjuguée en cours de fonctionnement et préviennent le dépôt de la matière antifriction sur cette pièce conjuguée. Il est avantageux d'utiliser le talc en tant que poudre de matière abrasive finement dispersée. On pnnt aussi utiliser du verre en tant que matière abrasive. Il est particlllièrement avantageux de fabriquer la pièce fonctionnant en milieu liquide et en conjugaison Nec une pièce de fonte, en une matière antifriction contenant les matières suivantes (en poudre):: poudre de graphite 50% avec une teneur du graphite en liant de 22% calculée par rapport à la masse de graphite poudre de plomb 39%, résine phénol-aniline-formo1,.,.10 talc 1% Il estavantageux de fabriquer avec la matière antifriction proposée des bagues d'étanchéité en bout et des paliers de pompes à eau de moteurs d'automobiles et de tracteurs, des garnitures d'étanchéité et des paliers pour les pompes de moteurs Diesel marins et ferroviaires, divers paliers et segments d'étanchéité pour les machines utilisées dans les industries chimique, alimentaire et textile, pour les appareils ménagers, ainsi que des paliers armés et des crapaudines On fabrique la matière antifriction proposée de la manière Suivante:On prépare un mélange constitué de résine thermoplastique phénol-formol, d'hexaméthylène-tétramine, de stéarine ou de stéarate de calcium et d'hydroxyde de calcium, en mélangeant lesdits constituants dans un broyeur à boulets à une température ne dépassant pas 400C pendant 3 à 4 heures. On obtient la résine phéno-formol précitée en condensant le phénol sur le formol en présence de catalyseurs acides, notamment en présence dtacide chlorhydrique, les réactifs étant introduits dans un rapport pondéral de 100:26,5:27,5 respectivement. On introduit dans le mélange ainsi préparé, composé de résine thermoplastique phénol-formol, d 'hexaméthylène-tétramine, de stéarine ou de stéarate de calcium et d'hydroxyde de calcium, du graphite (natamment des déchets de la fabrication des électrodes de graphite) à teneur en cendres ne dépassant pas 5% et à dimensions de particules ne dépassant pas 2 mm. On les brasse dans un mélangeur pendant une heure pour obtenir une répartition uniforme des constituants. On brasse le mélange ainsi obtenu dans un mélangeur à cylindres à une température de 120 à 1300C, après quoi on le soumet au broyage jusqu'à l'obtention de particules de 0,05 à 0,16 mm, et on tamise sur un tamis à dimension requise des mailles. Ainsi qu'on Ma indiqué plus haut, pour améliorer la résistance du réseau tridimensionnel de la matière antifriction et pour en élever la tenue à l'érosion ainsi que la résistance à l'usure, on ajoute à la masse pulvérulente broyée une résine thermodurcissable phénol-aniline-formol que l'on réduit au préalable en particules de dimensions ne dépassant pas 0,16 à 0,18 mm. On obtiant la résine phénol-aniline-formol en condensant le phénol sur l'aniline et le formol en présence d'un catalyseur basique, notamment de magnésie ou d'ammoniaque, les rapports pondéraux des réactifs étant respectivement les suivants: 100:55:51,8. Pour élever la résistance à l'usure et la conductibilité calorifique de la matière, on ajoute à la masse broyée une poudre de métal non ferreux plastique tel que le plomb, l'étain, un alliage de ces métaux, le bronze, à dimensions de particules ne dépassant pas 0,1 mm, et une poudre de matière abrasive à dimensions de particules ne dépassant pas 0,07 mm. En tant que poudre finement dispersée de matière abrasive on utilise le talc, le verre, le sital, la silice, l'oxyde de chrome. On brasse le mélange préparé et constitué des composants précités introduits dans les rapports en poids requis, dans un dispositif mélangeur jusqu'à l'obtention d'une masse homogène. On dose la masse homogène précitée (la poudre à mouler) et on la répartit entre les moules pour le moulage à chaud. Pour la fabrication d'articles en masse sur des presses rotatives automatiques, on procede à la mise préalable des ébauches en briquettes. Le moulage sous pression se fait à une température de 155 à 175 C, sous des pressions de 800 à 1200 kgf/cm te temps de maintien sous pression est fonction des dimensions de la pièce à obtenir. tes bagues et les paliers constitués par la matière antifriction proposée fonctionnent d'une façon sûre et durable dans les dispositifs d'étanchéité des pompes alimentaires des turbines à vapeur, des pompes à eau de moteurs d'automobiles, de tracteurs, de moteurs marins. La matière antifriction proposée utilisée dans des liquides offre les avantages suivants: a) elle est exempte de pores, ne gonfle pas quand on l'utilise dans l'eau et ne perd pas sa forme géométrique; b) elle présente une tenue élevée à l'érosion par jets; c) elle fonctionne d'une façon sûre et durable dans l'ensemble de frottement en assurant une usure minimale; d) elle permet de fabriquer des pièces de petites dimensions sans usinage ultérieur, le procédé de fabrication pouvant etre entièrement automatisé avec des rendements élevés; e) dans la fabrication de paliers de grandes dimensions travaillant dans des conditions difficiles, la matière de l'invention se prete à l'emmanchement à la presse dans une monture métallique à ossature de renforcement. La composition optimale de la matière proposée est fonction des conditions de service de l'ensemble de frottement, du genre et de la composition du liquide, de la température, de la vitesse de glissement relatif des couples de frottement, de la pression du liquide et des particularités du couple. Exemple 1. Fabrication d'un dispositif d'étanchéité d'extrémité d'une électro-pompe d'alimentation de tubines à vapeur, cons tituédea matière antifriction proposée de composition suivante: poudre de graphite 40% teneur du graphite en liant: 22% de la masse de graphite, poudre de plomb 48,7% résine phénol-aniline-formol îo% talc 1,3%, pour les conditions de service suivantes: a) fluide de travail utilisé -eau à 102-1040C b) vitesse périphérique 20 à 25 m/s c) perte de charge 0,2 à 0,5 kgf/cm d) matière du couple de frottement en acier au chrome de dureté HRC 35 à 40. Cette matière au cours de l'utilisation se prête facilement au rodage.Après rodage les deux surfaces conjuguées deviennent glacées; l'usure de la bague d'étanchéité après rodage est pratiquement nulle (après 1000 heures d'essais l'usure a été de 0,02 mm). Exemple 2. Un palier pour charges axiales et radiales d'une pompe de circulation destinée à véhiculer l'eau chaude, a la composition suivante: poudre de graphite 40% teneur en liant du graphite: 22% de la masse de graphite poudre de plomb 49% résine phénol-aniline-formol 10fo talc 1%. Conditions de service de la pièce: a) pression 0,3 kgf/cm2 b) vitesse périphérique 7,1 m/s c) température de l'eau...........................90 à 100 C d) couple de frottement en acier au chrome de dureté HRC 40 à 42. Usure du palier au bout de 7000 heures: 0,05 mm. Exemple 3. te dispositif d'étanchéité d'extrémité de l'arbre d'une pompe à eau de moteur d'automobile est constitué d'une matière antifriction de composition suivante: graphite...............................................40% teneur du graphite en liant: 22% de la masse de graphite; aplomb 48% résine phénol-aniline-formol 10% talc 2%. Conditions de service de la pièce: a) pression 0,08 à 1,0 kgf/cm2 b) vitesse périphérique 6,8 m/s c) couple de frottement fonte d) température de l'eau 90 à 950C. Usure spécifique a été de 33 microns au bout de 100 heures de marche. tes dispositifs d'étanchéité d'extrémité utilisés dans le même but et réalisés en matière antifriction de composition suivante: graphite 40%o teneur du graphite en liant: 22% de la masse du graphite plomb 48% résine phénol-aniline-formol 10% verre 2% L'usure spécifique a atteint 38 à 40 microns au bout de 100 heures de marche Exemple 4. Un dispositif d'étanchéité d'extrémité de l'arbre d'une pompe à eau de moteur d'automobile est fabriqué en matière antifriction de composition suivante: graphite...............................................50% teneur du graphite en liant: 22% de la masse de graphite plomb 39%, résine phénol-aniline-formol 10%, talc 1%. Conditions de service de la pièce: a) pression 0,8 à 1,0 kgf/cm2 b) vitesse pé-riphérique 6,8 m/s c) couple de frottement-fonte d) température de l'eau 90 à 950C. L'usure spécifique a atteint 15 microns au bout de 100 heures de service. Quand on utilise la matière proposée pour la fabrication de pièces fonctionnant dans des milieux corrosifs, notamment dans des solutions contenant de l'acide sulfurique, il convient d'élever la teneur du graphite en liant ainsi que se teneur en matière antifriction jusqu'à la valeur limite. Dans ce cas les couples de frottement assurent un fonctionnement de longue durée impeccable avec des taux d'usure minimaux. Dans le cas du fonctionnement de la pièce constituée de la matière antifriction proposé dans des liquides alimentaires, en conjugaison avec des pièces en fonte ou en acier inoxydable, on exclut complètement le-plombenle remplaçant par du bronze ou l'étain ou par d'autres poudres de métal non ferreux n'ayant pas d'effet oxydant sur le liquide en question, ou bien on exclut complètement la teneur de la matière antifriction en poudre de métal non ferreux en augmentant par contre sa teneur en résine phénol-anilineformol jusqu'à 40%.Ceci est possible dans le cas où la matière antifriction fonctionne dans des conditions de frottement de glissement et dans le cas de fonctionnement de la matière antifriction dans des condition de frottement semi-sec, la teneur en constituants étant modifiée par augmentation de la teneur en graphite jusqu'à la valeur maximale. Dans le cas où la pièce en matière antifrictiondoit fonction- ner dans une pompe pour eau de mer, en conjugaison avec une pièce en bronze, on fabrique la pièce indiquée en matière antifriction de composition suivante: poudre de graphite à teneur en liant de 22% 40% plomb 49-49,5% résine phénol-aniline-formol...........................10% talc O,5-1%. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits eut représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques desmoyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Matière antifriction du type contenant une résine phénolaniline-formol, du graphite avec un liant constitué de résine phénol-formol et une proportion de 3% d'addition d'hexaméthylènetétramine, de stéarine et d'hydroxyde de calcium, calculée par rapport à la masse de graphite, caractérisée en ce que lesdits constituants sont introduits dans les proportions pondérales suivantes: poudre de graphite 30-95%; proportion de liant contenue dans ledit graphite, calculée par rapport à la masse de graphite 20-30%; résine phénol-aniline-formol 5-4046, et en ce qu'elle contient en outre une poudre de métal non ferreux plastique ou d'un alliage de celui-ci à raison de O à 60o calculés par rapport à la masse totale de tous les constituants de la matière antifriction. 2.- Matière antifriction suivant la revendication 1, carac térisée en ce qu'elle contient, outre les constituants précités, une poudre abrasive finement dispersée, à raison de 0,5 à 5% du poids total des constituants de la matière antifriction. 3.- Matière antifriction suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'en tant qu'abrasif elle contient du talc. 4.- Matière antifriction suivant l'une des revendications 1.et 2, caractérisée en. ce qu'en tant qu'abrasif elle contient du verre. 5.- Matière antifriction suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'en cas d'utilisation de ladite matière pour la fabrication d'une pièce destinée à travailler dans un milieu liquide en conjugaison avec une pièce en fonte, ladite matière a la composition suivante: graphite associé à 22% de liant 50% plomb 39%, résine phénol-aniline-formol 10% talc 1%.