RU2181168C1

RU2181168C1 - Friction article

Info

Publication number: RU2181168C1
Application number: RU2000121657A
Authority: RU
Inventors: М.З. Левит; Г.П. Касаткин; Н.А. Крайнова; Г.И. Кузнецова; С.В. Кочина; Е.Г. Пивень; О.А. Хведченя
Original assignee: Открытое акционерное общество "НИИАТИ фирма ТИИР"
Priority date: 2000-08-14
Filing date: 2000-08-14
Publication date: 2002-04-10

Abstract

FIELD: friction parts designed for operating in different type friction mechanisms. SUBSTANCE: friction article includes polymeric binder, fibrous reinforcing fillers and dispersed fillers. All fibrous reinforcing fillers (or one of them) are covered with polymeric damping layer and subjected to preliminary local destruction for deforming fiber structure and damping layer and for creating their defects zones of destruction. EFFECT: enhanced reinforcing capability of fibrous filler, lowered local specific pressure values, reduced surface temperature, improved friction- wear characteristics.

Description

Изобретение относится к фрикционным изделиям, предназначенным для эксплуатации в различных фрикционных механизмах (тормозных узлах машин и оборудования, муфтах сцеплений и др.), преимущественно содержащих армирующие волокна (или нити из волокон), заменяющие асбест. The invention relates to friction products intended for use in various friction mechanisms (brake assemblies of machines and equipment, clutches, etc.), mainly containing reinforcing fibers (or filaments of fibers) that replace asbestos.

Аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, включающее полимерное связующее, волокнистые армирующие наполнители или единственный волокнистый армирующий наполнитель, дисперсные наполнители и промежуточный демпфирующий слой, размещенный между связующим и волокнистыми армирующими наполнителями или одним из волокнистых армирующих наполнителей (см. Гузеев В.В. Армированные и самоармированные полимерные композиционные материалы для узлов трения, в сб. "Труды 3-го Международного симпозиума по трибологии фрикционных материалов "ЯРОФРИ-97". Ярославль, 1997, с. 176). Существенные признаки аналога "полимерное связующее, волокнистые армирующие наполнители или единственный волокнистый армирующий наполнитель, дисперсные наполнители и демпфирующий слой" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения. An analogue of the claimed invention is a friction product comprising a polymeric binder, fibrous reinforcing fillers or a single fibrous reinforcing filler, dispersed fillers and an intermediate damping layer located between the binder and fibrous reinforcing fillers or one of the fibrous reinforcing fillers (see Guzeev V.V. Reinforced and self-reinforced polymer composite materials for friction units, in collection. Proceedings of the 3rd International Symposium on Friction Machines Tribology terials "YAROFRI-97. Yaroslavl, 1997, S. 176). The essential features of the analogue" polymer binder, fibrous reinforcing fillers or a single fibrous reinforcing filler, dispersed fillers and damping layer "coincide with the essential features of the claimed invention.

Недостатком аналога является, особенно в случае использования достаточно прочных и длинных армирующих волокон, нитей (преимущественно заменяющих асбест), удерживание которых в массе фрикционного изделия возрастает благодаря наличию демпфирующего слоя, снижение возможности создания при фрикционном контакте в процессе эксплуатации у поверхности трения изделия положительного перепада механических свойств по глубине и образования поверхностного пластичного слоя, противостоящего передеформированию, что способствует повышенному "схватыванию" пары трения, глубинному вырыванию армирующих волокон и других наполнителей и, как следствие, ухудшению фрикционно-износных свойств фрикционного изделия. The disadvantage of the analogue is, especially in the case of using sufficiently strong and long reinforcing fibers, threads (mainly replacing asbestos), the retention of which in the mass of the friction product increases due to the presence of a damping layer, reducing the possibility of creating a positive mechanical difference at the friction surface of the product during operation depth properties and the formation of a surface plastic layer that resists over-deformation, which contributes to an increased "shear melting of a friction pair, deep tearing out of reinforcing fibers and other fillers and, as a result, deterioration of the friction-wear properties of the friction product.

Прототипом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, включающее полимерное связующее, волокнистые армирующие наполнители или единственный волокнистый армирующий наполнитель и дисперсные наполнители, при этом волокнистые армирующие или один из волокнистых армирующих наполнителей подвергнуты предварительно местному деструктивному воздействию с образованием деформаций и дефектов структуры волокна в местах деструктивного воздействия (см. патент РФ 2114338, МПК⁶ F 16 D 69/02, 1998 г.). Существенные признаки прототипа "полимерное связующее, волокнистые армирующие наполнители или единственный волокнистый армирующий наполнитель, при этом волокнистые армирующие наполнители или один из волокнистых армирующих наполнителей подвергнуты предварительно местному деструктивному воздействию" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.The prototype of the claimed invention is a friction product comprising a polymeric binder, fibrous reinforcing fillers or a single fibrous reinforcing filler and dispersed fillers, while the fibrous reinforcing or one of the fibrous reinforcing fillers is subjected to preliminary local destructive action with the formation of deformations and defects in the fiber structure at the places of destructive impact ( see RF patent 2114338, IPC ⁶ F 16 D 69/02, 1998). The essential features of the prototype "polymer binder, fibrous reinforcing fillers or a single fibrous reinforcing filler, while the fibrous reinforcing fillers or one of the fibrous reinforcing fillers subjected to pre-local destructive effects" coincide with the essential features of the claimed invention.

Недостатком прототипа является снижение армирующей способности волокнистого наполнителя из-за наличия дефектов волокна, что проявляется под воздействием ударных нагрузок, например, при клепке в случае использования заклепочного соединения для монтажа изделия во фрикционном узле, в результате чего может произойти разрушение полимерного композита в районе заклепок и уменьшится прочность соединения. The disadvantage of the prototype is a decrease in the reinforcing ability of the fibrous filler due to the presence of fiber defects, which is manifested under the influence of shock loads, for example, when riveting in the case of using a rivet connection to mount the product in the friction unit, as a result of which the polymer composite may break in the area of the rivets and joint strength will decrease.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение армирующей способности волокнистого наполнителя с дефектами волокна с одновременным сохранением высокой пластичности поверхностного слоя фрикционного изделия у поверхности трения при фрикционном контакте в процессе эксплуатации, которая способствует снижению местных удельных давлений, уменьшению поверхностных температур и хорошей прирабатываемости, то есть улучшению фрикционно-износных характеристик фрикционного изделия. The problem to which the invention is directed is to increase the reinforcing ability of a fibrous filler with fiber defects while maintaining high plasticity of the surface layer of the friction product at the friction surface during friction contact during operation, which helps to reduce local specific pressures, lower surface temperatures and good break-in , that is, improving the friction-wear characteristics of the friction product.

Для достижения указанного технического результата во фрикционном изделии, включающем полимерное связующее, волокнистые армирующие наполнители и дисперсные наполнители, при этом волокнистые армирующие или одни из волокнистых армирующих наполнителей подвергнуты предварительно местному деструктивному воздействию с образованием деформаций и дефектов структуры волокна в местах деструктивного воздействия, подвергнутый деструктивному воздействию волокнистый армирующий наполнитель выполнен покрытым полимерным демпфирующим слоем, предварительно подвергнутым местному деструктивному воздействию с образованием деформаций и дефектов структуры демпфирующего слоя в местах деструктивного воздействия. To achieve the specified technical result in a friction product, including a polymeric binder, fibrous reinforcing fillers and dispersed fillers, while fibrous reinforcing or one of the fibrous reinforcing fillers are subjected to preliminary local destructive action with the formation of deformations and structural defects of the fiber in places of destructive impact, subjected to destructive impact the fibrous reinforcing filler is made of a coated polymer damping layer, pr dvaritelno subjected to the destructive effects of local deformations with formation of structural defects and a damping layer in the areas of destructive impact.

Существенные признаки заявляемого изобретения "подвергнутый деструктивному воздействию волокнистый армирующий наполнитель выполнен покрытым полимерным композиционным демпфирующим слоем, предварительно подвергнутым местному деструктивному воздействию с образованием деформаций и дефектов структуры демпфирующего слоя в местах деструктивного воздействия" являются отличительными от признаков прототипа. The essential features of the claimed invention "subjected to destructive fibrous reinforcing filler is made of a coated polymer composite damping layer, previously subjected to local destructive effects with the formation of deformations and structural defects of the damping layer in places of destructive impact" are distinctive from the features of the prototype.

Фрикционное изделие представляет собой наполненный полимерный композит, включающий, как правило, полимерное связующее на основе каучуков, смол, их смесей и т.д., дисперсные (порошкообразные) наполнители или их смеси, например сурик железный, барит, каолин, углеродные наполнители, пластификаторы и др. , и волокнистые армирующие наполнители, представляющие собой нити или волокна, например стеклянные нити или волокна, волокна из ароматических полиамидов (фенилон, кевлар, оксалон), металлические волокна или проволока и др. , или их смеси между собой или с другими, в том числе и с асбестовыми волокнами. Некоторые армирующие волокна (например, полиарамидные) могут содержать местные деформации и дефекты по длине волокна (эрозии, надрывы и др.) в результате деструктивного воздействия. Некоторые армирующие волокна (например, стеклянные), покрытые полимерным демпфирующим слоем из полимера, смеси полимера с наполнителями и т.д., содержат местные деформации и дефекты волокна и демпфирующего слоя по длине волокна (эрозии волокна и демпфирующего слоя, местные разрывы демпфирующего слоя и т.д.). The friction product is a filled polymer composite, which includes, as a rule, a polymer binder based on rubbers, resins, their mixtures, etc., dispersed (powder) fillers or their mixtures, for example, iron oxide, barite, kaolin, carbon fillers, plasticizers etc., and fibrous reinforcing fillers, which are filaments or fibers, for example glass filaments or fibers, fibers of aromatic polyamides (phenylone, Kevlar, oxalon), metal fibers or wire, etc., or mixtures thereof between fight or with others, including with asbestos fibers. Some reinforcing fibers (for example, polyaramide) can contain local deformations and defects along the length of the fiber (erosion, tears, etc.) as a result of destructive effects. Some reinforcing fibers (e.g. glass) coated with a polymer damping layer of polymer, a mixture of polymer with fillers, etc., contain local deformations and defects of the fiber and damping layer along the length of the fiber (erosion of the fiber and damping layer, local breaks of the damping layer and etc.).

Изготавливаться заявляемое изделие может известными методами, например формованием из полимерной пресс-композиции. При изготовлении композиции армирующие волокнистые наполнители или один из наполнителей (обычно высокопрочный) могут предварительно подвергаться деструктивному воздействию, например, посредством обработки волокна химическими веществами, вызывающими эрозии на поверхности волокон; также может использоваться раздавливание или вальцевание волокон, растягивающее воздействие, жесткое воздействие металлических элементов и др. Возможно использование волокон с дефектами, приобретенными при производстве волокон (брачные волокна) или в других производственных процессах (отходы производства). The inventive product can be manufactured by known methods, for example by molding from a polymer press composition. In the manufacture of the composition, reinforcing fibrous fillers or one of the fillers (usually high strength) can be subjected to destructive effects, for example, by treating the fiber with chemicals that cause erosion on the surface of the fibers; crushing or rolling of fibers, tensile effects, hard exposure to metal elements, etc. can also be used. It is possible to use fibers with defects acquired in the production of fibers (marriage fibers) or in other production processes (production waste).

Другой волокнистый армирующий наполнитель предварительно покрывается слоем полимера (например, клеевой каучуковой композицией с последующей термообработкой (вулканизацией), каучуко-смоляным композитом и т.д.), а затем подвергается деструктивному воздействию, например жесткому воздействию металлических элементов и т. п., в результате которого образуются дефекты самого волокна и полимерного слоя по длине волокна. Возможно использование волокнистых наполнителей, полученных путем механической деструкции брачных фрикционных изделий, изготовленных из покрытых полимерной композицией нитей (например, навитых из нитей колец сцепления и др.), а также других отходов производства, содержащих покрытые полимером волокна и нити. Another fibrous reinforcing filler is preliminarily coated with a polymer layer (for example, an adhesive rubber composition followed by heat treatment (vulcanization), a rubber-resin composite, etc.), and then subjected to destructive effects, for example, harsh exposure to metal elements, etc., in The result of which are defects in the fiber itself and the polymer layer along the length of the fiber. It is possible to use fibrous fillers obtained by mechanical destruction of marriage friction products made of threads coated with a polymer composition (for example, wound from clutch rings, etc.), as well as other production wastes containing polymer-coated fibers and threads.

Конкретным примером заявляемого фрикционного изделия является накладка барабанного тормоза, изготовленная из полимерного композита, включающего 25% связующего на основе фенолформальдегидной смолы и смеси нитрильного и бутадиенового каучуков, 2% деструктурированных полиамидных волокон, 5% деструктурированных композиционных стеклянных волокон, покрытых деструктурированным демпфирующим слоем на основе латекса бутадиен-нитрильного каучука, 13% волокнистых наполнителей (минеральная вата, стекловолокно) и 55% порошкообразных наполнителей (барит, глинозем, графит, мел и др.)
Изготовление фрикционного изделия с использованием армирующих наполнителей, покрытых промежуточным демпфирующим слоем, имеющих дефекты волокна и демпфирующего слоя по длине волокна, способствует, особенно в случае достаточно длинных волокон и нитей, сохранению имеющего гетерогенную структуру пластичного поверхностного слоя на поверхности трения за счет увеличения возможности удаления вместе с продуктами износа отдельных участков армирующих волокон при разрушении (разрыве) волокон в местах дефектов демпфирующего слоя. Использование достаточно длинных армирующих волокон, покрытых демпфирующим полимерным слоем, без механических дефектов волокна и слоя может привести к увеличенному выходу на поверхность трения армирующих волокон по мере износа полимерного связующего и удаления полимера и порошкообразных наполнителей как продуктов износа. В результате удержания волокон в массе фрикционного изделия, чему существенно способствует демпфирующий слой, на поверхности трения могут оставаться достаточно длинные участки волокон. Это способствует образованию твердого поверхностного слоя, создающего отрицательный градиент механических свойств по глубине, что не обеспечивает удовлетворительных фрикционных свойств. Одновременно при значительных фрикционных нагрузках возможен и полный вырыв волокна с образованием эрозий глубинных слоев фрикционного изделия Наличие дефектов в волокне и демпфирующем слое сохраняет прочность остальных участков покрытого слоем волокна (между дефектами), что обеспечивает армирующие свойства наполнителя с одновременной возможностью удаления отдельных частей волокон с продуктами износа. Это сохраняет пластичный слой и снижает возможность глубинных вырывов волокна. В результате удается улучшить фрикционно-износные характеристики фрикционного изделия.A specific example of the proposed friction product is a drum brake lining made of a polymer composite comprising 25% of a binder based on phenol-formaldehyde resin and a mixture of nitrile and butadiene rubbers, 2% of degraded polyamide fibers, 5% of degraded composite glass fibers coated with a destructed damping layer based on a damping layer nitrile butadiene rubber, 13% fibrous fillers (mineral wool, fiberglass) and 55% powdered fillers ( barite, alumina, graphite, chalk, etc.)
The manufacture of a friction product using reinforcing fillers coated with an intermediate damping layer having defects in the fiber and damping layer along the length of the fiber contributes, especially in the case of sufficiently long fibers and threads, to a plastic surface layer having a heterogeneous structure on the friction surface by increasing the possibility of removal together with wear products of individual sections of the reinforcing fibers during the destruction (rupture) of the fibers in the places of defects of the damping layer. The use of sufficiently long reinforcing fibers coated with a damping polymer layer without mechanical defects of the fiber and layer can lead to an increased exit to the friction surface of the reinforcing fibers as the polymer binder wears and polymer and powder fillers are removed as wear products. As a result of the retention of the fibers in the mass of the friction product, which is greatly facilitated by the damping layer, rather long sections of fibers can remain on the friction surface. This contributes to the formation of a solid surface layer that creates a negative gradient of mechanical properties in depth, which does not provide satisfactory frictional properties. At the same time, with significant frictional loads, the fiber can also be completely torn off with the formation of erosion of the deep layers of the friction product. Defects in the fiber and damping layer preserve the strength of the remaining sections of the fiber-coated layer (between defects), which provides reinforcing properties of the filler with the simultaneous possibility of removing individual parts of the fibers with the products wear. This preserves the plastic layer and reduces the possibility of deep fiber breakouts. As a result, it is possible to improve the friction-wear characteristics of the friction product.

Claims

A friction product comprising a polymeric binder, fibrous reinforcing fillers and dispersed fillers, wherein the fibrous reinforcing or one of the fibrous reinforcing fillers is subjected to preliminary local destructive action with the formation of deformations and structural defects of the fiber at the places of destructive impact, characterized in that the fibrous reinforcing destructive action the filler is made of a coated polymer damping layer, previously subjected to local mu destructive effects of the formation of defects and deformations of the damping layer structure in the areas of destructive impact.