Brevet FR2491934A1 — publié le 19820416

Matériau de friction exempt d'amiante. La présente invention concerne un matériau de fric- tion pour embrayages, freins et analogues qui est consti- tué essentiellement par un élastomère ou une matière plas- tique thermodurcissable formant liant, des matières de friction et d'antiadhérence additionnelles et des fibres minérales servant de matière de renforcement. Pour les garnitures d'embrayages et de freins à friction équipant actuellement les véhicules automobiles sont utilisées de préférence des fibres de roche, notam- ment des fibres d'amiante, entant que matière de renforcement. C e s garnitures dites d'amiante se distinguent par une grande stabilité thermique et de bonnes caractéristiques de friction. Depuis quelques années l'amiante est cependant soupçonnée d'être cancérigène. Ce soupçon a été confirmé par des recherches récentes. Par suite de la présence de fibres d'amiante de petit diamètre, qui se présentent éga- lement lors de la fabrication de garnitures de friction, il se répand souvent dans l'air des quantités d'amiante telles que les valeurs maximales admises, fixées par exemple aux Etats-Unis d'Amérique par l"'Occupational Safety and Health Act" de l'année 1970,' se trouvent dépassées. Cela représen- te un risque accru pour la santé de ceux travaillant dans\ le domaine de la fabrication de garnitures de friction. C'est pourquoi on s'est déjà beaucoup efforcé dans l'in- dustrie des garnitures de friction de réduire ou d'éliminer complètement la pollution atmosphérique due à des fibres d'amiante. A cela s'ajoute encore que les gisements d'amiante connus jusqu'à présent seront complètement épuisés dans un 249 1934 avenir plus ou moins rapproché de sorte que de ce point de vue il est également nécessaire de remplacer l'amiante par d'autres matières. Toutes les tentatives faites jusqu'ici pour rempla- cer l'amiante dans des garnitures de friction par d'autres matières n'ont pas permis d'obtenir des matériaux équiva- lents dans leurs propriétés physiques à des "garnitures d'amiante". En outre, les exigences de l'industrie en ma- tière de garnitures de friction sur le plan de leurs résis- tance thermique et mécanique, stabilité de coefficient de friction, résistance à l'usure, perte d'efficacité de frei- nage, etc. sont devenues de plus en plus sévères. Or la présente invention a pour objet de créer des garnitures de friction qui au point de vue de leurs pro- priétés techniques présentent des valeurs équivalentes à celles de garnitures d'amiante et l'emportent même sur celles-ci en ce qui concerne leur résistance à l'usure, tout en étant exemptes d'amiante et non polluantes pour l'envi- ronnement. Ce but est atteint par un matériau de friction con- stitué par 5 à 25 % en poids d'un liant durcissable, de la matière dererforoeent et-* éventuellement par d'autres charges et matières de friction et d'antiadhérence, le maté- riau de friction suivant l'invention étant caractérisé en ce qu'il contient, en tant que matière de renforcement, un ne- lange de 1 à 50 % en poids de fibres à base de diabase pré- sentant une longueur de fibre moyenne de 100 à 750 microns et de 1 à 44 % en poids de fibres métalliques, de laine mé- tallique ou de métal.en forme de plaquettes, copeaux ou poudre. La combinaison de fibres à base de diabase avec des particules d'acier en tant que matière de renforcement dans un matériau de friction présente certains avantages par rap- port aux garnitures d'amiante classiques. La bonne tenue à la perte d'efficacité de freinage sous l'effet de la cha- leur et la haute résistance à l'usure de tels matériaux leur permettent d'être utilisés comme garnitures de tam- bours et disques de frein ainsi que d'embrayages tant pour 249 1934 les voitures de tourisme et les poids lourds que dans le secteur des chemins de fer. Des résultats d'essais de garnitures de frein fabri- quées suivant l'invention et utilisées sur une voiture de tourisme de classe moyenne montrent, tant au banc d'essai qu'au cours d'épreuves d'endurance, que leur usure est in- férieure de 50 % à celle de garnitures d'amiante corres- pondantes. Du fait que la fibre de diabase comporte une pro- portion de scorie extrêmement faible l'usure du matériau de friction suivant l'invention est dix fois moindre que' celle de garnitures d'amiante. Ainsi, au cours d'une épreu- ve d'endurance sur une voiture de tourisme de classe moyen- ne, aucune usure mesurable du matériau de friction suivant l'invention n'a pu être constatée même au bout de 26 000 km. Contrairement à des garnitures ne contenant que des fibres métalliques en tant que matière de renforcement, dans le cas de combinaisons de fibres à base de diabase avec des fibres métalliques il ne se pose pas de problèmes de con- duction thermique de sorte que même dans des conditions de conduite extrêmes le liquide de freinage n'est pas chauffé au-delà des valeurs admissibles. La diabase est une roche volcanique qui se dis- tingue par une ténacité et une résistance mécanique parti- culièrement élevées. Cette roche peut etre fondue et la masse fondue peut être filée de façon à obtenir des fibres avec la possibilité de faire varier la longueur de celles- ci. Pour les matériaux de friction suivant l'invention peu- vent etre utilisées des fibres présentant des longueurs de à 750 microns. De préférence, il convient cependant d'utiliser des fibres d'une l o n g u e u r de 150 à 350 microns. De telles fibres sont commercialisées sous la désignation Spinrock. Ces fibres peuvent se présenter d'une manière désordonnée, c'est-à-dire sous forme d'un enchevê- trement de fibres. Il est toutefois recommandable d'ouvrir l'assemblage de fibres, avant le mélange avec le liant, dans un mélangeur, un malaxeur, une déchiqueteuse ou sur un cylindre. Afin de permettre aux fibres de diabase d'être mieux mouillées par le liant et pour améliorer ainsi en même temps la cohésion, les fibres peuvent avant leur utilisation être imprégnées d'un agent d'imprégnation. Comme agents d'impré- gnation peuvent être utilisés des silanes, du caoutchouc nitrile et/ou butadiène-styrène, des résines phénoliques du type novolaque ou résol, des résines de mélamine ou de fu- ranne. L'imprégnation peut être effectuée en imprégnant les fibres de diabase avec une solution de l'agent d'imprégna- tion et en les séchant ensuite ou en préparant dans un mé- langeur ou malaxeur à partir des fibres et de l'agent d'im- prégnation un mélange-maître approprié, comme cela se fait couramment dans l'industrie du caoutchouc. Les fibres à base de diabase sont utilisées, dans les matériaux de friction suivant l'invention,en combinaison avec des fibres métalliques, notamment des fibres d'acier. Au lieu de se présenter sous forme de fibres métalliques, le métal peut également être utilisé sous forme de copeaux, de plaquettes ou de poudre. Outre ces constituants principaux, d'autres charges et matières d'antiadhérence et de friction connues en soi peuvent au besoin également être incorporées dans le mélan- ge. En tant que liants peuvent être utilisés les polymères durcissables habituellement employés,comme par exemple des résines phénoliques, époxydes ou de furanne,et/ou des ca- outchoucs naturels et de synthèse résistant à la chaleur et aux produits chimiques,comme par exemple le caoutchouc ni- trile ou le caoutchouc butadiène-styrène. Les fibres et ad- ditifs sont incorporés dans ces liants, qui doivent repré- senter de 5 à 25 % en poids, par compression, coulée, mala- xage ou passage au cylindre. Au Tableau 1 figurent à titre d'exemples deux formu- les suivant l'invention ainsi qu'une formule de référence. Les matériaux de friction concernés sont fabriqués par le procédé décrit ci-dessous. Du caoutchouc, du plastifiant et un agent de vulca- nisation sont mélangés durant trois minutes dans un mala- xeur. De la laine d'acier est ajoutée et mélangée durant deux minutes. Puis les autres matières premières, exception faite de la résine phénolique et des fibres, sont incorpo- rées et mélangées durant trois minutes. Enfin, de la résine phénolique et des fibres sont ajoutées et mélangées durant trois minutes. Les fragments obtenus en tant que produit de mélange sont réduits de façon à obtenir un granulé dont la grosseur de grain n'excède pas 3 mm. Ce granulé est comprimé dans un moule de compression à des températures de 170 à 190'C et sous-une Dression de 2 à 3 x 10 Pascals/m2, la durée de compression étant de 0,5 min/mm d'épaisseur de garniture. Les ébauches de garnitures de friction ainsi obtenues sont durcies durant environ 3 h entre 160 et 180 0 et ensuite soumises à des épreuves dans une installation d'essai de freins. On détermine chaque fois la décélération de frei- nage dans différentes conditions de freinage. De plus, après achèvement des séries d'essais, l'usure du tambour et de la garniture est chaque fois déterminée par voie gravi- métrique. Le Tableau 2 montre les valeurs obtenues pour des spécimens conformes aux formules du Tableau 1. TABLEAU 1 (quantités indiquées en % en poids) Formule Formule Formule de N I N 2 rférence Fibres d'amiante 5 R - - 41,0 Fibres de diabase 12,0 22,0 - Laine d'acier 28,0 18,0 8,0 Résine (à partir d'huile 5,0 5,0 5,0 de noix de cajou) Fe3 04 4,0 4,0 - MgO 7,0 7,0 7,0 Talc 7,7 7,7 7,7 Scorie Thomas 5,0 5,0 - Hydroxyde de calcium 6,0 6,0 6,0 Plastifiant (hydrocarbure) 2,3 2,3 2,3 Caoutchouc nitrile 13,0 13,0 13,0 Soufre 0,9 0,9 0,9 Accélérateur de vulcanisa-: tion 0,4 0,4 0,4 Oxyde de zinc 0,7 0,7 0,7 Résine phénolique 5,5 5,5 5,5 Graphite 2,5 2,5 2,5 TABLEAU 2 Formule Formule Formule de N 1 N 2 référence Décélération de freinage Lm/s2] Décélération pour une temp. de tambour de 60 C et une vitesse de 80 km/h pour une pression dynamométri- que -(p) 6 2 x 106 Pascals 1,90 2,0 1,9 x 10 Pascals 3,85 4,35 4,05 8 x 10 Pascals 5,80 6,60 6,35 Décélération pour une temp. de tambour de 24000 C et une vitesse de 80 km/h pour une pression dynamométri- que (p) 6 2 x.10 Pascals 1,85 1,95 1,05 5 x 106 Pascals 3,90 4,45 2,50 790 8 x. 10 Pascals 5,70 7,00 5,05 Variation selon la vitesse (temp. initiale 60 C; p = 6 x 10 Pascals) km/h 4,70 5,40 5,40 km/h 4,35 4,95 4,75 120 km/h 4,40 4,95 4,35 km/h 4,55 4,85 4,25 Variation en fonction de la temp. de tambour (vitesse km/h; p = 2 x 10.Pascals) 0 2,15 2,15 1,70 00 2,10 2,20 1,60 1400 C 2,20 2,20 1,60 26000 2,35 2,15 1,20 Usure de tambour après série d'essais [g] 0,1 0,1 1,2 Usure de garniture après série d'essais [gJ 0,4 1,22 0,35 REVENDICATIONS 1 - Matériau de friction pour freins, embrayages et analogues qui est constitué par 5 à 25 % en poids d'un liant durcissable, de la matière de renforcement gt éventuel- lement par d'autres charges et matières de friction et d'antiadhérence, caractérisé en ce qu'il contient, en tant que matière de renforcement, un mélange de 1 à 50 % en poids de fibres à base de diabase présentant une longueur de fi- bre moyenne de 100 à 750 microns et de 1 à 44 % en poids de fibres métalliques, de laine métallique ou de métal en for- me de plaquettes, copeaux ou poudre. 2 - Matériau de friction suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur moyenne des fibres à base de diabase est de 150 à 350 microns. 3 - Matériau de friction suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'assemblage de fibres se pré- sente sous la forme d'une masse fibreuse enchevêtrée. 4 - Matériau de friction suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les fibres à base de diabase sont traitées avec un agent d'imprégna- tion. - Matériau de friction suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il contient des silanes, du caoutchouc nitrile ou butadiène-styrène, des résines phénoliques du type novolaque ou résol, des ré- sines de mélamine ou de furanne en tant qu'agent d'impré- gnation. 6 - Matériau de friction suivant l'une quelconque des revendications 1.à 5, caractérisé en ce qu'il contient de l'acier en tant que métal.