Brevet FR2803000A1 — publié le 20010629

"Procédé de réalisation d'une garniture de friction, notamment pour véhicule automobile." Les figures 1 à 3 représentent chacune le thermogramme d'un échantillon de garniture de friction, défini ci-dessous, qui a été soumis à une analyse thermique différentielle. Pour réaliser une garniture de friction, on procède comme suit. Les différentes matières premières sont mélangées, puis le mélange est mis en forme. Ces matières premières peuvent comprendre, comme on le sait des fils, des liants, des charges. Les fils peuvent être constitués de fibres minérales telles que fibres de verre, des fibres organiques, telles que des fibres de polyacrylonitrile, fils métalliques, tels que des fils de cuivre, de laiton ou autres. Les liants, de type thermodurcissables, peuvent être une association de résines phénoliques, de résines mélamines et de caoutchoucs. Les charges peuvent être des agents de vulcanisation du caoutchouc, tels que le soufre, des charges permettant d'ajuster le frottement telles que zircon, des silicates, des kaolins, des silico-aluminates, des sulfures, par exemple pyrites ou autres, des silices, des billes de céramiques, du noir de carbone, du coke des graphites, des oxydes, tels que magnésie, oxydes de fer, autres, du carbonate de calcium, du mica, des bases fortes, telles que la potasse ou la soude, des surfactants amioniques, non ioniques, des charges organiques telles que cardolites ou autres. mise en forme du mélange peut être une opération de moulage sous pression à chaud ou une opération de moulage à injection. La garniture ainsi formée est ensuite soumise à une opération de cuisson sous presse ; en fonction des matières premières utilisées, cette opération, qui a pour but de polymériser correctement la garniture, est conduite entre 180 et 210 C, pendant 4 à 10 minutes, sous une pression comprise entre 150 et 300 bars. La garniture est ensuite stabilisée en étuve, à une temperature supérieure à 230 C pendant un temps qui peut atteindre environ 24 heures. La garniture ainsi réalisée présente certains inconvénients ; notamment, en utilisation à haute température, elle est sujette à phénomène de gonflement, ce qui, dans certaines applications, peut nuire à l'organe qu'elle équipe, comme expliqué ci-dessous. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients. Suivant l'invention, la garniture est traitée une nouvelle fois thermiquement pour réduire son gonflement en utilisation. Ce traitement, dit anti-gonflement, qui est effectué après toutes les opérations classiques ci-dessus, est conduit à une temperature égale ou supérieure à la température maximale utilisée lors de la stabilisation en étuve, de préference à une température supérieure à 250 C, par exemple comprise entre 250 300 C, avantageusement entre 270 et 300 C. La garniture est maintenue à cette température pendant 6 à 12 heures, avantageusement sous faible charge, par exemple inférieure à 0,1 bar pour éviter voilage pendant le traitement. Ce traitement peut bien entendu être effectué en étuve ou sous presse ; dans ce dernier cas, on préfère, pour éviter son voilage, laisser la garniture refroidir sous presse tant que sa température n'est pas descendue en dessous de 100 C. Dans l'application à une garniture pour disque de friction d'embrayage associé à un mécanisme d'embrayage pour constituer un embrayage à friction, notamment pour véhicule automobile, l'invention présente un avantage particulier. Un embrayage à friction classique comporte généralement un plateau de réaction, éventuellement en deux parties pour formation d'un volant amortisseur ou d'un volant flexible, calé en rotation sur premier arbre, usuellement un arbre menant tel que le vilebrequin du moteur à combustion interne d'un véhicule, et supportant par sa périphérie externe un couvercle auquel est attaché au moins un plateau de pression. Le plateau de pression est solidaire en rotation du couvercle et du plateau de réaction tout en pouvant se déplacer axialement sous la sollicitation de moyens embrayeurs élastiques à action axiale commandés des moyens débrayeurs ; les moyens embrayeurs peuvent consister en ressorts helicoïdaux, ou en une ou deux rondelles Belleville montées en serie ou en parallèle, soumis à l'action de leviers de débrayage formant moyens debrayeurs ; généralement, les moyens embrayeurs et débrayeurs appartiennent à une même pièce, par exemple un diaphragme métallique prenant appui sur le couvercle ; le diaphragme peut être monté en série ou en parallèle avec une rondelle Belleville pour assurer une assistance l'effort de débrayage, comme décrit par exemple dans le document FR- 2 753 disque de friction, portant des garnitures de friction à sa périphérie externe, solidaire en rotation d'un arbre, usuellement un arbre mené tel l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses, est intercalé entre le plateau pression le plateau de réaction de façon à être serré entre eux lorsque l'embrayage est en position d'engagement. Les moyens embrayeurs commandent le déplacement axial du plateau de pression lorsqu'ils sont actionnés par une butée de débrayage par l'intermédiaire des moyens débrayeurs. Au cours de la durée de vie d'un tel embrayage, les garnitures friction ainsi que les contre-matériaux, plateau de pression et plateau réaction, usent, ce qui provoque une variation de la position du plateau pression celles des moyens embrayeurs à action axiale et de la butée débrayage, d'où il s'ensuit, d'une part, une variation de la force de serrage du disque de friction entre les plateaux de pression et de réaction en raison des modifications des conditions de travail des moyens débrayeurs, d'autre part, que la force nécessaire pour débrayer s'en trouve affectée. dotant tel embrayage d'un dispositif de rattrapage d'usure, on évite ces inconvénients, les moyens embrayeurs, ainsi que la butée de débrayage, usuellement en appui constant sur les moyens débrayeurs, occupant la même position lorsque l'embrayage est en position d'engagement. Un embrayage à friction équipé d'un dispositif de rattrapage d'usure est agencé en sorte que l'un des appuis des moyens embrayeurs, que ce soit l'appui lié directement ou indirectement au couvercle, ou l'appui lié directement ou indirectement au plateau de pression, est décelable axialement, un moyen, dit de compensation, étant prévu pour réaliser ce décalage, en association avec un moyen, dit d'actionnement, permettant la mise en oeuvre, en fait l'actionnement, dudit moyen de compensation et un moyen de déclenchement commandant lui-même le moyen d'actionnement en autorisant ou non l'entrée en fonction du moyen d'actionnement. Bien entendu un dispositif de rattrapage d'usure est piloté par un moyen, dit de détection, sensible à l'usure des garnitures, directement ou indirectement, c'est-à-dire exemple sensible à la position d'au moins l'un des constituants de l'embrayage influencée par ladite usure, ledit moyen de détection agissant sur l'un desdits moyens de compensation, d'actionnement et de déclenchement. On connaît différents types de dispositif de rattrapage d'usure, décrits par exemple, dans les documents FR-A-2 753 503, GB- -2 294 983, GB-A- 2 294 301, US-A-5 564 541, FR-A-2 599 446 ou autres. II est aisé de comprendre que le moyen de détection du dispositif de rattrapage d'usure prend en compte la distance axiale qui sépare les faces en regard des plateaux de réaction et de pression entre lesquelles sont disposées les garnitures du disque de friction, laquelle distance s'amenuise avec l'usure. En fonctionnement, les garnitures de friction sont soumises à une température élevée, de l'ordre de 300 C et, sans le traitement anti-gonflement selon l'invention, usuellement les garnitures gonflent d'une quantité pouvant atteindre, axialement, 0,10 millimètre : ceci, bien évidemment, perturbe gravement le fonctionnement du dispositif de rattrapage d'usure, donc de l'embrayage ; par ailleurs, en fonction de la composition des garnitures, l'écart type afférent à cette valeur de gonflement de 0,10 millimètre est de l'ordre de 0,02 millimètre. Avantageusement, une garniture de friction d'embrayage ayant fait l'objet d'un traitement anti-regonflement, peut également être utilisée dans une machine électrique tournante réversible de type alternateur-démarreur telle que décrite dans la demande de brevet FR 2,782,354. En effet; dans ce type de machine, le plateau de réaction appartient à un volant d'entraînement en rotation portant le rotor de la machine électrique tournante. La température de la garniture friction sera donc portée à une température encore plus élevée que dans machine normale. De plus, un alternateur-démarreur peut avantageusement également être doté d'un dispositif de rattrapage d'usure pour réduire l'encombrement., axial de l'alternateur-démarreur, qui fonctionnera d'autant mieux que la garniture de friction aura subi un traîtement anti-regonflement que décrit dans la présente invention. Grâce au traitement anti-gonflement selon l'invention, le gonflement des garnitures en utilisation, mesuré axialement, est réduit d'au moins 30 %, voire de 90 % lorsque les garnitures sont à base de latex ; de plus, l'écart type est réduit de moitié. L'efficacité du traitement anti-gonflement selon l'invention peut s'expliquer par le résultat de nombreux essais effectués. Ces essais ont montré en particulier qu'à la température d'utilisation, de l'ordre de 300 C, les garnitures non traitées conformément à l'invention perdent du poids et le gonflement est d'autant plus important que la perte poids est importante ; dès lors, grâce au traitement anti-gonflement, la perte de poids de la garniture a lieu lors de sa fabrication et le traitement anti gonflement est avantageusement conduit en sorte de faire perdre à la garniture le poids qu'elle aurait perdu en utilisation si elle n'avait pas subi ce traitement anti-gonflement. Des essais ont montré également que, en utilisation, une garniture classique voit sa porosité augmenter ; cet accroissement de porosite correspond à une élimination des liants à faible masse moléculaire, à réduction des contraintes et à une stabilisation du réseau ; le traitement anti gonflement selon l'invention donne à la garniture une porosité quasiment stable qui n'évoluera pas, ou très peu, en utilisation et son gonflement s'en trouvera très limité. L'expérience a montré que le traitement anti-gonflement selon l'invention est d'autant plus efficace, c'est-à-dire que le gonflement de la garniture traitée est d'autant moins élevé en utilisation, qu'il est puissant, à savoir que sa durée et la température du traitement sont élevées. Ceci est mis en évidence par l'examen des thermogrammes d'analyse thermiques différentielles effectués en atmosphère inerte sur des échantillons d'une même garniture traités différemment. A titre d'exemple, on a réalisé une garniture de friction type à partir constituants ci-dessus ; après mise en forme, la garniture a été soumise à opération de cuisson sous presse à 190 C, pendant environ 4 minutes secondes, sous 250 bars et à un traitement thermique en étuve comportant palier final de 6 h à 250 C. Un échantillon de cette garniture ainsi réalisée classiquement a été soumis à une analyse thermique différentielle ; le thermogramme correspondant est illustré par la figure 1 ; référencé ATD, on voit qu'il constitué d'un endotherme EN jusqu'à 140 C et qu'au dessus on a un fort exotherme EX. Le regonflement de cette garniture a été mesuré à 0.10 mm. On a ensuite soumis cette garniture à des traitements complémentaires de plus en plus poussés dont les deux traitements décrits ci-dessous . Un premier traitement complémentaire comportait un palier final de 4 h a 270 C. Sur le thermogramme correspondant, figure 2, on a un endotherme jusqu'à environ 140 C, pratiquement identique à celui de la figure 1 ; revanche, à partir de 140 C, l'exotherme EX est beaucoup plus faible que celui de la figure 1, ce qui est caractéristique d'une plus grande stabilisation du matériau. Avec ce traitement, le regonflement à 300 C est de 0,07 mm. Un second traitement complémentaire a été plus poussé que celui décrit précédemment : il comportait un palier final de 8 h à 270 C. Sur le thermogramme correspondant, figure 3, on a un endotherme EN jusqu'à environ 650 C et pratiquement plus d'exotherme. Le matériau est donc très bien stabilisé, ce qui se traduit par un regonflement à 300 C extrêmement faible, de l'ordre de 0,01 mm, ce qui assure une sécurité totale du fonctionnement des rattrapages de jeu automatiques. Ainsi, une caractéristique importante d'une garniture de friction ayant subi le traitement anti-gonflement selon l'invention est que le thermogramme d'un échantillon d'une telle garniture soumis à une analyse thermique différentielle présente un endotherme qui s'étend jusqu'à une température d'au moins 300 C. A titre indicatif, pour mesurer le gonflement à 300 C, on peut procéder comme suit ; on repère sur une face de la garniture trois points équidistants, à 1 degrés ; on mesure et on enregistre les épaisseurs aux endroits reperés ; introduit la garniture dans une étuve ventilée réglée à 300 C (- 0, 2) ; minutes après, on sort la garniture de l'étuve, on la laisse refroidir pendant heure et on mesure, et on enregistre, les épaisseurs au droit des repères le gonflement peut alors être calculé, en millimètre. La garniture de friction décrite dans la présente invention peut être avantageusement utilisée comme disque de friction d'embrayage, en particulier pour véhicule automobile, portant à sa périphérie externe de telles garnitures et un embrayage à friction comportant un tel disque de friction et notamment équipé d'un dispositif de rattrapage d'usure. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'une garniture de friction, notamment de disque de friction, en particulier pour véhicule automobile, consistant à mélanger des matières premières telles fibres, liants, charges, à mettre en forme ledit mélange, à soumettre le melange ainsi formé à une opération de cuisson sous presse, caractérisé en ce comporte une étape complémentaire consistant en un traitement thermique realisé à une température et pendant une durée telles qu'un échantillon cette garniture, soumis à une analyse thermique différentielle, présente endotherme qui s'étend jusqu'à une température d'au moins 300 C, pour réduire le regonflement de ladite garniture de friction. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la température du traitement thermique complémentaire est réalisé à une température comprise entre 250 et 300 C 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la température du traitement thermique complémentaire est réalisé pendant un temps compris entre 6 et 12 heures. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'une étape de stabilisation en étuve des garnitures de friction est prévue entre l'opération de cuisson sous presse et le traitement thermique complémentaire anti-gonflement. 5. Procédé selon la revendication 1 caractérisée en ce que les liants sont thermodurcissables. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que, à la sortie de l'étape complémentaire de traitement thermique d'anti-regonflement, la garniture est refroidie sous presse jusqu'à ce que sa température ait atteint moins de 100 C. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la température du traitement anti-gonflement est comprise entre 270 et 300 C. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le traitement anti-gonflement est réalisé sous charge, en étuve ou sous presse. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la charge est inférieure à 0,1 bar. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la mise forme du melange est une opération de moulage sous pression à chaud ou opération moulage à injection. 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que l'opération de cuisson sous presse est conduite entre 180 et 210 C, pendant 4 à 10 minutes, sous 150 à 300 bars. 12. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'opération de stabilisation en étuve est réalisée à température supérieure à 230 C pendant un temps pouvant atteindre environ 24 heures. 13. Garniture de friction obtenu selon un procédé décrit selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée par le fait échantillon cette garniture soumis à une analyse thermique différentielle présente un endotherme qui s'étend jusqu'à une température d'au moins 300 C. 14. Garniture de friction selon la revendication 13, caractérisée par le fait qu'elle est forme de plots ou de segments destinés à équiper un disque friction d'embrayage. 15. Garniture de friction selon la revendication caractérisée par le fait qu'elle est en forme de couronne destinée à équiper un disque de friction d'embrayage. 16. Disque de friction d'embrayage portant à périphérie externe des garnitures de friction, caractérisé par le fait que les garnitures de friction sont selon l'une des revendications 14 ou 15. 17. Embrayage à friction, du genre comportant un plateau de réaction supportant sa périphérie externe un couvercle auquel est attaché au moins un plateau pression, un disque de friction étant intercalé entre le plateau de réaction et plateau de pression, caractérisé par le fait que le disque de friction est selon la revendication 16. 18. Embrayage à friction, selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il est équipé d'un dispositif de rattrapage d'usure. 19. Embrayage à friction, selon la revendication 16 ou 17, caractérisé en ce que le plateau de réaction appartient à un volant d'entraînement portant le rotor d'une machine électrique tournante.