Brevet FR2556432A1 — publié le 19850614

La présente invention se rapporte à une garniture de friction pour freins et embrayages, comportant des fibres, des charges et un liant, ledit liant comportant au moins en partie une résine phénolique. De telles garnitures donnent généralement satisfaction mais ont pour inconvénient de ne pas toujours présenter de bonnes propriétés adhésives après polymérisation vis-à-vis de certaines charges, notamment des charges minérales dépourvues d'ensimage. Ces défauts d'adhésivité se traduisent par une baisse des propriétés mécaniques (module de Young, résistance à la traction) ainsi que par des conditions d'utilisation moins bonnes, notamment une usure accentuée et une augmentation de la bruyance. La présente invention a pour objet une garniture de friction pour freins et embrayages, du type indiqué ci-dessus, dont le liant, qui comporte au moins en partie une résine phénolique comporte également un adjuvant destiné à améliorer la cohésivité de la garniture, sans nuire aux qualités de frottement, de robustesse, de résistance à l'usure, de stabilité, et de tenue thermique, de cette garniture. Suivant l'invention, une garniture de friction pour freins et embrayages, comportant des fibres, des charges et un liant, ledit liant comportant au moins en partie une résine phénolique, est caractérisée en ce que ledit liant comporte également une résine époxy. Cette résine époxy joue le rôle d'un agent de liaison entre, d'une part, la résine phénolique avec laquelle elle est compatible, et, d'autre part, les fibres et les charges. Ainsi, la résine époxy est un adjuvant de cohésivité de la garniture mais ne doit pas, en contre-partie, nuire aux propriétés fondamentales de la garniture, notamment son coefficient de frottement qui doit rester élevé, ses propriétés mécaniques essentielles, sa stabilité, sa tenue, et sa résistance à l'usure, nonobstant les conditions extrêmement sévères de température, par exemple 600 C et d'efforts,auxquelles la garniture se trouve exposée en fonctionnement dans un frein ou un embrayage. Or, la résine époxy est connue pour avoir en général un effet fragilisant qui semble a priori peu compatible avec une application à des freins et embrayages et surtout pour être mal adaptée à un fonctionnement à température élevée, par exemple 6000C, qui est celui de ces appareils où des organes sont admis à frotter les uns contre les autres à grande vitesse, sous forte charge et avec un coefficient de frottement élevé, de l'ordre de 0,3 ou 0,4, et ceci, contrairement à des conditions de fonctionnement bien plus douces que l'on rencontre couramment dans nombre d'autres appareils, par exemple paliers, coussinets etc...,dans lesquels on recherche, au contraire, à diminuer le frottement. De manière surprenante, il est apparu que la résine époxy, pourvu qu'elle fasse partie du liant dans des proportions bien définies, peut surmonter avec succès un tel handicap et non seulement conférer a la garniture une excellente cohésivité mais également lui conserver toutes ses qualités fondamentales de frottement, de robustesse, de résistance à l'usure et à la fatigue, de tenue et de stabilité dans les sévères conditions de fonctionnement, à température élevée, des freins et embrayages. Plus précisément, suivant l'invention, le liant de la garniture a globalement un coefficient EEW compris entre 300 et 5000 et de préférence compris entre 800 et 1800 et de préférence voisin de 1200. Le coefficient EEW (abréviation de l'expression en langue anglaise "EPOXIDE EQUIVALENT WEIGHT") est le poids de résine exprimé en grammes qui contient un gramme équivalent du cycle époxy, c'est-à-dire Autrement dit, une résine est d'autant moins riche en cycles époxy que son coefficient EEW est plus élevé. Pour fixer les idées, les résines contenant des cycles époxy, qui sont proposées dans le commerce, sont présentées, soit sous forme de résines dites phénoliques époxy par exemple DEN 485 ou DEN 438 de DOW CHEMICALS, P 7079 PALMER PRODUCTS dont les coefficient EEW sont compris entre 170 et 240, SG 3378 de SCHENECDATY dont le coefficient EEW est de l'ordre de 1000, soit sous forme de résines dites simplement époxy, par exemple EUREPOX 780 de SCHERING et ES 777 de ELECO, dont le coefficient EEW est compris entre 80 et 250. Comme on le voit, le coefficient EEW du liant de la garniture suivant l'invention est largement supérieur à celui des résines du commerce qui contiennent des cycles epoxy. De ce fait, le liant de la garniture suivant l'invention présente la particularité d'une proportion de résine phénolique dans un mélange de résine phénolique et de résine epoxy, beaucoup plus important que dans les produits usuels du commerce. C'est d'ailleurs grâce à cette particularité que le liant de la garniture suivant l'invention permet d'excellentes performances dans l'application aux freins et embrayages. Ces performances sont illustrées, à titre d'exemple, par les dessins ci-annexés, dans lesquels la figure 1 montre les variations du module de Young Y de la garniture en fonction de EEW. la figure 2 montre les variations de la résistance à la traction RT de la garniture en fonction de EEW la figure 3 montre les variations du coefficient de frottement CF de la garniture en fonction de EEW; la figure 4 montre les variations de l'usure U de la garniture en fonction de EEW. la figure 5 montre la résistance à la fatigue de deux garnitures, l'une avec un coefficient de EEW nul, et l'autre avec un coefficient EEW avoisinant 1200. En référence à la figure 1, on a porté en abcisses le coefficient EEW et en ordonnées le module de Young Y de la garniture exprimé en MPa (Méga Pascal). On voit que dans la fourchette 300 - 5000 de EEW, le module de Young Y est excellent puisqu'il est voisin de 20.000. En référence à la figure 2, on a porté en abcisses le coefficient EEW et en ordonnées la résistance à la traction RT de la garniture exprimée en MPa. Cette résistance à la traction dépasse largement 20 tout au long de la fourchette 300 - 5000 et devient maximale et de l'ordre de 40 lorsque EEW avoisine 1200. En référence à la figure 3, on a porté en abcisses le coefficient EEW et en ordonnées le coefficient de frottement CF de la garniture. Le coefficient de frottement ne descend pratiquement pas en dessous de 0,3 tout au long de la fourchette 300 - 5000 et atteint un maximum de l'ordre de 0,4 lorsque EEW est proche de 1200. En référence à la figure 4, on a porté en abcisses le coefficient EEW et en ordonnées l'usure U de la garniture, exprimée en mg/Kwh (milligrammes par Kilowattheur). On voit que tout au long de la fourchette 300 - 5000, l'usure est faible puisqu'elle est sensiblement inférieure à 500. Cette usure devient minimale et proche de 250 lorsque EEW avoisine 1200. On notera que lorsque le coefficient EEW est supérieur à 5000, la cohésivité de la garniture devient insuffisante, tandis que lorsque le coefficient EEW est inférieur à 300, la tenue thermique devient moins bonne. En référence à la figure 5, on a porté en ordonnées les valeurs logarithmiques des contraintes cycliques appliquées Sa exprimées en MPa et en abscisses les nombres de cycles N correspondant à la rupture. Ces courbes confirment que les propriétés mécaniques de la garniture citée en objet sont meilleures et gardent un bon niveau pour un nombre de sollicitations nettement plus important. De préférence, suivant l'invention, la proportion en poids du liant dans la garniture est comprise entre 5 % et 25 % et de-préférence comprise entre 8 % et 20 %. Suivant une autre caractéristique, les fibres qui com- portent au moins en partie des fibres d'un type faisant partie du groupe qui comprend des fibres minérales, métalliques et organiques, ont une proportion en poids comprise entre 30 et 70 %. Suivant une autre caractéristique encore, les charges qui comportent au moins en partie des charges d'un type faisant partie du groupe qui comprend la poudrette de caoutchouc, le sulfate de baryte, le blanc de Meudon, la cyanite, le soufre, la pyrite, la cardolite, la litharge, le carbon black, le graphite, le coke, le sulfure de molybdène, la poudre de cuivre, la poudre de fer, la poudre d'étain, l'oxyde de fer, la galène, le kaolin, le zircon, et le mica, ont une proportion en poids dans la garniture comprise entre 5 % et 65 %. Des exemples de fabrication de la garniture de friction suivant l'invention, sont donnés, ci-après, à titre non limitatif. EXEMPLE I Une garniture de friction pour frein à disque est avantageusement composée des constituants suivants en % poids, pour un EEW de 1200 du liant, formant matrice. Résine formophénolique solide 13,6 Résine phénolique/epoxy (DEW 485 DOW chemical) EEW 180) 2,4 Cardolite 10,0 Poudrette de caoutchouc 3,0 Sulfate de baryte 15,0 Blanc de Meudon 10,0 Cyanite 5,0 Laine de laiton 6,0 Laine minérale à base de silico aluminate de calcium 35,0 Les différents constituants sont mélangés dans un mélangeur rotatif, puis on réalise une préforme qui est pastillee sous une pression de 200 bars et cuite en moule 15 minutes à 130-1400C sous une pression de 380 bars, puis stabilisée 3 heures en étuve à 2000C. La garniture ainsi obtenue présente les caractéristiques suivantes vis-à-vis d'un témoin à base de résine phénolique seulement. Résistance Module Coefficient usure mécanique de Young de frottement mg/Kwh MPA MPA MPA MPA Témoin 31 20 400 0,40 320 Garniture objet 41 18 390 0,39 250 de I'lllvention En même temps, on note une diminution du nombre de coups de frein bruyants, de l'intensité des bruits et de 1' aggressivité de la garniture vis-à-vis du contre-matériau. EXEMPLE II Une garniture pour frein à disque est élaborée à partir d'un liant, formant matrice, ayant un EEW de 3000, selon les proportions en poids, ci-après Résine phénolique solide 9 Résine phénolique epoxy SG 3378 4 (SCHENECTADY EEW 1000) Soufre 2 Amiante 20 Pyrite 8 Cardolite 4 Sulfate de baryte 20 Litharge 10 Carbon black 2 Graphite -3 Laiton 18 On mélange l'ensemble des éléments dans un mélangeur rotatif puis on pastille en forme sous 200 bars, on cuit sous 350 bars à 130-1400C pendant 20 minutes et on stabilise en étuve, 3 heures à 2100C. La garniture ainsi constituée présente de bonnes propriétés mécaniques et de service (frottement, usure). EXEMPLE III Une garniture pour frein à disque est élaborée à l'aide d'un liant, formant matrice, présentant un EEW 760 à partir des constituants ci-après en poids Résine phénolique liquide 6,1 Résine epoxy, EUREPOX 780 1,5 (SCHERING EEW 180) Durcisseur GENAMID 350 0,4 Graphite 3,0 Carbon black 2,0 Coke 10,0 Sulfure de molybdène 2,0 Poudre de cuivre 5,0 Laine d'acier 30,0 Poudre de fer 28,0 Sulfate de baryte 12,0 On mélange l'ensemble comme précédemment, on pastille en forme sous une pression comprise entre 200 et 1000 bars à température ambiante, ou voisine de l'ambiance (environ à 1000C), on stabilise en étuve à 2500C pendant trois heures. La garniture ainsi constituée présente de bonnes propriétés mécaniques et de service (frottement, usure). EXEMPLE IV Une garniture pour frein tambour est réalisée à l'aide d'un liant présentant un EEW de 1450 à partir des constituants suivants Résine formophénolique solide 21,75 Résine phénol epoxy P 7079 (PALMER PRODUCTS EEW 190) 3,25 Poudrette de caoutchouc 5,00 Cardolite 8,00 Poudre d'étain 2,00 Sulfate de baryte 15,00 Oxyde de fer 5,00 Amiante 40,00 On mélange les constituants dans un mélangeur rotatif puis on pastille ce mélange à la forme requise. Les pièces subissent ensuite une stabilisation en étuve pendant 5 heures à 2200C. La garniture ainsi constituee présente de bonnes propriétés mécanique et de service (frottement, usure). EXEMPLE V Cet exemple concerne une garniture d'embrayage obtenue par enroulement d'un fil imprégné d'un ciment. Le fil est constitue par une laine formée par des fibres minérales, des fibres organiques naturelles et/ou synthétiques et Qu cuivre dans les proportions 40/40/20 parties en poids. Le ciment dont le liant total a un EEW de 1850 est formé par les constituants suivants en poids 8 : Caoutchouc SBR 5,0 Résine phénolique 17,5 Résine phénol epoxy (DEW 438) (DOW CHEMICAL EEW 185) 2,5 Carbon black 10,0 Graphite 3,0 Galène 15,0 Blanc de meudon 10,0 Sulfate de baryte Kaolin 10,0 Zircon 5,0 Soufre 5,0 Le fil est imprégné par le ciment en suspension dans un solvant, à concurrence de son propre poids. Après séchage, le fil imprégné est enroulé sous forme d'une couronne qui constitue l'ébauche d'un disque, qui est ensuite cuite en moule à 1600C pendant 20 minutes, sous 500 bars puis stabilisé 5 heures à 1800C. La garniture d'embrayage ainsi obtenue présente d'excellentes performances de frottement et une bonne tenue mécanique (résistance à l'essai de centrifugation). EXEMPLE VI Une garniture de frottement est constituée à partir d'un liant présentant un EEW de 360 réalisé à partir des constituants suivants en poids : Résine phénolique liquide 10 Résine epoxy ES 777 (ELECO) (EEW 180) 5 Durcisseur W (ELECO) 5 Fibres d'amiante 35 Fibres de cellulose 35 Mica 5 Oxyde de Fer 5 Après défibrillation des fibres de cellulose, l'ensemble des constituants est mélangé dans un mélangeur à palettes, puis les matières sont mises en forme, séchées à 600C environ et stabilisés en étuve 2 heures à 1700C. La matière de frottement ainsi réalisée présente de bonnes propriétés mécaniques et de service (frottement et usure) en particulier pour des opérations d'accouplement par friction. REVENDICATIONS 1) Garniture de friction pour freins et embrayages, comportant des fibres, des charges et un liant, ledit liant comportant au moins en partie une résine phénolique, caractérisée en ce que ledit liant comporte également une résine epoxy. 2) Garniture de friction suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le liant a globalement un coefficient EEW compris entre 300 et 5000 et de préférence compris entre 800 et 1800. 3) Garniture de friction suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le coefficient EEW du liant est voisin de 1200. 4) Garniture de friction suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le liant comporte un mélange de constituants incluant une résine phénolique et une résine phénolique-epoxy. 5) Garniture de friction suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la résine phénolique-epoxy est d'un type faisant partie du groupe qui comprend DEN 485, SG 3378, P 7079 et DEN 438. 6) Garniture de friction suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le liant comporte un mélange de constituants incluant une résine phénolique et une résine epoxy. 7) Garniture de friction suivant la revendication 6, caractérisée en ce que la résine epoxy est d'un type faisant partie du groupe qui comprend EUREPOX 780 et ES 777. 8) Garniture de friction suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la proportion en poids du liant dans la garniture est comprise entre 5 % et 25 % et de préférence comprise entre 8 % et 20 %. 9) Garniture de friction suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les fibres qui comportent au moins en partie des fibres d'un type faisant partie du groupe qui comprend des fibres minérales, métalliques et organiques, ont une proportion en poids comprise entre 30 et 70%. 10) Garniture de friction suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les charges qui comportent au moins en partie des charges d'un type faisant partie du groupe qui comprend la poudrette de caoutchouc, le sulfate de baryte, le blanc de Meudon, la cyanite, le soufre, la pyrite, la cardolite, la litharge, le carbon black, le graphite, le coke, le sulfure de molybdène, la poudre de cuivre, la poudre de fer, la poudre d'étain, l'oxyde de fer, la galène, le kaolin, le zircon, et le mica, ont une proportion en poids dans la garniture comprise entre 5 % et 65 %.