DD208648A1

DD208648A1 - REIBWERKSTOFFMISCHUNG

Info

Publication number: DD208648A1
Application number: DD24089082A
Authority: DD
Inventors: Lothar Schneider; Wolfgang Baer; Heinz Rebsch; Hans Fiedler; Guenter Stephani
Original assignee: Lothar Schneider; Wolfgang Baer; Heinz Rebsch; Hans Fiedler; Guenter Stephani
Priority date: 1982-06-21
Filing date: 1982-06-21
Publication date: 1984-04-04

Abstract

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Reibwerkstoffen fuer Kraftfahrzeuge und der Anwendung im allgemeinen Maschinenbau. Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Reibwerkstoffmischung ohne die Verwendung von Asbest. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Reibwerkstoffes ohne Asbest unter Verwendung von Metallen, vorzugsweise Eisenpartikel als Verstaerkungsmittel, wobei die Eigenschaften des Verstaerkungsmittels f. die Ausnutzung im Reibwerkstoff bei der Herstellung vorprogrammierbar sind. Ein weiterer und wichtiger Grund fuer die Anwendung dieses Verstaerkungsmittels besteht in der guten Verarbeitbarkeit.The invention relates to the production of friction materials for motor vehicles and the use in general engineering. The aim of the invention is to provide a friction material mixture without the use of asbestos. The object of the invention is to provide a friction material without asbestos using metals, preferably iron particles as Verstaerkungsmittel, the properties of Verstaerkungsmittels f. the utilization in the friction material during production are preprogrammed. Another important reason for the use of this reinforcing agent is the good processability.

Description

Titel: Eeibwerkstoffmischung Anwendungsgebiet der Erfindung: Title: Mixture of mixed materials Field of application of the invention:

Die Erfindung bezieht sich auf Reibwerkst off mischungen, die in einem Heißpreßprozeß zu Reibmaterial weiterverarbeitet werden und frei von Asbest sind*'The invention relates to Reibwerkst off mixtures, which are processed in a Heißpreßprozeß to friction material and are free of asbestos * '

Charakteristik; der bekannten technischen I/oaungenä Die neuesten Erkenntnisse über die Umweltbelastungen durch Asbeststäube und deren Gefährlichkeit für die Gesundheit der Menschen veranlaßt die Reibbelaghersteller, nach geeigneten Stoffen zu suchen oder zu schaffen, um den Asbest anteil in Reibbelagmischungen durch weniger gefähliche Verstärkungsmittel zu ersetzen»* Dabei hat sich herausgestellt, daß zur Zeit noch keiner der bekannten und diesbezöglich geprüften Stoffe geignet sind, den Asbestanteil in Reibbelagmischungen mit im gleichem Umfang positiven Eigenschaften zu ersetzend Es war naheliegend, metallische, insbesondere Werkstoffe auf Eisenbasis hinsichtlich ihrer Wirkung zu untersuchen, zumal die Ver«· Wendung von metallischen Beimengungen in Reibbelägen üblich ist« Dabei wurde festgestellt, daß die Anwendungsbreite solcher spezifischer Reibbelagzusammensetzungen gegenüber Reibbelag« mischungen mit Asbestanteil gering ist, sodaß jeweils für den spezifischen Anwendungsfall gesonderte Entwicklungen betrieben werden müssen« Aus wirtschaftlichen Gründen wird dabei immer wieder auf Metalle, vor allem Eisen, zurückgegriffen« Buntrnetälle und ihre Legierungen sind aus ökonomischen Gründen nur speziellen Anwendungefällen vorbehalten·' Als Bestandteil von Reibbelagmischungen werden Werkstoffe auf Eisenbasis vorzugsweise in Form von Pulvern oder faserigen Strukturen, Drahtkurzschnitten, Spänen, Metallwollen usw« verwendet«Characteristic ; the known industrial I / oaung Enae The latest findings on the environmental impact of asbestos dust and their danger to people's health causes Reibbelaghersteller to look for suitable materials or to create to replace the asbestos share in friction lining by less gefähliche reinforcing agents »* It has been found that at present none of the known and examined in this respect substances are suitable to replace the asbestos in Reibbelagmischungen with the same extent positive properties It was obvious to investigate metallic, especially iron-based materials in terms of their effect, especially the Ver «It has been found that the range of application of such specific friction lining compositions to friction lining mixtures with asbestos content is low, so that in each case for the specific application field ll separate developments have to be carried out "For economic reasons, metals, especially iron, are used again and again. For economic reasons, Buntrnets and their alloys are reserved for special applications only." As a component of friction linings, iron-based materials are preferably in the form of powders or fibrous structures, wire short cuts, shavings, metal wool etc. "

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Erfindungen dieser Art sind beschrieben in:Inventions of this type are described in:

DT-OS 2 304 732, 2 535 526, 2 535 52?, 2 539 847, 2 847 735, 3 023 186, 3 023 187, 3 023 188,DT-OS 2 304 732, 2 535 526, 2 535 52, 2 539 847, 2 847 735, 3 023 186, 3 023 187, 3 023 188,

USA-P. 3 856 120, Brit.-P. 1 559 191, Franz.-P. 2 455 069 * DD-<A.P 138 076, 138 220, 207 210·US-P. 3,856,120, Brit.-P. 1 559 191, Franz. 2 455 069 * DD- <A.P 138 076, 138 220, 207 210 ·

Den bekannten und als typische Lösungen charakterisierend den den Stand der Technik genannten Lösungen haftet der Mangel an, daß die technische Anwendbarkeit erheblich von der ökonomischen Beschaffbarkeit geeigneter faserförmiger Eisenbasisteilchen abhängig ist«' Grundvoraussetzung ist daher das Vorhandensein eines effektiven technologischen Verfahrens zur Faserherstellung» Im allgemeinen werden Stahlfasern über spezielle Zerspanungsver« fahren hergestellt· Ausgehend von der Palette handelsüblicher und wirtschaftlich zerspanbarer Stähle sind dadurch die möglichen verwendungsfähigen Sorten mit den ihnen anhaftenden chemischen und physikalischen Eigenschaften vorbestimmt· Ein weiterer Mangel, der sich aus der Verwendung eisenhaltiger Metallzusätze bekannter Art ergibt, ist ihre geringe Korrosionsbeständigkeit· Durch die Reibarbeit werden infolge des sich einstellenden Verschleißes ständig tribologisch aktivierte Eisenpartikel freigelegt, die mit Luftsäuerstoff und der Luftfeuchte rasch reagieren und zu Eisenoxiden umgewandelt werden* Dies ist die Ursache der in Fachkreisen genannten Morgenkrankheit, das heißt, bei Fahrtantritt mit einem Automobil ist die volle Wirksamkeit der Bremsen von Anfang an nicht gegeben, da das Reibverhalten von Eisenoxiden andere ist als das von metallischem Eisen« Erst nach mehrmaligem Bremsen ist die oberflächliche Eisenoxidschicht Infolge des Verschleißes beseitigt und die Sicherheit der Bremsen gegeben·The known and typical solutions characterizing the prior art solutions, the lack of adhering to the fact that the technical applicability depends significantly on the economic Beschaffbarkeit suitable fibrous Eisenbasisteilchen "'prerequisite is therefore the presence of an effective technological process for fiber production Starting from the range of commercially available and economically machinable steels, the possible usable grades with the chemical and physical properties adhering to them are thereby predetermined. Another deficiency resulting from the use of iron-containing metal additives of known type is their low corrosion resistance · As a result of friction wear, tribologically activated iron particles are continuously exposed due to the resulting wear, which are mixed with aerated acid and d This is the cause of the morning sickness mentioned in professional circles, that is, when driving with an automobile, the full effectiveness of the brakes from the beginning is not given, since the friction behavior of iron oxides other than that of Metallic iron «Only after repeated braking the superficial iron oxide layer is removed as a result of wear and the safety of the brakes is given ·

Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß die bisher verwendeten Stahlwollen und Späne vor ihrer Verwendung einem Reinigungsprozeß unterworfen werden müssen, da sie von Zerspanungshilfsmitteln, Fetten, ölen und anderen unkontrolliert wirkenden Fremdstoffen befreit werden müssen, wobei der hierfür erforderliehe Aufwand bei der Verarbeitung meist größerer Mengen nicht unbeträchtlich ist·¹ Finally, it should be noted that the previously used steel wool and chips must be subjected to a cleaning process before use, since they must be freed of Zerspanungshilfsmitteln, fats, oils and other uncontrolled foreign substances, the effort required for the processing usually larger amounts not inconsiderable · ¹

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Object of the invention

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer asbestfreien ^Reibwerkstoff mischung mit Zusätzen von Eisen undseinen Legierungen, wobei die Eisehbestandteile in ihrer Zusammensetzung und geometrischer Form so modifizierbar sind_s daß eine große Variationsbreite hinsichtlich der,physikalischen und chemischen Eigenschaften erreicht wird und eine gute 4&|$^l3|}arkeit an die geforderten Belastungen gegeben ist· Außerdem sollea die Eisenteilchen keinem aufwendigen Aufbergitungsprozeß, z.B. einer Reinigung, unterzogen werden müssen. das Wesens der ErfindungThe aim of the invention is to provide a non-asbestos ^ friction material mixture with added iron undseinen alloys, wherein the Eisehbestandteile _s are modifiable in their composition and geometrical shape that a wide variation in terms of, physical and chemical properties is achieved and a good 4 & | $ In addition, the iron particles do not have to be subjected to an elaborate refining process, eg, a cleaning. the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer asbestfreien Reibwerkstoff mischung, wobei metallische Zusätze in der Reibwerkstoffmischung wirken und die metallischen Zusätze in einer solchen Form verwendet werden, daß sie infolge ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit die Erscheinung dar sogenannten "Morgenkrankheit " bei zum Beispiel eisenhaltigen Reibwerkstoffmischungen unterdrücken sowie in großer Variationsbreite hinsichtlich Zusamme ns etsung, Struktur und Teilchenform zur Verfügung stehen«The object of the invention is to provide an asbestos-free friction material mixture, wherein metallic additives act in the friction material and the metallic additives are used in such a form that they suppress the appearance of so-called "morning sickness" in, for example, iron-containing friction material mixtures as a result of their high corrosion resistance wide variety of composition, structure and particle shape are available «

Eine Reibwerkstoffmischung, die diese Aufgabe erfüllt, enthält neben den üblichen für Reibwerkstoffmischungen geeigneten Zusätzen wie Kautschuk und/oder Harzbindemitteln, Füllstoffen, Reib- und Verschleißmodifikatoren als Verstärkungsmittel nadel- oder faserförmige bzw« langgestreckte Teilchen, die aus Eisen oder Eisenlegierungen bestehen und sich gegenüber allen bisher bekannten und verwendeten Formen metallischer Zusätze dadurch wesentlich unterscheiden, daß sie mit amorpher bzw« mikrokristalliner Struktur durch Schnellabkühlung von Metallschmelzen in geeigneten Apparaturen hergestellt wurden, wobei die faser- oder nadeiförmigen Teilchen direkt erzeugt oder durch mechanische Zerkleinerung von nur wenigen yum-starken bandförmigen Ausgangsprodukten hergestellt werdend Eine besonders günstige ökonomische Variante zur Herstellung von nadel- oder faserförmigen amorphen bzw« mikrokristallinen Teilchen ist die Verwendung von Gußeisenschmelzen ohne oder mit weiteren Zusätzen, die zweckmäßigerweise direkt alsA friction material mixture that fulfills this task, in addition to the usual suitable for friction material additives such as rubber and / or resin binders, fillers, friction and wear modifiers as reinforcing needle or fibrous or "elongated particles that consist of iron or iron alloys and against all Formerly known and used forms of metallic additives differ significantly characterized in that they were made with amorphous or microcrystalline structure by rapid cooling of molten metal in suitable apparatus, wherein the fibrous or needle-shaped particles produced directly or by mechanical comminution of only a few yum-strong ribbon-shaped starting materials A particularly favorable economic variant for the production of needle-shaped or fibrous amorphous or microcrystalline particles is the use of molten cast iron without or with further Zus etch, which expediently directly as

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flüssige Schmelze über die Sehnellabkühlungseinrichtung kontinuierlich weiterverarbeitet wird· Dieser Schmelze als Ausgangsprodukt für die Herstellung der erfindungsgemäß als Verstärkungsmittel in Reibwerkstoffmischungen dienenden nadel·· oder faserförmigen amorphen bzw· mikrokristallinen Teilchen kann zur Erreichung vorbestimmter Verhaltensweisen in der Reibwerkst off mischung Kohlenstoff, Mangan, Silizium, Phosphor, Schwefel und andere Stoffe in unterschiedlichsten Mengenanteilen zugesetzt werden« Weitere wichtige Hinweise zu diesen als Verstärkungsmittel für Reibwerkstoffmischungen vorge» schlagenen amorphen bzw» mikrokristallinen Metalle sind veröffentlicht in: "Wissenschaft und Portschritt" Heft 8/81 Seite 295·This melt as a starting material for the preparation of the present invention as reinforcing agent in friction material mixtures needle · or fibrous amorphous or microcrystalline particles can be to achieve predetermined behaviors in the Reibwerkst off mixture carbon, manganese, silicon, phosphorus , Sulfur and other substances in various proportions are added. "Further important information on these amorphous or microcrystalline metals proposed as reinforcing agents for friction material mixtures is published in:" Wissenschaft und Portschritt "Issue 8/81 Page 295 ·

Für die erfindungsgemäße Verwendung dieser Teilchen haben, sich solche in den Abmessungen mit O_fO5 bis 0,2 mm Breite, bis 10 mm Länge und einer Dicke zwischen 5 bis 30 Aim als besonders günstig erwiesen» Die Eigenschaften der erfindungsgemäß verwendeten Metallzusätze verlangen eine Verarbeitung in feuchten oder nassen Mischungen, da Versuche ergeben haben, daß die Verarbeitung der Reibwerkstoffmischungen über die Stufen trocken vorpressen und anschließendes Heißpressen ungünstig ist· Beim Vorpressen im trockenen Zustand verringert sich die Dichte des Vorformlings nach der Druckentlastung, ein Vorgangs der in der Fachwelt allgemein als "Atmen" bezeichnet wird» Bei der Verarbeitung von feuchten Mischungen wird diese Erscheinung infolge der Klebrigkeit der verwendeten Zusätze ι zum Beispiel viskoser Bindemittel oder Bindemittel mit Klebrigkeit nicht oder nur gering wirksam· So kann zum Beispiel bei einer Bindemittelkombination Phenolharz - Kautschuk der Harzanteil in viskoser Form in die Mischung eingebracht werden,, Eine weitere Möglichkeit der Einschränkung des Atmens besteht darin» die Abmaße der erfindungsgemäß verwendeten metallischen Fasern bzw« Nadeln zu verringern, sofern die Ansprüche an das Reibmaterial hinsichtlich der Festigkeit noch erfüllt werden können· Die Verarbeitung sogenannter feuchter Mischungen ist in der reibbelagherstellenden Industrie zum Zweck® der Asbeststaubemmssionseinschränkung eine oft angewandte Technologie« Weiterhin ist das Atmen natürlich auchFor the inventive use of these particles have, in the dimensions of O _f O5 to 0.2 mm wide, up to 10 mm in length and a thickness between 5 to 30 Aim proved to be particularly favorable "The properties of the metal additives used in the invention require processing in wet or wet mixtures, since tests have shown that the processing of the friction material mixtures over the stages pre-press dry and subsequent hot pressing is unfavorable · When pre-pressed in the dry state, the density of the preform decreases after pressure relief, a process in the professional world as In the processing of wet mixtures, this phenomenon is not or only slightly effective as a result of the stickiness of the additives used, for example viscous binders or tacky binders. For example, in a binder combination of phenolic resin rubber, the resin content in Another possibility of restricting breathing is to reduce the dimensions of the metallic fibers or needles used according to the invention, provided that the requirements for the friction material can still be met with regard to strength. The processing of so-called moist Mixtures is an often used technology in the friction lining industry for the purpose of asbestos dust restriction reduction. "Of course, breathing is also

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abhängig vom Mengenanteil der metallischen Phase in der Gesamtmischung, von Länge, Breite und Dicke der Teilchen sowie von der Zusammensetzung und Struktur des Basismaterials, also des Metalls bzw₀ der Metallegierung, welches in den amorphen Zustand überführt wurde· Als Bindemittel eignen sich, wie schon von der Verwendung herkömmlicher Verstärkungsmittel bekannt, Polymere,, wie Synthese-Kautschuk und/oder Phenolharze, wovon aus vorher genannten Gründen ein Anteil in viskoser Form in die Reibwerkatoffmischung eingebracht werden sollte« Auch an Füllstoffe und Reibungsmodifikatoren werden keine über das bisher übliche hinausgehende Ansprüche gestellt. Zur Einstellung eines günstigen Verschleißverhaltens wurde gefunden, daß Kohlenstoff z«B« in Form von Grafit mit einem Anteil von 3 bis 25 VoI.-$ vorteilhaft ist_e Es konnte auch festgestellt werden, daß sich die metallischen Zusätze in amorpher bzw«¹ mikrokristalliner Form in Kombination mit anderen organischen oder anorganischen Fasern günstig verarbeiten lassen« Wenn in vielen Fällen Metallzusätze in Reibwerkstoffmischungen zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit eingesetzt wurden, so ist das auch durch Einmischung von Metallen in amorpher bzw« mikrokristalliner Form gut möglich mit dem Vorteil der Verhinderung der bereits erwähnten Morgenkrankheit_β Solche Fasern können z«B« Keramik-Kohlenstoffasern oder Baumwolle sein« Aus der Verwendung von Eisen und seinen Legierungen in amorpher bzw« mikrokristalliner Form ergeben sich sich eine Reihe von Vorzügen, von denen die wichtigsten nachfolgend genannt seiensdepending on the proportion of the metallic phase in the total mixture, the length, width and thickness of the particles as well as the composition and structure of the base material, ie the metal or _{0 of} the metal alloy, which has been converted to the amorphous state known from the use of conventional reinforcing agents, polymers, such as synthetic rubber and / or phenolic resins, of which a share in viscous form should be introduced into the Reibwerkatoffmischung for reasons mentioned above "Also on fillers and friction modifiers are no more than the usual claims , To set a low-wear characteristics has been found that carbon z "B" in the form of graphite is advantageous in a proportion 3-25 VoI .- $ _e It has also been found that the metallic additives in an amorphous or ^"1 microcrystalline form in combination with other organic or inorganic fibers can be processed favorably "If in many cases metal additives in friction material mixtures were used for the improvement of the thermal conductivity, then this is also well possible by mixing metals in amorphous or microcrystalline form with the advantage of preventing the already mentioned Morning Disease _β Such fibers may be ceramic-carbon fibers or cotton "The use of iron and its alloys in amorphous or microcrystalline form has a number of advantages, the most important of which are hereafter referred to

- Hohe Gleichmäßigkeit und Reproduzierbarkeit der Zusammensetzung, Struktur und Teilchenform,High uniformity and reproducibility of the composition, structure and particle shape,

- Wesentliche Verringerung der bei herkömmlichen Zusätzen auf Eisenbasis auftretenden Korrosion und des damit verbundenen nachteiligen Verhaltens der Reibbeläge unter dem Einfluß von Luftfeuchte und Lufteauerstoff«- Significant reduction in corrosion of conventional iron-based additives and the associated adverse behavior of friction linings under the influence of air humidity and airborne oxygen «

- Hohe Variierbarkeit der Eigenschaften des Verstärkungsmittels und der hergestellten Reibbeläge an die Anforderungen der Anwender bezüglich der physikalischen und chemischen sowie anwendungstechnischen Kenndaten«- High variability of the properties of the reinforcing agent and the friction linings produced to the requirements of the user with regard to the physical and chemical as well as performance characteristics «

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Ausgehend von den unterschiedlich möglichen Verwendungszwecken der Reibwerkst off mischungen kann der Anteil der amorphen bzw«, mikrokristallinen lisenbasistellchen erfindungsgemäß zwischen 3 und 65 VoI♦-$ betragen· Die Höhe des Zusatzes ist neben den gewünschten Verstärkungseigenschaften auch abhängig von der Form und der Art der übrigen Bestandteile· Die Benetzung der Oberflächen der Eisenbasisteilchen mit bekannten Benetzungsmitteln und nach bekannten Benetzungsverfahren kann in Abhängigkeit der verwendeten Bindemittel vorteilhaft sein.Starting from the different possible uses of Reibwerkst off mixtures, the proportion of amorphous or, microcrystalline lisenbasistellchen according to the invention between 3 and 65 VoI ♦ - $ amount · The amount of the addition is dependent on the shape and the nature of the rest in addition to the desired reinforcing properties Ingredients The wetting of the surfaces of the iron base particles with known wetting agents and according to known wetting methods may be advantageous depending on the binders used.

Claims

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Claim:

1 "friction material without asbestos consisting of known binders, friction modifiers, wear inhibitors and a metallic reinforcing agent, characterized in that the metallic reinforcing agent, preferably iron-based, has the amorphous or microcrystalline shape and in particles of 0.5 to 10 mm in length, 0.05 up to 2.5 mm wide and from 5 to 35 Aim thick in the friction material mixture «

2 "Heibwerkstoffmischung according to item 1, characterized in that the proportion of amorphous or microcrystalline metallic components 3 to 65 vol _o -% of the total mixture is ₀

3 »friction material mixture according to item 1 and 2, characterized in that the processing of the friction material mixture takes place in a wet state and the moist state of the friction material mixture is prepared by the use of binders or portions thereof.

4β friction material mixture according to items 1 to 3, characterized in that carbon is added in the form of graphite in proportions up to 25% by volume, as a wear-reducing additive,

5 · friction material mixture according to item 1 to 4, characterized in that additionally contain other fibrous substances of inorganic or organic nature

6, friction material according to items 1 to 5, characterized in that the metallic reinforcing agents have been provided with a wetting agent or adhesion promoter,