Brevet FR2792046A1 — publié le 20001013

La présente invention concerne une garniture de friction, en particulier une garniture de friction destinée à être utilisée dans une machine industrielle, un véhicule ferroviaire, un véhicule utilitaire, un véhicule particulier, et elle concerne plus particulièrement une garniture de friction destinée à être utilisée dans une plaquette de frein, une garniture de frein, un placage d'embrayage, destinés à être utilisés dans les applications mentionnées ci-dessus. Dans une garniture de friction destinée à être utilisée principalement dans une garniture de frein, un renfort fibreux est utilisé pour augmenter la résistance mécanique de la garniture de friction. Les renforts fibreux utilisés à place des fibres d'amiante comprennent les fibres de laine de roche, de laine de scorie, les fibres céramiques de type A1203- SiO2 qui comprennent A1203-SiO2 comme composant principal, les fibres de verre, les fibres d'acier, les fibres d'Aramide, les fibres de titanate de potassium. Comme ces renforts fibreux ont des propriétés qui leur sont propres, on utilise un mélange de plusieurs types de tels renforts. Parmi ces renforts fibreux, la laine de roche dont la matière première est un minerai naturel, la laine de scorie dont la matière première est la scorie des aciéries et qui a la même composition que la laine de roche, et les fibres céramiques de type A1203-SiO2 sont très appréciées comme fibres inorganiques dures abrasives car non seulement elles améliorent la résistance mécanique, la résistance thermique et la résistance à l'abrasion de la garniture de friction mais encore elles améliorent le coefficient de frottement de la garniture de friction du fait de leurs propriétés abrasives, et en particulier elles peuvent conférer un coefficient de frottement élevé dans le cas d'une charge importante tel qu'un freinage à grande vitesse, par exemple. Les fibres de laine de roche, de laine de scorie et de type A1203-SiO2 qui ont été utilisées à la place des fibres d'amiante sont peu coûteuses et d'accès facile. Toutefois, du fait de leur nature fibreuse, leur utilisation tend à être réglementée pour des raisons d'hygiène publique. La présente invention a pour but de fournir une garniture de friction dépourvue de renforts constitués par des fibres inorganiques comme la laine de roche, la laine de scorie et les céramiques de type A1203-SiO2 dont l'utilisation est susceptible d'être réglementée dans le futur mais présentant néanmoins un effet de frottement égal à celui qui est obtenu lorsque l'on utilise ces renforts fibreux. Pour atteindre ce but, la demanderesse a réalisé différentes recherches sur des matériaux et des formes de substances inorganiques dépourvues de renforts fibreux des types évoqués précédemment tout en conduisant à une garniture de friction dont l'effet de friction est égal à celui obtenu lorsque l'on utilise de tels renforts fibreux. La demanderesse a ainsi constaté que la forme fibreuse des renforts fibreux du type évoqué au début était la cause principale des difficultés concernant l'hygiène publique. On a alors constaté que quand on utilise la laine de roche, la laine de scorie et les céramiques de type A1203-SiO2 sous forme particulaire, il est possible d'obtenir un effet de friction égal à celui obtenu dans le cas o on utilise ces matériaux sous forme de renforts fibreux. Ainsi, la présente invention fournit une garniture de friction composée d'un renfort fibreux, d'un modificateur de friction et d'un liant qui est dépourvue de renforts fibreux tels que la laine de roche, la laine de scorie et les céramiques de type A1203-SiO2, et qui inclut une matière particulaire non fibreuse de même nature que ces renforts fibreux, à titre de composant abrasif. De préférence, dans la garniture de friction selon l'invention, la matière particulaire non fibreuse est une matière de rebut ou broyée. Il est préférable que, dans la garniture de friction selon l'invention, la matière particulaire soit soumise à un traitement de surface avec un agent de couplage silane ou une résine phénolique. De plus, dans la garniture de friction selon la présente invention, de préférence, la matière particulaire est incorporée dans des proportions situées dans le domaine de 0,5 % en masse à 20 % en masse par rapport à la totalité de la garniture de friction. De préférence encore, la matière particulaire est incorporée dans des proportions situées dans un domaine de I % en masse à 15 % en masse par rapport à la totalité de la garniture de friction. De plus, le diamètre de particule de la matière particulaire est de préférence situé dans le domaine de 2 p.m à 100 pm, de préférence encore dans le domaine de 2 pm à 50 pm. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et se réfère au dessin annexé dans lequel: la figure unique est un diagramme montrant un exemple de procédé pour fabriquer une garniture de friction selon la présente invention. Une garniture de friction est composée d'un renfort fibreux, d'un modificateur de friction et d'un liant, notamment. Comme renforts fibreux, on utilise des fibres organiques, des fibres métalliques et des fibres inorganiques. Toutefois, selon la présente invention, on n'utilise pas des fibres inorganiques mais une matière particulaire non fibreuse de même nature que les renforts fibreux inorganiques évoqués précédemment. Ainsi, on utilise de préférence une matière particulaire non fibreuse constituée par de la laine de roche, de la laine de scorie ou une céramique de type A1203-SiO2 contenant A1203-SiO2 comme composant principal. La matière particulaire non fibreuse peut être constituée par exemple par de la laine de roche ou de la laine de scorie de type A1203SiO2-ZrO2, qui contiennent l'une et l'autre A1203-SiO2-ZrO2 comme composant principal, de la laine de roche ou de la laine de scorie de type A1203-SiO2-CaO-MgO qui contiennent l'une et l'autre A1203- SiO2-CaO-MgO comme composant principal ou une céramique de type A1203- SiO2. Il est préférable que la matière particulaire soit utilisée sous forme de matière de rebut ou broyée d'un diamètre de particule situé dans le domaine de 2 tm à 100 ipm. Si le diamètre de la matière particulaire est petit, l'effet d'élimination de la rouille n'est pas suffisant, et si le diamètre est grand, l'effet abrasif est si marqué qu'un matériau cible destiné à être soumis à une abrasion est détérioré. De préférence, le diamètre de la matière particulaire est dans le domaine de 2 am à 50 gtm. La matière de rebut mentionnée ci-dessus est un sous-produit particulaire composé par des particules de petite taille qui est produit lors de la production de la laine de roche ou de la laine de scorie. Cette matière particulaire est produite en des volumes importants, mais habituellement elle est recueillie et réutilisée sous forme de matière fondue. Cette matière particulaire peut être utilisée selon la présente invention de même qu'une matière particulaire constituée par une céramique différente de la laine de roche et de la laine de scorie si elle est de type A1203-SiO2. La quantité de matière particulaire dans une garniture de friction est fixée dans le domaine de 0,5 % en masse à 20 % en masse par rapport à la totalité de la garniture de friction. Si la quantité est faible, l'effet d'élimination de la rouille n'est pas suffisant et si la quantité est importante, l'effet abrasif est si marqué qu'un matériau cible destiné à être soumis à une abrasion est trop détérioré. Il est donc préférable que la proportion de matière particulaire soit fixée dans le domaine de 1 % en masse à 15 % en masse. De plus, il est préférable que la matière particulaire soit soumise à un traitement de surface avec un agent de couplage silane ou une résine phénolique. Une matière particulaire soumise à un tel traitement de surface est avantageuse car elle se mélange aisément avec d'autres matériaux lors de la fabrication d'une garniture de friction ce qui augmente la résistance mécanique d'un produit thermoformé. De préférence, la quantité d'agent de couplage silane ou de résine phénolique à ajouter est fixée pour être dans le domaine de 0,5 % en masse à 5 % en masse par rapport à la matière particulaire. Habituellement, un modificateur de friction inorganique comme la zircone, l'alumine, la magnésie, par exemple, est ajouté à la garniture de friction, de manière connue. Selon la présente invention, un tel modificateur de friction inorganique peut être utilisé avec la matière particulaire mentionnée ci-dessus. Il va de soi qu'il est possible d'atteindre un effet voulu même si l'on utilise seulement la matière particulaire mentionnée ci-dessus. Pour produire une garniture de friction selon la présente invention, des matières premières pulvérulentes d'un renfort fibreux, d'un modificateur de friction, d'un lubrifiant et d'un liant sont mélangées, et le mélange est préformé et thermoformé dans un procédé de production normal. Les renforts fibreux peuvent être par exemple des fibres organiques résistantes à la chaleur telles que des fibres de polyamide aromatique, des fibres acryliques résistantes à la flamme, et des fibres métalliques telles que des fibres de cuivre ou des fibres d'acier, notamment. Les charges inorganiques peuvent être par exemple des particules métalliques de cuivre, d'aluminium, de zinc, des minéraux en écailles comme la vermiculite ou le mica, et des particules de sulfate de baryum ou de carbonate de calcium. Les liants peuvent être par exemple des résines thermodurcissables telles que des résines phénoliques (y compris des résines phénoliques linéaires et différentes résines phénoliques modifiées avec du caoutchouc), des résines de mélamine, des résines époxydes, des résines de polyimide. Les modificateurs de friction peuvent être par exemple des modificateurs de friction inorganiques comme l'alumine, la silice, la magnésie, la zircone, l'oxyde de chrome, le quartz, et des modificateurs de friction organiques comme le caoutchouc synthétique, la poudre de cajou. Les lubrifiants peuvent être par exemple le graphite ou le disulfure de molybdène. Les proportions des différents constituants de la garniture de friction peuvent varier dans de larges limites. La figure unique montre un procédé de fabrication d'une garniture de frein pour un frein à disque. Une plaque de pression est moulée en une forme prédéterminée par pressage d'une tôle métallique, puis elle est dégraissée, revêtue d'une couche augmentant l'adhésivité et revêtue d'un agent adhésif. Des matières premières pulvérulentes d'un renfort fibreux constitué par des fibres organiques résistant à la chaleur, des fibres métalliques, de charges organiques et inorganiques, un modificateur de friction et une résine thermodurcissable sont mélangées et homogénéisées suffisamment par agitation. Les matières premières sont préformées à la température ambiante et sous une pression prédéterminée pour produire une garniture de friction préformée. La plaque de pression et la garniture de friction préformée sont thermoformées à une température et à une pression prédéterminées dans un procédé de thermoformage de manière à être fixées intégralement l'une à l'autre. La garniture de friction intégrée est soumise à une post-cuisson et enfin à une finition. Ce procédé de fabrication est identique à celui de l'état de la technique. La présente invention va maintenant être illustrée par des exemples non limitatifs. Exemples Matières premières d'échantillons de garnitures de friction Les matières premières suivantes ont été utilisées pour produire des échantillons de garnitures de friction. Pour produire les échantillons, on a choisi des matériaux parmi ces matières premières et on a modifié les proportions dans chaque exemple. Liant: résine phénolique Modificateur de friction organique: poudre de cajou Charge: sulfate de baryum Abrasif (modificateur de friction inorganique): zircone Lubrifiant: graphite Renfort: fibres de cuivre/fibres d'Aramide Renfort et abrasif: matière fibreuse de laine de roche, laine de scorie ou céramique de type A1203- SiO2 Renfort et abrasif: fibres de titanate de potassium Abrasif: matière particulaire de laine de roche, de laine de scorie ou de céramique de type A1203-SiO2 ayant différents diamètres Compositions des échantillons de garnitures de friction Les compositions ayant les rapports de mélange montrés dans le tableau I ci-dessous ont été utilisées pour produire des échantillons de garnitures de friction. On a ainsi obtenu les échantillons N 1 à 12. Les matériaux utilisés dans les échantillons respectifs présentent les caractéristiques suivantes: (1) Echantillon N 1 (comparatif) contenant 5 % en masse de renfort fibreux de céramique de type A1203-SiO2 (2) Echantillon N 2 (comparatif) ne contenant ni renfort fibreux ni matière particulaire des types mentionnés ci-dessus (3) Echantillons n 3 et suivants (selon l'invention): contenant une matière particulaire (de différents diamètres) constituée par l'une quelconque des substances suivantes: laine de roche de type A1203-SiO2-ZrO2, laine de roche de type A1203-SiO2-CaO-MgO et céramique de type A1203-SiO2 (dans certains échantillons on a utilisé une matière particulaire soumise à un traitement de surface avec un agent de couplage silane). Production de garnitures de frein Des garnitures de frein comportant les échantillons de garnitures de friction mentionnés ci-dessus ont été produites par un procédé de production de l'état de la technique. Tableau 1 Composant N 1 N 2 N 3 N 4 N 5 N 6 (% en masse) comparatif comparatif invention invention invention invention résine liante 10 10 10 10 10 10 poudre de cajou 10 10 10 10 10 10 sulfate de baryum 45 50 45 40 45 45 oxyde de zirconium 2 2 2 2 2 2 graphite 8 8 8 8 8 8 fibres de cuivre/fibres d'Aramide 10/15 10/5 10/5 10/5 10/5 10/5 fibres céramiques de type A1,203-SiO2 5 _ fibres de titanate de potassium 5 5 5 5 5 5 rebut de laine de roche de type A1203-SiO2- - 5 10 - ZrO2 10 p.m rebut de laine de roche de type A]203-SiO2-: - - 5 ZrO2 50 gm rebut de laine de roche de type Al203-SiO2-: 5 ZrO2 100 Pm rebut de laine de roche de type Al203-SiO2- ZrO2 (traité avec un - - - agent de couplage silane) 10 pm rebut de laine de roche de type Al203-SiO2- CaO-MgO (traité avec -: un agent de couplage silane) 10 ami rebut de céramique de type AI203-SiO2 (traité avec un agent de -: - couplage silane) 10 pm_ matière broyée de type A1203-SiO2--ZrO2 10 glm Tableau I (suite) Composant N I N 2 N 3 N 4 N 5 N 6 (% en masse) comparatif comparatif invention invention invention invention rebut de laine de roche de type SiO2-CaO-.. . MgO-ZrO2 10 pm Composant N 7 N 8 N 9 N 10 N 1 1 N 12 (% en masse) invention invention invention invention invention invention résine liante 10 10 10 10 10 10 poudre de cajou 10 10 10 10 10 10 sulfate de baryum 45 45 45 40 45 45 oxyde de zirconium 2 2 2 2 2 2 graphite 8 8 8 8 8 8 fibres de cuivre/fibres d'Aramide 10/5 10/5 10/5 10/5 10/5 10/5 fibres céramiques de type A1203-SiO2 - - - - - fibres de titanate de potassium 5 5 5 5 5 5 rebut de laine de roche de type A1203-SiO2-: . .: ZrO2 10 gm rebut de laine de roche de type Al203-SiO2-:... ZrO2 50 pm rebut de laine de roche de type A1203-SiO2- ZrO2 100 am: --. rebut de laine de roche de type AI203- SiO2ZrO2 (traité avec 5 - - 10 - - un agent de couplage silane) 10 gm Tableau 1 (suite) Composant N 7 N 8 N 9 N 10 NI 11 N 12 (% en masse) invention invention invention invention invention invention rebut de laine de roche de type Al203-SiO2- CaO-MgO (traité avec 5 un agent de couplage silane) 10 ltm rebut de céramique de type A1203-SiO2 (traité avec un agent de 5- - - couplage silane) 10 [tm matière broyée de type Al203-SiO2-ZrO2 10 5 jlm rebut de laine de roche de type SiO2-CaO-: 5 MgO-ZrO2 10 kIm Procédé d'examen Les examens suivants ont été réalisés sur un frein à disque au moyen d'un rotor. (1) Evaluation de l'efficacité JASO L'évaluation de l'efficacité JASO (Japanese Automobile Standards Organization) a été réalisée dans les conditions d'une vitesse initiale de 50 km/h, d'une vitesse initiale de 100 km/h et d'une décélération t = 5,88 m/s2. (2) Taux d'élimination de la rouille Un rotor recouvert de rouille sur une épaisseur d'environ 50 gtm a été soumis à un frottement avec une garniture de friction, et le taux d'élimination de la rouille a été mesuré après 200 freinages. On considère que la garniture de friction passe le test avec succès si le taux d'élimination de la rouille est supérieur ou égal à 80 %. Résultats des examens Les résultats des examens sont présentés dans le tableau 2 ci-dessous. Tableau 2 N I N 2 N 3 N 4 No 5 N 6 Comparatif Comparatif Invention Invention Invention Invention Effic. Vitesse 0,45 0,38 0,43 0,48 0,47 0,50 initiale km/h JASO Vitesse 0,40 0,30 0,38 0,45 0,43 0,45 initiale km/h Taux d'élimination de la 100 50 100 100 100 100 rouille Tableau 2 (suite) N 7 N 8 N 9 N 10 N 11 N 12 Invention Invention Invention Invention Invention Invention Effic. Vitesse 0,42 0,43 0,48 0,46 0,43 0, 42 initiale km/h JASO Vitesse 0,38 0,39 0,42 0,41 0,38 0,39 initiale km/h Taux d'élimination de la 100 100 100 100 100 100 rouille La plupart des échantillons N 3 à 12 selon la présente invention ont permis d'obtenir de bons résultats en ce qui concerne l'efficacité JASO à la vitesse initiale de 50 km/ h par rapport aux échantillons N 1 et 2 des exemples comparatifs. De plus, la plupart des échantillons N 3 à 12 selon l'invention ont permis d'obtenir de bons résultats également à la vitesse initiale de 100 km/lh par rapport aux échantillons comparatifs N I et 2. Dans chacun des échantillons N 3 à 12 selon l'invention, le taux d'élimination de la rouille était de 100 % et il était possible d'obtenir un effet suffisant. Dans l'échantillon comparatif N 2, dans lequel on n'a appliqué ni Il matière particulaire ni renfort fibreux constitué par de la laine de roche, de la laine de scorie ou une céramique de type A1203-SiO2, le taux d'élimination de la rouille, égal à 50 %, était médiocre. Selon la présente invention, une matière particulaire ayant la même composition qu'un renfort fibreux de laine de roche, de laine de scorie ou de céramique de type A1203-SiO2 est utilisée de sorte qu'il est possible d'obtenir des effets semblables à ceux que l'on obtient dans le cas o l'on utilise un tel renfort fibreux. Il est donc possible d'éviter les problèmes qui apparaissent quand on utilise un tel renfort fibreux et d'obtenir néanmoins un effet de friction suffisant. REVENDICATIONS 1. Garniture de friction comprenant un renfort fibreux, un modificateur de friction et un liant caractérisée en ce qu'un composant abrasif de ladite garniture de friction comprend une matière particulaire non fibreuse de même nature que les matières fibreuses de laine de roche, de laine de scorie et de céramique comprenant A1203-SiO2 comme composant principal, lesdites matières fibreuses n'étant pas contenues dans la garniture de friction. 2. Garniture de friction selon la revendication I caractérisée en ce que la matière particulaire non fibreuse dudit composant abrasif est une matière particulaire non fibreuse choisie parmi une matière de rebut et une matière broyée. 3. Garniture de friction selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisée en ce que la matière particulaire non fibreuse dudit composant abrasif est soumise à un traitement de surface avec un agent de couplage silane ou une résine phénolique. 4. Garniture de friction selon la revendication 3 caractérisée en ce que la quantité d'agent de couplage silane ou de résine phénolique à ajouter est située dans le domaine de 0,5 % à 5 % en masse par rapport à la matière particulaire. 5. Garniture de friction selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que la matière particulaire non fibreuse dudit composant abrasif est incorporée dans des proportions situées dans le domaine de 0,5 % à 20 % en masse par rapport à l'ensemble de la garniture de friction. 6. Garniture de friction selon la revendication 5 caractérisée en ce que la matière particulaire non fibreuse dudit composant abrasif est incorporée dans des proportions situées dans le domaine de 1 % en masse à 15 % en masse par rapport à l'ensemble de la garniture de friction. 7. Garniture de friction selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le diamètre des particules de la matière particulaire non fibreuse est situé dans le domaine de 2 pm à 100 pim. 8. Garniture de friction selon la revendication 7 caractérisée en ce que le diamètre des particules de la matière particulaire non fibreuse est située dans le domaine de 2 [tm à 50 gim.