Brevet FR2581149A1 — publié le 19861031

La présente invention concerne un matériau de friction poreux, notamment pour freins ou embrayages, et un procédé d'élaboration d'un tel matériau. La porosité d'un matériau de friction est obtenue, d'une ma- nière connue en soi, en laissant subsister, au sein dudit matériau, des interstices, dits pores. Lesdits pores sont obtenus, soit en intégrant dans le matériau des charges poreuses par elles-mêmes, telles que diato- mées par exemple, soit en limitant, lors de l'élaboration du matériau, la pression de compression de l'organe de pressage, soit par le départ d'un solvant lors du séchage d'une préforme imprégnée par un vernis. Il est connu de fabriquer un matériau de friction poreux pour utilisation, avec un contre-matériau, aussi bien dans un milieu humide que dans un milieu sec. La porosité d'un matériau de friction est nécessaire, au cours d'un frottement sur un contre-matériau, pour faciliter soit l'élimina- tion des produits de décomposition du matériau de friction lors de l'échauffement, soit l'augmentation de l'énergie pouvant être dissipée en fonctionnement humide, grâce à un meilleur renouvellement du fluide à l'interface matériau/contre-matériau, tout en conservant au matériau de friction un coefficient de frottement stable dans le milieu o il est destiné & travailler. Des essais effectués par la Demanderesse ont montré que les matériaux de friction poreux actuels, possèdent une sensibilité impor- tante aux conditions d'usage et subissent, lors du fonctionnement, une dégradation brutale par effet thermique ce qui semble du au fait que les pores ont une forme non définie et aléatoire. La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients en améliorant les qualités du matériau de friction poreux par la création de pores en forme de fins canaux ou canicules régulièrement répartis dans le matériau. Suivant l'invention, un matériau de friction poreux notamment pour freins ou embrayages est caractérisé par le fait que les poressont en forme de canalicules. Suivant une autre caractéristique de l'invention les canalicules sont flexueux. Suivant une autre caractéristique les canalicules ont un dia- mètre compris entre 1 et 200-mierons-et plus précisément entre 1 et 30 microns-ou 10 et 30 microns ou 30 et 200 microns. 2 5 8 1149 Suivant une autre caractéristique, les canalicules ont une lon- gueur développée comprise entre 0,1 et 30mm et plus spécialement entre 0,1 et 4mm, ou entre 4 et 30mn. Suivant une autre caractéristique les canalicules représentent 5 à 30 % en volume du matériau de friction et la porosité totale du matériau est comprise entre 8 et 40 X. De cette façon, il est possible de définir la forme et le volume des pores au sein du matériau de friction. La présente invention a également pour objet un procédé d'élabo- ration d'un matériau de friction poreux présentant les caractéristiques sus-mentionnées. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs à la lecture de la description suivante et d'un certain nombre d'essais effectués, cette description n'étant donnée qu'à titre d'exemple et en se référant aux dessins annexés, en lesquels: la figure 1 représente la photographie à grande échelle d'un échantillon illustrant l'aspect d'un matériau de friction selon l'inven- tion d'après l'exemple 1 décrit ci-dessous. la figure 2 représente la photographie à grande échelle d'un échantillon illustrant l'aspect d'un matériau de friction selon l'inven- tion d'après l'exemple 4 décrit ci-dessous. À la figure 3 représente la photographie à grande échelle d'un échantillon illustrant l'aspect d'un matériau de friction selon l'inven- tion d'après l'exemple 5 décrit ci-dessous. Tel que visible sur les figures 1 à 3, le matériau de friction poreux est-constitué de fibres F, de liant R, de pores C selon l'inven- tion.-On retrouve également sur la fig. 1 des pores naturels N. Suivant l'eihvention les pores C ont une section circulairement continue se développant tout au long d'une longueur déterminée. Ainsi les pores C constituent de fins canaux de forme quasi-cylindrique, dits canalicules. Lesdits canalicules s'étendent selon une courbure alterna- tive dans plusieurs sens, dite flexuosité. Suivant l'invention la définition géométrique desdits canali- cules flexueux est la suivante: diamètre compris entre 1 et 200 microns et longueur comprise entre 0,1 et 30mm. Grâce à cette définition géométrique il est aisé de conna!tre le volume des canalicules et suivant l'invention le volume occupé par lesdits canalicules représente 5 à 30 % du matériau de friction poreux. 2 581149 Mais il existe au sein dudit matériau une porosité naturelle constituée de pores N comme visible fig. 1 qui est de forme non définie et de répar- tition aléatoire et qui est due au procédé de fabrication. De ce fait la porosité du matériau de friction poreux comprend le volume occupé par les canalicules et le volume occupé par les pores naturels, la somme de ces deux volumes représentant suivant l'invention un volume total de 8 à 40 % du volume du matériau de friction poreux. Le procédé selon l'invention, pour obtenir le matériau ayant les caractéristiques décrites plus haut, consiste à mélanger les constituants habituels d'un matériau de friction, tels que par exemple fibres, charges et liant, et de 5 % à 30 % de fibres thermodégradables pour former une composition de matières, à disposer cette composition de matières dans un moule, à la soumettre à une compression pour lui donner la forme d'une pastille, à cuire cette pastille à une température et sous une pression apte à assurer la solidification du liant tout en conservant l'intégra- lité des fibres thermodégradables, à surcuire à une température telle que les fibres thermodégradables disparaissent. Cette température de sur- cuisson doit être telle qu'elle provoque la disparition des fibres thermodégradables mais ne doit pas atteindre la température de dégra- dation du matériau de friction. De ce fait la disparition des fibres thermodégradables donne naissance aux canalicules. Il est bien entendu que la définition géométrique des canali- cules est liée, d'une certaine manière, à la définition géométrique des fibres thermodégradables. Ainsi suivant l'invention le diamètre des canalicules est com- pris entre 1 et 200 microns, ce qui entraîne l'utilisation de fibres thermodégradables dont le diamètre est compris entre 1 et 200 microns. Dans le cas o l'on désire un diamètre de canalicules, suivant l'invention, compris entre 1 micron et 30 microns, il est nécessaire d'utiliser de fines fibres thermodégradables, entre autre farine de bois. De ce fait il s'ensuit une répartition homogène des fibres thermodégra- dables au sein du matériau de friction. En effet plus la fibre est fine et plus il est aisé de la répartir au sein d'un matériau, ce qui permet d'obtenir une porosité répartie de façon homogène, après application du procédé décrit plus haut. Suivant une autre caractéristique de l'invention le diamètre des canalicules est compris entre 10 microns et 30 microns. La fibre thermo- dégradable utilisée, pour obtenir la porosité nécessaire, est ici une fibre, dite textile, continue ou coupée. Si l'on désire un diamètre de canalicules compris entre 30 microns et 200 microns, la fibre thermodégradable est ici sous forme de fil textile. Lorsque l'on utilise des fibres longues on peut les disposer de façon à intéresser toute l'épaisseur du matériau; de ce fait, après application du procédé décrit plus haut, la porosité obtenue permettra, lors du fonctionnement matériau/contre-matériau, la circulation du fluide d'une face du matériau à l'autre. D'une manière générale la longueur des canalicules est définie de la façon suivante: Pour obtenir une longueur de canalicules comprise entre 100 mi- crons et 4mm on utilise des fibres thermodégradables courtes ayant des longueurs entre 100 microns et 4 mmn. Pour obtenir des longueurs de canalicules comprises entre 4mm et mm, on utilise des fibres thermodégradables qui sont ici sous forme de fil d'une longueur de 4mm à 30mm. Les exemples suivants, donnés à titre non limitatifs, illustrent la présente invention et se sont avérés particulièrement avantageux. Exemple 1. Réalisation d'un matériau de friction poreux pour utilisation dans l'huile dont la composition en volume est la suivante: Fibre de verre E 30 % Résine phénolique 40 % Fibranne coupée 20 % Farine de bois 10 % Ces constituants sont mélangés puis pastilles dans un moule à la forme. La préforme obtenue est cuite en moule 10 minutes à une température de 130 C sous une pression de 200 bars. La surcuisson consiste à chauffer en atmosphère confinée avec une montée en température de 100 C par heure Jusqu'à 4000C puis à maintenir cette température pendant une durée de 4 heures. La Demanderesse a constaté, par examen au microscope d'une frac- ture comme visible à la figure 1, que les particules de fibres thermodé- gradables, ici de la farine de bois, avaient disparu pour laisser la place à des canalicules C. On remarque en effet des pores C quasi- cylindriques, 2 581149 de diamètres compris entre 1 micron et 30 microns répartis uniformément dans le matériau de friction. A titre d'essais il a été effectué une comparaison du matériau de friction ainsi obtenu- avec un matériau de friction habituel, ici un maté- riau de friction papier. Les essais ont été effectués au cours d'un frottement dans l'huile dans les conditions de freinage suivantes Vitesse initiale 20m/s, Pression d'appui 1 M Pa, Inertie freinée 3 kg mn, Energie dissipée par freinage 100 & 200 J/2 Endurance de 500 coups. La mesure du coefficient de frottement/ donne les résultats suivants: Energie Valeurs usuelles, obtenues Valeurs obtenues dissipée par avec des matériaux de fric- par le matériau de fric- Freinage tion papiers usuels tion suivant l'exemple 1 100 J/cm2 /' statique 0,13 A 0,16 A statique 0,09 Af dynamique 0,11 àO,15 dynamique 0, 08 usure en mmO,005 à 0,015 usure en mm 0,005 J/ cm2 statique 0,13 à 0,16 / statique 0,09 P dynamique 0,10 à 0,11,fdynamique 0,07 usure en mmO,05 usure en mm 0,005 On constate que l'usure du matériau de friction papier usuel est multipliéépar 10 quand l'énergie dissipée par freinage passe de 100 J/cm 2 à 200 J/cm2, alors que le matériau de friction, selon l'invention, conser- ve encore un taux d'usure faible dans les mêmes conditions d'essais. Exemple 2. Réalisation d'un matériau de friction poreux pour frottement à sec sur frein à disque dont la composition en volume est la suivante: Fibre de laitier 40% Farine de bois 5 % Résine phénolique 25 % Sulfate de baryte 17 % Alumine 3 % 2 5 8 1149 Graphite 5 % Poudre de cuivre 5 % Ces constituants sont mélangés à sec puis pastilles sous une pression de 300 bars. La cuisson en moule s'effectue pendant une période de 5 minutes à une température de 160 C sous une pression de 500 bars. La surcuisson s'effectue en étuve par une montée en température jusqu'à 215 C pendant i heure, puis par un palier à 215 C de 1 heure pour décom- poser la fibre thermodégradable, ici de la farine de bois, puis une montée en température à 3000C et maintien à cette température pendant une période de deux heures. Des essais, effectués en comparaison avec un témoin ne comportant pas de farine de bois, ont montré que, dans les mêmes conditions d'essais, le frottement, lors d'un essai d'échauffement jusqu'à 500 C, chute à 0,35 vers 250 C alors que le frottement du témoin chute à 0,22. Exemple 3. Réalisation d'un matériau de friction poreux pour frein à tambour dont la composition en volume est la suivante: Fibre de verre E 30 % Farine de bois 10 % Résine phénolique 30 % Cardolite 5 % Blanc de Meudon 15 % Oxyde de fer 10 % Ces constituants sont mélangés à sec puis pastilles. La cuisson à la forme s'effectue à 135 C sous une pression de 200 bars, la surcuis- son s'effectue par une montée de température jusqu'à 215 C pendant une durée de deux heures, puis par un palier à cette température pendant trois heures afin de permettre la totale décomposition de la farine de bois. La porosité élevée laissée par la farine de bois va permettre de compenser la tendance au fading de ce type de matériau, qui est carac- térisé par une teneur élevée en résine. Cette teneur élevée est rendue nécessaire pour le besoin d'une certaine conformabilité pour le contact matériau de friction-tambour. 2 5 8 1149 Exemple 4. Réalisation d'un matériau de friction poreux pour fonctionne- ment en milieu humide, dont la composition en volume est la suivante: Fil de verre E 30 % Fil de fibranne 20 % Fil de cuivre 10 % Résine phénolique 20 % Caoutchouc SBB 4 % Soufre 1 % Blanc de Meudon 10 % Graphite 5 % Les fils sont retordus pour créer un fil, ledit fil est Imprégné d'un ciment constitué d'une suspension de résine, blanc de Meudon, graphite et soufre dans une dissolution de caoutchouc SBB. Ce fil est séché puis enroulé concentriquement, puis cuit en moule à une tempéra- ture de 140 C sous une pression de 300 bars. La surcuisson se fait avec une montée en température jusqu'à 400 C pendant une durée de quatre heures, puis avec un maintien de cette température pendant quatre heures. A l'examen au microscope, comme visible & la figure 2, on peut constater que les pores C forment des canalicules faiblement inclines par rapport à la face de frottement. Les canalicules ont ici un diamètre compris entre 10 microns et 30 microns. Exemple 5. Réalisation d'un matériau de friction poreux pour fonctionnement en milieu humide dont la composition en volume est la suivante: Fil de verre E 40 % Fil de coton 10 % Résine phénolique 30 % Terre de Diatomées 20 % - 30 Le fil de coton est retordu autour du fil de verre pour former un fil puis ledit fil est imprégné dans une dispersion aqueuse de résine phénolique et de terre de Diatomées. Ce fil est ensuite séché et enroulé en lobes, puit cuit en moule sous une pression de 200 bars. La surcuis- son s'effectue en étuve pendant une période de deux heures et à une tem- pérature de 3000C de façon à ce que le fil de coton disparaisse complè- tement. A l'examen au microscope, comme visible à la figure 3, on peut voir que le fil de coton a laissé la place à des canalicules dont le dia- mètre est compris entre 30 microns et 200 microns. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au matériau de friction poreux et au procédé décrit sans sortir du cadre de l'invention. 258 1 149 REVENDICATIONS 1) Matériau de friction poreux, notamment pour freins ou embrayages, caractérisé en ce que les pores sont en forme de canali- cules (C). 2) Matériau de friction poreux suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits canalicules (C) sont flexueux. 3) Matériau de friction poreux suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits canalicules (C) ont un diamètre compris entre 1 et 200 microns. 4) Matériau de friction poreux suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les canalicules (C) ont un diamètre compris entre 1 et 30 microns. ) Matériau de friction poreux suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les canalicules (C) ont un diamètre compris entre et 30 microns. 6) Matériau de friction poreux suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les canalicules (C> ont un diamètre compris entre 30 et 200 microns. 7) Matériau de friction poreux suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les canalicules (C) ont une longueur comprise entre 0,1 et 30 millimètres. 8) Matériau de friction poreux suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les canalicules (C) ont une longueur comprise entre 0,1 et 4mm. 9) Matériau de friction poreux suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les canalicules (C) ont une longueur comprise entre 4 et 30mm. ) Matériau de friction poreux suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les canalicules (C) représentent de 5 à 30 % du volume du matériau de friction. 11) Matériau de friction poreux suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la porosité totale est de 8 à 40 %. 12) Procédé d'élaboration d'un matériau de friction poreux suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on mélange les constituants habituels d'un matériau de friction avec des fibres thermodégradables pour former une composition de matières; on soumet cette composition de matières à une compression dans un moule pour obtenir une pastille de matériau; on cuit ladite pastille de matériau pour assurer la solidification de la résine tout en conservant l'intégralité des fibres thermodégradables et on surcuit à une tempéra- ture supérieure à la température de disparition des fibres thermodé- gradables mais inférieure à la température de dégradation du matériau de friction. 13) Procédé d'élaboration d'un matériau de friction poreux suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les canali- cules sont obtenus par disparition des fibres thermodégradables.