BE876089A - Procede et appareil pour la fabrication de matieres de friction composites - Google Patents

Description

  Procédé et appareil pour la fabrication de matières de friction

  
composites. 

  
La présente invention concerne un procédé et un appareil pour la fabrication de matières de friction composites et, en particulier, un procédé et un appareil pour la fabrication d'une composition à partir de laquelle on peut facilement fabriquer des sabots de frein pour l'industrie ferroviaire.

  
Les matières de friction composites comme celles que l'on utilise pour fabriquer des sabots de frein et des garnitures

  
de frein sont communément fabriquées par un procédé de mélange

  
à l'état sec ou humide .

  
Dans le procédé de mélange à sec,. on réunit les divers ingrédients et on les mélange intimement, par exemple, dans un mélangeur du type Lodige actuellement vendu aux Etats-Unis par Littleford Bros. Inc., Cincinnati (Ohio). On place le mélange sec ainsi obtenu dans un moule auquel on applique de la chaleur et une pression pour lier les ingrédients physiquement et obtenir un organe de friction.

  
Le procédé de mélange humide-sec est le plus communément utilisé pour la fabrication de matières de friction composites pour sabots de frein de chemin de fer. La plupart de ces matières de friction composites comprennent un élastomère,c'est-àdire un caoutchouc synthétique tel qu'un caoutchouc butadiène/

  
 <EMI ID=1.1> 

  
chouc naturel, que l'on mélange en présence d'un solvant, d'une résine de base et de matières de friction telles que la grenaille de fer en poudre, le sulfure de plomb et d'autres charges.

  
Après agitation suffisante et exposition suffisante au solvant, l'élastomère est dissous suffisamment pour que l'on puisse y disperser le reste des charges, les durcisseurs de résine et les fibres renforçantes et mélanger le tout à une solution de résine. On broie alors ce mélange humide, par exemple, dans un broyeur

  
à marteaux et on le sèche dans des plateaux, dans un four à circulation, pour éliminer pratiquement tout le solvant. On peut alors briqueter le produit sec et ensuite le durcir par la chaleur et la pression dans un moule pour obtenir le corps de friction de la forme désirée.

  
Le procédé humide-sec offre plusieurs avantages nets sur le procédé de mélange à sec, dans la formation de matières de friction composites pour la fabrication de sabots de frein de

  
 <EMI ID=2.1>  

  
Premièrement, un fort pourcentage de charges granulaires lourdes comme la grenaille de fer, désirable dans les sabots de frein de chemin de fer, reste dispersé et en suspension dans tout le mélange et ne se sépare pas par gravité comme cela se produit lorsqu'on utilise le procédé de mélange à sec. Deuxièmement, on a trouvé que l'utilisation de matières élastomères est avantageuse parce qu'elle donne un sabot de frein de chemin de fer de grande efficacité et cette matière ne peut pas être utilisée facilement dans un procédé de mélange à sec. Enfin, un liant de résine, qui est également un ingrédient désirable, ne peut être efficacement manipulé et utilisé qu'en présence d'un solvant. On appelle ici procédé humide-sec tout procédé dans lequel on utilise un solvant.

  
Le brevet US 3.227.249 décrit un procédé de mélange humide-sec pour la préparation d'une composition de friction destinée à servir dans les sabots de frein de chemin de fer, comprenant généralement les étapes suivantes :

  
1) on forme dans un laminoir à caoutchouc ou un mélangeur de. type Banbury un mélange comprenant un élastomère, une résine d'huile de coques de noix de cajou partiellement durcie, des charges renforçantes et un durcisseur ;

  
2) on forme une feuille du mélange de l'étape 1);

  
3) on fait tremper la feuille dans un solvant comme le naphte

  
ou le toluène, dans un récipient fermé, un temps suffisant

  
(24 heures) pour faire gonfler le mélange en feuille;

  
4) on ajoute au mélange gonflé une charge granulaire, des modificateurs de frottement et des fibres; 

  
5) on mélange le produit composite de l'étape 4 au moyen d'un mélangeur intentif tel qu'un malaxeur à pales sigma ou un mélangeur à dispersion muni d'un couvercle à pression pour former un mélange grumeleux humide; 

  
6) on granule le mélange de l'étape 5 à l'aide d'un broyeur à  marteaux pour diminuer la grosseur des grumeaux et

  
7) on sèche le mélange de l'étape 6 dans des plateaux aplatis,

  
à 65[deg.]C pendant environ 15 heures, dans un four à air à chauffage indirect pour chasser le solvant.

  
On peut alors transformer le mélange séché de l'étape 7 en une briquette de toute forme physique désirée.

  
Le procédé de l'invention utilise les mêmes ingrédients que le procédé antérieur de manière à. obtenir une matière de friction ayant des caractéristiques physiques et des qualités

  
de frottement similaires.

  
Dans un mélangeur intensif isolé de l'atmosphère et auquel on applique de la chaleur pour chauffer les ingrédients qu'il contient, on place un élastomère granulaire tel qu'un caoutchouc en miettes, un solvant, des charges non poreuses granulaires ayant des propriétés abrasives et de coupe supérieures et un agent de vulcanisation de l'élastomère.

  
On fait fonctionner le mélangeur plusieurs minutes à température élevée jusqu'à ce que l'élastomère soit délayé dans le solvant et forme une pâte. Le délayage rapide de l'élastomère résulte de l'action de coupe des charges granulaires qui diminue la grosseur des miettes de l'élastomère, permettant ainsi

  
au solvant chauffé de ramollir et de diviser plus efficacement l'élastomère. En outre, la quantité de solvant nécessaire pour convertir l'élastomère en pâte est maintenue à un minimim parce  que les charges granulaires ajoutées n'absorbent pas le solvant. De cette manière, il suffit d'ajouter la quantité de solvant nécessaire pour délayer l'élastomèro.

  
Après délayage, on ajoute d'autres ingrédients tels que des charges poreuses, des modificateurs de frottement, un durcisseur de résine et des fibres) et on mélange pendant un temps relativement court. On ajoute alors sélectivement une résine liquide. On applique en outre lentement une dépression au mélangeur pour évaporer le solvant. Pour empêcher le mélange de se refroidir à cause de l'évaporation du solvant sous vide, on fournit de la chaleur. On condense la vapeur de solvant ainsi éliminée et on conserve le solvant pour le réutiliser si on le désire.

  
Pendant et après l'addition de la résine, on continue de mélanger intensivement tandis que la dépression augmente notablement. Lorsqu'une quantité notable de solvant s'est évaporée, on continue de mélanger moins intensément jusqu'à 'ce que le mélange soit sec. On arrête alors le mélangeur, on retire de, celui-ci le mélange qui est maintenant sous forme de boulettes d'un diamètre maximal de 25 mm et prêt à la suite de la transformation. 

  
Le procédé de l'invention pour l'obtention de matières de friction à partir desquelles on peut former des sabots de frein de chemin de fer a plusieurs avantages notables sur les procédés antérieurs.

  
Premièrement,la durée du traitement d'un lot de matière de friction est réduite notablement, permettant un plus grand taux d'utilisation de l'équipement et de l' espace.

  
Deuxièmement, le nombre d'heures de travail nécessaires pour obtenir un lot est ramené à moins d'un quart du nombre nécessaire antérieurement.

  
Un autre avantage de ce procédé nouveau et utile est qu'il n'utilise qu'un dixième de l'énergie utilisée antérieurement. Ce faible besoin d'énergie a une signification particulière, vu les efforts faits actuellement pour l'économie d'énergie.

  
Un autre avantage du procédé de l'invention est l'utilisation limitée du solvant. Premièrement, on ajoute seulement assez de solvant pour délayer efficacement l'élastomère. Deuxièmement&#65533; on maintient le solvant dans un système clos pour éviter la pollution. Enfin, le solvant récupéré peut être réutilisé de sorte que la quantité de solvant supplémentaire qu'il faut ajouter au solvant réutilisé est diminuée, réduisant considérablement la dépense de solvant.

  
L'invention est illustrée, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est un organigramme des étapes du procédé de l'invention et de l'introduction des matières;
- la figure 2 est un schéma du mélangeur Lodige et de l'équipement correspondant utilisés dans le procédé de la figure 1;
- la figure 3 est une coupe du mélangeur prise suivant <EMI ID=3.1> 

  
Le procédé de l'invention utilise comme appareil principal de mélange un mélangeur "Lodige" de conception allemande généralement bien connue, appelé 10. Antérieurement, on utilisait exclusivement ce mélangeur dans les procédés de mélange

  
à sec tandis que le mélangeur Banbury bien connu était exclusivement utilisé dans des applications de mélange humide-sec. 

  
Le mélangeur Lidige 10 comprend une chemise 12 pouvant

  
 <EMI ID=4.1> 

  
cylindrique pouvant être rendue étanche. La chambre 14 est conçue pour empêcher les vapeurs de solvant de s'échapper

  
dans l'atmosphère ambiante et aussi pour permettre l'application d'une dépression notable.

  
Pour assurer le mélange, le mélangeur Lodige présente plusieurs pales 16 qui sont mises en rotation autour d'une surface circulaire intérieure 18 de la chambre 14 par un arbre d'entraînement 20 traversant la chambre 14 et aligné approximativement sur l'axe longitudinal de la chambre 14. Sur la surface intérieure 18 de la chambre 14 et entre des pales adjacentes 16 se trouvent des hachoirs circulaires 22 dont le plan de rotation est approximativement perpendiculaire à celui des pales 16 de manière à assurer une agitation supplémentaire à mesure que la matière contenue dans la chambre 14 est dirigée par les pales 16 dans les espacements où sont placés les hachoirs
22.

  
A la chambre de mélange est reliée l'aspiration 24 d'une source de dépression 26. Entre l'aspiration 24 de la source de dépression 26 et la chambre de mélange 14 se trouvent un filtre
28 et un condenseur classique 30, lui-même relié à un réservoir à solvant 32.

  
Comme le montre l'organigramme de la figure 1, on place dans le mélangeur 10 une première portion d'ingrédients comprenant un caoutchouc en miettes, par exemple du butadiène/  styrène, d'une grosseur de particules d'environ 0, 6 cm, un agent de vulcanisation d'élastomères tel que le soufre, un solvant tel que le toluène et des charges abrasives non absorbantes telles que la grenaille de fer, la galène (sulfure de plomb) et la mullite (silicate d'aluminium), la chemise 12 ayant une température d'environ 93 [deg.]C . Les termes "non absorbant" ou [deg.]'non poreux" définissent une caractéristique physique des charges,

  
à savoir qu'elles ne sont pas affectées par le solvant. Cette première portion des ingrédients remplit environ 11% de la capacité du mélangeur 10. On ferme le mélangeur 10 et on met

  
en action ses pales 16 et ses hachoirs 22. Au bout d'environ

  
5 minutes, les miettes de caoutchouc sont complètement délayées

  
ou en pâte, les charges étant en suspension dans celle-ci.

  
&#65533; 

  
 <EMI ID=5.1> 

  
bantes, des modificateurs de frottement, un durcisseur de résine tel que l'"Hexa" et des fibres telles que l'amiante, nécessaires pour compléter la composition des sabots de frein. On met alors à nouveau en action le mélangeur 10 dont les pales
16 et les hachoirs 22 agissent pendant environ 1 minute.

  
Pendant les quatre minutes de mélange qui suivent, on ajoute au mélange contenu dans la chambre 14 une quantité dosée de résine liquide telle que la résine de coques de noix de cajou tandis que l'on met en action la source de dépression 26.

  
La chaleur, la dépression et l'agitation constante des pales 16 et des hachoirs 22 chassent graduellement une quantité notable du solvant au bout d'environ 20 minutes.

  
A ce moment, la matière de friction est sous forme de boulettes d'une grosseur de 0,15 à 0,6 cm. Cela permet de mettre hors d'action les hachoirs 22 tandis que les pales 16 continuent de tourner environ 10 minutes de plus lorsque pratiquement tout le solvant restant a été évaporé, recondensé par le condenseur
30 et emmagasiné sous forme liquide dans le réservoir 32.

  
Diverses modifications apparaîtront à l'homme de l'art, mais il est entendu que l'invention s'étend à toutes les variantes de ce genre qui rentrent raisonnablement dans le cadre de l'invention.

  
Sur la figure 1, a signifie agent de vulcanisation d'élastomère, b solvant, c élastomère, d charges non absorbantes, e durcisseur de résine, f fibres, g charge absorbante, h pigments i résine liquide, j mélange intensif, k chaleur, 1 mélange,

  
m vide.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS

   1. Procédé discontinu de préparation de matières de

   friction composites convenant particulièrement à la fabrication

   de sabots de frein de chemin de fer, avec utilisation d'un mélangeur muni d'une chambre de mélange pouvant être rendue étanche et pourvue d'un premier dispositif de pales et d'un deuxième dispositif de hachoirs pouvant tourner à l'intérieur de la chambre, une source de dépression présentant un orifice d'aspiration relié à la chambre de mélange, un condenseur et un réservoir branchés entre la chambre et la source de dépression et des

   moyens de chauffage de la chambre, caractérisé en ce qu'il

   comprend les étapes suivantes :

   a) préchauffer la chambre de mélange à environ 93[deg.]C, b) placer dans la chambre une quantité choisie d'ingrédients comprenant un élastomère en miettes tel qu'un caoutchouc synthétique butadiène/styrène, un agent de vulcanisation d'élastomère tel que le soufre, un solvant tel que le toluène et une grenaille abrasive n'absorbant pas le solvant telle que la grenaille

   de fer, la galène et la mullite, et fermer ladite chambre,

   c) faire fonctionner le mélangeur en mettant en action les premier et deuxième dispositifs pendant environ 5 minutes pour délayer l'élastomère dans le solvant, d) mettre le mélangeur hors d'action et supprimer son étanchéité, e) ajouter au mélange de l'étape c) une quantité choisie d'ingrédients supplémentaires tels que des charges absorbant le <EMI ID=6.1>

   et des fibres telles que l'amiante, puis refermer la chambre de mélange,

   f) faire fonctionner le mélangeur en mettant en action les premier et deuxième dispositifs pendant environ 1 minute, g) mettre en action la source de dépression pour aspirer le solvant à l'état de vapeur,

   h) ajouter dans la chambre une quantité choisie d'un ingrédient supplémentaire tel qu'une solution de résine, par un orifice d'entrée pouvant être bouché, relié à la chambre, en l'espace d'environ 4 minutes,

   i) mettre hors d'action le deuxième dispositif mélangeur environ 20 minutes après l'achèvement de l'étape h),

   j) mettre le mélangeur hors d'action environ 10 minutes après l'achèvement de l'étape i), et

   k) condenser les vapeurs de solvant et recueillir le solvant condensé dans le réservoir entre les étapes g), h), i) et j), procédé dans lequel on convertit les ingrédients en boulettes

   de matière de friction pouvant avantageusement être transformées en sabots de frein de chemin de fer.

   2. Procédé selon. la revendication 1, caractérisé en ce que la source de dépression applique à la chambre de mélange

   une dépression d'environ 71 cm de mercure et en ce que les boulettes de friction sont pratiquement exemptes de solvant à l'achèvement du procédé.

   3. Procédé de préparation d'une matière de friction composite convenant particulièrement à la fabrication de garnitures de sabots de frein de chemin de fer, selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :

   a) introduire dans un mélangeur une première portion d'ingrédients comprenant un élastomère, un solvant et des matières n'absorbant pas le solvant, b) mélanger la première portion à l'aide de moyens de mélange portés par le mélangeur pour obtenir une substance délayée pâteuse, c) ajouter dans le mélangeur une deuxième portion d'ingrédients comprenant des durcisseurs, des modificateurs de frottement, des matières absorbant le solvant et de la résine, d) mettre en action une source de dépression reliée au mélangeur pour aspirer le solvant du mélange, e) mélanger les première et deuxième portions à l'aide des moyens de mélange pour obtenir un mélange des ingrédients, f) fournir de la chaleur aux ingrédients du mélange contenu dans le mélangeur au moins pendant les étapes b) et e), et

   g) retirer le mélange d'ingrédients du mélangeur lorsqu'une quantité suffisante de solvant a été retirée du mélange par la source de dépression, ,

   procédé dans lequel le mélange peut être avantageusement transformé en sabots de frein de chemin de fer.

   4. Appareil pour la préparation de matières de friction pouvant être avantageusement transformées en dispositifs de <EMI ID=7.1>

   être fermée, un premier dispositif mélangeur placé dans la chambre et comprenant un arbre d'entraînement porté de manière à pouvoir tourner par des extrémités de la chambre et des pales espacées . portées par l'arbre de manière à décrire un cercle le long d'une surface circonférentielle .intérieure de la chambre et un deuxième dispositif mélangeur placé dans la chambre et qui comprend des hachoirs placés entre les pales espacées, adjacents à la surface intérieure de la chambre et portés par un arbre d'entraînement placé transversalement à l'arbre des pales, - des moyens de fourniture de chaleur aux ingrédients contenus dans la chambre, ces moyens étant portés par une surface circonférentielle extérieure de la chambre,

   - des moyens de filtration permettant de retirer de la matière en particules d'un solvant à l'état de vapeur et dont l'admission est reliée à la chambre, - des moyens de condensation permettant de faire passer à l'état liquide la vapeur de solvant et présentant une admission reliée à une sortie des moyens de filtration, - un réservoir servant à recueillir le solvant ramené à l'état liquide par les moyens de condensation et muni d'une entrée reliée à:

   la sortie des moyens de condensation,et - une source de dépression permettant de ramener la pression dans la chambre en dessous de la pression atmosphérique ambiante et présentant une admission reliée au réservoir, appareil dans lequel on peut fabriquer la matière de friction avec économie d'énergie et protection de l'environnement en introduisant dans la chambre une première portion d'ingrédients de manière à remplir environ 11% de la capacité du mélangeur et en mélangeant les ingrédients pour obtenir une substance délayée dans le solvant sous forme de pâte, puis en ajoutant dans la chambre une deuxième portion d'ingrédients et en mélangeant les ingrédients pour obtenir un mélange qui, lorsqu'il est soumis

   à de la chaleur provenant des moyens de chauffage et à une dépression provenant de la source de dépression, sèche par élimination du solvant.