Brevet FR2562550A1 — publié le 19851011

AMAS FIBREUX POUR GARNITURES DE FRICTION ET PROCEDE DE FABRICATION L'objet de l'invention est un amas fibreux pour garnitures de friction fait de fibres de poly- acrylonitrile stabilisées thermiquement et un procédé pour sa fabrication. Les embrayages et les freins contiennent, en tant qu'éléments résistant durablement à l'usure ayant un coefficient de friction relativement élevé, indépendant, si possible, des conditions d'utilisation, des garnitures de friction qui sont généralement constituées d'un grand nombre de composants dont, préférablement, un composant fibreux. En tant que composant fibreux, il a été utilisé, jusqu'à présent, presque exclusivement l'amiante qui est remplacée de plus en plus, à cause de sa nature cancérigène, par des matériaux non toxiques. Parmi les matériaux de substitution possibles, se trouvent des fibres métalliques, des fibres de verre, des fibres céramiques, des fibres de carbone et des fibres stabilisées thermiquement à base de polyacrylonitrile (Chemiefasern/ Textilindustrie 32, 1982, 422-432). La stabilisation thermique des fibres de polyacrylonitrile est obtenue par réticulation oxydante des fibres qui, à cette fin, sont, par exemple, portées à environ 300 C dans une 2>5 atmosphère d'oxygène. Les fibres stabilisées sont infusibles, résistantes à la flamme, et elles ont une bonne résistance à l'abrasion. L'utilisation de ces fibres dans les garnitures de friction a été, jusqu'à présent, peu satisfaisante car les fibres ne peuvent pas être dispersées de façon suffisamment uniforme dans les garnitures. Les fibres forment, en se mélangeant aux autres composants de la garniture de friction, des conglomérats stables, de sorte qu'elles sont réparties plus ou moins en nids dans la garniture de friction finie. Le comportement sous friction est d'autant considérablement dispersé. On sa t améliorer le degré de répartition de fibres de polyacrylonitrile stabilisées thermiquement dans un mélange destiné à la fabrication d'électrodes de graphite contenant de la poudre de coke et de graphite, en utilisant des mélangeurs à grande vitesse dont les palettes d'agitation sont animées d'une vitesse périphérique de 5 à 50 m/s (DE-OS 26 59 374). Ce procédé n'a pas eu de succès pour les garnitures de friction, probablement à cause de la diversité des composants du mélange. Enfin, pour la préparation de mélanges de fibres de courte taille-carbone et d'une pcudre de résine synthétique, on sait démêler les composants dans un lit fluidisé et les mélanger (US-PS 4 335 965). Le procédé de mélange est, lui aussi, peu indiqué pour les garnitures de friction, en raison des grandes différences de densité des composants. L'invention s'est donc fixée pour objectif de réaliser un amas fibreux fait de fibres de poly- acrylonitrile stabilisées thermiquement, qui puisse être réparti uniformément dans des mélanges contenant des composants de garnitures de friction et transformé avec ceux-ci en garnitures de friction ayant des comportements sous friction améliorés. L'objectif est atteint avec un amas du type cité au début, qui est formé de fibres de polyacry- lonitrile stabilisées thermiquement, provenant du sectionnement en segments de 0,5 à 20 mm de câbles ayant plus de 100 000 filaments et un titre de 35 à 45 ktex, soumises à un tourbillonnement dans un courant d'air. Il a été surprenant de constater que la capacité de répartition des segments fibreux de poly- acrylonitrile stabilisée ther:niquement dépend des fibres d'origine, de la densité apparente de l'amas fibreux, et de la répartition des fibres dans l'amas. En présence d'une densité apparente supérieure à g/l, la partie devient plus conglomérée, la répartition dans la garniture de friction d'aggrégats nuisibles de fibres augmente considérablement; au- dessous d'une densité apparente de 25 g/l, on ne peut arriver à une répartition satisfaisante qu'en mélangeant très longtemps. Avec des densités comprises entre 23 et 175 g/l, on ne peut parvenir à la réparti- tion homogène des fibres dans la garniture de friction que si elles sont obtenues par tourbillonnement dans un courant d'air et proviennent de câbles ayant au moins 100 000 filaments et un titre de 35 à 45 ktex. La longueur des segments fibreux est comprise entre 0,5 et 20 mm et elle est déterminée pour chaque cas par le type de garniture de friction auquel l'amas fibreux est destiné. Enfin, des fibres particulièrement avantageuses sont celles qui ont une résistance à la traction d'au moins 0,2 kN/ mm et un module d'élasticité d'au moins 7 kN/ mm. Des fibres possédant ces carac- téristiques ne cassent pas lors de la dispersion de l'amas et lorsque l'on mélange ensemble les.composants de la garniture de friction, et elles augmentent l'élasticité de la garniture. Pour la préparation de l'ensemble fibreux, on sectionne des câbles constitués de fibres de poly- acrylonitrile stabilisées thermiquement, ayant au moins 100 000 filaments et un titre de 35 à 45 ktex, en segments de 0,5 à 20 mm de longueur, et l'on fait tourbillonner les segments dans un courant d'air pour former un amas fibreux de densité apparente comprise entre 25 et 50 g/l. Pour sectionner les câbles fibreux, toutes les machines utilisées pour la fabrication de courte taille sont en principe adéquates, par exemple, barre de coupe ou couteau rotatif, dans la mesure o la dispersion des longueurs t'est pas trop élevée. On fait ensuite tourbillonner les fibres dans un courant d'air et les isole de façon convenable dans un filtre ou dans un séparateur à cyclone. Suivant la méthode connue, il peut être procédé au sectionnement et au tourbillonnement des fibres dans un seul appareil, par exemple, dans un broyeur. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants: Exemple 1. Des cAbles de fibres de polyacrylonitrile stabilisées thermiquement ayant 360 000 filaments et un titre de 42 ktex, possédant une résistance à la traction égale à 0,25 kN/mm et un module d'élas- ticité de 9 kN/mm2, ont été sectionnés avec une barre de coupe en segments de 6 à 10 mm de longueur; on a fait tourbillonner les segments dans un courant d'air linéaire ayant une vitesse d'environ 200 m/s et on les a isolés dans un filtre. La densité apparente de l'amas de fibres était égale à environ 35g/1. Pour la fabrication d'une garniture de friction pour embrayage, il a été mélangé dans un malaxeur rapide à mélange forcé à pales en soc de charrue une charge contenant 20% de résine phénol-formaldéhyde, 20% de fibres de polyacrylonitrile stabilisé thermiquement, %c de fibres d'acier, 20% de poudre de fer et de cuivre, 15% de matières de remplissage inorganiques (carbonate de calcium, sulfate de baryum, oxyde d'aluminium) et 10%C de matières de remplissage organiques, le conglomérat a été comprimé en forme de garnitures à une température d'environ 150 C et l'on a fait durcir la résine phénolique en élevant la température à environ 180 C. Les fibres de polyacry- lonitryle stabilisées thermiquement étaient réparties uniformément dans la garniture de friction; la variance du coefficient de friction était inférieure à 5%. Exemple 2. Pour fabriquer des garnitures de freins pour freins à disques, on a sectionné par broyage des câbles de polyacrylonitrile stabilisé thermiquement ayant 150 000 filaments et un titre de 30 ktex, en segments de 1 à 2 mm de longueur; on a fait tourbillonner les segments dans le broyeur au moyen d'un courant d'air tangentiel ayant une vitesse de 300 m/s et on les a isolés dans un séparateur à cyclone. La densité apparente s'élevait à 160 g/l. Comme énoncé dans l'exemple 1, il a été mélangé une charge constituée de 15% de résine phénolformal- déhyque, 5% de fibres de polyacrylonitrile stabilisées thermiquement, 60% de fibres d'acier, 10% de poudre métallique (fer, cuivre), 5% de sulfate de baryum et de 5e de caoutchouc, et l'on a comprimé en garnitures de frein. Les fibres étaient réparties uniformément, la variance du coefficient de friction était faible, et le coefficient de friction n'était pas altéré même à des températures d'essai de 300-350%C et avec une charge multipliée. REVENDICATIONS 1- Amas fibreux pour garnitures de freins de fibres de polyacrylonitrile stabilisées thermique- ment, caractérisé en ce que: a) l'amas est constitué de segments de fibres obtenus en longueurs de 0,5 à 20 mm par sectionnement de câbles ayant au moins 100 000 filaments et un titre de 35 à 45 ktex; b) est soumis à un tourbillonnement dans un courant d'air, et; c) a une densité apparente comprise entre et 175g/1. 2- Amas fibreux selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance à la traction des fibres stabilisées thermiquement s'élève à 0, 2 kN/mm et que le module d'élasticité est au moins égal à 7kN/mm2. 3- Procédé pour la fabrication d'un amas fibreux selon la revendication 1, caractérise en ce que le câble de fibres de polyacrylonitrile stabilisées thermiquement ayant au moins 100 000 filaments et un titre de 35 à 45 ktex est sectionné en segments de longueurs comprises entre 0,5 et 20 mm, et que l'on fait tourbillonner les segments dans un courant d'air pour arriver à un amas fibreux ayant une densité apparente comprise entre 25 et 175 g/l.