Brevet FR3069543A1 — publié le 20190201

PROCEDE DE PREPARATION D'UN MATERIAU DE FRICTION La présente invention concerne un procédé de préparation d'un matériau de friction, notamment pour embrayage ou freins, en particulier pour automobiles, à partir d'un ciment d'imprégnation aqueux. Les matériaux de friction qui sont utilisés pour les embrayages ou pour les freins des véhicules à moteur tels que les automobiles peuvent être classiquement obtenus par assemblage entre des fils continus qui ont un rôle de renfort mécanique et un ciment qui est déposé sur ces fils (enduction ou imprégnation). Ce ciment constitue la matrice de liaison des fils continus dans le matériau de friction. Les fils continus peuvent être notamment à base de fibres organiques et/ou de fibres minérales. Par exemple, il peut s'agir de fils à base de fibres de verre, d'aramide, de carbone, de fibres organiques telles que la cellulose ou le polyacrylonitrile. Les fils continus peuvent également comprendre des filaments conducteurs, par exemple en cuivre ou en laiton. Les matériaux de friction, de forme annulaire, sont classiquement obtenus par enroulage en nappe des fils continus enduits par le ciment. La préparation du ciment met classiquement en oeuvre des solvants organiques, qui permettent notamment de dissoudre les éléments le constituant tels que les polymères, et d'obtenir des enduits homogènes. Les cuves de conditionnement des mélanges sont alors nettoyées facilement avec les mêmes solvants organiques. Cependant, l'évolution des réglementations envers les solvants organiques a nécessité l'évolution vers des mélanges plus respectueux de l'environnement. La demande FR 2 792 383 décrit un procédé de préparation d'un matériau de friction dans 25 lequel, pour des raisons environnementales et de santé, les solvants organiques couramment utilisés pour dissoudre les éléments constituant le ciment sont remplacés par l'eau. Le ciment décrit dans cette demande est donc un ciment d'imprégnation aqueux. Un ciment d'imprégnation aqueux pour la fabrication d'un matériau de friction se présente sous la forme d'une phase dispersée colloïdale dans une phase continue qui est l'eau. Il 30 s'agit d'un mélange complexe comprenant une émulsion de latex en phase aqueuse, notamment de latex de caoutchouc en phase aqueuse, et une dispersion de poudres organiques et/ou inorganiques de préférence au moins partiellement solubles dans l'eau. Ces poudres sont aussi appelées charges. 2 La formule du ciment est importante puisque la fiabilité du matériau de friction dépend notamment de l'homogénéité de celle-ci. Il est donc nécessaire lors de la préparation du matériau de friction de mettre en oeuvre des conditions opératoires permettant d'obtenir une bonne homogénéité du ciment. 5 L'utilisation de différents types de latex, notamment de latex de caoutchoucs, en émulsion, selon la quantité d'eau apportée au mélange, peut nécessiter leur introduction dans les mélangeurs avant au moins une partie des poudres lors de la préparation du ciment d'imprégnation aqueux. Le latex, hydrophile, mouille les parois des cuves et peut les rendre collantes. Une partie de la surface, notamment le haut de la cuve de mélange, n'est pas 10 opérationnelle pendant le mélange de l'ensemble des composants, et des poudres viennent s'y agglomérer et se perdre. Ce phénomène génère également un encrassement des moyens de production. Ces inconvénients sont renforcés par le fait que les cuves de mélange sont utilisées de manière successive pour enchaîner la fabrication des ciments pour matériau de friction. Au 15 fur et à mesure, des résidus de matière s'accumulent sur les parois de la cuve, et une opération de maintenance est nécessaire. Dans la présente invention, il a été démontré que l'utilisation pour la préparation d'un ciment d'imprégnation aqueux pour matériau de friction d'une cuve ou d'un mélangeur dont au moins une partie des parois intérieures est recouverte d'un matériau hydrophobe permet 20 d'améliorer l'efficacité du procédé. En effet, l'utilisation d'une telle cuve ou d'un tel mélangeur permet de réduire les pertes de matière en limitant notamment les pertes de la matière engagée dans le produit, la quantité matière à recycler (déchets) et/ou la quantité de solvant aqueux, par exemple la quantité d'eau, nécessaire pour le nettoyage/rinçage de la cuve ou du mélangeur après transfert. Dans la présente demande, les termes « cuve » et « mélangeur » sont utilisés indifféremment pour désigner le contenant dans lequel le ciment d'imprégnation aqueux pour matériau de friction est préparé par mélange au moins d'une émulsion de latex et d'au moins une poudre. L'utilisation d'une telle cuve permet également de réduire la maintenance des outils de production, notamment en termes de fréquence de maintenance. Les opérations de maintenance sont coûteuses en temps et en énergie, d'où l'intérêt de réduire leur nombre et/ou leur fréquence. L'utilisation d'une telle cuve permet également de garantir une reproductibilité et une fiabilité en termes de composition et/ou recette des ciments aqueux. Ceci permet d'obtenir un ciment 3 aqueux homogène et répondant à sa définition et de réduire la dispersion en termes de composition sur les matériaux de friction fabriqués et enchaînés. L'utilisation d'une telle cuve ne modifie pas la rhéologie des ciments aqueux obtenus par mélange des émulsions de latex et des poudres. 5 Description des figures : - la figure 1 représente une photographie d'un mélange lors de la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention - la figure 2 représente une photographie d'une vidange de la cuve lors de la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention - la figure 3 représente une photographie du rinçage du fond de la cuve lors de la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention. Un objet de la présente invention est un procédé de préparation d'un matériau de friction, notamment pour embrayage ou freins automobiles, comprenant le mélange d'un ciment d'imprégnation aqueux dudit matériau de friction dans une cuve métallique dont au moins 15 une partie des parois intérieures est recouverte d'un revêtement hydrophobe, en particulier la partie des parois intérieures en contact avec le mélange. Comme détaillé ci-dessus, le ciment d'imprégnation aqueux comprend une émulsion de latex en phase aqueuse, notamment de latex de caoutchouc en phase aqueuse, et une dispersion de poudres organiques et/ou inorganiques de préférence au moins partiellement solubles 20 dans l'eau. Le latex de caoutchouc en phase aqueuse qui est utilisé dans le ciment d'imprégnation aqueux peut comprendre des particules de caoutchouc de synthèse, par exemple des particules de caoutchouc SBR (styrène-butadiène), des particules de caoutchouc NBR (acrylonitrile-butadiène), ou un quelconque mélange de particules de caoutchouc SBR et de 25 particules de caoutchouc NBR. L'émulsion de latex de caoutchouc peut comprendre en outre au moins un tensioactif. Le tensioactif peut être : - un tensioactif ionique, par exemple un tensioactif anionique, - un tensioactif permettant une stabilisation stérique, par exemple un tensioactif non 30 ionique macromoléculaire tel que l'alcool polyvinylique, un polyacrylate ou un polyphosphate de sodium, ou - un tensioactif permettant une stabilisation électrostérique, par exemple un tensioactif polymère amphiphile ionique. 4 Les tensioactifs permettent d'homogénéiser l'ensemble du ciment pour obtenir une dispersion stable et homogène. L'émulsion de latex, qui est sous forme liquide, peut également comprendre d'autres composés, tels qu'une résine phénolique, notamment une résine résorcinol ou une résine 5 terpène phénolique qui est un agent collant ou tackifiant. Les latex et agents collants, lorsqu'ils s'écoulent le long des parois d'une cuve sans revêtement hydrophobe, créent un film adhésif, avec un écoulement faible, sur celles-ci. Selon les composés la constituant, l'émulsion de latex peut avoir un pouvoir collant, notamment sur une surface non hydrophobe. 10 La dispersion de poudres peut comprendre : - au moins une poudre organique au moins partiellement soluble dans l'eau, par exemple une poudre de résine mélamine-formaldéhyde, - au moins une poudre organique insoluble dans l'eau, par exemple une poudre de résine phénol-formaldéhyde novolaque, du noir de carbone ou du graphite, et/ou 15 - au moins une poudre inorganique insoluble dans l'eau, par exemple du sulfate de baryum, du talc, du carbonate de calcium, du soufre ou un sulfure métallique (sulfure d'étain, sulfure de bismuth, sulfure de zinc, sulfure de fer, sulfure de molybdène, trisulfure d'antimoine, etc.). Les poudres contenues dans la dispersion de poudres selon l'invention sont de préférence 20 micrométriques, ce qui signifie que le diamètre médian des poudres est inférieur ou égale à 100 microns. Dans la présente invention, une « cuve métallique » est une cuve telle qu'un tank, par exemple un tank cylindrique, de volume quelconque, dont les parois comprennent ou de préférence sont constituées d'un métal ou d'un alliage métallique. Le métal ou l'alliage 25 métallique peut être choisi notamment dans le groupe constitué par l'acier, l'acier inoxydable et l'aluminium. De préférence, le métal ou l'alliage métallique est choisi parmi l'acier inoxydable et l'aluminium. Les parois intérieures de la cuve sont au moins en partie recouvertes par le revêtement hydrophobe. De préférence, le revêtement couvre toute la partie intérieure de la cuve qui est 30 en contact avec au moins un des constituants du ciment d'imprégnation aqueux, notamment l'émulsion de latex de caoutchouc ou au moins une des poudres, pendant leur transfert et/ou leur mélange. 5 Le revêtement hydrophobe peut recouvrir également au moins une partie des parois extérieures de la cuve, ce qui permet notamment de limiter l'encrassement en cas de débordement de cuve. Un revêtement hydrophobe est un revêtement caractérisé en ce que l'angle de contact de 5 l'eau sur le revêtement est supérieur ou égal à 90°. De préférence, l'angle de contact du ciment d'imprégnation aqueux sur le revêtement est supérieur ou égal à 90°. L'angle de contact de l'eau sur le revêtement peut être supérieur ou égal à 100°, en particulier supérieur ou égal à 150°. Un revêtement caractérisé en ce que l'angle de contact de l'eau sur le revêtement est supérieur ou égal à 1500 est dit superhydrophobe. 10 De préférence, l'angle de contact du ciment d'imprégnation aqueux sur le revêtement est supérieur ou égal à 100°, en particulier supérieur ou égal à 150°. Le revêtement hydrophobe ou superhydrophobe peut être en outre oléophobe ou lipophobe, c'est-à-dire qu'il empêche l'accroche des huiles et/ou graisses. Parmi les exemples de revêtements hydrophobes utilisables selon l'invention, on peut 15 mentionner les sprays hydrophobes et/ou superhydrophobes « ULTRA-EVER DRY» commercialisés par la société ULTRATECH INC. Le revêtement hydrophobe peut avoir une épaisseur supérieure ou égale à 5 microns, de préférence supérieure ou égale à 30 microns. Le revêtement hydrophobe peut avoir une épaisseur inférieure ou égale à 100 microns, de préférence inférieure ou égale à 40 microns. 20 Le revêtement hydrophobe peut avoir une épaisseur supérieure ou égale à 5 microns, de préférence supérieure ou égale à 30 microns et inférieure ou égale à 100 microns, de préférence inférieure ou égale à 40 microns. Le revêtement hydrophobe peut être résistant à tout pH supérieur ou égal à 6 et inférieur ou égal à 12. Cela signifie qu'il n'y a pas d'altération manifeste du revêtement lorsque le pH du 25 ciment d'imprégnation aqueux avec lequel la paroi recouverte du revêtement hydrophobe est dans cette gamme. Le pH du ciment d'imprégnation aqueux dépend principalement du pH des matières premières utilisées pour la fabrication du ciment. Le revêtement hydrophobe peut comprendre un polymère, notamment un polymère dense, avec une structure micro-rugueuse et/ou nano-poreuse. Par structure micro-rugueuse, on 30 entend que le film ou revêtement hydrophobe a une texture micronique, c'est-à-dire une rugosité espacée par des plots de la taille de quelques microns (notamment inférieure à 10 microns). Parmi les exemples de tels polymères, on peut citer les polymères hybrides 6 organo-minéraux. De préférence, le polymère peut être organo-silicique, pour son caractère hydrophobe. Il peut être obtenu par exemple par polymérisation par hydrolyse et condensation de précurseurs organo-siliciques. En particulier, le réseau obtenu est un silicate. 5 La tension de surface du revêtement hydrophobe peut être, à température ambiante, supérieure ou égale à 23mN/m. La tension de surface du revêtement hydrophobe peut être, à température ambiante, inférieure ou égale à 40 mN/m, de préférence inférieure ou égale à 35 mN/m. La tension de surface du revêtement hydrophobe peut être, à température 10 ambiante, supérieure ou égale à 23mN/m et inférieure ou égale à 40 mN/m, de préférence inférieure ou égale à 35 mN/m. Le revêtement hydrophobe peut avoir une rugosité supérieure ou égale à 5 microns, notamment supérieure ou égale à 10 microns. Le revêtement hydrophobe peut avoir une rugosité inférieure ou égale à 30 microns. Le revêtement hydrophobe peut avoir une rugosité 15 supérieure ou égale à 5 microns, notamment supérieure ou égale à 10 microns et inférieure ou égale à 30 microns. Le revêtement hydrophobe peut être appliqué sur la ou les paroi(s) de la cuve par toute technique adaptée connue dans l'art. Par exemple, l'application peut être réalisée : 20 par pulvérisation et/ou par enduction et/ou au pinceau et/ou au rouleau d'un produit obtenu par polymérisation sol gel en phase solvant organique, et/ou - par dépôt chimique en phase vapeur, et/ou - par traitement plasma, et/ou - par traitement LASER, notamment par traitement LASER femtoseconde, et/ou 25 - par anodisation de la surface. Le mélange du ciment aqueux dans la cuve métallique peut comprendre d'abord l'introduction du latex en phase aqueuse dans la cuve puis l'ajout d'au moins une partie des constituants du ciment aqueux sous forme de poudre. L'ajout des constituants sous forme de poudre se fait par dosage et ajout gravitaire. 30 Le procédé de préparation du matériau de friction peut comprendre : une étape de mélange du latex en phase aqueuse et de la au moins une poudre dans la cuve, et 7 une étape d'imprégnation du mélange obtenu sur un fil de type fibre de verre, fibre organique ou fibre minérale. Le procédé de préparation du matériau de friction peut comprendre en outre, avant application du revêtement hydrophobe sur la paroi métallique, une étape de préparation de 5 surface permettant une bonne adhésion du revêtement hydrophobe, notamment par abrasion. Ceci permet notamment de garantir la durabilité dudit revêtement. Par exemple, on peut citer une préparation de surface par décapage chimique, corindonnage ou polissage avec un grain favorisant la création de stries ou de rainures de largeur micronique. Un autre objet de la présente invention est l'utilisation d'une cuve métallique dont au moins 10 une partie des parois intérieures est recouverte d'un revêtement hydrophobe pour la préparation d'un matériau de friction, notamment pour embrayage ou freins automobiles. Les différents modes de réalisation détaillés ci-avant pour le procédé sont applicables pour l'utilisation objet de l'invention. Un autre objet de la présente invention est un matériau de friction susceptible d'être obtenu 15 par un procédé de préparation selon l'invention. De préférence, le matériau de friction est obtenu par un procédé de préparation selon l'invention. Il a été démontré que la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention permet : lors du mélange dans la cuve, qu'il n'y ait aucun de dépôt de matière sur les parois 20 de la cuve, lors de la vidange de la cuve, qu'il n'y ait pas de résidu de mélange sur les parois de la cuve, et lors du rinçage du fond de cuve avec de l'eau, qu'il y ait élimination des résidus sans frotter. 25 L'invention est illustrée plus en détail par l'exemple de réalisation décrit ci-après, qui ne limite pas la portée de l'invention. Exemple Un procédé selon l'invention a été mis en oeuvre dans une cuve en acier inoxydable, sans traitement de surface, de capacité 100 L. 8 Les parois internes de la cuve ont été revêtues d'un revêtement par spray d'un film « ULTRA EVER DRY» du fournisseur ULTRATECH INTERNATIONAL INC, d'épaisseur environ 30 à 50pm. Ce revêtement est superhydrophobe. Le ciment utilisé était composé de : 5 - 30 Kg d'émulsion de latex de caoutchouc de type NBR (nitrile butadiène) - 10 Kg d'agents surfactants et tackifiants, en phase aqueuse à caractère collant (résine terpène phénolique, alcool polyvinylique, ...), - 35 Kg d'eau totale dans la dispersion colloïdale - 45Kg de charges en poudres constituées de résine mélamine formaldéhyde 10 partiellement soluble dans l'eau, résine phénolique Novolaque insoluble, sulfate de Baryum, noir de carbone, soufre. Les étapes suivantes ont été mises en oeuvre : - En haut de la cuve, Introduction de l'eau, du latex de caoutchouc et des agents liquides en premier avec écoulement le long des parois de la cuve, mélange pour 15 homogénéisation pendant 2 minutes, - En haut de cuve, ajout des poudres distribuées en trois fois par dosage gravitaire ; les poudres étant pulvérulentes, un nuage se forme dans l'espace supérieur de la cuve, au-dessus du niveau de liquide, mais la surface des parois est sèche et non collante, en raison de l'écoulement des liquides aqueux versés préalablement sur le 20 revêtement superhydrophobe; - pH du mélange entre 8.5 et 9.5, pH du latex initial > 10 - quantité de matière sèche dans l'eau de 65% en masse. Comme présenté sur les figures 1 à 3, la mise en oeuvre du procédé selon l'invention a permis : 25 - lors du mélange dans la cuve, qu'il n'y ait aucun de dépôt de matière sur les parois de la cuve. Sur la figure 1 on voit que, lors du mélange avec 100% des composants incorporés, il n'y a pas de résidu sur les parois ; - lors de la vidange de la cuve, qu'il n'y ait pas de résidu de mélange sur les parois de la cuve. Sur la figure 2, on voit que lors de la vidange il y a écoulement parfait du 30 ciment le long des parois ;lors du rinçage du fond de cuve avec de l'eau, qu'il y ait élimination des résidus sans frotter. Sur la figure 3, on voit que le système est auto nettoyant ; le fond de cuve sera évacué par le ciment suivant, ou par une faible quantité d'eau introduite pour le rinçage de l'outil REVENDICATIONS1. Procédé de préparation d'un matériau de friction, notamment pour embrayage ou freins automobiles, comprenant le mélange d'un ciment d'imprégnation aqueux dudit matériau de friction dans une cuve métallique dont au moins une partie des parois intérieures est recouverte d'un revêtement hydrophobe. 2. Procédé de préparation d'un matériau de friction selon la revendication 1, dans lequel l'angle de contact de l'eau sur le revêtement hydrophobe est supérieur ou égal à 1000, de préférence supérieur ou égal à 150°. 3. Procédé de préparation d'un matériau de friction selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel le revêtement hydrophobe est en outre oléophobe. 4. Procédé de préparation d'un matériau de friction selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le revêtement hydrophobe a une épaisseur supérieure ou égale à 5, de préférence supérieure ou égale à 30 microns et inférieure ou égale à 100 microns, de préférence inférieure ou égale à 40 microns. 5. Procédé de préparation d'un matériau de friction selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le revêtement hydrophobe est résistant à tout pH supérieur ou égal à 6 et inférieur ou égal à 12. 6. Procédé de préparation d'un matériau de friction selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le revêtement hydrophobe comprend un polymère dense avec une structure micro-rugueuse et/ou nano-poreuse. 7. Procédé de préparation d'un matériau de friction selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la cuve est en acier, notamment en acier inoxydable, ou en aluminium. 8. Procédé de préparation d'un matériau de friction selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le mélange du ciment aqueux dans la cuve métallique comprend d'abord l'introduction d'un latex en phase aqueuse dans la cuve puis l'ajout d'au moins une partie des constituants du ciment aqueux sous forme de poudre. 10 9. Procédé de préparation d'un matériau de friction selon la revendication 8, comprenant en outre : - une étape de mélange du latex en phase aqueuse et de la au moins une poudre dans la cuve, et 5 - une étape d'imprégnation du mélange obtenu sur un fil de type fibre organique ou fibre minérale. 10. Matériau de friction obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à9.