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,BREVET zJpl-I TIOhi. Elément de friction en forme de disque, enroulé en spirale-et- procédé pour sa fabrication. - -
La présente invention est relative à-un procédé perfectionné pour la fabrication d'éléments de friction des- tinés à être utilisés comme garnitures d'embrayage, etc.; en particulier, l'invention concerne des perfectionnements apportés la formation d'éléments de friction circulaires en forme de disques, en circonvolutions ou enroulés en spi- rale.
Les éléments de friction circulaires ou en forme de disques, tels que les garnitures d'embrayage, etc. sont habituellement formés en enroulant.un fil ou des brins de fil, en hélice ou en spirale, en formant des circonvolutions du fil ou des brins autour d'eux-mêmes, ce fil ou ces brins étant normalement imprégnés d'une composition de friction
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organique.
Ce type ou forme de construction possède une tendance marquée à gauchir ou à se déformer hors de son plan, étant..-donné les tensions internes inégales inhéren- tes au fil ou au brin, enroulé sur lui-même, cet effet de gauchissement ou le degré auquel il se manifeste, étant notablement plus important etaggravé dans les éléments-- de friction en forme de disques de grand diamètre, où il constitue un important handicap dans-leur fabrication et une cause d'une grande proportion de rebuts.
L'étendue et l'importance du problème du gauchissement ont inspiré de nombreuses suggestions relatives à des solutions ou à des moyens pour éliminer ce désavantage des disques d'embrayage enroulés en spirale, à savoir, on a proposé par exemple un enroulement ondulé ou entrecroisé des brins lors de l'envi- dage du disque, ainsi qu'un crêpage. Toutefois, même si, d'une part, ces méthodes antérieures sont hautement effi- caces en ce qui concerne l'élimination ou la diminution des difficultés résultant du gauchissement, elles impli- quent, d'autre part, dans les procédés de fabrication, d'importantes phases ou opérations supplémentaires, qui augment d"une façon, -appréciable les frais de production.
La présente invention a principalement pour ob- jet d'établir un procédé de fabrication d'éléments de fric- tion en forme de disques;-dû fil enroulé en spirale ou en circonvolutions, procédé qui élimine ou réduit le gauchis- sement jusqu'à un degré négligeable et qui est donc plus économique que les systèmes de fabrication-intérieurs, en ce sens qu'il élimine des phases ou opérations des procédés antérieurs, qu'il réduit les frais de matériel et de manu- tention et; d'une manière générale, améliore la qualité du produit.
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D'autre part, la présente invention a pour objet d'établir un procédé perfectionné pour la fabrication d'élé- ments de friction enroulés en hélice et en spirale, en forme de disques, éléments qui présentent une- rigidité et une pla- néité améliorées et qui résistent d'une façon efficace et durable aux déformations et au gauchissement.
Les objectifs et avantages ci-dessus, ainsi que d'autres, de la présente invention, resocrtiront plus clai- rament... de la description détaillée ci=après et des exemples y relatifs.
En-résumé, la présente invention vise à établir un procédé pour fabriquer des éléments de friction enroulés en spirale en forme de disques, procédé qui comprend les dispositions consistant ; à imprégner un fil d'amiante d'une composition de caoutchouc ; àenrouler ce fil en hélice au- tour de lui-.même, pour former une ébauche de disque; à pres- ser le disque dans un sens perpendiculaire à son axe, en appliquant une pression et une température élevées, de ma- niére à consolider¯le-fil et la composition frictionnelle;
et à durcir par la chaleur la teneur en composition de caoutchouc du disque, ce procédé étant caractérisé en ce que l'imprégnation du fil d'amiante est effectuée en les satu- rant d'une composition comprenant 16 à 24 pour cent de caoutchouc, 18 à 30 pour cent de résine thermodurcissable,- ¯ 10 à 20 pour cent d'oxyde --de zinc, 12 à 20 pour cent de noir américain, 6 à 14 pour cent de soufre, 13 à 22 pour cent de barytes et 0,5 à 1 pour'cent d'accélérateur pour caoutchouc, la composition étant dissoute dans un solvant volatil du caoutchoucs De préférence, le fil a une absorption de soli- des de 40 à 60 pour cent environ en poids de la¯composition,¯ rapportés au poids du fil.
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Plus particulièrement, le procédé perfectionné- suivant la présente invention comprend une combinaison ion- damentale des dispositions qui consistent (a) à constituer ou former une composition friction- nelle en caoutchouc liquide,, en mettant en disper- sion une matière frictionnelle en caoutchouc, d'une constitution qui sera exposée dans la suite, et à dissoudre la teneur en caoutchouc de cette matière dans un solvant volatil du caoutchouc tel que l'essence;
(b) à saturer un fil d'amiante ou des brins de fil
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d'aaiante, avec la composition de ca.outc3ouu-3i- quide, pour assurer une absorption ou une fixation de cette composition, à savoir, de 40 à 60 pour cent des solides de la composition frictionnelle de caoutchouc, à partir du liquide.. rapportés au
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poids du fil traité, et à évaporer ensud-te-1-e sol- vant ;
(c) à enrouler en hélice le fil d'amiante ou ses brins,
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saturés de rr4la,,igé ds caoutchouc, en circonvolu- tions autour d*xx--mè:es, en f'o!"i:1ant une ébauche de disque d'c dia'sëtre et d'une épaîsse-- appropriés; à 3ß^-3 '.r"..' i'ôba71<ne de disqx= dans U11 sens perpen- Gg3.'¯;., e à ses ax2, tout en la soumettant" à une teu:pérature élevée pour consolider uniformément sa sassa et répartir la composition de caoutchouc dans
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J.'eneT.bl de celle-ci; et -- #1 à d;.:
ç s'oa-- Inapplication de la chaleur, la teneur en composition .4, *--tior-nelle de caoutchouc de l'ébau- che de disque, tout en asfatenast celle-ci sous pres- sion-
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Le contenu de la composition frictionnelle en caoutchouc ou la combinaison de ses ingrédients qui doi- vent être utilisés dans le procédé perfectionné suivant la présente invention, est .essentiellement comme suit (les pourcentages approximatifs étant donnés en poids) :
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<tb> Caoutchouc <SEP> naturel <SEP> ou <SEP> synthétique <SEP> ........ <SEP> 16 <SEP> à <SEP> 24 <SEP> %
<tb>
<tb> Résine <SEP> thermodurcissable <SEP> ................. <SEP> 18 <SEP> à <SEP> 30 <SEP> %
<tb>
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Oxyde de zinc =...a....................... 10 à 20 %
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<tb> Noir <SEP> américain <SEP> ........................... <SEP> 12 <SEP> à <SEP> 20%
<tb>
<tb> Soufre <SEP> ................................... <SEP> 6 <SEP> à <SEP> 14 <SEP> %
<tb>
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Barytes .................................. 13 à 22 %
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<tb> et <SEP> un <SEP> accélérateur <SEP> approprié <SEP> du <SEP> caoutchouc...
<SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> l <SEP> %
<tb>
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Une composition frictionnelle en caoutchouc particulière- mesffavorable, applicable dans le procédé suivant la pré- sente invention comprend, en pourcentages approximatifs en poids :
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<tb> Caoutchouc <SEP> ............................... <SEP> 18 <SEP> à <SEP> 22%
<tb>
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Résine thermodurcissable ................. 20 à 24 % Oxyde de zinc ...-..................... 12 à 18 % Noir américain ..............
......... 0 .. 14 à la % -soufre ................................... 8 à 12 Barytes a...¯............................ 15 à 20 % Accélérateur ...-................<........ 0,5 à 1 fi
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Le caoutchouc de la composition frictionnelle ¯ comprend de-préférence -des copolymères bza3..ée-srèe communément employés dans des compositions .frictionnelles,
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mais peut comprendre d'autres cospositiens de caoutchouc, à savoir, du caoutchouc naturel., le Buna N ou des polymé- res butadiène-acrylonitrile, des caoutchoucs butyle et des élastomères analogues, qui ne passent pas par 'Un point
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dt'inversicn ou de ramolIisseseBl pendant le durcissement
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par la chaleur ou en cours d'utilisation.
De plus, le caout- chouc doit se présenter sous la forme de petits fragments ou sous une forme particulaire aisément dispersible et soluble, pour faciliter la dissolution et pour se-dissoudre dans le solvant volatil du caoutchouc. Le constituant résine con- siste en granules de résines thermodurcissables communes, telles que les condensats de phénol-formaldéhyde ou l'huile d'acajou polymérisée, qui sont durcissables par la chaleur jusqu'à l'état thermodurcissable insoluble et fusible. Les résines phénol-formaldéhyde qui résistent à une température plus élevée et qui sont normalement incorporées dans les produits frictionnels sont particulièrement favorables.
Le constituant caoutchouc - qu'il ait été obtenu sous la forme de petits fragments ou sous une forme granu- lée à partir d'un produit en feuilles - est dispersé dans un solvant volatil approprié pour de 'celles compositions, y compris l'essence, le bisulfure de carbone, le méthyl- éthylcétone, l'hexane ou des solvants analogues, parfai- tement efficaces du caoutchouc Après avoir convenablement dispersé et pratiquement dissous le. constituant en caout- chouc, le reste des ingrédients, qui comprennent les parti- cules de résine et des additifs de mélange appropriés du caoutchouc, sont-ajoutés et dispersés dans la passe du sol- vant contenant le caoutchouc, en les mélangeant et en ajus- tant la consistance par l'addition de solvant supplémentaire,
jusqu'à ce que la composition constitue un liquide facile à travailler, d'une densité de 28 à 30 Bé environ.
Le fil d'amiante, qui peut être renforcé de fil métallique ou comprendre d'autres fibres ou constituants de renfort classiques ou consister en multiples brins d'amiante retordus ou tissés, est imprégné par la composition friction-
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nelle liquide en faisant passer le fil ou les brins à tra- vers la solution liquide et en contrôlant l'absorption à -l'aide d'un moyen approprié quelconque pour établir dans le fil ou les brins une teneur en composition frictionnel- -le comprise entre environ 40 à 60 pour cent des solides de composition frictionnelle de caoutchouc,en poids du fil.
Les fils imprégnés, etc., sont ensuite séchés par évapora- tion du solvantà l'aide d'un moyen courant quelconque, par exemple une tour séchoir, après quoi le fil, soit sous la forme d'un brin individuel ou de combinaisons ou de tissus appropriés de tels brins, et compte tenu de lépaissueur désirée, est prêt pour la fabrication par enroulement de l'ébauche de disque. La formation des ébauches de disques telles que les garnitures cylindriques habituelles d'em- brayages, peut être effectuée par une méthode et un méca- nisme de bobinage appropriés et classiques-quelconques, qui permettent d'enrouler le fil autour de lui-même en hélice ou en spirale, par circonvolutions, sur un mandrin; - - pour former un disque relativement mince d'épaisseur et de dimensions périphériques appropriées.
Cependant, les mé- thodes antérieures d'atténuation de gauchissement - qui consistent par exemple, à onduler ou à croiser le fil en- roulé en spirale, sur le diamètre de la face du disque ou à crêper le fil préalablement à l'enroulement..; etc.- men- tionnées à propos de la technique antérieure, peuvent être omises,--ces méthodes étant-superflues en ce qui concerne l'élimination des tendances au gauchissement.
Aprés avcir été enroulées jusqu'au diamètre pré- -fixé, les ébauches sont levées du mandrin de bobinage et soumises à des pressions supérieures à environ 2000 psi
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(140,6 kg/cm2) entre plateaux chauffés à au moins 300 F (145,9 C) pendant une durée qui est normalement de 4 minu- tes environ, dans le but de consolider l'ébauche et de ré- partir la composition frictionnelle de caoutchouc unifor- mément dans la masse, ainsi qu'à éliminer les- vides.
Les ébauches de disques sont ensuite soumises à une cuisson à des pressions qui peuvent normalement être appliquées en empilant des ébauches entre plaques métalliques rigides, en serrant les plaques- extrêmes et en soumettant l'assem- blage ainsi serré à des conditions appropriées de- cuisson thermique ou de vulcanisation, soit, par exemple, pendant--
4 à 8 heures environ à une température de 350 à 400 F (176,7 à 204,4 C)A la fin de la cuisson thermique- et du refroidissement, les ébauches sont prêtes¯pour la rectifi- cation aux tolérances désirées et pour le perçage selon le besoin.
On-trouvera ci-après des exemples qui mettent -en évidence des méthodes appropriées et particulièrement favorables de la mise en oeuvre de la présente invention - en ce qui concerne la fabrication de garnitures d'embraya- ge en forme de disques exemptes de gauchissement et de dé- formations perceptibles.
Il convient de noter que les moyens de mélange ou de dispersion, les constituants par- ticuliers de-la-composition de la matière frictionnelle, de bobinage, les-conditions de pressage et de cuisson, etc., indiquées dans ces exemples, ne le sont qu'à titre exempla- tif et ne doivent être considérés comae limitant la présente-. invention à un ou à des constituants, ou à une ou à des con- ditions, cités dans les exemples qui suivent :
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<tb> Matiére <SEP> Pour-cent <SEP> -,Poids
<tb>
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.1'2 '..1 ere Ibs K-
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<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> zinc <SEP> 15,4 <SEP> 123,2 <SEP> 55,9
<tb>
<tb> Noir <SEP> américain. <SEP> 16,3 <SEP> 130,4 <SEP> 59,1
<tb>
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 9,6 <SEP> 76,8 <SEP> 34,8
<tb>
<tb>
<tb> Barytes <SEP> 17,0 <SEP> 136,o <SEP> 61,7
<tb>
<tb>
<tb> Accélérateur- <SEP> pour <SEP> caoutchouc <SEP> DOTS <SEP> 9,5 <SEP> 4,C) <SEP> 1,81
<tb>
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(Diorthotolylgax±dîne) 9,5 4-,0, 1,81 ro'a1. :
¯ ' ¯ lOt3,L''- 8COjÇ 362x8± ,Essence 216,0 gallons (818 litres). '
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Un fil d'amiante, armé de fil métallique, a été--aené à tratrer- ser un bac contenant la solution de caoutchouc ci-dessus, puis à traverser une rosace ajustée pour assurer- une absorption de solides de 48 à 52 pour cent de la solution de caoutchouc, ba- sés sur le poids du fil, ce dernier est ensuite amené à remonter travers une tour séchoir maintenue à 450 F (232,2 C), pour évaporer un solvant, après quoi on a enroulé le fil en spirale sur un mandrin en le conformant en circonvolutions sur lui-même, le fil étant ainsi transformé en ébauches -qui constituent de minces disques d'une épaisseur de 0,14 pouce (0,
355 cm) environ et dont le diamètre varie entre environ 6 pouces sur 9 pouces
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(15,2Cca sur 22,86 cm) et 6 pouces sur 11 pouces (15,24 cn sur 27,9 cml. Après son enlèves ont du mandrin, chaque ébauche était pressée et consolidée, sous une pression de 3000 psi (210,9 kg/
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CM2 ) entre plateaux chauffés à la vapeur à une teopérature de 320 1' (160,OOC) environ ou à une pression de vapeur de 125 psi (8,79 kg/cm2), pendant 4 minutes environ, afin d'assurer une répartition uniforme de la composition de caoutchouc dans toute la nasse et entre les couches de fil, de même que pour éliminer les vides.
Les ébauches consolidées ont été empilées en hauteur par 50, placées entre plaques métalliques rigides et serrées étroitement, après quoi l'ensemble a été soumis à la cuisson,
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dans une étuve, pendant 6 heures, à 3500F (176,7 C) suivie d'un séjour de 2 heures à 400 F {2044"C) pour vulcaniser le caoutchouc et durcir la composition frictionnelle. A la fin de la cuisson de durcissement, on a refroidi les dis- ques d'embrayage par une atomisation d'eau, et les surfaces des garnitures ont été rectifiées aux'dimensions finales.
- Les garnitures d'embrayage ainsi produites se sont avérées exceptes de toute tendance à se déformer ou à gauchir à un degré perceptible et cela 'même après de longues durées d'en- treposage ou de stockage,sans Inapplication d'une pression ou de moyens de retenue.
Exemple 11.
On a établi une série supplémentaire de garnitures d'embrayage en adoptant pratiquement le même mode opératoire ou la même série d'opérations de manipulation que celle expo- sée dans l'exemple I, sauf que la composition de la matière fonctionnelle de caoutchouc avait la constitution suivante :
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<tb> -Matière <SEP> Pour-cent <SEP> Poids
<tb>
<tb> lbs <SEP> Kg
<tb>
<tb>
<tb> Caoutchouc <SEP> - <SEP> copolymère <SEP> butadiène-
<tb>
<tb> styrène <SEP> en <SEP> petits <SEP> fragments <SEP> SBR-1006
<tb>
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(désignation du Rubber Institute) 23, 2 185,6 94,2
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<tb> Résine <SEP> phénol-formaldéhyde, <SEP> granules <SEP> - <SEP>
<tb> BRP-5933 <SEP> (Bakélite <SEP> Division <SEP> of <SEP> Union
<tb> Carbide <SEP> Corp.) <SEP> 18,2 <SEP> 145,6 <SEP> 66,0
<tb>
<tb> Résine <SEP> cardolite- <SEP> huile <SEP> d'acajou <SEP> poly-
<tb>
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mérisée - 3521 l-linnesota l.:
ini!1g and og, la,0 80-,-0 36,3
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<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> zinc <SEP> 12,6 <SEP> 100, <SEP> 8 <SEP> 45,7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Noir <SEP> américain <SEP> 13,7 <SEP> 109,6 <SEP> 49,7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 7,8 <SEP> 62,4 <SEP> - <SEP> 28,3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Barytes <SEP> 14,0 <SEP> 112,0 <SEP> 50,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Accélérateur <SEP> pour <SEP> caoutchouc <SEP> DOTG
<tb>
<tb>
<tb> (diorthotolylguanidine) <SEP> 0,5 <SEP> 4,0 <SEP> 1,81
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Essence <SEP> 216 <SEP> gallons <SEP> (818 <SEP> litres). <SEP> 100,00 <SEP> 800 <SEP> 362,87
<tb>
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Un disque d'embrayage établi conformément au pro- cédé perfectionné suivant la présente invention, en appli- quant la composition ci-dessus, a manifesté:
une diminution marquée du gauchissement-comparativement aux disques d'em- brayage du commerce produits par les méthodes connues anté- rieurement.
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RE V EN ni 0 AT 1 0 N S
1. Procédé pour établir des éléments friction- nels pour disques, enroulés en spirale, en imprégnant un fil d'amiante d'une- composition de caoutchouc, en enrou- lant le fil sur lui-même en hélice, peur former une ébauche de disque, en comprimant le disque dans un sens perpendicu- laire à son axe, à une pression et une température élevées, de manière à consolider le fil et la composition friction- nelle-et à durcir par la chaleur la teneur en composition- de caoutchouc du disque, ce procédé étant caractérisé es-
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--sentiellenent par les particularités ci-après, prises sépa- rément ou suivant une combinaison quelconque :
(a) on imprègne le fil d'amiante en le saturant d'une composition comprenant :
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<tb> 16 <SEP> -24 <SEP> % <SEP> de <SEP> caoutchouc
<tb>
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13 - 30 % de résine theraodurcissable 1Ù - 20¯± - d'oçzàe d3 zinc
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<tb> 12 <SEP> - <SEP> 20% <SEP> de <SEP> noir <SEP> américain
<tb>
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.--6¯,-14 ¯¯¯¯ ¯¯ de soufre 13-22% de barytes ¯ " Q, 5- 1 fi d'accélérateur ,.A',I''CntO?;,Caiï.lC
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la composition étant dissoute dans un wlzxz..iu caoutchouc;
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.