Brevet FR2802999A1 — publié le 20010629

"Garniture de friction, disque de friction équipé d'une telle garniture, embrayage à friction, notamment pour véhicule automobile, équipé d'un tel disque de friction, et procédé de réalisation d'une garniture de friction" figures 1 à 3 représentent chacune le thermogramme d'un echantillon de garniture de friction, défini ci-dessous, qui a été soumis à analyse thermique différentielle. Pour réaliser une garniture de friction, on procède comme suit. différentes matières premières sont mélangées, puis le melange 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, des fils métalliques, tels que des fils de cuivre, de laiton ou autres. Les liants peuvent être une association de résines phénoliques, de résines melamines 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 du 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, graphites, des oxydes, tels que magnésie, oxydes de fer, ou autres, du carbonate de calcium, du mica, des bases fortes, telles que la potasse ou la soude surfactants amioniques, non ioniques, des charges organiques telles que des cardolites ou autres. La 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 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 et 300 bars. La garniture est ensuite stabilisée en étuve, à une température superieure 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 un phénomène de gonflement, qui, dans certaines applications, peut nuire à l'organe '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 température égale ou supérieure à température maximale utilisée lors de la stabilisation en étuve, de préférence à une température supérieure à 250 C, par exemple comprise entre 250 et 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 pour éviter son 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, eventuellement en deux parties pour formation d'un volant amortisseur d'un volant flexible, calé en rotation sur un 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 par des moyens débrayeurs ; les moyens embrayeurs peuvent consister en des ressorts hélicoïdaux, ou en une ou deux rondelles Belleville montées en série ou en parallèle, soumis à l'action de leviers de débrayage formant les moyens débrayeurs ; 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 serie ou en parallèle avec une rondelle Belleville pour assurer une assistance de l'effort de débrayage, comme décrit par exemple dans le document FR-A- 2 753 758. Un disque de friction, portant des garnitures de friction à sa périphérie externe, solidaire en rotation d'un arbre, usuellement un arbre mené que l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses, est intercalé entre le plateau de pression et 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 de friction ainsi que les contre-matériaux, plateau de pression et plateau de réaction, s'usent, ce qui provoque une variation de la position du plateau de pression et celles des moyens embrayeurs à action axiale et de la butée de 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, et, d'autre part, que la force nécessaire pour débrayer s'en trouve affectee. En dotant un 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 soit !'appui lié directement ou indirectement au couvercle, ou l'appui lié directement ou indirectement au plateau de pression, est décalable 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-A- 294 983, GB-A- 2 294 301, US-A-5 564 541, FR-A-2 599 446 ou autres. Il 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. 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 de 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 porosité correspond à une élimination des liants à faible masse moléculaire, à une réduction des contraintes et à une stabilisation du reseau ; 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 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 echantillons d'une même garniture traités différemment. A titre d'exemple, on a réalisé une garniture de friction type à partir des constituants ci-dessus ; après mise en forme, la garniture a été soumise à une opération de cuisson sous presse à 190 C, pendant environ 4 minutes 30 secondes, sous 250 bars et à un traitement thermique en étuve comportant un 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 est 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 à 270 C. Sur le thermogramme correspondant, figure 2, on a un endotherme EN jusqu'à environ 140 C, pratiquement identique à celui de la figure 1 ; en 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 le thermogramme d'un échantillon d'une telle garniture soumis à analyse thermique différentielle présente un endotherme qui s'étend jusqu'à 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 120 degrés ; on mesure et on enregistre les épaisseurs aux endroits repérés ; on introduit la garniture dans une étuve ventilée réglée à 300 C (- 0, + 2) ; dix minutes après, on sort la garniture de l'étuve, on la laisse refroidir pendant une heure et on mesure, et on enregistre, les épaisseurs au droit des repères le gonflement peut alors être calculé, en millimètre. Outre le procédé ci-dessus, la présente invention a également pour objets une telle garniture de friction, un disque de friction d'embrayage, en particulier pour véhicule automobile, portant à sa périphérie externe de telles garnitures, par exemple en forme plots ou de segments, ou encore en forme de couronne, et un embrayage à friction comportant un tel disque de friction et notamment équipé d'un dispositif rattrapage d'usure. REVENDICATIONS 1. Garniture de friction comportant des fils, des liants et charges, caractérisée par le fait qu'elle présente un endotherme qui s'étend jusqu'à une température d'au moins 300 C lorsqu'elle est soumise à une analyse thermique différentielle. 2. Garniture de friction selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle en forme de plots ou de segments destinés à équiper disque de friction d'embrayage. 3. Garniture de friction selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle est en forme de couronne destinée à équiper un disque de friction d'embrayage. 4. Disque de friction d'embrayage portant à sa périphérie externe des garnitures de friction, caractérisé par le fait que les garnitures friction sont selon l'une des revendications 2 ou 3. 5. Embrayage à friction, du genre comportant un plateau réaction supportant par sa périphérie externe un couvercle auquel est attaché moins un plateau de pression, un disque de friction étant intercalé entre plateau de réaction et le plateau de pression, caractérisé par le fait que le disque de friction est selon la revendication 4. 6. Embrayage à friction, selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il est équipé d'un dispositif de rattrapage d'usure. 7. 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 que fibres, liants, charges, à mettre en forme ledit mélange, à soumettre le mélange ainsi formé à une opération de cuisson sous presse, puis à une opération de stabilisation en étuve, caractérisé par le fait qu'il comporte une étape complémentaire consistant en un traitement thermique dit anti-gonflement conduit à une température comprise entre 250 et 300 C pendant un temps compris entre 6 et 12 heures. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que, à la sortie du traitement anti-gonflement, la garniture est refroidie sous presse jusqu'à ce que sa température ait atteint moins de 100 C. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé par fait que la température du traitement anti-gonflement est comprise entre et 300 C. 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que le traitement anti-gonflement est réalisé sous charge, en étuve ou sous presse. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé par le fait que la charge est faible, notamment inférieure à 0,1 bar. Procédé selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé par le fait que la mise en forme du mélange est une opération de moulage sous pression à chaud une opération de moulage à injection. Procédé selon l'une des revendications 7 à 12, caractérisé par le fait que l'operation de cuisson sous presse est conduite entre 180 et 210 C, pendant 4 à 10 minutes, sous 150 à 300 bars. 14. Procédé selon l'une des revendications 7 à 13, 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.