RU2090576C1

RU2090576C1 - Friction material

Info

Publication number: RU2090576C1
Application number: RU93019557A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Мельников; М.И. Кручинин
Original assignee: Ивановская государственная химико-технологическая академия
Priority date: 1993-04-14
Filing date: 1993-04-14
Publication date: 1997-09-20

Abstract

FIELD: production of friction coatings for braking units and devices. SUBSTANCE: friction material comprises, mas.%: ground waste of fiber, 40-60; dehydrated waste of lubricating and cooling liquid for coarse dragging of copper wire (content of copper in it being not less 90-98 %), 1-5; kaolin, 3-5; foamed graphite, 0.01-1.0; phenol-formaldehyde resin, up to 100. EFFECT: improved quality. 2 tbl

Description

Изобретение относится к составам фрикционных материалов на органической основе с фенолформадегидной смолой в качестве связующего для использования в качестве фрикционных накладок в тормозных узлах и устройствах (например, в тормозах автомобильного транспорта, муфтах и аналогичных узлах). The invention relates to compositions of friction materials on an organic basis with a phenolformidehyde resin as a binder for use as friction linings in brake assemblies and devices (for example, in automobile brakes, clutches and similar assemblies).

Обычно фрикционные материалы представляют собой композиции на базе полимерных связующих и асбеста в качестве основной добавки /Решетов Д.Н. Работоспособность и надежность деталей машин. М.Высшая школа, 1980. С. 84./. Однако асбест дорог, является стратегическим сырьем и обладает концерогенным действием, вследствие чего асбестосодержащие материалы запрещены к применению. Typically, friction materials are compositions based on polymer binders and asbestos as the main additive / Reshetov D.N. Efficiency and reliability of machine parts. M. Higher School, 1980.S. 84./. However, asbestos is expensive, it is a strategic raw material and has a concertogenic effect, as a result of which asbestos-containing materials are prohibited for use.

Известен фрикционный материал, не содержащей асбеста, включающий в состав в качестве связующего вещества фенолформальдегидные смолы, в качестве твердых смазок графит, а также волокна (полиамидные, углеродные) и дисперсные наполнители сульфат бария /Патент 61 53327 /Япония/. МКИ C 08 J 5/14, C 09 K 3/14; 59 174370. Фрикционный материал/. Недостатком этого материала является нестабильность коэффициентов трения и повышенный износ. Known friction material that does not contain asbestos, including phenol-formaldehyde resins as a binder, graphite as solid lubricants, as well as fibers (polyamide, carbon) and dispersed barium sulfate fillers / Patent 61 53327 / Japan /. MKI C 08 J 5/14, C 09 K 3/14; 59 174370. Friction material. The disadvantage of this material is the instability of the friction coefficients and increased wear.

Известна также полимерная композиция /А.С. 992542 /СССР/. МКИ C 08 L 27/18, C 08 K 3/04. Опубл. 30.01.83 БИ N 4. Полимерная композиция/ на основе политетрафторэтилена и кокса, содержащая дополнительно графит и базальтовое волокно, мас. Also known is a polymer composition / A.C. 992542 / USSR /. MKI C 08 L 27/18, C 08 K 3/04. Publ. 01/30/83 BI N 4. Polymer composition / based on polytetrafluoroethylene and coke, additionally containing graphite and basalt fiber, wt.

Кокс 10 18
Расширенный графит 3 5
Базальтовое волокно 5 9
Политетрафторэтилен Остальное
Недостатком композиции является невысокий коэффициент трения 0, 16 0,20 и большая скорость износа 0,21 0,70 мм/час.Coke 10 18
Expanded Graphite 3 5
Basalt fiber 5 9
Polytetrafluoroethylene
The disadvantage of the composition is the low coefficient of friction of 0, 16 0.20 and a high wear rate of 0.21 0.70 mm / hour.

Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности признаков, т.е. прототипом, является фрикционный материал /Патент 1114340 A (SU), МКИ C 08 L 61/10, C 08 J 5/14. Фрикционный материал. Опубл. 15.09.84 БИ N 34 - прототип./, включающий фенольную смолу, волокнистый наполнитель асбест или стеклянные волокна, металлический наполнитель цинк, бронзу, медь или их окислы, органический модификатор каучук, латекс, асфальт, фрикционный модификатор частицы или порошок угля или графита, неорганический модификатор мел, тальк, барит при соотношении компонентов, мас. Closest to the claimed solution in terms of features, i.e. the prototype is friction material / Patent 1114340 A (SU), MKI C 08 L 61/10, C 08 J 5/14. Friction material. Publ. 09.15.84 BI N 34 - prototype. /, Including phenolic resin, asbestos filler or glass fibers, zinc metal filler, bronze, copper or their oxides, organic rubber modifier, latex, asphalt, particle friction modifier or coal or graphite powder, inorganic modifier chalk, talc, barite with a ratio of components, wt.

Фенольная смола 8 14
Волокнистый наполнитель 25 34
Металлический наполнитель 4 22
Органический модификатор 1 7
Фрикционный модификатор 18 34
Неорганический модификатор до 100
Однако указанный прототип имеет низкое значение коэффициента трения и его стабильность при изменении режимов трения, а также большой износ.Phenolic resin 8 14
Fibrous filler 25 34
Metal filler 4 22
Organic modifier 1 7
Friction modifier 18 34
Inorganic modifier up to 100
However, this prototype has a low value of the coefficient of friction and its stability when changing friction modes, as well as high wear.

Изобретательская задача состояла в разработке фрикционного материала, обладающего высоким коэффициентом трения и стабильностью его при изменении режимов трения, а также повышенной износостойкостью. The inventive task was to develop a friction material with a high coefficient of friction and its stability when changing friction modes, as well as increased wear resistance.

Поставленная задача решена путем создания фрикционного материала, включающего фенолформальдегидную смолу, металлический и волокнистый наполнители, неорганический и фрикционный модификаторы, который в качестве металлического наполнителя содержит обезвоженные отходы смазочно-охлаждающей жидкости для грубого волочения медной проволоки, в качестве волокнистого наполнителя измельченные отходы фибры, в качестве неорганического модификатора каолин и в качестве фрикционного модификатора вспученный графит при следующем соотношении компонентов, мас. The problem is solved by creating a friction material, including phenol-formaldehyde resin, metal and fiber fillers, inorganic and friction modifiers, which as a metal filler contains dehydrated waste cutting fluid for coarse drawing of copper wire, as a fiber filler, crushed fiber waste, as inorganic kaolin modifier and expanded graphite as a friction modifier in the following com Ponents, wt.

Измельченные отходы фибры 40 60
Отходы СОЖ 1 5
Каолин 3 5
Вспученный графит 0,01 1,0
Фенолформальдегидная смола до 100
В качестве связующего использовались серийно выпускаемые твердые и жидкие фенолформальдегидные смолы (СФ 342 А, СФ 010, СФЖ 303). Волокнистый наполнитель измельченные отходы фибры получен путем измельчения в две стадии обрезков фибры различной конфигурации ( 1 дробилка предварительного измельчения; 2 установка тонкого измельчения). В результате получена объемная волокнистая масса. Металлический наполнитель обезвоженные отходы СОЖ содержат 90 98% меди в виде чешуек и микростружки. На кабельных заводах при грубом волочения медной проволоки СОЖ попадают медные чешуйки и микростружки толщиной 20 200 мкм и длиной 0,25 5 мм, которые оседают на дно баков отстойников. Через 2 3 месяца СОЖ заменяют. Жидкую фазу сливают в накопительные пруды, а медные чешуйки и микростружку утилизируют во вторцветмен. Таким образом обезвоженные отходы СОЖ чешуйки и микростружки меди с содержанием остатков мыла и масла. Перед использованием их в качестве металлического наполнителя их необходимо отмыть любым растворителем бытовой химии (перхлорэтилен, трихлорэтилен и др.). При отсутствии отходов СОЖ их можно заменить любыми предварительно тонкоизмельченными отходами меди.Ground fiber waste 40 60
Coolant waste 1 5
Kaolin 3 5
Expanded Graphite 0.01 1.0
Phenol formaldehyde resin up to 100
Solid and liquid phenol-formaldehyde resins (SF 342 A, SF 010, SFZh 303) were used as a binder. The fibrous filler is crushed fiber waste obtained by grinding in two stages of fiber trimmings of various configurations (1 crusher pre-grinding; 2 fine grinding plant). The result is a bulk fiber mass. Metal filler dehydrated coolant waste contains 90 98% copper in the form of flakes and micro-chips. In cable plants, with coarse drawing of the coolant copper wire, copper flakes and micro-chips with a thickness of 20,200 microns and a length of 0.25-5 mm fall, which settle to the bottom of the tanks of the settlers. After 2 to 3 months, the coolant is replaced. The liquid phase is poured into storage ponds, and copper flakes and micro-chips are disposed of in second color. Thus, dehydrated waste coolant flakes and microchips copper containing residues of soap and oil. Before using them as a metal filler, they must be washed with any household chemical solvent (perchlorethylene, trichlorethylene, etc.). In the absence of coolant wastes, they can be replaced with any previously finely ground copper wastes.

Фрикционный модификатор вспученный графит представляет собой предварительно химически окисленный и терморасширенный графит. После такой обработки графит обладает не антифрикционными, а ярко выраженными фрикционными свойствами. Expanded graphite friction modifier is pre-chemically oxidized and thermally expanded graphite. After this treatment, graphite has not antifriction, but pronounced frictional properties.

Вспученный графит (окисленный и термообработанный) с малым насыпным весом 0,01 0,016 г/см) находит применение в качестве адсорбента в медицинской технике, противогазах, пищевой электротехнической и радиотехнической промышленности /А. С. N 1609744 /СССР/ Электролит для получения вспученного графита. Опубл. 1980 г. БИ N 44./. Веедение в смесь вспученноо графита (при услови его равномерного распределения по объему смеси)позволяет регулировать значение коэффициента трения и обеспечиваеия стабильность этого показателя. Expanded graphite (oxidized and heat-treated) with a low bulk density of 0.01 0.016 g / cm) is used as an adsorbent in medical equipment, gas masks, food-grade electrical and radio-technical industries / A. S. N 1609744 / USSR / Electrolyte for producing expanded graphite. Publ. 1980 BI N 44./. The introduction of expanded graphite into the mixture (under the condition of its uniform distribution over the volume of the mixture) allows one to control the value of the friction coefficient and ensure the stability of this indicator.

Таким образом, использование именно заявленной совокупности существенных признаков и позволяет получить достигаемый технический результат, а именно снизить износ фрикционного материала, повысить и стабилизировать в различных режимах трения коэффициенты трения. Thus, the use of the claimed combination of essential features makes it possible to obtain the achieved technical result, namely, to reduce the wear of the friction material, to increase and stabilize the friction coefficients in various friction modes.

Пример 1. К 40 г (40 мас.) измельченных отходов фибры (ГОСТ 14613-83) добавляют 1 г (1 мас.) отходов СОЖ для грубого волочения медной проволоки (ТУ 16.К71-003-87), 3 г (3 мас.) каолина (ГОСТ 19608-84), 0,01 г (0,01 мас.) вспученного графита (ТУ 21-25-85) и 55,99 г (55,99 мас.) жидкой фенолформальдегидной смолы (ГОСТ 20907-75). Example 1. To 40 g (40 wt.) Crushed fiber waste (GOST 14613-83) add 1 g (1 wt.) Coolant waste for rough drawing of copper wire (TU 16.K71-003-87), 3 g (3 wt.) kaolin (GOST 19608-84), 0.01 g (0.01 wt.) of expanded graphite (TU 21-25-85) and 55.99 g (55.99 wt.) of liquid phenol-formaldehyde resin (GOST 20907 -75).

Полученная масса перемешивалась в смесителе с внецентренной осью, после чего пропускалась через вальцы для улучшения равномерности распределения ингридиентов смеси. Чешуйки, полученные после прохождения смеси через вальцы, измельчались до размера 2 3 мм и помещались в обогреваемую пресс-форму, в которой при температуре 170 180^oC под давлением 20 30 МПа и выдержке, равной 1 мин на 1 мм толщины изделия, получали пластинки фрикционного материала.The resulting mass was mixed in a mixer with an eccentric axis, and then passed through the rollers to improve the uniform distribution of the ingredients of the mixture. The flakes obtained after passing the mixture through the rollers were crushed to a size of 2 3 mm and placed in a heated mold in which plates were obtained at a temperature of 170 180 ^o C under a pressure of 20 30 MPa and a shutter speed of 1 min per 1 mm of the product thickness friction material.

Пример 2. К 50 г (50 мас.) измельченных отходов фибры добавляют 3 г (3 мас.) отходов СОЖ, 4 г (4 мас.) каолина, 0,5 г (0,5 мас.) вспученного графита и 42,5 г (42,5 мас.) резольной фенолформальдегидной смолы (ГОСТ 18694-80). Example 2. To 50 g (50 wt.) Crushed waste fiber add 3 g (3 wt.) Waste coolant, 4 g (4 wt.) Kaolin, 0.5 g (0.5 wt.) Expanded graphite and 42, 5 g (42.5 wt.) Rezol phenol-formaldehyde resin (GOST 18694-80).

Получение фрикционного материала из указанной смеси осуществляют способом, описанным в примере 1. Obtaining friction material from the specified mixture is carried out by the method described in example 1.

Пример 3. К 60 г (60 мас.) измельченных отходов фибры добавляют 5 г (5 мас.) отходов СОЖ, 5 г (5 мас.) каолина, 1 г (1 мас.) вспученного графита и 29 г (29 мас.) новолачной фенолформальдегидной смолы (ГОСТ 18694-80). Example 3. To 60 g (60 wt.) Crushed fiber wastes add 5 g (5 wt.) Waste coolant, 5 g (5 wt.) Kaolin, 1 g (1 wt.) Expanded graphite and 29 g (29 wt. ) novolac phenol-formaldehyde resin (GOST 18694-80).

Получение фрикционного материала из этой смеси осуществляют способом, приведенным в примере 1. При этом следует отметить, что смесь с новолачной фенолформальдегидной смолой дополнительно водился уротропин в качестве отвердителя смолы ( до 0, 5 мас.), оксид магния ускорения отвердения смолы (до 1 мас. ). В смесь с резольной фенолформальдегидной смолой уротропин не добавлялся, все остальные компоненты вводились в том же количестве. Уротропин, оксид магния и стеориновая кислота не входят в состав материала (сверх 100 мас.). Obtaining friction material from this mixture is carried out by the method described in example 1. It should be noted that the mixture with novolac phenol-formaldehyde resin was additionally dosed with urotropin as a resin hardener (up to 0.5 wt.%), Magnesium oxide accelerated resin hardening (up to 1 wt. .). No urotropin was added to the mixture with rezol phenol-formaldehyde resin; all other components were added in the same amount. Urotropin, magnesium oxide and storic acid are not included in the composition of the material (in excess of 100 wt.).

Полученные из фрикционного материала пластинки были испытаны с целью оценки интенсивности изнашивания и коэффициентов трения на серийной машине трения 2070 СМТ-1 по общепринятой методике /Ясь Д.С. Подмоков В.Б. Дяденко Н. С. Испытания на трение и износ. Методы и оборудование. Харьков: техника, 1971. с. 140/. Условия испытания: пара трения диск-колодка, материал диска чугун СЧ 18-36. Колодка предлагаемый фрикционный материал, скорость скольжения 3 м/с, удельная нагрузка повышалась ступенчато до резкого повышения момента трения. The plates obtained from the friction material were tested in order to assess the wear rate and friction coefficients on a serial friction machine 2070 SMT-1 according to the generally accepted method / Yas D.S. Podmokov V.B. Dyadenko N. S. Tests for friction and wear. Methods and equipment. Kharkov: technology, 1971. p. 140 /. Test conditions: a pair of friction disk block, disc material cast iron SCH 18-36. The block is the proposed friction material, the sliding speed is 3 m / s, the specific load increased stepwise to a sharp increase in the friction moment.

Результаты испытаний приведены в таблице 1 и 2. The test results are shown in table 1 and 2.

Из таблиц 1 и 2 видно, что при использовании совокупности заявляемых существенных признаков достигается следующий технический результат: стабилизируется и повышается (в 1,2 1,3 раза) коэффициент трения, уменьшается интенсивность изнашивается (в 166 1,8 раза) во всем диапазоне составов фрикционного материала. From tables 1 and 2 it is seen that when using the totality of the claimed essential features, the following technical result is achieved: the friction coefficient stabilizes and increases (1.2 1.3 times), the intensity decreases (166 1.8 times) and the whole composition range friction material.

Эти преимущества в сочетании с более высокими характеристиками (ударная вязкость 4,5 7,5 кДЖ/м², против 2,2 кДЖ/м² у прототипа, прочность при изгибе 80 -90 МПа против 28 МПа и влагомаслопоглощения 0,1 - 0,15% против 0,3% у прототипа) что позволяет материалу работать в узле трения значительно дольше, уменьшить число разработок и сборок фрикционного узла, повысить его надежность.These advantages in combination with higher characteristics (impact strength 4.5 7.5 kJ / m ² , versus 2.2 kJ / m ² for the prototype, bending strength 80 -90 MPa versus 28 MPa and moisture absorption 0.1 - 0 , 15% versus 0.3% for the prototype) which allows the material to work in the friction unit much longer, reduce the number of designs and assemblies of the friction unit, and increase its reliability.

Кроме того, использование в составе фрикционного материала отходов фибры и отработанной СОЖ позволят улучшить экологию этих производств, удешевить утилизацию этих отходов и резко снизить стоимость разработанного фрикционного материала при сохранении его высоких эксплутационных свойств. In addition, the use of fiber waste and spent coolant as part of the friction material will improve the ecology of these industries, reduce the cost of disposal of these wastes, and drastically reduce the cost of the developed friction material while maintaining its high operational properties.

Claims

Friction material, including phenol-formaldehyde resin, metal and fiber fillers, inorganic and friction modifiers, characterized in that it contains crushed fiber waste as a fiber filler, and dehydrated cutting fluid (coolant) for coarse drawing of copper wire as a metal filler containing not less than 90 98% copper, as an inorganic modifier kaolin and as a friction modifier, expanded graphite with a bulk density of 0.01 0.016 g / cm ³ in the following ratio of components, wt.

Ground fiber waste 40 60
Coolant dehydrated waste 1 5
Kaolin 3 6
Expanded Graphite 0.01 1.0
Phenol formaldehyde resin Up to 100k