Фрикционный материал

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ОПИСАН ИЗО Н икционного модифик ст и ка л и/ил шени от Фенольная смола Волокнистый на 5-34 пол нительМеталл ос од ержа - щее соединение Органический модификаторФрикционный модификаторНеорганический модификатор 418-34 стально ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙФ(71) Дзе Бендикс Корпорейшин (США)(56) 1. Патент США Кф 3967037,кл . 428-392, опублик. 1976 (прототип).(54)(57) ФРИКЦИОННЬЙ МАТЕРИАЛ наорганической основе, включающий фенольную смолу, волокнистый наполнитель, металлосодержащее соединение,органический модификатор, фрикционный модификатор и неорганическиймодификатор, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью повьшения коэффициента трения и износостойкости,он в качестве волокнистого наполнителя содержит асбест или смесь стеклянных и минеральных волокон, в качестве металлосодержащего соедине,80 , 11 40 А 3(511 С 08 Ь 61/.10. С 08 Ю 5 ия - вещество и з гр уппы: цинк,ронза, медь, железо, окислы этихеталлов и окись алюминия или их смесь, в качестве органического модификатора - вещество из группы:порошок семян анакардии, каучук, натуральный латекс, меласса, асфальтили их смесь, в качестве неорганичекого модификатора - вещество изгруппы: бариты, мел, тальк, трепел,криолит, волластонит или их смесь частицы или порошокрафита при следующемомпонентов, мас,7:111431Изобретение относится к фрикционным материалам иа органическойоснове, в частности, используемымв качестве Фрикционной облицовки втормозахуфтах и других аналитичных изделиях.Композиции органических Фрикционных материалов, используемые дляоблицовки муфт и тормозов транспортных средств, должны выдерживатьвысокие рабочие температуры и динамические нагрузки, возникающие многократно. Во избежание ухудшения ра"бочих характеристик и физическогоразрушения при таких условиях работыоблицовка обычно усиливается асбестовыми волокнами, произвольно диспергированными в смоляной матрице,Наиболее близким к изобретению.по технической сущности и достигаемому результату является фрикционныйматериал 1 1на органической основе,вкпючающий, вес. : фекальная смола12-20, стекловолокно 30-60, модификатор, выбранный из ряда: карбонат, 25гидроокись кальция, бария, алюминия2-8, материал с высокой стеклопроводностью (Ре, Сп, А 1, Мо) 5-20,эластомер 2-5, наполнитель (барит,8102) 5-15, фрикционный модифика- ЗОтор 5-15.Однако такой Фрикционный материалобладает не достаточно высоким коэфФициентом трения и износостойкостью,Целью изобретениЯ ЯвлЯетсЯ повыше в 35ние коэффициента трения и износостой -кости фрикционного материала. Поставленная цель достигается тем, что фрикционный материал на органической основе, включающий Феноль 4 О ную смолу, волокнистый наполнитель, металлосодержащее соединение, органический модификатор, фрикционный моди-Фикатор и неорганический модификатор, в качестве волокнистого наполнителя45 содержит асбест или смесь стеклянных и минеральных волокон, в качестве металлосодержащих соединений - вещество из группы: цинк, бронза, медь, железо, окислы этих металлов и окись алюминия или их смесь, в качестве . органического модификатора - вещество из группы; порошок семян анакардии каучук, натуральный латекс, меласса, асфальт, или их смесь в качестве неорганического модификатора - вещество из группы. Бариты, мел, тальк, трепел, криолит, волпастонит или их40 смесь и в качестве Фрикционного модификатора - частицы или порошок угляи/или графита при следующем соотношении компонентов, мас, ,: 8-1425-34 Фенольная смола Волокнистый наполнительМет аллос од ержащее соединениеОрганический модификаторрФрикционный модификаторНеорганическиймодификатор 4-22 1-7 18-34 Остальное Составляющие смеси материала А (по прототипу) и смесей материалов А-Б в соответствии с изобретением обрабатывались с получением фрикционных облицовок следующим способом.Смешивали асбестовое волокно, цинковый порошок, Органические модификаторы (две части порошка семян анакардии и одначасть каучуковых обломков)., неорганический модификатор (бариты) и сухую фенольную смолу до.тех пор, пока не была получена гомогенная смесь, которую поместили в форму и спрессовали в брикет. После этого брикет перенесли на пресс и сжали при давлении около 350 кг/см а температуру брикета подняли примерно до 135 С. При этой температуре фенольная смола, растеклась по смеси, и получилась матрица, охватывающая другие составляющие в смешанном состоянии. Затем брикет перенесли в отвердительную печь, имеющуюотемпературу около 260 С, для дальнейшего схватывания фенольной смолы. Поверхность трения отвержденного брикета затем отшлифовали до определенного размера, соответствующего . размеру тормозной колодки, Эта тормозная колодка сопрягалась со скоб- но-роторным узлом тормоза транспортного средства. Скобно-роторный узел бып установлен на инерционном динамометре.С помощьюинерционного динамометра испытывали рабочие характеристики и износ в зависимости от температуры при этом обращая внимание на изменение трения при длительном использовании, характерной для монолитных роторных тормозов и для тормозов таких типов, которые испольуются ваСоставы В и С должны бьггь модиФицированы путем замены сгекло- иминеральным волокном асбеста.Все прошедшие испьггания составыбыли изготовлены из стекловолокна(Е - стекло), и минерального волокна,обладающих следующими характеристиками. Стекловолокно содержало,вес.7: двуокись кремния 545; окисьалюминия 15,5; окись кальция 17,0;окись магния 4,5; окись бора 3,5 иокись натрия 1,0. Диаметр волокна может колебаться в пределах 25010000 мкм. Поверхность волокна былаобработана силанизирующим реактивомс целью улучшения адгезии смолы кволокну, Минеральное волокно содержало, вес.7: двуокись кремния 42,0;окись алюминия 8,0; окись кальция35,0; окись магния 8,0 и другие окислы 7,0, Диаметр волокна может колебаться в пределах 1-15 мкм, а цлинаволокна может бьггь 40-100 мкм. Поверхность волокна обработали силанизирующим реактивом с целью улучшенияадгезии смолы к волокну.Состав В модифицировали заменой асбеста, содержащегося в нем, на равное в объемных процентах количество стеклянного волокна и минерального волокна, в результате чего получился состав Э, из которого механической обработкой получили тормозную колодку и испьггали на инерционном динамометре.Состав Р работал лучше в высоко- температурном рабочем диапазоне выше 200 С, чем исходный состав А с асбестом, при этом скорость износа была такой же, как для состава В с асбестом.Состав С модифицировали аналогично, путем замены асбеста, содержащегося в нем, на равное в объемных процентах количество стекловолокна и минерального волокна. Из состава Е путем механической обработки изготовили тормозную колодку, которую испытали на инерционном динамо- метре.Изучение ротора, использованного при испытаниях составов 0 и Е, пока" зало, что разрушение и задирание ротора, обычное во всех известных составах, содержащих стекловолокно,отсутствовали.Поскольку состав Е имел более низкую общую скорость износа, чем состав Р, его выбрали в качестве 3 1114340небольших. автомобилях. Тормоз диамет -ром 44 мм, используемый на автомобиле модели "1977 Чо 1 Ьюадеп ВаЬЬдс",сопрягался с дисковыми колодками спомощью 23 см, имеющими эффективный диаметр 9,60 см. Использоваласьшина с радиусом качения 26,6 см и,с нагрузкой на колесо 390 кг. Проводили испьггания эффективности передполировкой (при скоростях 50, 80 и110 км/ч и отрицательных ускорениях3 4, 5 и 6 м/с от начальной тем -Ф УРпературы ротора 100 С), 100 полиро -вочных торможений (64-0 кс/ч приотрицательном торможении 4,5 м/с отначальной температуры ротора 100 С),эффективность после полировки 50остановок при 200 С, 50 о.тановокпри 300 С, эффективность после400 С, 50 остановок при 500 С, эффек .тивность после 500 С, 50 остановокповторной полировки при температуре100 С и конечная эффективность.Вследствие хороших температурныххарактеристик угля и/или графитапо сравнению с органическими Фрикционными модификаторами заменили,часть асбеста, содержащегося в составе А, на 23 вес,7 угля, в результатечего получился состав В (см,табл.1).Кроме того, в составе В отсутствуюторганические модификаторы состава А,а содержание металлов (медного порошка) и процентное содержание баритов увеличено. Состав В составлен35"и обработан .с получением тормознойколодки из фрикционного материала так.из состава В установили в скобе тормоза и проводили испытания с помоФ40щью инерционного динамометра. Добав,пение угольного материала значительно уменьшило высокотемпературныйизнос состава А в диапазоне температур 300-500 С.Тормозная. колодка, изготовленнаяиз состава В, дает шум, и поэтомусостав В модифицируют, добавляя каучуковые обломки, а содержание Фенольной смолы уменьшают, в результате50чего получают состав С. Затем составС обрабатывают, получая тормознуюколодку, которую устанавливают в скобе тормоза инерционного динамометра.Хотя коэффициент трения и скоростьизноса для составов В и С улучшены55по сравнению с составом А, содержащийся в них асбест загрязняет производство.1114340 исходного материала для модификации с целью установления различных пределов для семейства высокоуглеродистых не содержащих асбеста материаловВследствие доступности и дешевиз ны железных частиц или порошка с медными частицами в смеси Е произвели замену железным порошком, получив состав Г, из которого путем механической обработки изготовили тормозную колодку и испытали на инерционном динамометре. Частицы железа в составе Р стабилизировали коэффициент трения по всему предлагаемому рабочему диапазону фрикцион ного материала, однако скорость износа не соответствует скорости сосо тава Е при температуре выше 400 С несмотря на то, что скорость износа значительно уменьшена по сравнению 20 с материалом с асбестом в рабочем диапазоне 300-400 С,При некоторых условиях фрикционные материалы, содержащие большое количество металлических частиц или 25 порошка, такого как железный и медный, в составах Р, Е и Г создают шум во время пользования тормозами. Поскольку графит и/или уголь обладают способностью поглощения шума, ис пытывали эффект изменения содержания угля и/или графита в составах Е и Г с целью уменьшения шума, создаваемого во время пользования тормозами. 35В связи с этим количество угольныхчастиц в составе Р было увеличено, а количество баритов уменьшено, в результате чего получен состав С, из которого путем механической обработ ки получены тормозные колодки, которые испытали на инерционном динамо- метре. Состав С имеет повышенное трение при 200 С с небольшим уменьшением трения при 500 С. Скорость из носа состава С практически та же, что у состава Р. С целью разработки фрикционногоматериала для больших нагрузок, имею 50щего максимальное сопротивление наизнос, как показано составом Е прио500 С, далее были получены составысодержащие частицы из меди или наоснове меди, а не железные частицы.Состав Н получен из состава Е55заменой угольных частиц в смеси Ена равные количества натуральногоили синтетического графита. Из состава Н путем механической обработкиполучены тормозные колодки, которыеиспытали на инерционном динамометре.Коэффициент трения состава Н практически совпадает с коэффициентом трения состава Е, а скорость износанемного уменьшена, но приемлема длятормозных колодок большинства транспортных средств.Для уменьшения скорости износасостава Н все частицы или порошокугля и/или графита, содержащиеся внем, изготавливали исключительно изкрупных частиц синтетического графита для получения состава 3. Изсостава Э путем механической обработки получены тормозные колодки,которые испытали на инерционном динамометре. Как видно из сравненияхарактеристик составов Е и 3, коэффициент трения и скорость износасостава эквивалентны составу Е. Однако шум, вызванный колодками, содержащими металл, может быть ослаблендо допустимого уровня путем добавления частиц или порошка графита.Для оценки влияния металлическогопорошка или частиц на исходное семейство фрикционных материалов свысоким содержанием углерода и несодержащих асбест состава Е создансостав Х, в котором отсутствует металлический порошок или частицы, асодержание баритов увеличено до18 вес.Е от общего количества состава. Из составапутем механическойобработки получены тормозные колодки, которые испытали на инерционномдинамометре. Коэффициент трения состава 3 аналогичен не содержащемуасбеста составу Е, а скорость износа при 500 С хуже, чем скорость износа составов Е и А. Таким образом,состав 5 не выдерживает. больших нагрузок,В целях увеличения коэффициента трения состава Е заменили часть угля и/или графита в нем порошком семян анакардии для получения состава К, из которого путем его механической обработки изготовлены тормозные колодки и испытаны на инерционном динамометре. Коэффициент трения сос-, тава К улучшен по сравнению с составом А и такой же, как у состава Е, однако скорость износа состава К улучшена только по сравнению с составом А.4340 Таблица Компоненты Состав фрикционного материала 1 Л В С Волокнистыйасбест 0 25 . 2514 . 15 15 16. 15 16 15 1 Стекловоло Минеральное волокно 16 15 1 4 15 16 16 5 17 Металлическиечастицы илипорошокОрганическиемодификаторы 7 18 18 0 21 19 5 21 22 19 20 7 0 0 0 7 11Для ус тан овл ения опти мальног о процентного содержания частиц или порошка угля и/или графита в составе Е исключили бариты и соответственно увеличили содержание угольных частиц, в результате чего был получен состав , Из состава 1, путем механической обработки были получены тормозные колодки, которые испь:тали на инерционном динамометре, Скорость износа составаэквивалентна скорости износа состава Е при температуре до 400 С. Поскольку скорость износа при высокой температуре состава Е практически стабильна в диапазоне 200-400 С, состав Е можно модифицировать путем уменьшения содержания минерального волокна при дальнейшем увеличении содержания угольных частиц и при сохранении постоянным содержания в объемных процентах остальных составляющих, в результате чего был получен состав М. Из состава М путем механической обработки была получена дисковая тормозная колодка, которую испытали на инерционном ди-, намометре. Коэффициент трения состава М вышее, чем коэффициент трения исходного состава Е во всем диапазоне температур, а скорость износа в диапазоне температур 100-400 Со практически эквивалентна скоростиизноса состава ,.Поскольку кусочки или частицымедных сплавов более доступны и дешевы, чем частицы меди или медныхокислов, в составе Е использоваличастицы медного сплава, в результатечего был получен состав М . Из состава М путем механической обработкиполучены тормозные колодки, которыеиспытали на инерционном динамометре,Коэффициент трения этого составапрактически идентичен коэффициейтутрения состава Е, а скорость износа хуже по всему диапазону температур .Составы композиций А-г 1 для фрикци".онного материала в соответствии с,изобретением приведены в табл. 1.Значения максимального износаописываемого фрикционного материалав сравнении с максимальным износомфрикцнонного материала по прототипу(композиция А) приведены в табл 2.Значения коэффициента трения описываемого фрикционного материала всравнении с коэффициентом тренияизвестного материала (композиция А )приведены в табл. 3,Как видно из табл. 2 и 3, фрикционный материал в соответствии сизобретением имеет повышенные коэффициент трения и износостойкость.% Продолжение табл. 1 став фрикциоиного Компоненты иала В С н К 6 14 15 Неорганическиемодификаторы 5 8 7 18 . 24 17 стицы илирошок угля 24 25 31 2 24 3 или графита фенольнсмола 4 8 9 8 8 й мере 77. бариты,синтетического и прие: В состав ч краинеи мере 4%аве 5 окись алюминия,и 2 Т и Температ состава износ аксимал С Р Е 8 0,127 0:, 1270 0,2540 0,7620 0,0254 1270 6 0,0762 0,0254 0,0762 0,02 О 2032 0,1016 0,0508 0,1778 0,0508 0,1270 0,10 0,3540 0,254 70 О, 1524 1016 0,0762 0,4402 8 одолжение табл 1 аксимальный износ, мм, состава ер ат ур С М О, 2032 О, 1524 О, 1524 .0,1524 0,0508 0,0762 0,0762 0,1016 0 2 0 2 11470 1,4224 оставе Н ного гра ошок сем В-Р и Н-И по крайнравные количествафита; в составе Кян анакардии; в со1114340 2Продолжение табл. 2 1 . Л К, Ь 0,1524 0,1016 0,12700,1778 0,1270 0,1270 0,1524 300 0,2540 0,1778 0,1524 0,2286 0,1778 0,1524 0,0762 400 0,3048 0,2286 0,9398 0,4826 0,6350 0,5334 0,9144 0,1524 0,1016 0,1524 О, 1270 0,2032 О,2286 0,3048 500 100 Таблица 3 Коэффициент трения состава В Н 100