Brevet FR2570089A1 — publié le 19860314

1. "Débris de fibres pour garnitures de friction et procédé pour leur réalisation." L'invention concerne des débris de fibres de nitrile polyacrylique, thermiquement stabilisées, destinés à des garnitures de friction, ainsi qu'un procédé pour leur réalisation. Les embrayages et les freins comportent com- me éléments résistant à l'usure, des garnitures de fric- tion, dont le coefficient de friction doit être en pratique indépendant des conditions d'exploitations, par exemple de la température ou de la composition de l'atmosphère. La plupart des garnitures de friction contiennent des compo- sants sous forme de fibres, jusqu'à maintenant presque ex- clusivement de l'amiante, qui, du fait de ses propriétés cancérigènes, doit être remplacée par des substances non toxiques. Des matériaux possibles de substitution sont, entre autres, les fibres métalliques, les fibres de verre, les fibres de carbone et les fibres de nitrile polyacryli- que thermiquement stabilisées, (Chemiefasern/Textil-indus- trie 32, 1982, 422-432). Les fibres de nitrile polyacryli- que thermiquement stabilisées sont infusibles, elles résis- tent à la flamme et elles ont une résistance élevée à l'abrasion. Elles sont surtout réalisées par rétieulation oxydante des cha nes moléculaires en chauffant les fibres à environ 300 0C dans une atmosphère contenant de l'oxygène. L'utilisation des fibres dans les garnitures de friction n'était jusqu'à maintenant pas satisfaisante, surtout du 2.- fait de la répartition non uniforme des fibres dans la garniture de friction. Lors du mélange avec les autres composants de la garniture, les fibres forment des agglomé- rats résistants qui sont plus ou moins répartis par nids dans la garniture de friction terminée. Le comportement à la friction de telles garnitures présente en conséquence une dispersion importante. Il est connu d'améliorer le degré de répartition de fibres polyacryliques stabilisées thermiquement dans des mélanges contenant de la poudre de coke et de graphite et qui sont utilisés pour la réa- lisation des électrodes en graphite, par mélanges dans des mélangeurs à grande vitesse, dont les pales d'agita- teurs sont mûes à des vitesses périphériques de 5 à m/s (DE-OS 26 59 374). Dans le cas du mélange des i 5 composants de garnitures de friction, ce procédé n'abou- tit pas à un bon résultat, vraisemblablement à cause des grandes différences de densité entre les composants. Il est finalement connu d'ameublir dans un lit fluidifié, des mélanges contenant de petits tronçons de fibres de carbone et de la poudre de résine synthétique puis de mixer le mélange ainsi ameubli (US-PS 4 335 965). Même ce procédé de mixage convient peu pour le mélange des composants dUne garniture de friction. Les fibres en nitrile polyacrylique stabi- lisées thermiquement sont soumises lors du mélange à des contraintes mécaniques importantes, qui surtout du fait de la fragilité des fibres, peuvent aboutir à la rupture des fibres ou même à leur pulvérisation complète. Il est connu d'améliorer l'aptitude à la manipulation, par exem- ple la résistance au flambage, de structures textiles par enduction des fibres avec un enduit. Si les fibres sont traitées pour constituer une structure composite par exem- ple une garniture de friction, 1' enduit doit évidemment *tre compatible avec la matrice choisie. Cette condition limite l'étendue d'utilisation des enduits, de sorte 3.- que les nombreux enduits connus ne peuvent avantageusement être utilisés que pour un type de fibres et un système de matrice déterminé. L'invention a en conséquence pour but de créera à partir de fibres de nitrile polyacrylique thermi- quement stabilisées, des débris de fibres convenant pour des garnitures de friction, ces fibres ne se brisant pas en pratique lors de leur traitement, pouvant être réparties uniformément dans des mélanges avec d'autres composants des garnitures de friction, et étant fermement intégrées dans la matrice de la garniture de friction. Ce but est atteint, conformément à l'inven- tion en ce que: a) ces débris sont constitués de tronçons de fibres de longueurs allant de 0,5 à 20 mm, qui sont obtenus par tronçonnage d'un fil à filaments multiples comportant au moins 100 000 filaments et d'un titre allant de 35 à ktex b) les filaments sont enduits d'un résol c) les débris sont mis en tourbillonnement dans un courant d air, d) ils ont une densité en vrac allant de 30 à 180 g/l. De façon surprenante, on a découvert que des filaments enduits de résol ne se brisent pas dans le procédé classique de réalisation de garnitures de friction, peuvent être uniformément mélangées, sous la forme d'une accumulation de débris de fibres, avec les composants de la garniture de friction et être fermement intégrés dans une matrice contenant une résine phénoliqueo Pour la répartition uniforme des fibres, l'ameublissement de l'accumulation de débris de fibres est évidemment une condition nécessaire. Dans le cas d'une densité en vrac supérieure à 180 g/l, la fraction des àgrégats d'agglomérations s'accrolt, de sorte qu'on n'obtient pas une répartition suffisamment uni- forme des fibres pour garantir un bon comportement de la 4.- garniture de friction. Au-dessous d'une densité en vrac de 30 g/1 on ne peut obtenir une répartition satisfai- sante des fibres qu'avec des temps de mélanges très longs. Une seconde condition pour la répartition uniforme des fibres est leur mise en tourbillonnement dans un courant d'air. Les fibres sont obtenues à partir d'un fil à fila- ments multiples comportant au moins 100 000 filaments et un titre de 35 à 45 ktez, la longueur des tronçons de fi- bres étant de 0,5 à 20 mm. Cette longueur est déterminée dans chaque cas particulier par le type de la garniture de friction pour laquelle les débris de fibres ont été prévus. Avantageusement, la résistance à la traction des fibres et leur module d'élasticité sont respectivement d'au moins 0,2 kN/mm2 et 7 kN/mm2. La proportion de l'en- duit de résol rapporté à la masse des fibres se détermine également d'après l'utilisation respectivement prévue pour les débris de fibres, de bons résultats étant obtenus avec une proportion de résine de 5 à 25 % en poids. Pour la fabrication des débris de fibres ther- miquement stabilisées en nitrile polyacrylique, on détord des fils à filaments multiples comportant au moins 100 000 filaments et on les fait passer dans un bac rempli d'une solution de résol. La concentration du résol est d'environ à 25 %, le solvant étant avantageusement de l'eau. D'au- tres solvants utilisables sont l'éthanol ou le méthanol. Lors de ce traitement, la solution dont la viscosité se situe environ entre 100 et 500 mPa. s, mouille la surface des filaments et forme un film continu. A la suite du bac d'imprégnation est installé un canal de séchage dans le- quel les fils ainsi enduits sont séchés par chauffage en- tre environ 120 et 15000, tandis que le résol est partiel- lement durci. La structure de résine de résol ne doit plus coller après ce traitement thermique. Ensuite, le fil ainsi enduit est haché en tronçon de 0,5 à 20 mm de long. Tous les outils utilisés pour la fabrication de courts 257008V9- 5.- tronçons de fibres conviennent pour le hachage de ce fil, par exemple des barres de coupe ou des couteaux tournants, à condition que la dispersion des longueurs de fibres ne soit pas trop importante. Les tronçons de fibres sont en- suite mis en tourbillonnement dans un courant d'air et une accumulation de débris de fibres est séparée dans un filtre ou un cyclone. On peut de façon connue, réunir la coupe et la mise en tourbillonnement des fibres dans un équipement d'ensemble. Pour une longueur donnée des tron- çons de fibres, la densité en vrac de l'accumulation des débris de fibres est réglée par l'intermédiaire de la vi- tesse du courant d'air dans la chambre de tourbillonne- ment. L'invention va être exposée plus en détail en se référant à un exemple de réalisation: Un fil à filaments multiples en nitrile poly- acrylique stabilisé thermiquement et comportant 320 000 filaments, de titre 40 ktex, de densité 1,40 g/cm3 dont la résistance à la traction est de 0,25 kN/mm2 et le module d'élasticité est de 9 kN/mm2, est enduit avec une solution aqueuse de résol. Cette solution contient 20 % de résol, la viscosité est d'environ 150 mPa. s (20 0C). le fil passe à travers un bac rempli de la solution (temps d'im- mersion de l'ordre d'une minute), il passe sur des cylin- dres d'essorage pour essorer le produit d'imprégnation excédentaire, puis il est chauffé dans un canal de séchage dans un courant d'air à environ 130 0. La fixation de ré- sol est de 10 %, l'épaisseur de la couche du film de résol qui ne colle plus aprbs le traitement thermique, est d'en- viron 1 à 2 / m. Le fil ainsi enduit est haché avec une barre de coupe en tronçons d'environ 3 à 10 mm de longueur, ces tronçons étant mis en tourbillonnement dans un courant d'air linéaire d'une vitesse d'environ 200 m/s, puis sé- parés dans un filtre. La densité en vrac de l'accumulation de débris de fibres ainsi formes est d'environ 50 g/l. -..... 2570089 6.- Pour fabriquer une garniture de friction destinée à des embrayages, une préparation, contenant 20 % de résine phénolformaldéhyde, 15 % de fibres d'acier, % de poudre de fer et de cuivre, 15 % de charges inorga- niques (carbonate de calcium, sulfate de baryum, oxyde d'aluminium), 10 % de charges organiques (poussière de caoutchouc) et 20 % des débris de fibres précités, consti- tués à partir de fibres enduites, en nitrile polyacrylique, stabilisées thermiquement, est mélangée dans un malaxeur à mélange forcé, muni de palettes en socs de charrue et tour- nant rapidement. Puis, le mélange est pressé à une tempé- rature d'environ 15000 pour constituer des garnitures de friction, et la résine phénolformaldéhyde est durcie par chauffage à environ 180 C0. L'examen microscopique de la garniture de friction montre pour la majeure partie des fibres, l'absence de raccourcissement de ces fibres, une répartition uni- forme des fibres et une très bonne intégration des fibres enduites dans la matrice de résine phénolformaldéhyde. TL'état qualitatif est confirmé par la faible dispersion des vitesses d'usure mesurées sur un banc d'es- sai et par la vitesse de rotation d'éclatement, qui est supérieure à celle des garnitures contenant des fibres non enduites. 7.- REVE N D I C A I 0 N S 1.- Débris de fibres de nitrile polyacrylique, thermiquement stabilisées, pour garnitures de friction, débris caractérisés en ce que: a) ces débris sont constitués de tronçons de fibres de longueurs allant de 0,5 à 20 mm, qui sont obtenus par tronçonnage d'un fil à filaments multiples comportant au moins 100 000 filaments et d'un titre allant de 35 à ktex, b) les filaments sont enduits d'un résol c) les débris sont mis en tourbillonnement dans un courant d'air d) ils ont une densité en vrac allant de 30 à 180 g/l. 2.- Débris de fibres selon la revendication 1, caractérisés en ce que la résistance à la traction des fibres est d'au moins 0,2 kN/mm2, tandis que leur module d'élasticité est d'au moins 7 kN/mm2. 3.- Débris de fibres selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisés en ce que la fibre enduite comporte 5 à 20 % en poids de résol. 4.- Procédé pour la réalisation de débris de fibres selon la revendication 1, caractérisé en ce que: a) un fil à filaments multiples en nitrile polyacrylique thermiquement stabilisé, comportant au moins 100 000 filaments et un titre de 35 à 45 ktex, est enduit d'une solution de résol et le fil ainsi enduit est séché, b) les fibres ainsi enduites sont divisées en tronçons de 0,5 à 20 mm de longueur, c) par tourbillonnement dans un courant d'air, on consti- tue une accumulation de débris de fibres avec une densité en vrac de 30 à 180 g/l. 5.- Procédé selon la revendication 4, carac- térisé en ce qu'on utilise une solution aqueuse de résol. 6.- Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 4 et 5, caractérisé en ce qu'on utilise des solu- tions aqueuses contenant 5 à 25 % de résol.