Brevet FR3053273A1 — publié le 20180105

Procédé de fabrication d'une garniture de friction L'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une garniture de friction, notamment destinée à un disque de frein ou un embrayage de véhicule à moteur, ainsi qu'à une garniture de friction obtenue par ce procédé. Lors de la réalisation d'une garniture de friction destinée à un disque de frein ou un embrayage de véhicule à moteur, les matières premières sont compressées en température et sous pression pour former une pièce cuite. En raison du fluage des résines, des facteurs de forme des matières présentes comme les fibres et les poudres, ainsi qu'à la conception des moules, la pièce cuite en sortie de moulage présente une variation d'épaisseur entre O,lmm et 0,3mm. Ainsi, pour obtenir des faces parallèles requises par le système d'embrayage ou de freinage, une opération d'usinage est réalisée, sur une et ou sur les deux faces du matériau. Cette opération d'usinage génère entre 10 à 25% massique de pertes de matière engagée pour la fabrication de la garniture de friction pour embrayage automobile ou plaquette de frein. Cette perte de matériau de friction représente également une perte financière dans la mesure où le matériau usiné est complexe et couteux. Le but de la présente invention est de proposer un procédé permettant de diminuer les pertes de matériau de friction pendant le procédé de fabrication. L'invention propose ainsi un procédé de fabrication d'une garniture de friction, notamment destinée à un disque de frein ou un embrayage de véhicule à moteur comprenant : - une étape de fourniture d'une préforme au cours de laquelle une préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé comprenant deux faces opposées est fournie, - une étape de surépaisseur au cours de laquelle une surépaisseur en un matériau composite comprenant un mélange de fibres de longueur et de section variables et de résines thermodurcissables à l'état non-réticulé est fournie sur l'une des deux faces opposées de la préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé, - une étape de cuisson au cours de laquelle l'ensemble comprenant la préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé et la surépaisseur est chauffé à une température supérieure ou égale à 180°C et inférieure ou égale à 210°C pendant une durée supérieure ou égale à 1 min et inférieure ou égale à 15 min sous une pression supérieure ou égale à 50 bars et inférieure ou égale à 300 bars afin d'obtenir un ensemble réticulé comprenant un préforme en matériau de friction à l'état réticulé et une surépaisseur à l'état réticulé, 3053273 2 - une étape d'usinage au cours de laquelle au moins une face de l'ensemble réticulé est usinée de sorte à retirer la surépaisseur à l'état réticulé et obtenir une garniture de friction à l'état réticulé et aux faces opposées parallèles entre elles. Avantageusement, la fourniture d'une surépaisseur en matériau composite permet de 5 diminuer la perte de matériau de friction au cours du procédé de fabrication. Le procédé selon l'invention peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : 10 - au cours de l'étape d'usinage entre 10% et 30% de l'épaisseur de l'ensemble réticulé est retirée ; et/ou - la matière retirée au cours de l'étape d'usinage comprend au moins 80% en pourcentage massique de matériau composite de la surépaisseur à l'état réticulé ; et/ou - le matériau composite de la surépaisseur comprend un mélange de fibres de taille supérieure 15 ou égale à 50 .im et inférieure ou égale à 3001.1m ; et/ou - le matériau composite de la surépaisseur comprend un mélange de particules de diamètre inférieur à 50 i.tm ; et/ou - le matériau composite de la surépaisseur comprend au moins 25% en masse et jusqu'à 45% en masse de fibres et/ou de poudre de nature inorganique ; et/ou 20 - lequel le matériau composite de la surépaisseur comprend au moins 20% en masse et jusqu'à 35% en masse de charges inertes de nature organique ; et/ou - le matériau composite de la surépaisseur comprend au moins un agent mouillant, notamment de l'eau, un agent tackifiant ou du PVA, i.e. Poly acétate de vinyle ; et/ou - le matériau composite de la surépaisseur comprend au moins un polymère actif, notamment 25 de la résine phénolique, de la résine mélamine formaldéhyde et/ou du caoutchouc ; et/ou - le matériau composite de la surépaisseur comprend au moins 30% en masse et jusqu'à 50% en masse de polymère actif ; et/ou - le matériau composite de la surépaisseur est au moins en partie issu de déchets de composites thermodurcis, notamment des poussières d'usinage des garnitures de friction ou 30 de leur broyage ; et/ou - le matériau composite de la surépaisseur comporte jusqu'à 10% en masse de particules métalliques, de préférence jusqu'à 5% en masse ; et/ou - la surépaisseur est préformée, notamment par compression sous pression faible, avant d'être placée contre l'une des faces de la préforme de matériau de friction ; et/ou 3053273 3 - la préforme de matériau de friction est disposée sur une surface d'un disque support avant d'être fixée par collage au cours de l'étape de cuisson ; et/ou - au cours de l'étape de surépaisseur une surépaisseur est fournie sur les deux faces opposées de la préforme du matériau de friction. 5 L'invention se rapporte enfin à une garniture de friction, notamment destinée à un disque de frein ou un embrayage de véhicule à moteur, par exemple obtenu par le procédé selon l'invention. 10 La garniture de friction peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci- dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - la garniture comprend un gradient décroissant de concentration en fibres de longueur, de section et de nature chimique variable à partir d'une des deux faces opposées de la garniture 15 de friction ; et/ou - la garniture comprend une première zone comprenant des fibres de longueur, de section et de nature chimique variable et une deuxième zone exempte de fibres de longueur, de section et de nature chimique variable, la première zone s'étendant à partir d'une des deux faces opposées de la garniture de friction et ayant une épaisseur inférieure ou égale à 15% de 20 l'épaisseur totale de la garniture de friction, la deuxième zone ayant une épaisseur supérieure ou égale à 70% de l'épaisseur totale de la garniture de friction. La première zone peut également comprendre des résidus de matériau composite dont la composition est décrite précédemment en relation avec la surépaisseur et la deuxième zone peut être exempte de résidus de matériau composite. 25 La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de limiter ladite invention, accompagnée des figures suivantes : - la figure 1 illustre les différentes étapes d'un procédé selon l'invention, 30 - la figure 2 illustre une préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé, - la figure 3 illustre une préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé ainsi qu'une surépaisseur en un matériau composite à l'état non-réticulé, - la figure 4 illustre un ensemble réticulé comprenant une préforme en matériau de friction à l'état réticulé et une surépaisseur à l'état réticulé, 3053273 4 - la figure 5 illustre ce même ensemble réticulé ainsi que des zones d'usinage, - la figure 6 illustre une préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé ainsi qu'un disque support, - la figure 7 illustre la garniture de friction obtenue par un procédé selon l'invention. 5 L'invention concerne un procédé de fabrication d'une garniture de friction, notamment destinée à un disque de frein ou un embrayage de véhicule à moteur, comprenant au moins : - une étape de fourniture d'une préforme Si, - une étape de surépaisseur S2, 10 - une étape de cuisson S3, - une étape d'usinage S4. Les différentes étapes d'un procédé selon l'invention sont illustrées sur la figure 1. Une garniture de friction est un élément qui entre en friction avec un autre corps et qui 15 possède des propriétés physiques et mécaniques qui lui permettent de supporter de fortes contraintes mécaniques et thermiques. La composition, la forme et les dimensions des garnitures de frictions sont déterminantes. Comme illustré en figure 2, au cours de l'étape de fourniture d'une préforme Si une 20 préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé 2 est fournie. Cette préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé possède deux faces opposées 2a et 2b. Cette préforme peut être de forme annulaire. Le matériau de friction pour garniture de friction peut par exemple comprendre des fibres et/ou des résines thermodurcissables et/ou du caoutchouc et/ou des filaments métalliques et/ou des charges. 25 Les fibres peuvent être organisées en torons de filaments, c'est-à-dire un regroupement de filaments unitaires orientés dans le même axe, continus ou coupés à une longueur régulière comme par exemple supérieure ou égale à 2 mm et inférieure ou égale à 6 mm pour les torons coupés. Les résines thermodurcissables peuvent par exemple être des résines mélamine- 30 formaldéhyde et/ou des résines phénol-formaldéhyde. Le caoutchouc peut par exemple être du SBR, i.e. caoutchouc styrène-butadiène, et/ou du NBR, i.e. caoutchouc nitrile butadiène. Les filaments de métaux peuvent être de section constante, par exemple supérieure ou égale à 100 nm et inférieure ou égale à 300 nm. 3053273 5 Les charges peuvent par exemple comporter du BaSO4 et/ou du CaCO3 et /ou des charges carbonées. La composition précédente du matériau de friction n'est donnée qu'à titre d'exemple et toutes compositions connues de l'homme de l'art peuvent convenir pour l'application de la 5 présente invention. Le matériau de friction est ici à l'état dit non-réticulé car les résines thermodurcissables qui le composent ne sont pas réticulées. La réticulation de ces résines thermodurcissables peut se faire par cuisson ou thermocompression. La quantité de matériau de friction à l'état non-réticulé, et donc l'épaisseur de la 10 préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé, est déterminée de sorte que l'épaisseur après cuisson soit supérieure de moins de 5%, par exemple moins de 3%, à l'épaisseur souhaitée de la garniture de friction. Au cours de l'étape de surépaisseur S2, une surépaisseur 4a ou 4b en un matériau 15 composite est fournie sur au moins l'une des deux faces opposées de la préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé. Selon le mode de réalisation de la figure 3, des surépaisseurs 4a et 4b sont fournies sur les deux faces opposées 2a et 2b de la préforme de matériau de friction 2. Ce mode de réalisation n'est pas limitatif, il est tout à fait possible de déposer une surépaisseur sur 20 uniquement une des deux faces opposées de la préforme. Le matériau composite de la surépaisseur 4a ou 4b comprend un mélange de fibres de longueur et de section variables et de résines thermodurcissables à l'état non-réticulé. Les fibres peuvent être constituées de filaments isolés les uns des autres et orientés aléatoirement dans l'espace. 25 Le matériau composite de la surépaisseur peut également comprendre un mélange de particules et/ou des poudres de nature inorganique et/ou des charges inertes de nature organique et/ou un agent mouillant et/ou un polymère actif et/ou des particules métalliques. Les fibres peuvent par exemple être de taille variable supérieure ou égale à 50 .im et inférieure ou égale à 300 iam. 30 Les particules du mélange peuvent être de diamètre inférieur à 50 iam. Le matériau composite de la surépaisseur peut par exemple comporter au moins 25% en masse et jusqu'à 45% en masse de fibres et/ou de poudre de nature inorganique. Le matériau composite de la surépaisseur peut par exemple comporter au moins 20% en masse et jusqu'à 35% en masse de charges inertes de nature organique. 3053273 6 L'agent mouillant peut être par exemple de l'eau et/ou un agent tackifiant et/ou du PVA. Le polymère actif peut être par exemple de la résine phénolique et/ou de la résine mélamine formaldéhyde et/ou du caoutchouc. 5 La présence de caoutchouc permet d'obtenir un comportement élastique entre les couches. Avantageusement cela permet de réduire les contraintes pouvant entrainer de la déformation dans l'épaisseur et d'éviter le voilage du matériau composite. Le matériau composite de la surépaisseur peut par exemple comporter au moins 30% en masse et jusqu'à 50% en masse de polymère actif 10 Le matériau composite de la surépaisseur peut par exemple comporter jusqu'à 10% en masse de particules métalliques, de préférence jusqu'à 5% en masse. Selon un autre mode de réalisation la surépaisseur est préformée, notamment par compression sous pression faible, avant d'être placée sur l'une ou les deux faces opposées de 15 la préforme de matériau de friction à l'état non-réticulé. Une fois la surépaisseur en matériau composite à l'état non-réticulé fournie sur au moins l'une des deux faces opposées de la préforme en matériau de friction, l'ensemble est réticulé lors d'une étape de cuisson S3 aussi appelée cuisson sous pression ou 20 thermocompression. Cette étape de cuisson consiste à chauffer l'ensemble comprenant la préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé 2 et une ou plusieurs surépaisseurs 4a et/ou 4b à une température supérieure ou égale à 180°C et inférieure ou égale à 210°C pendant une durée supérieure ou égale à 1 min et inférieure ou égale à 15 min sous une pression supérieure ou 25 égale à 50 bars et inférieure ou égale à 300 bars afin d'obtenir un ensemble réticulé comprenant une préforme en matériau de friction à l'état réticulé et une surépaisseur à l'état réticulé. Préalablement à l'étape de cuisson, la préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé 2 et une ou plusieurs surépaisseurs 4a et/ou 4b peuvent être disposé dans un moule 30 adapté à la thermocompression et connu de l'homme de l'art. Le mode opératoire de cuisson n'est donné qu'à titre d'exemple et tous procédés de cuisson ou matériel connus de l'homme de l'art et permettant la réticulation des résines thermodurcissables peuvent convenir pour l'application de la présente invention. 3053273 7 La figure 4 représente un ensemble réticulé 10 comprenant une préforme en matériau de friction à l'état réticulé 6 et deux surépaisseurs à l'état réticulé 8a et 8b sur les deux faces opposées de la préforme 6. Ce mode de réalisation n'est pas limitatif, il est tout à fait possible de déposer une 5 surépaisseur sur uniquement une des deux faces opposées de la préforme. Lors de l'étape de cuisson S3, des irrégularités apparaissent à la surface des deux faces opposées 8a et 8b de l'ensemble réticulé 10. Ces irrégularités peuvent être des variations d'épaisseur de l'ordre de 0,1 à 0,3 mm et ne sont pas représentées sur la figure 4. 10 Il est préférable que les garnitures de friction aient avoir une variation d'épaisseur très faible et leurs faces opposées soient parallèles entre elles pour assurer le bon fonctionnement du produit fini. Pour supprimer les irrégularités de surface, une étape d'usinage S4 est réalisée. Au cours de l'étape d'usinage, au moins une face de l'ensemble réticulé 10 est usinée de sorte à 15 retirer la ou les surépaisseurs à l'état réticulé 8a et/ou 8b et obtenir une garniture de friction à l'état réticulé et aux faces opposées parallèles entre elles. La figure 5 illustre l'ensemble réticulé 10 ainsi que les zones d'usinage 12. Le matériau composite de la surépaisseur ne possède pas les mêmes propriétés physiques et la même résistance mécanique que le matériau de friction, il est donc préférable 20 de retirer la surépaisseur de manière à ce que le matériau composite ne soit plus présent dans la garniture de friction qu'à l'état de trace. Pour cela, l'étape d'usinage peut permettre de retirer entre 10 et 30 % de l'épaisseur de l'ensemble réticulé. La matière retirée au cours de l'étape d'usinage peut par exemple comprendre au moins 80% en masse de matériau composite de la surépaisseur à l'état réticulé. 25 L'étape d'usinage S4 peut permettre de retirer la surépaisseur jusqu'à l'interface entre la surépaisseur et le matériau de friction. La zone d'usinage 12 illustré sur la figure 5 dépasse légèrement sur le matériau de friction à l'état réticulé 6. Il est ainsi possible qu'une fraction du matériau de friction, à l'interface avec la surépaisseur, soit retirée au cours de l'étape d'usinage. 30 Selon un mode de réalisation préféré, le matériau composite de la surépaisseur 4 peut être issu, au moins en partie, de déchets de composites thermodurcis, notamment des poussières d'usinage des garnitures de friction ou de leur broyage. Ainsi, la composition du 3053273 8 matériau de friction d'une précédente garniture de friction peut se retrouver en partie dans le matériau composite de la surépaisseur. Comme exposé précédemment, la phase d'usinage permet d'obtenir des garnitures sans variations d'épaisseur et avec des faces opposées parallèles entre elles. Cet usinage 5 produit des déchets, par exemple des poussières d'usinage. Ces poussières d'usinage sont composées de poudres, de petites fibres et constituent un mélange complexe ne possédant plus les propriétés mécaniques des matières brutes dont elles proviennent. Les matériaux composites à matrice organique sont actuellement recyclés par des 10 procédés de co-incinération, de pyrolyse et de séparation densimétrique. Cependant, les produits de ces traitements sont difficilement valorisables et les traitements eux même ont un fort coût énergétique. La réutilisation des poussières d'usinage dans la réalisation d'un matériau composite de surépaisseur présente l'avantage de recycler les déchets de production d'une garniture de 15 friction, d'améliorer la maîtrise du cycle de vie du produit et de réduire les pertes économiques engendrées. De plus, la surépaisseur étant par la suite retirée par usinage, le matériau composite n'altérera pas la composition du matériau de friction de la garniture de friction ni ses propriétés mécaniques et ne sera présent dans cette dernière que sous forme de traces. 20 Selon un autre mode de réalisation, la préforme de matériau friction est disposée sur une surface d'un disque support avant d'être fixée par collage au cours de l'étape de cuisson S3. La figure 6 illustre ce mode de réalisation en représentant la préforme de matériau de friction à l'état non-réticulé 2 et le disque support 13. Dans ce mode de réalisation, la 25 surépaisseur est fournie sur la face de la préforme 2 opposée à celle en contact du disque support 16. L'étape d'usinage S3 est par la suite effectuée sur cette même face. La figure 7 représente une garniture de friction 14 obtenue par un procédé selon l'invention. Cette garniture de friction est dépourvue d'irrégularités à sa surface et possède 30 des faces opposées parallèles 14a et 14b. La garniture de friction est composée de matériau de friction à l'état réticulé. Toutefois, des résidus de fibres de longueur et de section variables peuvent être présents dans la matrice de résine à proximité de la surface de la garniture de friction. 3053273 9 Ces fibres de longueur et de section variables proviennent du matériau composite de la ou des surépaisseurs, le matériau de friction étant pour sa part constitué de fibres de longueurs constantes. Cette présence de résidus s'explique par une migration des fibres de tailles réduites issues de la ou des surépaisseurs en matériau composite lors de l'étape de cuisson S3. 5 La garniture de friction 14 peut présenter un gradient décroissant de concentration en fibres de longueur, de section et de nature chimique variables à partir d'une de ses deux faces opposées 14a et 14b jusqu'en son centre. La garniture de friction 14 peut par exemple comporter une première zone comprenant des résidus de matériau composite de surépaisseur en particulier des fibres de longueur et de 10 diamètre variable et une deuxième zone exempte de résidus de matériau composite de surépaisseur. La première zone peut par exemple s'étendre à. partir d'une des deux faces opposées de la garniture de friction et avoir une épaisseur inférieure ou égale à 15% de l'épaisseur totale de la garniture de friction, la deuxième zone peut quant à elle avoir une épaisseur 15 supérieure ou égale à 70% de l'épaisseur totale de la garniture de friction. Lorsqu'au cours du procédé de fabrication une surépaisseur est fournie sur les deux faces opposées de la préformes en matériau de friction alors la garniture de friction 14 comporte deux zones comportant des résidus et qui s'étendent des deux faces opposées de la garniture de friction vers son centre. La troisième zone, dépourvue de résidus, se trouve au 20 centre de la garniture de friction. L'invention a été décrite ci-dessus avec l'aide de modes de réalisation présentés sur les figures, sans limitation du concept inventif général. Bien d'autres modifications et variations se suggèrent d'elles même à l'homme du métier, après réflexion sur les différents modes de réalisation illustrés dans cette demande. 25 Ces modes de réalisation sont donnés à titre d'exemple et ne sont pas destinés à limiter la portée de l'invention, qui est déterminée exclusivement par les revendications ci-dessous. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une garniture de friction, notamment destinée à un disque de frein ou un embrayage de véhicule à moteur, comprenant : a) une étape de fourniture d'une préforme au cours de laquelle une préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé comprenant deux faces opposées est fournie, b) une étape de surépaisseur au cours de laquelle une surépaisseur en un matériau composite comprenant un mélange de fibres de longueur et de section variables et de résines thermodurcissables à l'état non-réticulé est fournie sur l'une des deux faces opposées de la 10 préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé, c) une étape de cuisson au cours de laquelle l'ensemble comprenant la préforme en matériau de friction à l'état non-réticulé et la surépaisseur est chauffé à une température supérieure ou égale à 180°C et inférieure ou égale à 210°C pendant une durée supérieure ou égale à 1 min et inférieure ou égale à 15 min sous une pression supérieure ou égale à 50 bars 15 et inférieure ou égale à 300 bars afin d'obtenir un ensemble réticulé comprenant un préforme en matériau de friction à l'état réticulé et une surépaisseur à l'état réticulé, d) une étape d'usinage au cours de laquelle au moins une face de l'ensemble réticulé est usinée de sorte à retirer la surépaisseur à l'état réticulé et obtenir une garniture de friction à l'état réticulé et aux faces opposées parallèles entre elles. 20 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel au cours de l'étape d'usinage entre 10% et 30% de l'épaisseur de l'ensemble réticulé est retirée. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau composite de la 25 surépaisseur comprend un mélange de fibres de taille supérieure ou égale à 50 µm et inférieure ou égale à 300pm. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau composite de la surépaisseur comprend au moins 25% en masse et jusqu'à 45% en masse de fibres et/ou de 30 poudre de nature inorganique. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau composite de la surépaisseur comprend au moins un polymère actif, notamment de la résine phénolique, de la résine mélamine formaldéhyde et/ou du caoutchouc. 3053273 11 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau composite de la surépaisseur comprend au moins 30% en masse et jusqu'à 50% en masse de polymère actif. 5 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau composite de la surépaisseur est au moins en partie issu de déchets de composites thermodurcis, notamment des poussières d'usinage des garnitures de friction ou de leur broyage. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la préforme de 10 matériau de friction est disposée sur une surface d'un disque support avant d'être fixée par collage au cours de l'étape de cuisson. 9. Procédé selon l'une quelconque deS revendications 1 à 7, dans lequel au cours de l'étape de surépaisseur une surépaisseur est fournie sur les deux faces opposées de la préforme du 15 matériau de friction. 10. Garniture de friction ayant un gradient décroissant de concentration en fibres de longueur et de section variables à partir d'une des deux faces opposées de la garniture de friction. 20 11. Garniture de friction selon la revendication précédente, comprenant une première zone comprenant des fibres de longueur, de section et de nature chimique variable et une deuxième zone exempte de fibres de longueur, de section et de nature chimique variable, la première zone s'étendant à partir d'une des deux faces opposées de la garniture de friction et ayant une épaisseur inférieure ou égale à 15% de l'épaisseur totale de la garniture de friction, la 25 deuxième zone ayant une épaisseur supérieure ou égale à 70% de l'épaisseur totale de la garniture de friction.