FRICTION MATERIALS

Abstract: 1. A friction material with a very low rate of wear containing by way of filling animal tissues of a fibrous protein type rich in hydroxyproline, characterised in that the filling is made up of powdered bone.

Description: L'invention concerne une charGe organique d'origine animale pour la conception de matériaux de frottement à très faibles taux usure. La diminution de l'usure a de tout temps été une pré occupation majeure pour le mécanicien et notamment toutes les fois où il s'agit d'améliorer la longévité et la fiabilité de mécanismes mettant en oeuvre des pièces frottantes. C'est dans cet esprit que depuis très longtemps on a cherché à mettre au point des matériaux capables, alors qu'ils sont mis en contact de frottement avec une surface quelconque (d'acier, de fonte ou autre), de fonctionner avec une très faible usure. A cet effet ont été proposées de très nombreuses com positions allant des alliages métalliques, aux matériaux frittés, en passant par les matériaux plastiques, etc... Plus récemment sont apparus les matériaux du type "composite" dans lesquels, à une matrice (métallique, polymère ou autre), est associée une charge plus ou moins complexe faite d'un ou plusieurs composés jouant des rôles divers : rôle de renfort (par exemple fibre d'a miante, fibre de verre, fibre cellulosique), rôle de lubrifiant solide (par exemple graphite, bisulfure de molybdène, etc...) ou autres rôles tels que stabilisant thermique, anti-oxydant, etc... La présente invention concerne une composition utili sable en tant que charge d'une matrice quelconque, notamment mé- tallique ou polymère, ladite composition étant capable de conférer au matériau de frottement ainsi réalisé des propriétés de résistance à l'usure inégalées à ce jour. Elle découle des tra vaux faits par la Demanderesse dans le domaine de l'utilisation en frottement des substances organiques et propose plus particu lièrement, au titre de charge, l'emploi de certaines matières or ganiques d'origine animale dans la conception de matériaux utili sables pour la réalisation de pièces mécaniques frottantes. Ladite charge est caractérisée en ce qu'elle appar tient au groupe des protéines fibreuses, riches en acide aminé du type hydroxyproline. La Demanderesse a en effet découvert, comme il sera illustré dans les exemples décrits c < après, que les ma tériaux dans la composition desquels entre une substance du tlpe précité possèdent des propriétés de résistance à l'usure excep tionnelles, à tout le moins de plusieurs fois supérieures à celles des mêmes matériaux exempts de ladite substance. Avantageusement l'invention propose, au titre de protéine fibreuse riche en hydroxyproline, d'utiliser la substance dénommée collagène, c'est-à-dire cette protéine particulière à poids moléculaire élevé, riche en hydroxyproline que l'on trouve dans pratiquement toutes les classes du règne animal et qui est le principal constituant des tissus conjonctifs. On peut rappeler à ce sujet que le coligène est le constituant fondamental de l'armature qui maintient en forme, dans les organismes animaux, les différents organes, au même titre que le fait la cellulose dans le monde végétal. Suivant une caractéristique supplémentaire, la charge selon l'¯nvention peut Etre utilisée seule ou associe à d'autres adjuvants tels que renforts, stabilisants, lubrifiants, colorants, agents antistatiques, agents ignifugeants, fongicides, plastifiants ou autres produits minéraux ou organiques. On trouvera maintenant dans les exemples ci-après, donnés à titre non limitatif, une description d#s performances auxquelles conduisent des matériaux dans la composition desquels entre la charge conforme à l'invention. Exemple 1 : Dans cet exemple, le dispositif d'essai de frottement se compose de patins cylindriques appuyant par une de leurs deux faces planes sur l'une des faces planes d'une piste cylindrique tournante en fonte. Les patins ont été réalisés en comprimant à la presse à la tempérarure de 2000C un mélange fait en poids de 1/3 de résine phénoplaste thermodurcissable, 1/3 de poudre de cuivre et 1/3 de collagène, substance conforme à l'invention. Puur une vitesse de glissement au contact patins / piste de lOm/s, une charge d'appui patins / piste de 10 bars et un cycle de fonctionnement avec séquence marche arrêt, de 20 secondes de marche suivies de 5 secondes d'arrêt, après 1000 cycles, l'usure des patins était très faible, de l'ordre de 0,4 min. Pour fixer les idées, le même essai réalisé avec des patins faits d'un mélange de résine et poudre de cuivre, ctest-a- dire sans addition de la charge selon l'invention, conduit à une usure des patins de 1 mm après les mêmes 1000 cycles d'essai. semple 2 : Sur le même dispositif et dans les me mes conditions expérimentales qu'à exemple précédent, on a comparé les usures obtenues après 1000 cycles entre deux matériaux obtenus par compression d'un mélange de résine phénoplaste, poudre de cuivre, fibre d'amiante ; dans un cas le matériau ne contenait aucun autre adjuvant ; dans l'autre il contenait en plus du col lagène, conformément à ltinvention. On a observé dans le deuxiè- me cas une usure des pièces 4 fois inférieure à celle obtenue dans le premier cas. Exemple 3 : Dans les mêmes conditions expérimentales qu'aux deux exemples précédents, on a comparé deux matériaux obtenus par compression à chaud de deux mélanges constitués respectivement, l'un de résine + poudre de cuivre + fibre d'amiante + graphite, l'autre de résine + poudre de cuivre + fibre de collagène ; toujours après 1000 cycles, l'usure dans le premier cas était de plus de 1 mm, alors qu'elle n'était que de 0,4 mm dans le deuxième cas. On notera que cet exemple, outre de donner une nouvelle illustration des remarquables propriétés de résistance à l'usure des matériaux contenant la charge selon l'invention, met en lumière un avantage supplémentaire de l'invention qui est le suivant : les plus performants des matériaux de frottement composites actuellement proposés sont en général constitués par au moins deux types de charges distincts, aux effets complémentaires, les unes ayant pour objet de conférer au matériau des caractéristiques mécaniques acceptables (en servant d'armature à la matrice) mais dénuées de propriétés anti-usure (amiante, fibre de verre, fibres textiles, etc...), les autres ayant pour objet de conférer au matériau ses bonnes caractéristiques de frottement (lubrifiants solides par exemple ) mais n'ayant pas d'effet, voire ayant un effet néfaste, sur ses caractéristiques mécaniques. Au contraire ce peut être une disposition avantageuse selon l'invention que de proposer, à titre de charge, une substance unique capable à elle seule de jouer simultanément un r5le de renfort et un rôle antiusure. Exemple 4 : Il s'agit d'essais effectués dans les m8- mes conditions qu'aux exemples précédents,mais cette fois au lieu d'un fonctionnement avec séquences marche/arrêt, le glisse ment était continu. Dans ces conditions des patins faits en un matériau contenant la charge conforme à l'invention, c'est-à-dire faits de 1/3 de résine, 1,3 de poudre de cuivre et 1/3 de collagène, sont capables de frotter pendant 20 minutes avec une usure extrêmenent faible de moins de O, 1mm. par contre des patins exempts de la charge selon l'invention ne peuvent frotter plus de 10 minutes, l'usure étant alors de l'or- dre de 4 à 5 mm. Exemple 5 : Il s'agit d'un essai effectué dans les mêmes conditions qutà l'exemple 4 précédent mais cette fois, au titre de matériau contenant la charge conforme à l'invention, on a utilisé un mélange comprimé à chaud de 1/3 de résine, 1/3 de poudre de cuivre, 1/3 de poudre d'os. On notera que la poudre d'os représente la charge conforme à l'invention puisque cette matière est principalement constituée par ducollagène. Dans ces conditions on a obtenu un taux d'usure extrêmement faible des patins puisque l'usure ne dépassait pas 0,15 mm après 35 minutes d'essai. Exemple 6 : Cet exemple se rapporte à des essais du type arbre / palier avec un arbre en acier 35 C D 4 traité pour 90 hbar, frottant sur un coussinet de diamètre 50 mm et longueur 50 mm ; la vitesse de glissement était de 7m/s et la pression de 2 bars. Dans ces conditions, en l'absence de toub lubrifiant conventionnel, on obtient les résultats récapitulés au tableau suivant EMI4.1 <tb> Nature <SEP> du <SEP> coussinet <SEP> Durée <SEP> de <SEP> l'essai <SEP> ; <SEP> <SEP> Usure <SEP> du <SEP> coussinet <tb> en <SEP> fin <SEP> d'essai <SEP> (mm) <tb> Résine <SEP> <SEP> phénoplaste <SEP> charge <SEP> <SEP> t <SEP> <tb> <SEP> gée <SEP> polytétrafluoroéthy#: <SEP> <SEP> 5 <SEP> <SEP> minutes <SEP> grippage <tb> !.lène <SEP> <tb> Résine <SEP> polyamide <SEP> <SEP> char <tb> :gée <SEP> bisulfure <SEP> de <SEP> molyb- <SEP> ; <SEP> <SEP> Grippage <SEP> immédiat <tb> dène <SEP> <tb> ; <SEP> <tb> Bronze <SEP> au <SEP> plomb <SEP> ¯ <SEP> 1 <SEP> h <SEP> 30' <SEP> o,6 <SEP> mm <tb> <SEP> dronte <SEP> au <SEP> plomb <SEP> : <SEP> i <SEP> h <SEP> 30' <SEP> 0,6 <SEP> mm <tb> Résine <SEP> phénoplaste <SEP> charge: <SEP> <SEP> 3 <SEP> h <tb> gée <SEP> <SEP> conformément <SEP> <SEP> à <SEP> l'in- <SEP> (arrêt <SEP> volon- <SEP> i <SEP> C,O¯mm <SEP> <tb> Invention <SEP> de <SEP> fibre <SEP> de <SEP> cuir. <SEP> t <SEP> aire) <tb>

Claims: REVENDICATIONS 1 - Composition organique d'origine animale, utilisable en tant que charge pour la réalisation de matériaux de frottement composites à très faibles taux d'usure, caractérisée en ce qu'elle est du type protéine fibreuse riche en hydroxyproline. 2 - Composition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ladite protéine est mise en oeuvre sous forme de fibre. 3 - Composition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ladite protéine est mise en oeuvre sous forme finement divisée, après avoir été réduite en poudre. 4 - Composition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ladite protéine fibreuse est la substance connue sous le nom de collagène. 5 - Composition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ladite protéine fibreuse est issue de tissus animaux du type tissus conjonctifs. 6 - Composition suivant la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits tissus animaux ont été préalablement débarrassés, en totalité ou en partie, des autres constituants de la matière animale. 7 - Composition suivant l'une quelconque des revendications 2 et 5, caractérisée en ce qu'au titre de charge est utilisée de la fibre de cuir. 8 - Composition suivant l'une quelconque des revendications 3 et 5, caractérisée on ce qu'au titre de charge est utilisée de la poudre dtos. 9 - Composition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que préalablement à son utilisation en tant que charge, la fibre pro télque riche en hydroxyproline est imprégnée d'une autre substance. 10 - Composition suivant la revendication 9, caractérisée en ce que ladite substance est du groupe comprenant les corps gras d'origine végétale, les corps gras d'origine animale, et les corps gras de synthèse. il - Composition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la protéine fibreuse est associée, pour la réalisation du matériau de frottement composite, à une ou plusieurs autre substances telles que renforts, stabilisants, lubrifiants, colorants, agents antistatiques, agents ignifugeants, fongicides, plastifiants ou autres produits minéraux ou organiques. 12 - Composition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la protéine fibreuse est associée, pour la réalisation du ma matériau de frottement, à une matrice polymère. 13 - Composition suivant la revendication 12, caractérisée e ce que ladite matrice polymère est du type résine phénoplaste thermodurcissable.

Inventors: CARTIER, MICHEL, CROS, GEORGES
Applicants: CENTRE STEPHANOIS DE RECHERCHES MECANIQUES HYDROMECANIQUE ET FROTTEMENT SOCIETE DITE:
Application year: 1980
Main classification: F16D69
IPC codes: F16D69, C08L61, C09K3