Brevet FR2521240A1 — publié le 19830812

La présente invention se rapporte à une garniture de fric- tion notamment pour freins, embrayages et autres applications ayant des fibres minérales qui comportent de l'alumine A 1203, de la silice Si O 2 et de la chaux Ca O. Danls les garnitures de friction de ce type, on a déjà pro- posé d'utiliser comme fibres minérales, des fibres de laitier et également des fibres de basalte. Généralement, les fibres de laitier présentent un pourcen- tage en poids d'alumine A 1203 compris entre 10 % et 15 %, un pourcentage en poids de silice Si O 2 compris entre 38 % et 45 % et un pourcentage en poids de chaux Ca O compris entre 35 % et %, tandis que les fibres de basalte présentent un pourcenta- ge en poids d'alumine A 1203 compris entre 10 % et 20 %, unpoir- centage en poids de silice Si O 2 compris entre 38 % et 46 % et un pourcentage en poids de chaux Ca O compris entre 10 % et 18 %. La Demanderesse a constaté que les garnitures de friction comportant des fibres de laitier sont relativement fragiles contrairement aux garnitures de friction qui comportent des fi- bres de basalte lesquelles ont souvent une agressivité excessi- ve sur le contre-matériau tel que disque, couronne, tambour ou plateau, avec lequel la garniture de friction coopère en frot- tement. Des essais effectués par la Demanderesse ont montré que la proportion de chaux Ca O dans les fibres minérales joue un rôle primordial pour déterminer la fragilité et l'agressivité de la garniture de friction. Le pourcentage de chaux Ca O relativement élevé, compris entre 35 % et 45 % dans les fibres de laitier, expliquerait la fragilité des garnitures comportant des fibres de laitier, tan- dis que le pourcentage relativement faible de chaux Ca O,compris entre 10 % et 18 %, dans les fibres de basalte expliquerait 1 ' agressivité sur le contre-matériau des garnitures de friction. comportant des fibres de basalte. Les essais effectués par la Demanderesse ont montré que des fibres minérales ayant une proportion de chaux Ca O plus petite que dans le cas des fibres de laitier mais plus élevée que dans le cas des fibres de basalte ont pour effet d'atté- nuer, d'une manière sensible, la fragilité et également l'agres- sivité de la garniture de friction. La présente invention a pour objet une garniture de fric- tion notamment pour freins, embrayages et autres applications, ayant des fibres minérales qui comportent de l'alumine A 1203, de la silice Si O 2 et de la chaux Ca O, qui présentent d'excel- lentes performances de frottement et de bonnes qualités aussi bien en ce qui concerne la robustesse que l'absence d'agressi- vité sur le contre-matériau. Suivant l'invention, une garniture de friction, notamment pour freins, embrayages et autres applications, ayant des fi- bres minérales qui comportent de l'alumine A 1203, de la silice Sio et de la chaux Ca O, est caractérisée en ce que lesdites fibres présentent globalement un pourcentage en poids de chaux Ca O compris entre 23 % et 33 % et de préférence voisin de 27 %. Grace à cette disposition, la garniture de friction com- portant de telles fibres minérales avec un tel pourcentage en. poids de chaux Ca O, est particulièrement robuste et ne provoque aucune détérioration sur le contre-matériau. Dans une forme d'exécution, chaque fibre de la garniture a sensiblement la même composition, tandis qu'en variante la garniture comporte un mélange de fibres de compositions diffé- rentes. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention, les fi- bres minérales de la garniture de friction présentent un pour- centage en poids d'alumine Al O compris entre 18 % et 25 % et un pourcentage en poids de silice Si O 2 compris entre 38 % et %. En outre, les fibres minérales comportent de préférence de l'oxyde de fer Fe 203, avec une proportion en poids comprise en- tre 0,5 % et 1 %, des oxydes alcalins Na O et K O avec une pro- 2 2 portion en poids comprise entre 4 % et 10 % et de la magnésie Mg O avec une proportion en poids comprise entre 0,5 % et 3 %. D'excellents résultats ont été obtenus avec ces divers constituants dans les proportions indiquées En particulier, la garniture de friction présente de bonnes performances de ré- sistance à la chaleur, dues à la proportion relativement élevée d'alumine A 1203 comprise entre 18 % et 25 % et à la proportion de magnésie Mg O comprise entre 0,5 % et 3 %. Suivant une autre caractéristique, les fibres minérales ont avantageusement un diamètre compris entre 3 et 20 microns et de préférence voisin de 10 microns Un tel diamètre, rela- tivement important, est tout à fait conforme aux conditions souhaitables pour l'hygiène du travail. Des exemples sont donnés ci-après, à titre non limitatif. EXEMPLE I Une garniture de friction pour secteur de frein à disque a des fibres minérales. Ces fibres minérales comportent de l'alumine A 1203, de la silice Si 02, de la chaux Ca O, de l'oxyde de fer Fe 203, des oxy- des alcalins Na 20 et K 20 et de la magnésie Mg O, dans des pro- portions en poids comprises: Alumine A 1203:entre 18 % et 25 % Silice Si O 2: entre 38 % et 45 % Chaux Ca O:entre 23 % et 33 % Oxyde de fer Fe 203 entre 0,5 % et 1 % 23: entre O 0,5 %et 1 % Oxydes alcalins Na 20 et K 20: entre 4 % et 10 % Magnésie Mg O: entre 0,5 % et 3 % Plus particulièrement, dans cet exemple, les proportions en poids des constituants des fibres minérales sont les suivan- tes: Alumine A 1203 18 % Silice Si O 2 38 % Chaux Ca O 33 % Oxyde de fer Fe 203 0,5 % Oxydes alcalins Na 20 et K 2 10 % 2K 20 10 % Magnésie Mg O 0,5 % Pour former ces fibres minérales, on mélange leurs consti- tuants que l'on fait fondre dans un creuset d'o sort un jet en fusion que l'on traite, soit dans des filières, soit sur des disques de centrifugation, soit au moyen de jets gazeux et ceci de façon à obtenir un diamètre de fibres qui soit compris entre 3 et 30 microns et de préférence voisin de 10 microns. Pour former la garniture de friction, on utilise une laine constituée par les fibres minérales qui viennent d'être décri- tes et également d'autres constituants dans les proportions suivantes: 2521240 ' Avec ces différents constituants, on forme un mélange que l'on pastille sous une pression de 200 bars et que l'on cuit au moule pendant 15 minutes à une température de 140 C sous une pression de 300 bars On stabilise la pastille ainsi obtenue par une surcuisson en étuve pendant 5 heures à une température de 220 C. La garniture de friction ainsi obtenue présente d'excel- lentes performances de frottement et également de bonnes quali- tés, notamment en ce qui concerne sa robustesse et son absence d'agressivité à l'égard du contre-matériau formé par le disque d'un frein à disque. EXEMPLE II Cet exemple concerne une garniture organo-métallique pour un frein à disque. Cette garniture comporte une laine formée de fibres miné- rales réalisées comme décrit dans l'exemple I mais formées par des constituants dans les proportions suivantes en poids. Alumine A 1203 22 % Silice Si O 2 40 % Chaux Ca O 29 % Oxyde de fer Fe 203 1 Oxydes alcalins Na 20 et K 20 5 % Magnésie Mg O 3 % La garniture est formée par les constituants suivants Constituants Fourchette de Pourcentage pourcentages préféré résine formophénolique 11 % à 21 % 16 % Cardolite 7 % à 13 % 10 % poudrette de caoutchouc 2 % à 4 % 3 % sulfate de baryte 10 % à 20 % 15 % blanc de Meudon 7 % à 13 % 10 % cyanite 3 % à 7 % 5 % laine de laiton 4 % à 8 % 6 % laine formée des fibres 25 % à 45 % 35 % minérales 35. dans les proportions suivantes en poids. On pastille un mélange formé par ces constituants sous une pression de 200 bars et on procède à une cuisson pendant 15 mi- nutes à une température de 1400 C, sous une pression de 750 bars. On stabilise par une surcuisson en étuve pendant 2 heures à 250 C. La garniture ainsi obtenue présente d'excellentes perfor- mances de frottement et également une excellente résistance à l'usure ainsi qu'une absence d'agressivité à l'égard du contre- matériau formé par un disque de frein. EXEMPLE III Cet exemple concerne une garniture de friction pour un. frein à tambour. La garniture comporte une laine formée de fibres minérales réalisée comme décrit à l'Exemple I, mais ayant les constituants suivants dans les proportions suivantes: Alumine Al 203 25 % Silice Si O 2 45 % Chaux Ca O 23 % Oxyde de fer Fe 203 0,5 % Oxydes alcalins Na 20 et K 20 4 % Magnésie Mg O 2,5 % La garniture est formée par les constituants suivants dans les proportions suivantes en poids: Constituants Fourchettes de Pourcentage pourcentages préféré résine formophénolique 5 % à il % 8 % graphite 2 % à 4 % 3 % carbon black l % à 3 % 2 % coke 7 % à 13 % 10 % sulfure de molybdène 1 % à 3 % 2 % poudre de cuivre 3 % à 7 % 5 % laine d'acier 25 % à 76 % 30 % poudre de fer O % à 50 % 28 % laine formée de fibres 8 % à 16 % 12 % minérales On pastille ce mélange à la forme requise On cuit au mou- le à une température de 1400 C sous une pression de 75 bars On stabilise par une surcuisson en étuve pendant 8 heures à 2000 C. La garniture ainsi obtenue présente d'excellentes perfor- mances de frottement et également une bonne résistance et une absence d'agressivité à l'égard du contre-matériau formé par le tambour de frein. EXEMPLE IV Cet exemple concerne une garniture d'embrayage obtenue par enroulement d'un fil imprégné par un ciment d'imprégnation. Le fil est constitué par une laine formée par des fibres minérales ayant la composition suivant l'Exemple I, par de la fibranne et par du cuivre. Le fil a la composition suivante en pourcentage en poids Constituants Fourchettes de Pourcentage pourcentages préféré laine formée de fibres 30 % à 50 % 40 % minérales fibranne 30 % à 50 % 40 % cuivre 15 % à 25 % 20 % Un fil de base est formé par la laine minérale et la fi- branne et est obtenu par le procédé qui consiste à mélanger, à carder puis retordre ensemble les deux fibres. Constituants Fourchettes de Pourcentage pourcentages préféré résine formophénolique 17 % à 33 % 25 % poudrette de caoutchouc 3 % à 7 % 5 % cardolite 5 % à il % 8 % poudre d'étain 1 % à 3 % 2 % sulfate de baryte 10 % à 20 % 15 % oxyde de fer 3 % à 7 % 5 % laine formée par les 25 % à 55 % 40 % fibres minérales Le fil de cuivre peut être introduit en retorderie ou sim- -plement associé au fil formé par la laine minérale et la fibran- ne au moment de l'imprégnation. Le ciment d'imprégnation est formé par les constituants suivants dans les proportions en poids suivantes: Le ciment d'imprégnation est constitué par une suspension de charges pulvérulentes dans une solution de caoutchouc buta- diène-styrène SBR dans du trichloréthylène. Le fil qui a été précédemment décrit est imprégné en, con- tinu dans ce ciment puis séché. La proportion en poids du fil et du ciment dans la garni- ture est comprise pour le fil entre 40 % et 70 % et pour le ci- ment entre 30 % et 60 % De préférence, la proportion en poids est de 90 grammes de ciment sec pour 100 grammes de fil Le fil imprégné et séché est ensuite enroulé sous forme d'une couronne qui constitue l'ébauche d'un disque On procède à une cuisson au moule pendant 20 minutes à une température de 160 C, sous une pression de 500 bars On stabilise par une surcuisson en étuve pendant 10 heures à une température de 180 C. La garniture d'embrayage ainsi obtenue présente d'excel- lentes performances de frottement Elle a une grande robustesse et n'est pas agressive à l'égard du contre-matériau constitué par les plateaux d'embrayage. Constituants Fourchettes de Pourcentage pourcentages préféré caoutchouc butadiène 10 % à 20 % 15 % styrène SBR résine formophénolique 7 % à 13 % 10 % carbon black 7 % à 13 % 10 % graphite 2 % à 4 % 3 % galène 10 % à 20 % 15 % blanc de Meudon 7 % à 13 % 10 % sulfate de baryte 12 % à 22 % 17 % kaolin 3 % à 13 % 10 % zircon 3 % à 7 % 5 % soufre 3 % à 7:% 5 % _i _ EXEMPLE V Cet exemple concerne une garniture de friction pour sec- teur de frein à disque cette garniture qui comporte un mélange de fibres de laitier et de fibres de basalte dont la composi- tion correspond globalement à une teneur en chaux de 28 %, con- cilie une tenue mécanique suffisante grace aux fibres de basal- te et une très faible agressivité vis-à-vis du contre-matériau grace à la présence de fibres de laitier. Les fibres de basalte ayant la composition suivante en poids Alumine 15 % Silice 42 % Chaux 14 % Oxyde de fer 16 % Magnésie 13 % et les fibres de laitier Alumine 12 % Silice 38 % Chaux 42 % Oxyde de fer 0,5 % Magnésie 7, 5 % On utilise un mélange de fibres de basalte et de laitier pour former une garniture de friction dont les constituants ont les proportions suivantes en poids Constituants Fourchettes de % % préféré résine formophénolique 11 à 21 16 cardolite 7 à 13 10 poudrette de caoutchouc 2 à 4 3 sulfate de baryte 10 à 20 15 blanc de Meudon 7 à 13 10 cyanite 3 à 7 5 laine de laiton 4 à 8 6 laine de basalte 12,5 à 22,5 17,5 laine de laitier 12,5 à 22,5 17,5 Avec ces différents constituants on forme un mélange que l'on pastille sous une pression de 200 bars et que l'on cuit au moule pendant 15 minutes à une température de 140 C sous une pression de 300 bars On stabilise la pastille ainsi obte- nue par une surcuisson en étuve pendant 5 heures à 220 C. La garniture de friction ainsi obtenue présente d'excel- lentes performances de frottement et également de bonnes qua- lités, notamment en ce qui concerne sa robustesse L'agressi- vité vis-à-vis du contre-matériau, bien que faible, est plus sensible que dans les exemples précédents, tout en restant ac- ceptable. REVENDICATIOINS 1 Garniture de friction, notamment pour freins, embrayages et autres applications, ayant des fibres minérales qui compor- tent de l'alumine A 1203, de la silice Si O 2 et de la chaux Ca O, caractérisée en ce que lesdites fibres présentent globalement un pourcentage en poids de chaux Ca O compris entre 23 % et 33 % et de préférence voisin de 27 %. 2 Garniture de friction suivant la revendication 1, carac- térisée en ce que chaque fibre a sensiblement la même composi- tion. 3 Garniture defriction suivant la revendication 1, carac- térisée en ce que la garniture comporte un mélange de fibres de compositions différentes. 4 Garniture de friction suivant la revendication 3, carac- térisée en ce que les fibres de compositions différentes sont d'une part des fibres de laitier et d'autre part des fibres de basalte. Garniture de friction suivant la revendication 4, carac- térisée en ce que les fibres de laitier et les fibres de basalte sont en proportion sensiblement identique. 6 Garniture de friction suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisée en ce que lesdites fibres minéra- les présentent globalement un pourcentage en poids d'alumine A 103 compris entre 18 % et 25 %. 7 Garniture de friction suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisée en ce que lesdites fibres minéra- les présentent globalement un pourcentage en poids de silice Si O 2 compris entre 38 % et 45 %. 8 Garniture de friction suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisée en ce que lesdites fibres minéra- les comportent de l'oxyde de fer Fe 203 avec une proportion en poids globale comprise entre 0,5 et 1 %. 9 Garniture de friction suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 8, caractérisée en, ce que lesdites fibres minéra- les comportent des oxydes alcalins Na O et K O avec une propor- 2 2 tion en poids globale comprise entre 4 % et 10 % Garniture de friction suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 9, caractérisée en ce que lesdites fibres minéra- les comportent de la magnésie Mg O avec une proportion en poids globale comprise entre 0,5 % et 3 %. 11 Garniture de friction suivant l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisée en ce que la proportion en. poids desdites fibres minérales dans la garniture de friction. est comprise entre 10 % et 55 %. 12 Garniture de friction suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 11; caractérisée en ce qu'elle comporte non seu- lement lesdites fibres minérales mais également tout ou partie des constituants suivants: résine formophénolique, cardolite, poudrette de caoutchouc, sulfate de baryte, coke, blanc de Meu- don, cyanite, laine de laiton, graphite, carbon black, sulfure de molybdène, poudre de cuivre, laine d'acier, poudre de fer, poudre d'étain, oxyde de fer. 13 Garniture de friction suivant la revendication 12, carac- térisée en ce que la proportion en poids desdits constituants dans la garniture est comprise: résine formophénolique: entre 5 % et 33 % cardolite: entre O % et 13 % poudrette de caoutchouc: entre 2 % et 7 % sulfate de baryte: entre 7 % et 20 % coke: entre O %O et 13 % blanc de Meudon: entre O % et 13 % cyan ite: entre O % et 7 % laine de laiton: entre O % et 8 % graphite: entre 0 % et 4 % carbon black:entre O % et 3 % sulfure de molybdène: entre O % et 3 % poudre de cuivre: entre O % et 7 % laine d'acier: entre O % et 76 % poudre de fer: entre O % et 50 % poudre d'étain: entre O % et 3 % oxyde de fer: entre O % et 7 % 14 Garniture de friction suivant l'une quelconque des reven - dications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle comporte un mélange de fibres de basalte et de laitier avec des constituants dont la proportion en poids est comprise: résine formophénolique: entre 11 % et 21 % cardolite: entre 7 % et 13 % poudrette de caoutchouc: entre 2 % et 4 % sulfate de baryte: entre 10 % et 20 % blanc de Meudon: entre 7 % St 13 % cyanite: entre 3 % et 7 % laine de laiton: entre 4 % et 8 % laine de basalte: entre 12,5 % et 22,5 % laine de laitier: entre 12,5 % et 22,5 % Garniture de friction suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 11, caractérisée en ce qu'elle est formée par un fil imprégné par un ciment, ledit fil comportant lesdites fi- bres minérales, de la fibranne et du fil de cuivre, tandis que le ciment comnporte tout ou partie des constituants suivants: caoutchouc butadiène-styrène SBR, résine formophénolique, car- bon black, graphite, galène, blanc de Meudon, sulfate de baryte, kaolin, zircon, soufre. 16 Garniture de friction suivant la revendication 15, carac- térisée en ce que la proportion en poids du fil et du ciment dans la garniture est comprise: fil: entre 40 % et 70 % ciment: entre 30 % et 60 % en ce que la proportion en poids des constituants du fil dans le fil est comprise: fibres minérales: entre 30 % et 50 % fibranne: entre 30 % et 50 % fil de cuivre: entre 15 % et 25 % et en ce que la proportion en poids des constituants du ciment dans le ciment est comprise: caoutchouc butadiène SBR: entre 10 % et 20 % résine formophénolique: entre 7 % et 13 % carbon black: entre 7 % et 13 % graphite: entre 2 % et 4 % galène: entre 10 % et 20 % blanc de Meudon: entre 7 % et 13 % sulfate de baryte: entre 12 % et 22 % kaolin: entre 7 % et 13 % zircon: entre 3 % et 7 % soufre: entre 3 % et 7 % 17 darniture de friction suivant l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisée en ce que lesdites fibres minérales ont un diamètre compris entre 3 et 20 microns et de préférence voisin de 10 microns.