Brevet FR2532244A1 — publié le 19840302

La présente invention concerne des garnitures pour embrayages à friction et un procédé de fabrication de ces garnitures. Les garnitures dlem- brayage comportent des brins ou filaments continus qui sont revêtus par extrusion d'une composition de résine durcissable pour friction, enroulés pour constituer une préforme et durcis thermiquement sous pression. Les garnitures d'embrayage préparées en suivant ce processus sont exemptes d'amine et présentent d'excellentes caractéristiques de résistance à l'éclatement. Grâce à sa résistance thermique#élevée, l'amiante a été utilisée depuis longtemps comme base principale des éléments de friction, en particulier dans l'industrie automobile. Lorsqu'elle est utilisée avec des compositions de résine appropriées, on obtient des éléments de friction extrêmement satisfaisants. Cependant, tout récemment, les dangers que présentent pour la santé la fabrication et l'utilisation de compositions et d'articles renfermant de l'amiante sont apparus. Il en est résulté que l'on a consacré de plus en plus d'efforts dans la mise au point de compositions exemptes d'amiante pour la fabrication d'éléments de friction.L'utilisation de fibre de verre dans de telles compositions de remplacement a été décrite dans l'art, par exemple dans les brevets des Etats Unis d'Amerique NO 3 743 069, 4 130 537 et 4 137 214. Dans ces compositions de l'art antérieur, la fibre de verre est incorporee soit sous forme de fibre hachée soit sous forme de brin continu . Dans le cas où la fibre de verre est utilisée sous forme de brin continu ,elle est normalement encollée, puis imprégnée d'une composition de résine de friction. Le brin est généralement imprégné par revêtement par immersion, c 'est-à-dire en le faisant d'abord passer dans une cuve contenant une solution diluée ou dispersion de la composition de résine (colle). Le brin imprégné, humide, traverse alors une tour ou autre équipement de séchage de manière à provoquer l'évaporation du solvant et à produire un brin imprégné de colle à l'état non cuit. Le brin est utilisé pour être enroulé en préforme, laquelle est alors thermiquement cuite sous pression par des techniques bien connues de manière à obtenir un élément de friction cuit. Le processus de revêtement par immersion utilisé pour l'imprégnation du brin continu nécessite généralement l'emploi de colles contenant des quantités importantes de solvant, souvent supérieures à 50 % en poids de la composition totale, de manière à assurer la pénétration convenable du brin et fournir des colles ayant une viscosité permettant leur utilisation dans l'équipement de revêtement. Lorsque la colle est une dispersion ou contient des solides dispersés, le dépôt ou la séparation des composants solides dans la cuve peut soulever un problème. En outre, le brin imprégné de colle doit être sec pour pouvoir être utilisé lors de la phase d'enroulement, laquelle nécessite l'emploi d'une tour de séchage ou autre équipement de séchage .De manière à satisfaire des règlements encore plus restrictifs concernant l'environnement, les solvants extraits lors de l'étape de séchage seront normalement récupérés au moyen d'un équipement de récupération de solvant élaboré et coûteux, puis recyclés. Ces étapes de séchage et de récupération de solvant sont à l'origine de coûts qui viennent s'ajouter au#:coûtsglobaux de fabrication.Une réduction sensible ou l'élimination du solvant lors de la fabrication de garnitures d'embrayage seraient par conséquent bénéfiques La présente invention concerne une garniture d'embrayage à friction comprenant un brin continu revêtu par extrusion d'une composition de résine de friction, et un procédé de fabrication d'une garniture d'embrayage à friction,où un brin continu est revêtu par extrusion d'une composition de résine de friction thermodurcissable,enroulé en préforme, puis durci thermiquement sous pression. Les garnitures d'embrayage présentent une excellente résistance à l'éclatement, et le procédé de leur fabrication permet d'éviter les opérations élaborées de séchage et de récupération de solvant lors du processus de revêtement par élimina tion ou réduction importante de l'utilisation de ces solvants. Des garnitures d'embrayage faites selon la présente invention comprennent une fibre ou un filament continu revêtu par extrusion d'une composition de résine de friction. Le brin ou filament continu utilisé dans la pratique de la présente invention peut être constitué de n'importe laquelle des fibres de renforcement connues telles que les fibres en verre, coton, graphite, aramide et analogues ainsi que les combinaisons de deux ou de plusieurs de ces fibres. De préférence, le brin continu sera en fibre de verre et traité avec des agents de couplage de manière à renforcer l'adhérence de la résine selon des pratiques bien connues dans l'art. Le brin sera de préférenoeencollé en étant imprégné avec un agent d'e collage tel qu'un latex de revêtement dit RFL, en faisant appel à des procédés et# compositions connus dans l'art et décrits, par exemple, dans les brevets des Etats Unis d'Amérique NO 3 973 071 et 3 925 286. La composition de résine de friction peut être n'importe laquelle des compositions de résine thermodurcissables, modifiées par le caoutchouc, que l'on utilise couramment dans la fabrication d'éléments de friction. Les compositions standard comprennent couramment une résine phénolique durcissable, c'est-à-dire- une résine thermodurcissable provenant d'un phénol et d'une aldéhyde, avec un modificateur en caoutchouc tel qu'en caoutchouc naturel ou un polymère caoutchouteux de chloroprène, butadiène, isoprène ou analogue,ou un copolymère de ceux-ci avec un ou plusieurs monomères copolymérisables, tels qu'un acrylate, méthacrylate ou autres alkylacrylate, acrylonitrile, styrène, alpha méthylstyrène, éthylène, propylène, vinyle pyridine et analogues. La composition peut en outre comprendre d'autres additifs incorporant des agents de vulcanisation, des accélérateurs, des aides à la réticulation, des modificateurs de friction et analogues selon la pratique bien connue. Des charges telles que le noir de carbone, le graphite, l'argile et analogues peuvent être également incluses, ainsi qu'une fibre minérale ou organique coupée telle que, par exemple, la wollastonite, la fibre en aradime, la fibre de verre et analogue. Les compositionsde résine de friction sont en soi généralement bien connues dans l'art. Le brin continu est revêtu par extrusion de la composition de résine de friction. On peut utiliser dans la pratique de la présente invention n'importe lequel des procédés connus dans l'art pour le revêtement d'un fil par extrusion. Un exemple de machine de revêtement par extrusion d'un fil avec un matériau pateux et visqueux est décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique NO 2 315 645 et fait appel à une filière de revêtement de fil. En variante, le filament ou brin continu peut traverser une filière de revêtement de fil, alimentée par une extrudeuse classique. On peut également faire appel à autres variantes comprenant le calandrage en continu qui a été largement employé pour le revêtement des fils dans le but de revêtir le brin ou filament continu. La composition de résine de friction sera appliquée à la température ambiante ou à une température élevée située au-dessous de la température de durcissement de la résine particulière utilisée. Dans le cas où la viscosité de la composition de résine , même à des températures élevées ~est trop grande pour permettre un revêtement satisfaisant, il peut s avérer souhaitable de diluer la compositiaide résine. avec une faible quantité de solvant de manière à réduire la viscosité et améliorer la vitesse de revêtement. Le brin sortant de la filière d'extrusion sera: ainsi revêtu avec une composition de résine de friction sensiblement sèche, à l'état non durci. Le processus de revêtement par extrusion peut également être employé pour revêtir simultanément une pluralité de brins de manière à former un ruban ou bande comportant des brins distants les uns des autres en étant côte-à-cô#e. Le brin ou bande revêtu est alors introduit dans une machine d'enroulement et enroulé pour constituer une préforme. Une préforme est un article à structure lâche constitué de composants de renforcement tissés ou enroulés qui sont imprégnés d'une composition de résine durcissable à l'état non durci ou partiellement durci.Dans un procédé de formation d'une préforme, une ou plusieurs bandes revêtues par extrusion sont enroulées en spirale, faceà-face, de maniere à constituer une préforme se présentant comme un disque annulaire enroulé ayant les dimensions et le poids désir'#s.Une seconde technique de préparation de préformes consiste a enrouler par came un brin ou une bande revêtu suivant une configuration ondulante, telle que celle qui est, par exemple, décrite dans le brevet des Etats Unis d'Amérique NO 3 600 258, de manière à former une préforme se présentant en disque annulaire ayant les dimensions et le poids désirés. La préforme est alors chauffée et soumise à une certaine pression de manière à produire un élé- ment de friction durci selon des procédés bien connus dans l'art Les garnitures d'embrayage de friction de la présente invention et le procédé de leur préparation seront mieux compris à l'examen des exemples suivants qui sont donnés à titre d'illustration. EXEMPLE 1 Une composition de résine de friction comprenant 16 % en poids d'élastomère et 26,6 % en poids de résine phénolique avec des charges minérales, des aides au durcissement, des agents collants et du graphite,est enduite par extrusion sur un brin de fibre de verre encollé. Le revêtement par extrusion est exécuté en faisant passer le brin de fibre dans une filière d'extrusion pour revêtement de fil alimentée par une extrudeuse dite Brabender, dans laquelle la température de cylindre est de 350C pour extruder la composition de résine . Le brin revêtu est constitué de 35 % en poids de fibre de verre (en moyenne), et de 65 % en poids de composition de résine à l'état partiellement durci. Le brin revêtu est enroulé par came de manière à former une préforme de garniture d'embrayage. La préforme est placée dans un moule sous une pression de 140 x 105 Pa et chauffée à une température de 1750C pendant une durée de 5 mn, puis durcie à une température de 2000C pendant une durée de 5 heures. Les garnitures d'embrayage durcies ont une résistance moyenne à l'éclatement de 13100 trin. EXEMPLE 2 Une composition de résine de friction est préparée qui contient 20,7 % en poids d'élastomère, et 10,8 % en poids de résine phénolique avec des charges minérales, des agents curatifs, des modificateurs de friction et des fibres d'aramide coupées en peluche (6 mm) layant pour marque Kevlar fabriquéespar la société dite DuPont Co.). La composition est mélangée à du méthyléthylcétone de manière à réduire la viscosité et extrudée à une température de 300C pour donner un brin de fibre de verre avec utilisation d'une filière de revêtement de fIl;' par extrusion montée sur une extrudeuse Brabender. Le brin revêtu est enroulé par came pour donner une préforme#de garniture diembraya- ge.La préforme est séchée à l'air de manière a extraire le solvant, puis placée dans un moule sous une pression de 140 x 105 Pa et chauffée à une température de 1750C pendant une durée de 5 mn de manière à durcir la préforme. La garniture est alors durcie à une température de 2000C pendant une durée de 5 heures sous une pression de 35 x-105 Pa. Les garnitures d'embrayage durcies ont une résistance moyenne à l'éclatement de 11300 tr/mn. EXEMPLE 3 La composition de résine de friction de l'exemple 1 est utilisée pour revêtir par extrusion quatre brins de fibre de verre parallèlesen faisant passer simultanément les brins dans une filière com portant une filière pour ruban plat à l'orifice de sortie et alimentée par une extrudeu Brabender. La bande plate résultante estqutilisée dans la préparation d'une préforme-enroulée par came qui est alors durcie sous une pression de 140 x 105 Pa à une température de 1750C comme auparavant de manière à obtenir une garniture d'embrayage de friction. EXEMPLE 4 Une composition de résine de friction comprenant 15,5 % en poids d'élastomètre, 8,0 % en poids de résine phénolique, 19,3 % en poids de fibre de verre hachée et 5,5 % en poids de fibre aramide (sous forme de pulpe d'aramide Kevlar sèche provenant de la société E. I. DuPont Co.), avec des charges minérales, des agents curatifs et des modificateurs de friction, est préparée par mélange de poudre à sec. Le mélange de poudre est alors introduit directement dans une extrudeuse Brabender et extrudé à une température de 1000C dans une filière pour ruban, de manière à faire la démonstration de l'aptitude à une extrusion facile de la composition. Il apparaîtra d'après les exemples précédents qu'un brin ou filament continu peut être revêtu par extrusion d'une composition de résine de friction et employé dans l'enroulement de préformes avec des filaments de manière à produire des garnitures d'embrayage de friction présentant une excellente caractéristique de résistance à l'éclatement. La composition de résine de friction peut être utilisée directement dans le processus d'extrusion (exemple 1) ou mélangée à un solvant de manière à modifier la viscosité de la résine comme dans l'exemple 2. Le brin revêtu par extrusion résultant ne nécessite aucun séchage ultérieur avant d'être enroulé en préforme. Dans le cas où l'on utilise des solvants pour modifier la viscosité de la résine à l'extrusion, le brin revêtu résultant peut être enroulé sans séchage en préforme. La préforme peut alors être séchée dans un équipement moincomplexe, où la récupération du sclvant est facilitée, ce qui permet de réduire les pertes de solvant et d'améliorer les facteurs de coût correspondants L'inclusion de fibres courtes, telles que la fibre aramide hachée (exemple 2) ou la pulpe aramide (exemple 4)d permet d'améliorer remarquablement la résistance d l~usure des éléments de friction résultants. L8utilisation de fibre coupée (exemple 2) a nécessité l'incorporation d'un solvant pour réduire laviscosité de la composition de résine à un niveau convenant à un revêtement par extrusion. Dans le cas où l'on a utilisé la fibre aramide sous forme de pulpe constituée de fibres hautement fibrillées, la composition de résine de friction pouvait être facilement extrudée sans qu il soit nécessaire d'inclure un solvant. Les garnitures d'embrayage de friction peuvent être facilement préparées par ce procédé en employant de la pulpe de fibre aramide dans la composition de résine de friction. On notera ainsi que la présente invention concerne un procédé de fabrication de garnitures d'embrayage à friction comprenant le revêtement par extrusion d'un brin de fibre continu avec une compo position de résine de friction durcissable, llenroule- ment du brin en préforme, et le durcissement thermique de la préforme sous pression. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits; elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation d'une garniture d'XhraEzaw àfriction, comprenant les étapes de fourniture d'au moins un brin continu imprégné d'une composition de résine de friction, d'enroulement du brin continu de manière à constituer une préforme ayant l'aspect d'un disque annulaire, et de durcissement thermique de la préforme sous pression, caractérisé en ce que le brin continu est imprégné par un processus de revêtement par extrusion du brin avec une composition de résine de friction sensiblement exempte de solvant, comprenant une résine thermodurcissable modifiée par caoutchouc et une fibre choisie dans le groupe constitué de la fibre de verre hachée, de la fibre d'aramide hachée, de la pulpe de fibre d'aramide et de leurs mélanges. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le brin continu est formé d'une fibre choisie dans le groupe constitué de la fibre de verre, de la fibre aramide et de leurs mélanges.