Brevet FR2836970A1 — publié le 20030912

La présente invention concerne les garnitures de friction, et plus particulièrement les garnitures de friction en forme de couronne, telles que par exemple les garnitures de friction de disques d'embrayage de véhicules automobiles. Les garnitures de friction étant soumises à des sollicitations mécaniques et thermiques sévères, elles doivent avoir une haute résistance à la traction, un faible module de flexion, un fort coefficient d'amortissement, une grande stabilité thermique à haute température. Ces caractéristiques sont obtenues avec des matériaux composites renforcés par des fibres plutôt longues. Utilisées à grande vitesse de rotation, de telles garnitures doivent par ailleurs avoir une très bonne tenue à la force centrifuge ; ceci nécessite une disposition des fibres préférentiellement circonférentielle. La présente invention a pour but de proposer un procédé de fabrication d'une telle garniture de friction qui permette d'obtenir facilement une telle orientation en symétrie de révolution en tout point de la garniture. Selon l'invention, un procédé de fabrication d'une garniture de friction en forme de couronne, notamment pour embrayage, constituée d'un matériau de friction comportant des fibres, lequel procédé consistant à injecter un matériau dans un moule ayant deux parties mobiles axialement l'une par rapport à l'autre et définissant, lorsqu'elles sont accolées l'une à l'autre, une empreinte correspondant à la forme en couronne désirée, est caractérisé par le fait que l'alimentation de l'empreinte en matériau est réalisée par un canal s'étendant jusqu'à l'empreinte depuis un point d'injection situé sur ou très proche de l'axe de l'empreinte, ledit canal étant défini entre les deux parties du moule et ayant une forme de révolution. Avantageusement, le matériau de friction comportant des fibres est obtenu à partir d'une résine polyester thermodurcissable enrobant des fibres. Avantageusement, le matériau de friction comportant des fibres est obtenu en imprégnant les fibres à l'aide d'un polymère thermodurcissable de viscosité très faible en phase fondue puis en introduisant les fibres imprégnées dans un mélange à base d'élastomère vulcanisable chargé de viscosité élevée en phase fondue. De préférence, le matériau ainsi obtenu est introduit directement dans le moule. Avantageusement, le polymère est une résine phénolique. De préférence, le mélange est un terpolymère d'éthylène, de propylène et d'un dièdre ou EPDM ; en variante, le mélange est un copolymère de styrène et de butadiène ou SBR, ou un copolymère de butadiène et d'acrylonitril ou NBR. Avantageusement, le mélange contient également un polymère de viscosité très faible en phase fondue ; ce polymère est le même que celui utilisé pour l'imprégnation des fibres. De préférence, l'imprégnation des fibres est réalisée dans une vis d'injection, les fibres étant introduites en continu dans ladite vis qui les découpe à longueur. Avantageusement, le mélange à base d'élastomère est réalisé directement dans une vis d'injection dite secondaire. De préférence, le mélange à base d'élastomère est introduit dans la vis d'injection secondaire sous forme de poudre, pellets ou bandelettes. L'invention a également pour objet un moule pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus qui comprend deux parties mobiles axialement l'une par rapport à l'autre et définissant, lorsqu'elles sont accolées l'une à l'autre, une empreinte en forme de couronne destinée à être alimentée en matériau, le point d'injection étant situé sur ou très proche de l'axe de l'empreinte le long duquel les deux parties du moule sont montées mobiles l'une par rapport à l'autre. Avantageusement, les deux parties du moule ont des faces en regard qui sont complémentaires et déplaçables l'une par rapport à l'autre entre au moins deux positions, une position dite d'alimentation dans laquelle elles sont à distance l'une de l'autre, et une position dite de fermeture dans laquelle elles sont au contact l'une de l'autre. De préférence, les faces en regard sont parallèles. Avantageusement, les faces en regard sont perpendiculaires à l'axe de l'empreinte. De préférence, l'une des faces en regard est portée par un élément déformable, les deux faces en regard étant, dans leur position d'alimentation, axialement à une distance l'une de l'autre qui augmente depuis leurs parties en regard proches de l'axe jusqu'à leurs parties en regard proches de l'empreinte en forme de couronne, tandis que dans leur position de fermeture elles sont au contact l'une de l'autre. Avantageusement, la face portée par l'élément déformable est, dans la position d'alimentation, de forme conique, l'autre face étant perpendiculaire à l'axe. De préférence, l'une des parties du moule porte un piston adapté à réduire le volume défini par les faces en regard. Avantageusement, l'une des deux parties de moule est en deux pièces globalement annulaires, une pièce dite externe et une pièce dite interne reliées périphériquement par un matériau isolant thermiquement. De préférence, la pièce externe est associée à des moyens de chauffage. Avantageusement, la pièce interne est associée à des moyens de refroidissement. De préférence, les deux parties sont en deux parties globalement annulaires montées coulissantes axialement l'une par rapport à l'autre, les parties disposées radialement le plus à l'extérieur étant adaptées à définir l'empreinte en forme de couronne et portées par un carrousel. Avantageusement, le point d'injection est raccordé à la sortie de deux vis d'injection indépendantes. De préférence, les deux vis d'injection s'étendent parallèlement l'une à l'autre. La présente invention a également pour objet une garniture de friction moulée en forme de couronne dont le matériau de friction comporte des fibres obtenue par le procédé ci-dessus. Elle a également pour objet une garniture de friction moulée en forme de couronne, dont le matériau de friction comporte des fibres, ayant les caractéristiques du moule ci-dessus. Dans la garniture, l'inclinaison des fibres par rapport aux tangentes à la forme générale circulaire de la garniture est en moyenne plus importante au voisinage du diamètre intérieur qu'au voisinage du diamètre extérieur de la garniture en forme de couronne. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemple, purement illustratif et non limitatif, des modes de réalisation représentés sur les dessins annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue schématique en coupe partielle d'un moule selon l'invention ; - la figure 2 est une vue partielle de la figure 1 et montre les deux parties du moule définissant l'empreinte dans leur position d'alimentation ; - la figure 3 est analogue à la figure 2, les deux parties du moule étant en position de fermeture ; - les figures 4 et 5 sont analogues aux figures 2 et 3, respectivement, et montrent une variante ; - les figures 6 et 7 sont analogues aux figures 2 et 3, respectivement, et montrent une autre variante ; - les figures 8 et 9 sont analogues aux figures 2 et 3, respectivement, et montrent une autre variante ; - les figures 10 et 11 sont analogues aux figures 2 et 3, respectivement, et montrent encore une autre variante. En se reportant aux figures 1 à 3, on voit un moule qui comprend deux parties de moule 11,12 globalement de révolution autour d'un axe A et mobiles axialement l'une par rapport à l'autre ; ici, la partie de moule 12 est fixe et la partie de moule 11 est déplaçable par rapport à la partie de moule 12. Les deux parties de moule 11, 12 présentent une empreinte 13 qui, lorsqu'elles sont accolées l'une à l'autre, figure 3, a la forme d'une couronne destinée à être alimentée en matériau M. Les deux parties de moule 11, 12 ont des faces en regard 15,16 complémentaires déplaçables l'une par rapport à l'autre entre deux positions, une position dite d'alimentation, figures 1 et 2, dans laquelle elles sont à distance l'une de l'autre, et une position dite de fermeture, figure 3, dans laquelle elles sont au contact l'une de l'autre. Dans la forme représentée sur ces figures, les faces en regard 15,16 sont parallèles et perpendiculaires à l'axe A, qui est l'axe de l'empreinte 13 en forme de couronne. La partie de moule 12 fixe est traversée centralement par un canal 14 évasé dont la section croît au fur et à mesure que l'on s'approche de la partie de moule 11 mobile et dont l'entrée 17 constitue le point d'injection situé ici sur l'axe A. Le point d'injection 17 est relié à la sortie d'un pot d'injection 100 qui comprend classiquement un boisseau de fermeture 101, une chambre d'alimentation 102, un piston d'injection 103, un clapet 104. Le matériau M comporte des fibres, telles que des fibres de verre par exemple, plutôt longues ; ce peut être une résine polyester thermodurcissable enrobant les fibres. Ici, le matériau M comporte des fibres introduites dans un mélange élastomère vulcanisable de viscosité élevée en phase fondue ; ce mélange est par exemple un terpolymère d'éthylène, de propylène et d'un diène, ou EPDM ; ce peut être également un copolymère de styrène et de butadiène, ou SBR, ou un copolymère de butadiène et d'acrylonitrile, ou NBR. Avantageusement, en vue de leur introduction dans le mélange élastomère fondu, les fibres sont préalablement imprégnées d'un polymère thermodurcissable de viscosité très faible en phase fondue ; un tel polymère est par exemple une résine phénolique ; ce polymère thermodurcissable contribue à la tenue mécanique du matériau de friction. Ici, on entend par viscosité élevée une viscosité supérieure à 40 Mooney ML (1+4), et par viscosité très faible, une viscosité inférieure à 10 Mooney ML (1+4) ; ces valeurs sont obtenues par des mesures de consistométrie faites à 100 degrés sur un rhéomètre type Mooney dont le mobile tourne continûment à une vitesse de 2 tours par minute. Une vis d'injection 105, figure 1, assure 11imprégnation des fibres ; une trémie 107 reçoit la matière d'imprégnation, telle qu'une résine phénolique ; les fibres 108 sont introduites en continu et c'est la vis 105 elle-même qui les coupe à longueur, laquelle est en moyenne d'au moins 5 millimètres ; ainsi, cette vis 105 assure la plastification du polymère d'imprégnation et l'imprégnation des fibres ; cette vis 105 reçoit également l'élastomère depuis une vis secondaire 106 qui s'étend parallèlement à la vis 105 ; ainsi, la vis secondaire 106 vient directement alimenter la vis 105 qui réalise le mélange proprement dit ; l'élastomère, ou plus précisément le mélange à base d'élastomère, est introduit sous forme de poudre, pellets ou bandelettes ; dans l'exemple représenté figure 1, il s'agit d'une bandelette 109. Le mélange à base d'élastomère contient classiquement des charges, catalyseurs, accélérateurs, inhibiteurs ; il pourrait également contenir du polymère imprégnant les fibres, en une quantité pouvant aller jusqu'à 50 pour cent en poids du polymère contenu dans le matériau. Grâce à cette disposition, le mélange à base d'élastomère présente une viscosité plus faible une fois qu'il est plastifié et le mélange final est plus homogène. Comme on le voit, le mélange plastifié est réalisé et introduit directement au point d'injection. Un mélange ayant donné satisfaction a la composition suivante, en poids : 10 à 15 % de polymère 20 à 30 % d'élastomère EPDM 15 à 20 % de charge (noir de carbone et charge minérale) 30 à 50 % de fibres de verre. Bien entendu, des dispositions sont prises pour limiter la détérioration des fibres : canaux à grande section, courbure limitée, profils des vis, longueurs des vis ; de plus, les paramètres de fonctionnement sont choisis en sorte que le mélange final est homogène et régulier quant à son comportement rhéologique et rhéométrique : absence de démixtion ou séparation de phases. Les paramètres de contrôle du fonctionnement des deux vis 105 et 106, par exemple vitesse et température, sont réglés indépendamment d'une vis à l'autre pour mieux maîtriser les degrés d'avancement de la plastification et de la polymérisation. Bien entendu, des moyens de chauffage non représentés sont associés aux vis 105 et 106. Le mélange ainsi réalisé est injecté centralement en 17 ; l'alimentation de l'empreinte est réalisée par un canal, défini entre les deux parties de moule 11, 12, ayant une forme de révolution. Dès lors, le matériau injecté se propage entre la partie fixe de moule 12 et sa partie mobile 11, depuis le point d'injection 17 vers l'empreinte 13 en formant une nappe circulaire de matériau dont le diamètre croît pendant l'injection ; le matériau subit des déformations au cours de la croissance du diamètre de la nappe, ces déformations s'étendant circonférentiellement, c'est-à-dire tangentiellement à l'enveloppe circulaire de la nappe ; ainsi, lors de l'injection, les fibres, entraînées par la matière en mouvement, s'orientent tangentiellement à la forme générale circulaire de la garniture en couronne, ce qui est favorable à sa tenue en centrifugation. On constate que l'inclinaison des fibres par rapport aux tangentes à la forme générale circulaire de la garniture est en moyenne plus importante au voisinage du diamètre intérieur qu'au voisinage du diamètre extérieur de la garniture en forme de couronne ; la tenue en centrifugation n'en est bien entendu pas affectée. Dans leur position d'alimentation, les deux parties de moule 11 et 12 sont à courte distance l'une de l'autre, par exemple au plus à 5 millimètres l'une de l'autre ; la quantité de matière injectée est telle que, alors que l'injection débute lorsque le moule est ouvert, elle se termine avant que le moule soit fermé ; à titre d'exemple, pendant l'injection pour au moins la moitié du matériau nécessaire pour le remplissage de l'empreinte, les deux parties de moule 11,12 sont espacées d'un millimètre environ, voir moins. Les figures 4 et 5 montrent une variante de moule dans laquelle la partie de moule mobile 21 comporte un piston 27 dont le diamètre est tel que, lorsque le moule est fermé, il constitue la paroi cylindrique intérieure de l'empreinte 13, au droit bien entendu du diamètre intérieur de la couronne. Ainsi, la face de la partie mobile 21 du moule qui est en regard de la face 16 de la partie fixe 12 du moule comprend notamment le fond 23 de l'empreinte et la face avant 25 du piston 27. Selon la variante des figures 6 et 7, dans la position d'alimentation des parties de moule 31 et 12, le passage pour l'alimentation en matériau de friction de l'empreinte 13 depuis le point d'injection 17 a une épaisseur, mesurée parallèlement à l'axe A, qui croît depuis l'axe A vers l'empreinte 13 : les deux faces en regard, des deux parties de moule 31 et 12, sont, dans leur position d'alimentation, axialement à une distance l'une de l'autre qui augmente depuis leurs parties proches de l'axe A jusqu'à leurs parties en regard proches de l'empreinte 13 en forme de couronne ; cette disposition permet de faciliter, à la fermeture du moule, le transfert du matériau vers l'empreinte 13. On préfère qu'en dehors de l'empreinte 13 les faces en regard des deux parties de moule 31 et 12 soient en contact à la fermeture du moule ; pour ce faire, la face de la partie mobile 31 est au moins en partie constituée par la face externe d'un élément élastique 32 de forme générale conique retenu, dans cette position précontrainte, par une entretoise 33 ; grâce à cette disposition, par contact avec la face 16 de la partie de moule 12, l'élément élastique 32 trouve à la fermeture du moule une configuration plate, figure 7, en étant en appui sur un pion central 35. Derrière l'élément élastique 32 est définie une cavité 34 autorisant sa déformation ; on peut mettre à profit cette cavité 34 pour y faire circuler un fluide sous pression et contrôler la déformation de l'élément 32. Dans l'exemple représenté, la face en regard 16 de la partie de moule 12 fixe est plane et perpendiculaire à l'axe ; en variante, elle est également conique. Comme on peut le remarquer, les faces en regard des deux parties de moule sont en contact lorsque le moule est fermé ; ainsi, au droit de celles-ci, il n'y a pas de perte de matière entre injections successives. Lorsque le moule est fermé, la zone externe où est l'empreinte en couronne est chauffée un certain temps en vue de polymériser la garniture ; toutefois, il est souhaitable que la matière restante au droit du point d'injection 17 ne polymérise pas et reste fluide pour l'injection suivante. Selon la variante des figures 8 et 9, les deux parties de moule 41 et 42 sont en deux pièces globalement annulaires, une pièce dite externe, respectivement 43 et 44, et une pièce dite interne, respectivement 47 et 48, reliées périphériquement par un matériau isolant thermiquement, de forme annulaire, respectivement 61 et 62 ; ces matériaux isolants empêchent la chaleur apportée aux pièces externes 43 et 44 d'être conduite vers les pièces internes 47 et 48. Il est également possible de prévoir, comme représenté sur les figures, des canaux 45 et 46, dans les pièces internes 47 et 48, respectivement, traversés par un fluide de refroidissement. Sur les figures 10 et 11, les deux pièces externes sont en deux parties globalement annulaires montées coulissantes axialement l'une par rapport à l'autre ; ce sont les parties disposées radialement le plus à l'extérieur, 53 et 54, qui sont adaptées à définir l'empreinte en forme de couronne ; déplaçables axialement par rapport aux parties 55 et 56 les plus proches de l'axe, ces dernières peuvent être espacées d'une distance suffisamment grande, figure 11, pour que les parties 53 et 54, le plus à l'extérieur, puissent être portées par un carrousel équipé de plusieurs pièces semblables : dès lors, le temps de cycle est très court et la carotte centrale n'a pas le temps de polymériser. Sur ces figures, on remarque également que la partie externe 53 de la partie 51 mobile du moule porte un embrèvement annulaire 59 qui prolonge légèrement radialement une partie de l'empreinte en forme de couronne, embrèvement qui reçoit la partie externe 54, de l'autre partie 52 du moule, à la manière d'un piston ; dès lors, une pression importante peut être appliquée au matériau présent dans l'empreinte sans que cette pression soit appliquée sur tout le diamètre intérieur de l'empreinte en forme de couronne. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une garniture de friction en forme de couronne, notamment pour embrayage, constituée d'un matériau de friction comportant des fibres, lequel procédé consistant à injecter un matériau (M) dans un moule ayant deux parties (11,21, 31,41, 51-12,42, 52) mobiles axialement l'une par rapport à l'autre et définissant, lorsqu'elles sont accolées l'une à l'autre, une empreinte (13) correspondant à la forme en couronne désirée, caractérisé par le fait que l'alimentation de l'empreinte en matériau (M) est réalisée par un canal s'étendant jusqu'à l'empreinte depuis un point d'injection (17) situé sur ou très proche de l'axe (A) de l'empreinte (13), ledit canal étant défini entre les deux parties du moule et ayant une forme de révolution. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau de friction comportant des fibres est obtenu à partir d'une résine polyester thermodurcissable enrobant des fibres. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau de friction comportant des fibres est obtenu en imprégnant les fibres (108) à l'aide d'un polymère (107) thermodurcissable de viscosité très faible en phase fondue puis en introduisant les fibres imprégnées dans un mélange à base d'élastomère (109) vulcanisable chargé de viscosité élevée en phase fondue. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le matériau ainsi obtenu est introduit directement dans le moule. 5. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait que le polymère (107) est une résine phénolique. 6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait que le mélange (109) est un terpolymère d'éthylène, de propylène et d'un dièdre ou EPDM. 7. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait que le mélange (109) est un copolymère de styrène et de butadiène ou SBR. 8. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait que le mélange (109) est un copolymère de butadiène et d'acrylonitril ou NBR. 9. Procédé selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé par le fait que le mélange (109) contient également un polymère de viscosité très faible en phase fondue. de l'autre qui augmente depuis leurs parties en regard proches de l'axe (A) jusqu'à leurs parties en regard proches de l'empreinte (13) en forme de couronne, tandis que dans leur position de fermeture elles sont au contact l'une de l'autre. 19. Moule selon la revendication 16, caractérisé par le fait que la face portée par l'élément déformable (32) est, dans la position d'alimentation, de forme conique, l'autre face étant perpendiculaire à l'axe (A). 20. Moule selon l'une des revendications 15 à 19, caractérisé par le fait que l'une des parties du moule (21) porte un piston (27) adapté à réduire le volume défini par les faces en regard. 21. Moule selon l'une des revendications 14 à 20, caractérisé par le fait que l'une des deux parties de moule (41,51-42, 52) est en deux pièces globalement annulaires, une pièce dite externe (43,44) et une pièce dite interne (47,48) reliées périphériquement par un matériau (61,62) isolant thermiquement. 22. Moule selon la revendication 21, caractérisé par le fait que la pièce externe (43,44) est associée à des moyens de chauffage. 23. Moule selon l'une des revendications 21 ou 22, caractérisé par le fait que la pièce interne (47,48) est associée à des moyens de refroidissement. 24. Moule selon l'une des revendications 21 à 23, caractérisé par le fait que les deux parties sont en deux parties (53,55-54, 56) globalement annulaires montées coulissantes axialement l'une par rapport à l'autre, les parties (53,54) disposées radialement le plus à l'extérieur étant adaptées à définir l'empreinte en forme de couronne et portées par un carrousel. 25. Moule selon l'une des revendications 14 à 24, caractérisé par le fait que le point d'injection (17) est raccordé à la sortie de deux vis d'injection (105,106) indépendantes. 26. Moule selon la revendication 25, caractérisé par le fait que les deux vis d'injection (105,106) s'étendent parallèlement l'une à l'autre. 27. Garniture de friction moulée en forme de couronne dont le matériau de friction comporte des fibres, caractérisée par le fait qu'elle est obtenue par le procédé selon l'une des revendications 1 à 13. 28. Garniture de friction moulée en forme de couronne dont le matériau de friction comporte des fibres, caractérisée par le fait que le moule est selon l'une des revendications 14 à 26. 29. Garniture de friction selon l'une des revendications 27 ou 28, caractérisée par le fait que l'inclinaison des fibres par rapport aux tangentes à la forme générale circulaire de la garniture est en moyenne plus importante au voisinage du diamètre intérieur qu'au voisinage du diamètre extérieur de la garniture en forme de couronne.