Matériau à friction fibreux et son procédé de préparation.
La présente invention concerne un matériau à friction fibreux et, plus précisément, un matériau à friction fibreux à base de tissus carbonés, et .son procédé de préparation.
On utilise les matériaux à friction fibreux à base de tissus carbonés dans des ensembles de friction des machi- nes des industries textiles ainsi que dans des embrayages à friction de machines variées.
On connaît déjà un matériau à friction fibreux à base d'un tissu carboné et d'un liant polymère thermodurcissable tel qu'une résine phénol-formol modifiée.
On connaît d'autre part un procédé de préparation dudit matériau à friction fibreux par imprégnation du tissu carboné d'une solution de résine phénol-formol modifiée dans un solvant organique avec dessication subséquente du tissu
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du matériau ainsi obtenu avec chauffage et sous pression
(voir le même brevet).
La matériau à friction connu présente une faible te-
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entrave son utilisation dans des conditions de service pénibles. D'autre part ledit matériau à friction offre un coefficient de frottement d'environ 0,1 à 0,12 ce qui est insuffisant pour son fonctionnement normal dans les ensembles de friction.
Le but de la présente invention consiste à éliminer les inconvénients susdits.
On s'est donc proposé de modifier la composition
du matériau à friction fibreux et d'étudier un procédé de préparation de ce matériau, de façon que ledit matériau offre des caractéristiques de frottement, une tenue à la chaleur et une résistance à l'usure améliorées.
La solution réside dans un matériau à friction fibreux à base d'un tissu carboné et d'un liant polymère thermodurcissable. Suivant l'invention, le matériau à friction contient à titre de liant polymère thermodurcissable des polyoxyphénylméthanephénoxysiloxanes qui répond à la formule suivante :
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dans laquelle n = 0 - 2, m = 10 - 100
et qui contient également de l'hexaméthylénetétramine et du sulfate de baryum, lesdits constituants se trouvant dans les
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Le matériau à friction fibreux présente une haute résistance mécanique, des caractéristiques de frottement améliorées (coefficient de frottement 0,18 à 0,20), une résistance à la chaleur élevée (jusqu'à 350[deg.]C selon Martens) et une tenue à l'usure améliorée. Ce matériau peut être utilisé avec succès dans les ensembles de friction des machines textiles, dans les embrayages à friction de machines variées notamment dans des conditions de service moyennes et pénibles ainsi que dans les ensembles soumis à des charges pulsées.
Le choix des polyoxyphénylméthanephénoxysiloxanes répondant à la formule susindiquée à titre de liant pour le matériau à friction fibreux est conditionné par le fait que la chaîne principale du polymère est construite d'atomes de silicium et d'oxygène alternants alors que les valences latérales du silicium sont saturées essentiellement de groupements aromatiques.
Dans ce cas, pour un atome de silicium, il faut compter 4 à 8 groupements phényle. Pareille structure du poly-
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en cas de chauffage dudit polymère et confère également au matériau à friction fibreux contenant ledit polymère une haute résistance à la chaleur. La présence dans les chaînes latérales du polymère de groupements hydroxyle permet d'accélérer
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régimes (de température, de pression, de temps de maintien) voisins du durcissement des résines phénol-formol ordinaires.
En outre le liant polymère thermodurcissable utilisé dans la présente invention offre une bonne adhérence aux tissus carbonés ce qui permet d'obtenir un matériau à friction doué d'une haute résistance mécanique.
On peut utiliser lesdits polyoxyphénylméthanephénoxysiloxanes aussi bien sous forme de leurs mélanges variés,
que sous forme de polymères individuels, les caractéristiques du matériau de friction restant essentiellement inchangées.
Le sulfate de baryum qui entre dans la composition du matériau à friction fibreux confère audit matériau des caractéristiques de frottement améliorées.
Comme on l'a indiqué plus haut, l'objet de la présente invention réside également dans un procédé de prépara-tion dudit matériau de friction. Le procédé consiste en ce que l'on imprègne le tissu de carbone d'une solution de liant polymère thermodurcissable dans un solvant organique, qu'on dessèche le tissu carboné .imprègne à une température de 20
à 70[deg.]C et qu'on moule ledit matériau sous pression à chaud. Suivant l'invention, on utilise dans ledit procédé à titre
de liant polymère thermodurcissable des polyoxyphénylméthanephénoxysiloxanes répondant à la formule citée, et pour l'imprégnation du tissu carboné on emploie une solution contenant de pair avec ledit liant polymère thermodurcissable de l'hexa-
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constituants de la solution destinée à l'imprégnation étant les suivantes, � en poids :
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et on réalise le moulage du matériau en le maintenant successivement à une température de 70 à 80[deg.]C et sous une pression
de 150 à 200 kgf/cm<2> pendant 2 à 3 heures, à une température
de 110 à 115[deg.]C et sous une pression de 150 à 200 kgf/cm<2> pendant 0,3 à 0,5 heure et à la même température et sous la même pression de 300 à 400 kgf/cm pendant 1 à 2 heures, à une température de 130 à 140[deg.]C et sous une pression de 300 à 400 kgf/cm<2> pendant 1 à 2 heures, à une température de 170 à 180[deg.]C,' et sous une pression de 300 à 400 kgf/cm <2> pendant 1 à 2 heures.' On obtient le liant polymère thermodurcissable qui entre dans la composition du matériau à friction fibreux de la manière suivante.
D'abord on fait réagir le formol avec le phénol pris dans un rapport en moles de 1/2 à 3/4 respectivement, en pré- <EMI ID=10.1>
réactifs de départ. On conduit les opérations en chauffant graduellement le mélange réactionnel jusqu'à une température
de 50 à 55[deg.]C, après quoi on arrête le chauffage. Sous l'action de la chaleur de réaction dégagée, la température du mélange réactionnel monte jusqu'à 70 à 80[deg.]C. A cette température on maintient le mélange pendant 3 heures. On obtient en définitive des produits de condensation de faible masse moléculaire
du phénol avec le formol. La réaction de préparation desdits produits se présente comme suit :
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n étant compris entre 0 et 2.
On place les produits de faible masse moléculaire résultant de la condensation dans un réacteur et on les dissout dans de l'alcool éthylique, ensuite on place du tétraéthoxysilane et de l'eau (on introduit cette dernière en quantité nécessaire à l'hydrolyse du tétraéthoxysilane). On porte lentement le mélange réactionnel à une température de 100 à
120[deg.]C en chassant simultanément l'alcool éthylique par distillation. On réalise dans les conditions susindiquées l'hydrolyse du tétraéthoxysilane avec formation de polydiéthoxysiloxanes. La réaction se déroule d'après le schéma suivant :
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dans lequel m - 10 à 100.
Après avoir chassé par distillation, du réacteur, la quantité d'alcool chargée, on règle la pression dans le réacteur égale à 400 à 500 mm de Hg et on porte lentement la température jusqu'à 130[deg.]C. Dans les conditions indiquées on réalise une polycondensation des polydiéthoxysiloxanes et des produits de condensation du phénol et du formol, de faible masse moléculaire, d'après le schéma suivant :
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dans lequel : n = 0 - 2, m = 10 - 100.
On arrête la polycondensation quand la quantité d'alcool éthylique chassé par distillation atteint 80-90% de la quantité théorique alors que la durée de gélatinisation
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coule dans le réacteur de l'alcool éthylique. On décharge
le produit final visé du réacteur (le liant polymère thermodurcissable).
On obtient le matériau à friction fibreux suivant l'invention de la manière suivante.
D'abord on prépare une solution de liant polymère thermodurcissable dans un solvant organique contenant également de l'hexaméthylènetétramine et du sulfate de baryum
(solution d'imprégnation). Pour préparer la solution d'imprégnation on peut utiliser notamment à titre de solvants organiques l'acétone, divers alcools. On prend lesdits constituants de la solution d'imprégnation dans les proportions calculées. L'ordre d'entrée dans le mélange desdits constituants n'a pas d'importance en principe et peut varier.
On imprègne de la solution préparée le tissu carboné. Il est préférable d'utiliser parmi les tissus carbonés ceux
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respectivement, l'épaisseur du tissu 'étant de 0,5 à 0,7 mm.
On dessèche le tissu carboné imprégné dans une étuve à une température de 20[deg.]C pendant 25 à 30 heures ou à une température plus élevée (jusqu'à 70[deg.]C) en réduisant en rapport la durée du séchage. On moule le matériau ainsi préparé en le maintenant successivement à une température de 70 à 80[deg.]C et sous une pression de 150 à 200 kgf/cm <2> pendant 2 à 3 heures, à une température de 110 à 115[deg.]0 et sous une pression de 150 à 200 kgf/cm<2> pendant 0,3 à 0,5 heure et à la môme température et sous une pression de 300 à 400 kgf/cm<2> pendant 1 à 2 heures, à une température de 130 à 140[deg.]C et sous une pression de 300 à 400 kgf/om<2> pendant 1 à 2 heures, à une température de 170 à 180[deg.]C et sous une pression de 300 à 400 kgf/cm<2> pendant 1 à 2 heures.
Une fois le.moulage terminé, on refroidit le matériau fibreux de friction obtenu sous forme d'ébauches
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on supprime la pression. On effectue l'étape de refroidissement pour faciliter le démoulage des ébauches obtenues.
On obtient par le procédé indiqué des ébauches de formes variées, notamment sous forme de cylindres monolithes de diamètres et de hauteurs variées que l'on amène ensuite aux cotes requises par usinage mécanique.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation du procédé de préparation du matériau à friction fibreux.
EXEMPLE I
On prépare une solution d'imprégnation de composition suivante, en grammes :
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alcool éthylique non purifié 5380.
On effeotue la préparation de la solution d'imprégnation dans l'ordre suivant. On dissout l'hexaméthylènetétramine dans l'alcool éthylique non purifié après quoi on ajoute la solution obtenue aux polyoxyphénylméthanephénoxysiloxanes et on agite soigneusement le mélange jusqu'à dissolution complète des constituants. Ensuite on place dans la solution de la poudre de sulfate de baryum, on y fait couler de l'acétone et on agite soigneusement le tout.
On imprègne de la solution préparée un tissu carboné
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et d'une épaisseur de 0,68 mm. On dessèche le tissu imprégné
à une température de 20[deg.]C pendant 27 heures. On découpe le matériau obtenu, on le place dans un moule et on le soumet
au moulage en le maintenant successivement à une température de 70[deg.]C et sous une pression de 150 kgf/cm<2> pendant 2 heures, à une température de 110[deg.]C et sous une pression de 150 kgf/cm<2> pendant 0,3 heure et à la même température et sous une pressiot de 300 kgf/cm<2> pendant 1 heure, à une température de 130[deg.]C
et sous une pression de 300 kgf/cm<2> pendant 1 heure, à une température de 170[deg.]C et sous une pression de 300 kgf/cm<2> pendant 1 heure. Après le moulage on refroidit le matériau à friction fibreux obtenu sous forme d'ébauches jusqu'à 80[deg.]C
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On obtient d'après le procédé décrit des ébauches cylindriques monolithes de dimensions suivantes : diamètre D = 50 mm, hauteur h = 110 mm. La composition du matériau à friction fibreux obtenu sous forme d'ébauche est la suivante, % en poids :
polyoxyphénylméthanephénoxysiloxanes 28 hexaméthylènetétramine 1,5 sulfate de baryum 20 tissu carboné 50,5.
EXEMPLE 2
On prépare une solution d'imprégnation de composition suivante, en grammes
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La préparation de la solution d'imprégnation se fait dans l'ordre suivant. On dissout de l'hexaméthylènetétramine dans de l'alcool éthylique non purifié. On ajoute la solution préparée d'hexaméthylènetétramine et l'acétone aux polyoxy- phénylméthanephénoxysiloxanes et on agite le mélange soigneusement jusqu'à dissolution complète des constituants. On introduit ensuite dans la solution de la poudre de sulfate de baryum et on agite soigneusement les constituants.
On effectue la préparation du matériau à mouler et on le moule sous forme d'ébauches d'une façon analogue à celle de l'exemple 1. Le matériau à friction fibreux a la composition suivante, % en poids :
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EXEMPLE 3
On prépare une solution d'imprégnation de composition suivante, en grammes :
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On effectue la préparation de la solution d'imprégnation dans l'ordre suivant. On dissout dans de l'alcool éthylique non purifié de l'hexaméthylènetétramine. On ajoute la solution préparée d'hexaméthylèneétramine et l'acétone aux polyoxyphénylméthanephénoxysiloxanes et on agite soigneusement le mélange jusqu'à la dissolution complète des constituants. Ensuite on introduit dans la solution de la poudre de sulfate
de baryum et on agite soigneusement les constituants.
On effectue la préparation du matériau à mouler et on le moule en ébauches d'une façon analogue à celle de l'exemple 1. Le matériau à friction fibreux a la composition suivante en %, en poids :
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EXEMPLE 4
On prépare une solution d'imprégnation de compositior. suivante, en grammes :
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tion d'une façon analogue à celle de l'exemple I.
On imprègne de la solution indiquée un tissu de carbone d'une teneur en carbone de 99,2�, d'une teneur en cendres
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pe le matériau à mouler obtenu, on le place dans des moules et on-effectue le moulage en maintenant successivement le matériau à mouler à une température de 80[deg.]C et sous une pression
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et sous une pression de 200 kgf/cm<2> pendant 0,5 heure et à cette même température et sous une pression de 400 kgf/cm<2> pendant deux heures, à une température de 140[deg.]C et sous une pression de 400 kgf/cm<2> pendant 2 heures, à une température de
180[deg.]C et sous une pression de 400 kgf/cm<2> pendant 2 heures.
A la fin du moulage, on refroidit le matériau à friction fibreux jusqu'à 80[deg.]C sous une pression de 400 kgf/em<2> et on supprime la pression.
On obtient par la procédure décrite des ébauches cylindriques monolithes de dimensions suivantes : diamètre D
= 100 mm, hauteur h - 180 mm. La composition du matériau à friction fibreux obtenu sous forme d'ébauches est la suivante, % en poids :
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EXEMPLE 5
On prépare une solution d'imprégnation de composition suivante, en grammes :
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On effectue la préparation de la solution d'imprégnation d'une façon analogue à celle de l'exemple 2.
On imprègne de ladite solution un tissu carboné d'une teneur en carbone de 99,2%, d'une teneur en cendres de
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matériau à mouler obtenu, on le place dans un moule et on procède au moulage d'une façon analogue à celle de l'exemple 3.
On obtient en définitive des ébauches cylindriques monolithes de dimensions suivantes : diamètre D = 90 mm, hauteur h = 180 mm. La composition du matériau à friction fibreux obtenu sous forme d'ébauches est la suivante, % en poids :
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EXEMPLE 6
On prépare une solution d'imprégnation de composition suivante en grammes :
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On effectue la préparation de la solution d'imprégna-¯ tion dans l'ordre suivant. On dissout l'hexaméthylènetétramine dans de l'alcool éthylique d'hydrolyse. On introduit dans les
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de baryum après quoi on ajoute au mélange obtenu la solution préparée d'hexaméthylènetétramine et l'acétone et on agite soigneusement le tout. On effectue la préparation du matériau
à mouler et son moulage en ébauches d'une façon analogue à celle de l'exemple I. Le matériau à friction fibreux a la composition suivante, % en poids :
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Le matériau à friction fibreux obtenu suivant les exemples I à 5 a les caractéristiques physiques et chimiques suivantes :
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résistance à la chaleur selon Martens 340 à 350[deg.]C. Pour mesurer la tenue à l'usure du matériau de fric- ; tion fibreux on fabrique des disques de friction de dimensions suivantes : diamètre extérieur D = 39 mm, diamètre intérieur
d = 16 mm, épaisseur h = 4 mm. On installe les disques indiqués dans les dispositifs de nouage de dévidoirs textiles au-tomatiques et on les teste dans les conditions de service. L'usure en épaisseur d'un disque de friction en matériau à friction fibreux obtenu suivant les exemples 1 à 5 après un mois de fonctionnement sous une charge par disque de 4 à 10 kgf/cm<2> est de 0,007 à 0,025 mm.
Le matériau à friction fibreux obtenu suivant les exemples 1 à 5 a des-valeurs du coefficient de frottement élevées. Il a une haute tenue à la chaleur, une forte résistance à l'usure et la résistance mécanique nécessaire. Cela permet d'utiliser ledit matériau dans des ensembles qui sont conçus pour créer ou transmettre des couples de freinage ou des couples moteurs stables, ou qui sont soumis à des charges pulsées ou continues en présence d'un frottement continu ou intermittent des surfaces de service.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisations décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons.
REVENDICATIONS
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carboné et d'un liant polymère thermodurcissable caractérise en ce qu'à titre de liant polymère thermodurcissable il con- tient des polyoxyphénylméthanephénoxysiloxanes répondant à
la formule
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lesdits constituants étant présents dans les proportions suivantes � en poids :
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2.- Procédé de préparation du matériau à friction