Brevet FR2414152A1 — publié le 19790803

La présente invention concerne un matériau de friction particulièrement approprié comme composition pour sabots ;de freins pour freins à disque de chemins de fer. Ces dernières années, un nombre croissant de wagons ou voitures de chemin de fer, en particulier pour passagers, pnt été equipés de freins à disque. En comparaison avec des freins à bandages plus anciens, les freins à disque sont virtuellement dépourvus de toute tendance à perdre leur efficacité après une application prolongée. De plus, comme -le rotor auquel le frein est appliqué est monté sur l'essieu entre les roues, et ne vient pas en contact avec la voie, le frein à disque ne peut être détérioré par un contact avec la surface rugueuse du bandage de la roue. Cependant, certaines compositions de sabots de freins -a disque selon l'art antérieur souffraient d'une usure excessive et étaient trop abrasives vis-à-vis du rotor. Il s'avère par conséquent souhaitable d'avoir un matériau de friction pour freins à disque de chemin de fer, s'usant moins en service, et moins abrasif pour le rotor du frein à disque. En conséquence, la présente invention procure un matériau de friction utile comme sabot de frein à disque de chemin de fer qui comprend, en parties en poids, 25 à 35 parties d'un liant de résine phénolique, 2 à 12 parties d'un composant carboné, 35 à 50 parties de fibre d'amiante, et 6,4 à 3 parties de carbure de silicium. Dans l'autre mode de réalisation, le matériau de friction comprend également, en parties en poids : 2 à 10 parties de particules broyées d'acaJou, 0,5 à 12 parties de caoutchouc nitrile, et/ou 1 à 25 parties d'une charge inerte. Le composant de base du liant de cette composition est la résine phénolique. De telles résines snnt les produits réactionnels de phénols et du formaldéhyde. Ces matériaux sont bien connus et sont largement décrits dans la littérature. On peut en trouver une description typique dans Modern Plastics Encyclopedia de 1970-1971 en commençant à la page 162. ,La résine phénolique est présente dans la composition à raison de 25 à 35 parties en poids. Un autre composant principal de l'invention est un "composant carboné". Ce matériau est sensiblement du carbone pur sous forme granulaire ou particulaire, avec des dimensions de particules sensiblement (c'est-à-dire au moins environ 95%) inférieures à environ 74 Eu. Un matériau particulaire plus grand dans cette étendue est souvent appelé "farine de carbone", tandis que le matériau particulaire plus fin est normalement appelé noir de fumée, noir de carbone ou analogue Les plus grandes particules ont couramment une structure graphitique tandis que les particules fines comme le n de carbone ont tendance à être plus amorphes. Le composant carboné est présent à raison de 2 à 12 parties en poids de la composition. Le troisième ingrédient primaire de la composition est de la fibre d'amiante, de préfèrence de la fibre de chrysotile. Une telle fibre est normalement qualifiée par sa longueur. Un système standard de qualification a été établi par la Quebec Asbestos Mining Association en utilisant des numéros, les numéros inférieurs représentant les longues fibres et les numéros supérieurs (degrés ou qualités 5-7) représentant les fibres plus courtes. Du fait des nécessités de moulage, ce sont les fibres courtes qui sont utiles dans la présente invention. De plus, les fibres plus courtes sont considérablement moins conteuses que les fibres plus longues. La fibre d'amiante sera présente dans la composition à raison de 35 à 50 parties en poids. Le quatrième ingrédient principal de la présente invention, qui offre les propriétés uniques de friction de la composition selon l'invention, est le carbure de silicium. Le carbure de silicium utile dans la présente invention est d'une pureté commerciale. Il est sous forme granulaire avec des dimensions de particul sensiblement toutes (c'est-à-dire au moins environ 95%) inférieures à 44 p. Le cae.de de silicium est présent à raison de 0,4 à 3 parties en poids. Les quatre matériaux qui précèdent sont essentiels pour la composition de base selon l'inventioni Cependant, si on le souhaite, d'autres matériaux peuvent également être incorporés dans la composition, Un premier choix pour l'inclusion comme cinquième composant est la résine de coquille de noix de cajou ou d'acajou. C'est un modificateur du frottement et de l'usure qui a tendance à modérer les propriétés plus agressives de frottement et d'usure des autres composants, comme le carbure de silicium. La résine de coquille de noix de cajou est un produit polymérisé, partiellement ou totalesent durci fait à partir d'huile de coquille de noix de cajou qui est principalement un phénol substitué.La résine durcie peut entre broyée en particules qui ont normalement une étendue de dimensions correspondant à un tamis ayant de à à 40 mailles par centimètre (séries tamis Tyler). Les particules de coquille de noix de cajou sont présentes à raison de 2 à 10 parties en poids de la composition. Les particules de résine de coquille de noix de cajou peuvent être partielle menton totalement durcies ; les travaux expérimentaux suggèrent que les particules totalement durcies sont préférables. On a également trouvé qu'il était avantageux d'incorporer àans la composition, un caoutchouc nitrile. Ce matériau se combine avec la résine phénolique par laquelle il est durci pour former un liant mélangé résine/caoutchouc. Le caoutchouc nitrile est habituellement à l'origine sous forme de particules, .et il est présent dans la composition à raison de 0,5 à 12 parties en poids. Fntin, la composition peut également comporter une ou plusieurs charges inertes organiques et/ou inorganiques. c.On pet citer, comme matériaux organiques pouvant Entre présents, le produit de déchapage broyé d'un pneumatique. Une charge inorganique typique est la baryte (sulfate de baryum naturel). il y a cependant certaines limites à imposer sur les charges que l'on peut utiliser. Etant donné les hautes températures qui sont produites dans les applications des freins, les matériaux organiques utilisés comme charges doivent être stables à des températures relativement élevées, et ne doivent pas contenir de composants volatiles importants. Pour les charges inorganiques, comme on sait que le plomb est néfaste dans des compositions de sabots de freins(voir brevet U.S. NO 3 959 194), il est préférable que les compositions selon l'invention ne contiennent ni plomb, ni litharge ou autres composants contenant du plomb. Dans ces limites,ols qui sont compétents en la matière seront facilement capables de choisir des charges satisfaisantes à utiliser dans la composition0 Dans cette composition, la teneur totale er, charge sera de 1 à 25 parties en poids, le composant organique étant de 0,5 à 10 parties en poids et le composant inorganique de 0, 5 à 15 parties en poids. Les matériaux peuvent être moulés en matériaux de friction comme des sabots de freins pour freins à disque d'une façon classique. Cela comporte normalement un pré-mélange des ingrédients granulés et secs, l'insertion du mélange dans un moule, puis le moulage à une température élevée pour forcer le liant à former une matrice solide où sont incorporés les autres composants. Une composition typique selon l'invention est illustrée dans l'exemple qui suit. Des données comparatives montrant la supériorité d'un sabot de frein fait avec la composition selon la présente invention par rapport à un sabot de frein selon l'art antérieur qui ne contientpas de carbure de silicium sont également illustrées. Sur le tableau 1, tous les composants sont donnés en pourcentage pondéral (arrondi au pourcentage entier le plus proche). Tableau 1 Composant Composition selon Composition selon l'art antérieur 'invention Composants princi par: Résine phénolique (a) 25% 29% Farine de carbone 5% 6% Fibre d'amiante (b) 35% 40 Carbure de silicium - 1% Zirconium 15% Composants auxiliaires: Particules de résine de coquille de noix de cajou 5% 6% Caoutchouc nitrile (c) 5% 6% Déchapage de pneu broyé 5% 6% Baryte 5% 6% 100% look Notes (a) résine "Durez" NO 24 867 (dénomination commerciale) (b) fibre de chrysotile QAMA qualité 7D (c) caoutchouc "Hycar" (dénomination commerciale) qualité 1411. Le tableau 2 qui suit illustre des données d'essai avec une unité d'essai des freins Bendix (dénominatinn commerciale). Dans ces essais, des matériaux de friction furent ressayés en appliquant un sabot de frein échantillon du matériau d'essai à un rotor tournant à une vitesse désignée. A chaque vitesse désignée du rotor, le sabot fut appliqué 30 foie. Chaque application dura 15 secondes puis il y avatt un intervalle de 45 secondes avant l'application suivante. dans les exemples indiqués ci-dessous, la surface d'appui de chaque échantillon était de l'ordre de 27 cm2 et chaque échantillon fut appliqué avec une force de 7,03 kg/cm2. Les -essais d'application furent effectués à des vitesses du rotor de 457, 914, 1372 et 1829 m/mn. Les données concernant chacun de ces essais, ainsi que des données moyennes pour la composition ci-dessu décrite de la présente invention et la composition selon l'art antérieur sont indiquées ci-dessousO Tableau 2 Vitesse du rotor m/mm Propriétés physiques Sabot selon sabot selon la l'art entérieur présente invention 457 Température maxi C 185 221 Usure, cm 0,066 0,164 Coefficient de friction 0,54 0,59 Ch - H 1,26 1,38 Taux d'usure, cm /CH-h 0,049 0.115 914 Temp, max C 253 285 Usure, cm 0,262 0,328 Coefficient de friction 0,39 0,48 CH - h 1,85 2,26 Taux d'usure, cm /CH-h 0,1475 0,1475 1372 Temp, max C 299 318 Usure, cm 1,033 0,606 Coefficient de friction 0,41 0,39 CH - h 2,87 2,71 Taux d'usure cm /CH-h 0,361 0,229 Tableau 2(suite) Vitesse du rotor m/mm Propriétés physiques Sabot selon sabot selon la l'art entérieur présente invention 1829 Temp, maxi C 316 321 Usure, cm 1,065 0,983 Coefficient de friction 0,32 0,33 CH - h 2,95 3,12 Taux d'usure, cm /CH-h 0,361 0,311 Moyenne Usure, cm 0,606 0,524 Coefficient de friction 0,42 0,45 CH - h 2,23 2,37 Taux d'usure, cm /CH-h 0,279 0,293 Il est immédiatement apparent à la lecture du tableau 2, que tandis que les propriétés du matériau selon l'art antérieur sont légèrement meilleures dans les conditions modérées imposées par l'essai à 457 m/mn, les propriétés du matériau selon l'invention, en particulier le taux d'usure et la stabilité à la température sont considérablement meilleurs dans les conditions plus sévères des essais à plus grande vitesse pour la composition selon l'invention. De même, les propriétés moyennes générales de la composition selon l'invention sont considérablement meilleures que celles du matériau selon l'art antérieur. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisatinn décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendicatinns qui suivent. REVENDICATIONS 1. Matériau de friction utile comme sabot de frein pour des freins à disque de chemins de fer, caractérisé en ce qu'il contient, en parties en poids liant de résine phénolique 25-35 parties composant carboné 2-12 parties fibre amiante 35-50 parties carbure de silicium 0,4-3 parties 2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé -en ce qu'il contient de plus, en parties en poids particules de résine de coquille de noix de cajou ~broyée;2-10 parties 3. Matériau selon la revendication 2, caractérisé en -ce quril contient de plus, en parties en poids caoutchouc nitrile:0,5-12 parties 4.Matériau selon la revendication 3, caractérisé en ce qssil contient de plus, en parties en poids charge inerte:1-25 parties 5. Matériau selon la revendication 4, caractérisé en ce que la charge précitée se compose d'un mélange de composants organiques et inorganiques 6. Matériau selon la revendication 5, caractérisé en ce que la charge précitée comprend un mélange de 0,5-10 - parties en poids de produit de déchapage de pneumatique broyé et 0,5-15 parties en poids de baryte. 7. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant carboné précité comprend un carbone graphitique. 8. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant carboné précité comprend du noir de carbone. 9. Matériau selon la revendication 2, caractérisé en ce que les particules de résine de coquille de noix de caJou broyée précitées sont totalement durcies. 10. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant carboné précité est présent à raison de 4-8 parties en poids0 11. Matériau utile comme sabot de frein pour freins à disque de chemins de fer caractérisé en ce qutil comprend, en parties en poids liant de résine phénolique 29 parties carbure de silicium 0,6 partie fibre d'amiante 40 parties carbone graphitique 6 parties. 12. Matériau selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend de plus en parties en poids particules de résine de coquille de noix de cajou broyée et totalement durcies,6 parties. 13. Matériau selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il contient de plus en parties en poids caoutchouc nitrile/6 parties. 14. Matériau selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il contient de plus en parties en poids produit de déchapage de pneumatique broyé: 6 parties baryte : 6 parties 15. Sabot de frein à disque poutkhemin de fer caractérisé en ce qu'il contient un matériau de friction selon la revendication 1. 16. Sabot de frein à disque pour chemin de fer caractérisé en ce qu'il contient un matériau de friction selon la revendication 11.