Brevet FR2589474A1 — publié le 19870507

L'invention concerne un nouveau produit anti-friction convenant à une utilisation comme matière pour paliers. Il est continuellement demandé dans l'industrie des produits antifriction pouvant. être utilisés comme matières pour paliers, en particulier dans l'industrie du transport. Des matières pour paliers jouent évidemment un rôle important par le fait qu'elles favorisent la réduction des mouvements vibratoires. Ceci est très impor- tant dans les industries ferroviaires et automobiles. Pendant des années, on a utilisé l'amiante comme ingrédient de renforcement dans des matières pour paliers lisses. Cependant, depuis peu de temps, l'amiante n'est plus très demandée dans l'industrie. Par conséquent, on a cherché à remplacer les matières pour paliers lisses contenant de l'amiante par d'autres matières présentant des propriétés physiques comparables, telles que la résis- tance, la vitesse d'usure, de bons coefficients de frotte- ment, etc., à celles présentées par les produits contenant de l'amiante. L'invention a donc pour objet un nouveau produit anti-friction.- ne contenant pas d'amiante, pouvant constituer une matière efficace pour paliers lisses. Conformément à la présente invention, on a trouvé une nouvelle matière anti-friction sans amiante, qui convient à des applications à des paliers. Cette nouvelle matière comprend les ingrédients suivants: (a) une résine phénolique; (b) du graphite; (c) du noir de carbone; (d) une fibre réfractaire ne contenant pas d'amiante; et (e) une fibre acrylique. Cette matière anti-friction sans amiante possède des propriétés physi- ques qui sont comparables à celles des matières de frottement contenant de l'amiante utilisées comme paliers. Le tableau suivant indique les valeurs généra- les, avantageuses et préférées des pourcentages en poids des ingrédients précités dans la nouvelle matière de frottement selon l'invention. Ingrédient Résine phénolique Graphite Noir de carbone Fibre réfractaire sans amiante Fibre acrylique TABLEAU A Pourcentages en poids général avantageux -40 25-35 -15 8-12 0,5-3,5 1-3 -60 45-55 4-10 6-8 La résine phénolique utilisée dans la présente invention doit convenir à une utilisation comme liant. De telles résines sont généralement le produit de la réaction d'un phénol et d'un aldéhyde dont un exemple est le formaldéhyde. De telles matières sont très bien connues et sont largement décrites dans la littérature. Une description typique en est donnée dans Modern Plastics Encyclopedia, Vol.4, N 10(1970-1971). 2Q0 Toute qualité de graphite et de noir de carbone disponible dans le commerce peut être utilisée dans la présente invention. Quelles que soient les matières dispo- nibles dans le commerce utilisées, ces matières sont essentiellement du carbone pur ayant des dimensions de particules sensiblement (c'est-à-dire au moins à environ %) inférieures à environ 74 nanomètres. Ces matières sont -introduites dans la matière de frottement pour plu- sieurs raisons parmi lesquelles le fait qu'elles confè- rent une certaine couleur, assurent la résistance et aident à abaisser le frottement. Les fibres réfractaires sans amiante utilisées dans l'invention comprennent, d'une façon générale, au moins 25% en poids de CaO et 35% en poids de SiO2, avanta- geusement au moins 30% en poids de CaO et 40% en poids de SiO2. En général, les fibres réfractaires sont à un préf éré seul brin. Un exemple de fibre réfractaire sans amiante est la fibre "PMFTM" produite par la firme Jim Walter Resources, Inc., de Birmingham, Alabama, E.U.A. Quelle que soit la fibre réfractaire utilisée, elle doit généra- lement avoir un diamètre moyen de 2 à 10 micromètres, avantageusement de 4 à 6 micromètres, et un rapport d'as- pect moyen (rapport de la longueur au diamètre) de 30- , avantageusement 40-60. Aux fins -de l'invention, une fibre acrylique est définie comme étant toute substance fibreuse contenant au moins 85% en poids de motifs acrylonitrile (-CH2CH(CN)-). La fibre acrylique est constituée avantageusement d'un homopolymère à 100% de polyacrylonitrile, par exemple du type "Dolanit 10TM, commercialisé par la firme Hoechst Fiber Industries, Spartanburg, Caroline du Sud, E.U.A. Les matières de l'invention peuvent être moulées sous la forme dé matières anti-friction de toute manière classique. On forme normalement un mélange préala- ble des ingrédients secs, on introduit le mélange dans un moule, puis on procède au moulage à une température et une pression élevées afin que le liant constitué de résine phénolique forme une matrice solide renfermant les autres constituants. En général, la température de moulage du mélange est comprise entre 135 et 165 C environ, une valeur d'environ 150 C étant avantageuse. Des pressions typiques de moulage sont comprises entre environ 7 et 14 MPa, et avantageusement entre 9,1 et 10,5 MPa. Le temps typique de moulage est capris entre environ 10 et 50 minutes. Dans le tableau I ci-dessous, il est donné une composition typique de l'invention. Il est également illustré une composition typique d'une matière antifric- tion contenant de l'amiante. Les deux compositions ont été produites conformément aux procédés fondamentaux de mélange et de moulage décrits ci-dessus. Dans le tableau I, tous les constituants sont donnes en pourcentage en poids (arrondi au pourcen- tage entier le plus proche). TABLEAU I Composition conte- Composition de Ingrédient nant de l'amiante l'invention Résine phénolique (a) 30% 30% Graphite amorphe 10% 10% Noir de carbone 2% 2% Fibre d'amian- te (b) 58% Fibre réfrac- taire (c) -- 51% Fibre acry- lique (d) -- 7% % 100% NOTES (a) Résine phénol-formaldéhyde en poudre du type Johns- Manville N 421 (b) Fibre d'amiante 7D02 (c) Fibre minérale traitée N 204 de la firme Jim Walters Resources, Inc., Birmingham, Alabama (d) Dolanite 10 de la firme Hoechst, Spartanburg, N.C. Le tableau II ci-dessous donne des valeurs comparatives des compositions contenant de l'amiante et n'en contenant pas, indiquées dans le tableau I, ces valeurs concernant la résistance au cisaillement et la résistance à la compression. TABLEAU II Méthode Composition con- Composition Propriété d'essai tenant de de l'in- l'amiante vention Résistance au cisaillement (MPa) ASTM-D-732* 49,35 50, 68 Résistance à la compression (MPa) ASTM-D-695* Charge à la rupture > 210 > 210 Limite élastique 126 116,55 Module d'élas- ticité 847 749,7 * déplacement de 1,27 mm/min et épaisseur d'éprouvette de 12,7 mm, en valeurs nominales. Les données ci-dessus du tableau II indiquent que la composition sans amiante selon l'invention possède des propriétés de résistance au cisaillement et à la compression statistiquement similaires à celles de la compo- sition contenant de l'amiante. Le tableau III ci-dessous donne des données d'essais comparatifs d'usure portant sur les deux composi- tions du tableau I. Dans ces essais, une tête menée, contenant une éprouvette en matière anti-friction (conte- nant ou non de l'amiante) de 41,3 mm de diamètre par 12,7 mm d'épaisseur, est appliquée à force contre une plaque d'acier fixe sous une charge de 700 kPa. La tête menée est mise en rotation à des vitesses prédéterminées de 27,35 à 109,4 km/h. Après une période de rodage initial, on procède à l'essai réel de la manière suivante: l'éprou- vette en matière anti-friction est pesée et mesurée avec précision. Elle est ensuite mise en contact en 4 "phases" avec la plaque d'acier. Dans chaque phase, l'éprouvette effectue une série de contacts avec la plaque d'acier, chaque contact durant un certain intervalle de temps 1 0 et étant suivi d'un second intervalle de refroidissement et de séparation. A la fin de chaque phase, l'éprouvette est pesée et mesurée avec précision. Après les quatre phases, on procède à un "entraînement par friction" final. Dans cette phase, l'éprouvette et la plaque d'acier sont maintenues en contact continu pendant 30 minutes tandis que la tête menée se déplace à 32,18 km/h. Les résultats de ces essais sont donnés ci- dessous. TABLEAU III Vitesse Temps du du cycle Nombre Coefficient moyen Vitesse moyenne d'usure* rotor (s)marche/ de de frottement (kn/h) arrêt cycles comp.avec comp. comp.avec Comp.de amiante selon amiante l'inven- l'in- tion vention 109,4 25/75 18 0,13 0,10 0,34 0,34 82,0 15/45 30 0,09 0,08 0,45 0,113 54,7 10/30 45 0,10 0,11 0,113 0,068 27,3 10/30 45 0,14 0,20 0,068 0,0227 * cm3/kW.h (1) (2) (3) (4) (1) 0,115 - valeur moyenne (2) 0,122 - valeur moyenne (3) 0,250 - valeur moyenne (4) 0,136 - valeur moyenne. Les données du tableau III ci-dessus indiquent des valeurs moyennes comparables (0,115 et 0,122) entre la composition anti-friction contenant de l'amiante et la composition anti-friction sans amiante selon l'inven- tion, en ce qui concerne le coefficient moyen de frottement. Cependant, les données des essais montrent une meilleure vitesse moyenne globale d'usure pour la composition de l'invention (0,136 cm3,/kW.h) que pour la composition contenant de l'amiante (0,250 cm3/kW.h). REVENDICATIONS 1. Matière anti-friction convenant à une utilisation telle que dans un palier, caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) 20-40% en poids de résine phénolique; (b) 5-15% en poids de graphite; (c) 0,5-3,5% en poids de noir de carbone; (d) 40-60% en poids d'une fibre réfractaire sans amiante comprenant au moins 25% en poids de CaO et 35% en poids de SiO2; et (e) 4-10% en poids d'une fibre acrylique. 2. Matière anti-friction selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) 25-35% en poids de résine phénolique; (b) 8-12% en poids de graphite; (c) 1-3% en poids de noir de carbone (d) 45-55% en poids d'une fibre réfractaire sans amiante comprenant au moins 25% en poids de CaO et 35% en poids de SiO2; et (e) 6-8% en poids d'une fibre acrylique. 3. Matière anti-friction selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) 30% en poids de résine phénolique; (b) 10% en poids de graphite; (c) 2% en poids de noir de carbone; (d) 51%' en poids d'une fibre réfractaire sans amiante comprenant au moins 25% en poids de CaO et 35% en poids de SiO2; et (e) 7% en poids d'une fibre acrylique. 4. Matière anti-friction selon la revendication 1, caractérisée en ce que la résine phénolique est une résine phénol-formaldéhyde. 5. Matiêre ant--friction selon la revendication 1, caractérisée e. ce que la fibre réfractaire autre que l'anmiante comprend au moins Jo0% en poids de CaO et 40% en poids de SiO2. 6. Matière anti-friction selon la revendication 1, caractérisée en ce que la fibre acrylique est un homopolymère à 100% d'acrylonitrile.