Brevet FR2532021A1 — publié le 19840224

La présente invention concerne des compositions deetinées -à- etre utilisées avec des sabots de freins moulés et en particulier une composition pour matière de support qui se dispose entre la matière d'usure ou matière de friction et la plaque métallique de support d'un sabot de frein. En particulier, la composition de matière de support est très bien adaptée aux fortes sollicitations auxquelles des sabots de freins sont exposés dans le service ferroviaire.. Les sabots de freins formés d'une composition moulée pour le service ferroviaire, tels que les produits décrits dans les brevets des Etats-Unis d5Amérique N0 2 686 140, NO 2 681 964, N0 3 152 099, N0 3 390 113, N0 3 832 325, N0 3 959 194 et N0 4 178 278, entre autres, comprennent des matières de friction aptes au service ferroviaire qui sont moulées à la plaque métallique de support d'un sabot de frein par liutilisation d'une composition de plaque de support qui est moulée avec la matière de friction contre la plaque métallique de support, en formant une liaison entre la plaque de support et la ma tière de friction.Une matière de support utilisée de la sorte avec la matière de friction ou matière d'usure et la plaque métallique de support a été utilisée dans le passé pour établir une liaison satisfaisante entre la matière d'usure et la plaque métallique de support, attendu que des compositions -de friction pour matière d'usure ne sont pas toujours aisément liées directement à la plaque métallique de support d'une manière qui convient entièrement à l'utilisation en service ferroviaire. Il existe une autre matière de support utilisée dans cette application, que l'on fait adhérer à la-matière d'usure au lieu de la mouler en place et qui n'a donc pas besoin de posséder les propriétés requises pour l'adhérence au cours du procédd de moulage. Les propriétés que doit avoir une matière de support pour les applications ferroviaires nécessitent donc que cette matière soit capable d'adhérer fortement à la plaque métallique de support et de devenir partie inté grante de la surface postérieure de la matière d'usure la plus proche de la plaque métallique de support. Il importe également que la matière de support soit légèrement flexible ou moins dure que la matière de friction. Il est également tres désirable que la matière de support soit capable de présenter en service des propriétés d'amortissement du son.Ces propriétés ont été obtenues dans le passé par l'utilisation de compositions qui contenaient des quantités importantes de fibre d'amiante. Les propriétés de la matière de support de l'art antérieur, comprenant les très bonnes qualités de résistance mécanique et de résistance à la dégradation thermique offerues par l'armature de fibre d'amiante, ont été difficiles à obtenir en utilisant des compositions ne contenant pas de fibre d'amiante. Toutefois, il a été désirable de réaliser des compositions qui soient dépourvues de fibre d'amiante tout en restant capables de satisfaire aux exigences concernant des sabotS de freins pour le service ferroviaire. En outre, des considérations' d'environnement ont imposé, comme autre critère, que des sabots de freins ferroviaires en usage soient réalisés de manière à réduire le bruit inévitablement lié à l'application de matières de friction de sabots de freins contre la jante d'une roue métallique de véhicules ferroviaires. Enfin, des considdv rations d'ordre économique ont nécessité que les propriétés et les buts exposés ci-dessus soient atteints sans l'utilisation de fibres d'amiante de renforcement, d'une manière qui utilise l'appareillage de moulage courant généralement utilisé pour la fabrication de sabots de freins pour véhicules ferroviaires, en vue d'obtenir un produit qui puisse, par son coût de fabrication, le rendre intéressant a utiliser dans le service ferroviaire. La présente invention a donc pour but de trouver une matière de support qui puisse être incorporée à l'appareillage de production existant dans la fabrication de sabots de freins pour le service ferroviaire intensif et le service AAR (Association 0f American Railroads), qui puisse être liée de façon satisfaisante à la matière de friction utili sée et à la plaque de support d'un sabot de frein ferroviaire par l'utilisation de techniques classiques de moulage et d ' adhérence, tout en offrant une matière dépourvue d'amiante qui permette une très bonne atténuation du bruit en service. La présente invention réside dans une composition pour plaque de support apte à être utilisée dans des véhicules ferroviaires, qui comprend, en volume, 15 à 40 % de composants organiques non fibreux, 15 à 50 % de composants inorganiques, 20 à 50 % d'armatures fibreuses et 5 à 10 % de résines phénoliques. La matière de support sans amiante de la pré sente invention est utilisée à l'interface entre la matière de friction ou matière d'usure et la plaque métallique de support d'un sabot de frein utilisée dans diverses applications ferroviaires et elle peut être formulée et moulée par des techniques classiques avec l'appareillage existant de fabrication pour produire une matière qui, non seule- ment, se comporte de manière satisfaisante en service ferroviaire, mais améliore l'utilité globale de l'ensemble formant le sabot de frein en raison de ses très bonnes pro= priétés d'atténuation du son en service. Les buts et avantages mentionnés ci-dessus en ce qui concerne une composition de matière de support moulée, telle que défini dans le présent mémoire, peuvent être réalisés en utilisant la composition très avantageuse suivante matière de friction formée de pneumatiques découpés 41,64 % fibres de verre coupées 6,07 t Z argile dure de manufacture de caoutchouc 20,61 %, aluminosilicate alcalin anhydre 20,61 %, accélérateur au caoutchouc TMTD 0,24 , accéléra teur pour caoutchouc MBT 0,24 %, soufre de manufacture de caoutchouc 0,35 %, oxyde de zinc 1,51 % et résine phénolformaldéhyde en poudre 6,91 %. La composition ci-dessus renferme de préférence une fibre de renforcement du commerce qui est essentiellement le sous-produit du procédé de fabrication de pneumatiques en caoutchouc à armature de fibre. il est essentiel que la matière contienne des fibres de renforcement en rayonne, "Nylon" ou polyester et que cette matière soit coupée ou fragmentée ou autrement réduite à des dimensions qui facilitent le mélange avec le reste des composants de la composition décrite dans le présent mémoire. En plus de la fibre contenue dans le bandage pneumatique, des fibres de verre découpées en petits morceaux sont incorporées à la composition en les quantités mentionnées et sont mélangées avec le reste des matières destinées à être utilisées comme composition de moulage pour réaliser des matières de support.Normalement, la longueur des fibres peut n'être que de 3,175 mm et elle peut atteindre 38,1 mm. La composition ci-dessus est formée, de facon classique, de caoutchouc ou de mélanges de caoutchouc et de rdsines phénoliques. De telles résines sont produites par synthèse ou peuvent être obtenues à partir d'huile de coques de noix de cajou. Ces résines et leur procédé de préparation et d'utilisation sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N0 2 686 140 et NO 2 861 964 précités. La résine de coques de noix de cajou, de préférence sous forme de poudre, est présente dans la composition de l'invention en-une proportion d'environ 6- à 6,5 % en volume de la composition finale. Les caoutchoucs utilisés dans la présente invention peuvent être choisis de la manie indiquée cidessus dans une large gamme de matières, mais on les obtient de préférence sous la forme de matière pour pneumatiques découpée, disponible dans le commerce, incorporée à une composition dans laquelle d'autres composants de vulcanisation du caoutchouc tel que TMTD ou disulfure de tétraméthylthiuram ; tST ou 2-mercaptobenzothiazole et du soufre de manufacture de caoutchouc sont utilisés en les quantités indiquées -de manière que la composition moulée finale ait le poids spécifique et la résistance au cisaillement préconisés.La fibre additionnelle représente environ 5 à 25 % en volume de fibre de verre fragmentée de 6,35 mm de longueur que l'on peut se procurer dans le commerce, mais cette fibre peut être remplacée éventuellement par l'utilisation de laine ou de fibre minérale ou par des linters de coton, de préférence du numéro 115, dans une composition modifiée. En outre, une proportion d!en- viron 40 % en poids de la matière pour pneumatiques consiste également en fibre qui est considérée comme faisant partie du composant fibreux de la composition de llinven- tion. D'autres caoutchoucs peuvent être utilisés pour modifier les caractéristiques de moulage et les caractéristiques finales de la composition. Ces caoutchoucs peuvent être avantageusement des caoutchoucs du type styrène-butadiène tels que SBR 1502 et SBR 1012 de la firme Goodyear Tire and Rubber Company. Toutefois, d'autres résines naturelles ou synthétiques sont faciles à obtenir et sont abondamment décrites dans la littéxa- ture, par exemple dans l'ouvrage intitulé Vanderbilt Rubber Handbook publié par la RT. Vanderbilt Company en 1968. Les matières finales nécessaires dans la présente invention sont les additif s utilisés pour vulcaniser, réticuler ou autrement modifier les résines dans le composant organique de la composition de la présente invention.Le choix de ces matières varie naturellement selon la nature du composant organique particulier que l'on utilise, mais il s'agit en général de matières telles que le soufre, l'oxyde de zinc, des thiazoles, etc. La composition finale peut aussi renfermer-une petite quantité d'anti oxydants; de retardateurs et d'autres adjuvants quisont décrits en détail dans la littérature précitée des brevets. La composition finale peut être moulée par diverses techniques selon l'application particulière et l'appareillage disponible De préférence, les techniques de moulage que lion utilise sont celles dont une description détaillée est donnée dans les brevets précités. Les compositions appréciées et préconisées de la présente invention sont indiquées sur les tableaux I et II ci-après. TABLEAU I % % en volume Pneumatiques fragmentés {matière de 41,64 friction) 35-45 Caoutchouc SBR 0-10 Armature fibreuse additionnelle 21,07 5-25 Argile dure de manufacture de caout- 15,79 chouc 15-25 Charge inorganique additionnelle 0-25 Accélérateur pour caoutchouc TMTD 0,22 0,20-0,25 Accélérateur pour caoutchouc MET 0,20 0,18-0,22 Soufre de manufacture de caout- 0,37 ehouc 0,35-0,40 Oxyde de zinc 1,33 1,0-1,5 Noir de carbone 1,56 1,50-1,60 Résine phéno1-formaldéhyde en 6,15 poudre 5-10 TABLEAU Il % en volume Pneumatiques fragrnentés (matière de friction) 41,64 Fibres de verre coupées imprégnées, de 6,35 mm 6,07 SBR 1502 (caoutchouc en miettes avec 10 % de talc) 1,82 Argile dure de manufacture de- caout chouc 20,61 Aluminosilicate alcalin anhydre (charge) 20,61 Accélérateur pour caoutchouc TMTD 0,24 Accélérateur pour caoutchouc 4BT 0,24 Soufre de manufacture de caoutchouc 0,35 Oxyde de zinc 1,51 Résine phenol-formaldéhyde en poudre 6,91 Total 100,00 Les propriétés physiques indiquées sur le tableau III suivant sont obtenues avec la composition-mère pour support moulé en place la plus avantageuse du tableau I. TABLEAU III Propriétés physiques Propriété Valeurs représentatives Méthode d'essai Masse volumique (kg.103/m3 à 25 C) 1,77 ASTM-D-i622 1,60-1,90 Dureté Rockwell 48 Shore D 68 ASTM-D-2240 Rdsistance au cisaillement MPa) 22,86 ASTM-D-732 Ces propriétés supportent favorablement la comparaison avec les propriétés normalement obtenues avec des matières renforcées à l'amiante utilisées dans l'art antérieur, en même temps queest offerte une capacité d'atté- nuation des sons encore inégalée Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titreexplicatif, mais nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent y. être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Composition pour plaque de support sans amiante atténuant les sons, capable d'être moulée directement entre la plaque métallique de support et la matière de friction de sabots de freins ferroviaires du type à surface de roulement et de créer entre elles une adhérence, caractérisée en ce qu'elle comprend en volume entre 35 et 45 % d'une matière de friction provenant de pneumatiques en caoutchouc renforcé par des fibres organiques ; entre 5 et 25 % de fibre additionnelle de renforcement ; entre 15 et 25 % d'argile dure de manufacture de caoutchouc ; entre 15 et 25 % d'aluminosilicate anhydre, le reste comprenant une résine phénol-formaldéhyde ; des accélérateurs de vulcanisation de caout choùc de l'oxyde de zinc ; et du noir de carbone. 2. Composition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la résine phénol-formaldéhyde comprend des résines de coques de noix de cajou. 3. Composition suivant la revendication -2, caractérisée en ce que les accélérateurs de vulcanisation du caoutchouc comprennent le disulfure de tétraméthylthiuram, le 2-mercaptobenzothiazole et du soufre de manufacture de caoutchouc. 4. Composition suivant la revendication 3, caractérisée en ce que la fibre de renforcement consiste en fibres formées de filaments de verre découpées en morceaux d'environ 6,35 mm de longueur. 5. Composition suivant la revendication 4, caractérisée en ce que les propriétés physiques de la composition de la plaque de support moulée comprennent un poids volumique de 1,60 à 1,90 x 103 kg/ml une résistance au cisaillement de plus de 21 MPa d'après la norme ASTM-D-732 t et une dureté Rockwell d'environ 50 d'après la norme ASTM-D-2240. 6. Composition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la fibre de renforcement comprend des linters de coton 7. Composition de plaque de support sans amiante atténuant les sons, capable d'hêtre directement moulée entre la plaque métallique de support et la matière de friction d'un sabot de frein ferroviaire du type à surface de roulement et de créer entre elles une adhérence, caractérisée en ce qu'elle comprend essentiellement, en volume 35-45 % de matière de friction formée de pneumatiques fragmentés 0-10 o- de caoutchouc SBR 5-25 % de fibreadditionnelle de renforcement ; 15-25 % d'argile dure de manufacture de caoutchouc ;; 0-25 % de charge inorganique additionnelle 0,35-0,40 % de soufre de manufacture de caoutchouc 1,0-2,0 % d'oxyde de zinc ; 0-1,6 % de noir de carbone , et 5-10 e de résine phénol-formaldéhyde ; le reste consistant en accélérateurs pour caoutchouc. 8. Composition de plaque de support sans amiante atténuant les sons capable astre moulée directement entre la plaque métallique de support et la matière de friction d'un sabot de frein ferrouiaire du type à surface de roulement et de créer entre elles une adhérence, caractérisée en ce qu'elle comprend essentiellement, en volume 41,64 % de matière de friction formée de pneumatiques fragmentés 6,07 % de fibres de verre coupées 1,82 % de caoutchouc 1502 SBR en miettes avec 10 % de talc 20,61 % d'argile dure de manufacture de caoutchouc 20,61 % d'aluminosilicate alcalin anhydre 6,91 % de résine phénol-formaldéhyde ; le reste consistant en agents de vulcanisation et d'accélération pour caoutchouc.