WO2003004899A2 - Method for producing inorganically bound friction linings - Google Patents

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WO2003004899A2
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inorganic
binder
weight
raw materials
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Richard J. Lewis
Harald Merz
Peter-Josef Stepprath
Burkhard Voss
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Trocellen Gmbh
Tmd Friction Esco Gmbh
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Definitions

  • Temperature-resistant friction linings can be produced with polysiloxanes used as preceramic binders.
  • polysiloxanes used as preceramic binders.
  • the use seems to be limited to special applications
  • EP 0 469 464 B1 describes the use of aluminum silicates as an inorganic binder for friction linings.
  • the disclosed inorganic binder matrix could be used to produce friction linings in the casting, extruding or pressing process, but in practice the disclosed molding compositions are suitable. due to their consistency not for a pressing process.
  • the friction linings produced in the casting process have the disadvantage that relatively large amounts of water have to be removed from the product slowly and with high energy expenditure. Attempts to speed up the manufacturing process easily lead to the formation of cracks and bubbles.
  • a disc brake lining usually consists of a friction mass layer, a carrier mass layer and a lining carrier plate.
  • the backing mass should ensure a tension balance between the friction mass layer and the backing plate.
  • the carrier mass usually contains thermosetting resins as binders in order to achieve the necessary mechanical strength, inorganic fillers for thermal insulation, metal powder as "sacrificial anodes” for corrosion protection and sometimes also rubber to contribute to noise reduction (see EP 0 443 093) ,
  • the invention solves this problem by a method according to claim 1, preferably in connection with one or more features of the subclaims.
  • a binder consisting of an inorganic, stone-forming reactive component and a water-containing second component, which causes a hardening reaction of the stone-forming component in the alkaline range, is used as the inorganic binder, the inorganic binder having a pasty to flowable consistency and one Water content from 15 to 42% by weight.
  • the inorganic binder is used in an amount of 15 up to 35 wt .-%, based on the total amount of the friction lining used.
  • V undissolved, amorphous Si0 2 in particular from an amorphous, disperse powdery, dehydrated or water-containing silica or from high temperature processes (silica fume),
  • Vtl clay thermally treated at a temperature between 450 ° C and 950 ° C.
  • reactive solids are, for example, from EP 0 100 848 B, EP 0 148 280 B, DE 32 46 602 A, DE 32 46 619 C, DE 32 46 621 C, DE 33 03 409 C, EP 0 199 941 B, DE 35 12 516 C, EP 0 254 165 B, EP 0 374 195 B, EP 0 417 582 B, EP 0 417 583 B, DE 40 25 212 C, EP 0 561 978 B, EP 0 599 895 B and WO 93 21 126 A known.
  • the reactive solids mentioned react with slight self-heating with alkali silicate solutions as hardeners.
  • the reaction that takes place is also referred to as geopolymerization and the molded bodies formed in the process are referred to as geopolymers.
  • an alkali silicate solution (water glass solution) with 1.2 to 2.5 mol Si0 2 per mol K 2 0 and / or Na 2 0 is known as the hardener which effects a hardening reaction of the stone-forming component in the alkaline range.
  • an additional organic-based binder is added in a proportion of 10 to 20% by weight, based on the total batch.
  • the following friction lining raw materials are used as main components in the process according to the invention, which can be divided into different groups with regard to function and chemical properties: metals and alloys, organic or inorganic fillers, fibers, lubricants.
  • Metals are present in the mixture as fine wire sections, chips or powder. They are mainly used to reduce wear and increase strength.
  • fillers for a large number of organic or mineral raw materials in friction lining mixtures is misleading. Most of the so-called “fillers” are by no means inert, but instead contribute to a stabilization of the coefficient of friction through tribochemical reactions.
  • Organic and inorganic fibers partly serve as process aids in the production of friction linings, but also contribute significantly to the mechanical strength of the friction linings.
  • lubricants are used in friction linings. These help stabilize the course of the coefficient of friction and reduce wear. Graphite, phosphates, metal oxides and sulfides have proven themselves as solid lubricants. Since most lubricants are only optimally effective over a small temperature range, lubricant mixtures are generally used.
  • a friction lining mixture can be composed as follows, for example: Friction lining raw material: proportion (% by weight) ⁇
  • the processing conditions and the sequence in the production of the friction linings according to the invention are of essential importance for the present invention: First, at least the major part of the friction lining raw materials, i. H. more than 50% by weight and preferably more than 80% by weight, intimately mixed with one another. If an organic binder is used, it is mixed together with the friction lining raw materials in this phase. As a rule, the friction lining raw materials heat up to a temperature between 45 and 80 ° C during this mixing process.
  • the friction lining raw material mixture is cooled to a temperature ⁇ 40 ° C, since otherwise a spontaneous reaction of the inorganic binder occurs, which produces a targeted friction lining would make impossible.
  • the inorganic, paste-like to flowable binder based on an inorganic, stone-forming reactive component and a hardener, which causes the hardening reaction of the stone-forming component in the alkaline range, is added to the cooled friction lining raw material mixture with constant stirring and mixed with it at least largely homogeneously, without the temperature rising to such an extent that the hardening reaction of the inorganic binder begins. Possibly.
  • This mixing process must be carried out in a cooled mixer and in a correspondingly gentle manner, ie without high energy dissipation. It is very preferred that the mixture of friction lining raw materials and binders has a slightly moist, but pourable to free-flowing, but not flowable or pasty consistency after this process step.
  • the mixture of friction lining raw materials and binders is then pressed at a pressure of at least 10 MPa, preferably between 20 and 150 MPa and particularly preferably between 30 and 50 MPa, and a temperature between 60 and 100 ° C. to the desired friction lining.
  • the water content of the total batch in this pressing process is between 3 and 10% by weight. If the water content is less than 3%, complete hardening of the inorganic binder can no longer be guaranteed, while a water content of more than 10% by weight no longer enables homogeneous compression.
  • the friction lining or the friction lining composite has several layers, in particular in addition to the actual friction lining, a carrier mass and / or a carrier plate, the water content of 3 to 10% by weight always relates to the inorganically bound friction lining - shift.
  • the mixture of friction lining raw materials and binders has a very long pot life before pressing, which, depending on the reactive components or hardener composition used and in particular depending on the water content of the overall mixture, takes at least several hours, but generally several days to to several months can be without the strength of the later pressed friction lining would suffer significantly.
  • the finished friction lining comprises a carrier plate which is preferably made of metal, an intermediate layer made of a carrier layer, the so-called underlayer, and the actual friction lining according to this invention with an inorganic binder.
  • the backing mass should ensure tension equalization between the friction mass layer and the backing plate.
  • the carrier mass contains thermosetting resins as binders to achieve the necessary mechanical strength, inorganic fillers for thermal insulation, metal powder as "sacrificial anodes" for corrosion protection and possibly also rubber to contribute to noise reduction.
  • a standard metal carrier is preferably first provided with a heat-activated phenolic resin adhesive.
  • this adhesive-coated carrier plate is pressed against the mold by means of a counterholder.
  • the mold is filled with the free-flowing friction lining mixture according to the invention and a layer of an underlayer known per se to the person skilled in the art.
  • This underlayer layer consists of powder or granular friction lining raw material with a thermosetting phenolic resin binder.
  • the pressing is preferably carried out at a pressure of 30 to 50 MPa, a temperature of 60 to 100 ° C and with a pressing time of 5 to 100 seconds.
  • FIG. 1 shows the shape of the friction lining with carrier plate.
  • FIG. 2 shows the structure of a friction lining with carrier plate
  • a flowable binder mixture is first produced in a suitable mixing unit.
  • the solid mixture consists of 50% by weight of metakaolin with an average grain size of 4 ⁇ m and 50% by weight of reactive oxide mixture, namely finely divided, partially amorphous aluminosilicate with contents of amorphous silicon dioxide and aluminum oxide, obtained as furnace filter dust in the case of a average grain size of 5 ⁇ m.
  • This mixture used as a stone-forming reactive component, is available from Trocellen GmbH under the trade name TROLIT® Solid, type RB01.
  • An alkaline water glass solution trade name TROLIT® Hardener E61060 from Trocellen GmbH, consisting of 51% by weight of water, 26% by weight of SiO 2 , 9% by weight of Na 2 0 and 14% by weight of K is used as the hardener 2 0, used.
  • the water content of the inorganic binder is 36% by weight.
  • the freshly prepared binder mixture is added to the running mixer and carefully mixed to a free-flowing mass at below 40 ° C.
  • the proportion of the binder mixture in the total batch was 20% by weight.
  • the free-flowing friction lining mixture thus obtained can be stored at room temperature in closed containers for several days to weeks until processing.
  • the brake pads are manufactured in heated press tools with hydraulic presses (Fig. 1).
  • the free-flowing friction lining mixture according to the invention is first poured into the mold.
  • the carrier mass made of powder or granular raw material for the friction lining is poured onto this loose bed of the friction material with a thermosetting phenolic resin binder.
  • the carrier plate with a heat-activated phenolic resin adhesive is placed on top.
  • the compression of the friction material takes place with a pressure of 40 MPa, a temperature of 80 ° C and with a pressing time of 20 sec.

Abstract

The invention relates to a method for producing inorganically bound friction linings using conventional friction lining materials and an inorganic binder.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zur Herstellung anorganisch gebundener ReibbelägeProcess for the production of inorganic bonded friction linings
Technisches GebietTechnical field
Zur Herstellung von Reibwerkstoffen, z. B. für Kupplungs- und Bremsbeläge von PKW und Nutzfahrzeugen, werden heute nahezu ausschließlich organische Bindemittel in Form von Phenolharzen und Kautschuken verwendet. Durch Einführung von LKW-Scheibenbremsen und die Verwendung von Bremsscheiben mit keramischer Matrix oder keramischen Beschichtungen entsteht jedoch Bedarf für Werkstoffe mit höherer thermischer Beständigkeit. Pulvermetallurgisch hergestellte Reibmaterialien erfüllen zwar Anforderungen bezüglich tribologischer Eigenschaften, sind jedoch aufgrund des hohen Metallgehaltes schwer und bereiten Probleme bezüglich Komfort und Geräuschen.For the production of friction materials, e.g. B. for clutch and brake pads of cars and commercial vehicles, organic binders in the form of phenolic resins and rubbers are used almost exclusively today. However, the introduction of truck disc brakes and the use of brake disks with a ceramic matrix or ceramic coatings creates a need for materials with higher thermal resistance. Powder metallurgically produced friction materials meet requirements with regard to tribological properties, but are heavy due to the high metal content and cause problems in terms of comfort and noise.
Stand der TechnikState of the art
Erste Patente zur Verwendung anorganischer, z.B. hydraulischer Bindemittel zur Herstellung von Reibbelägen sind mehr als 100 Jahre alt (US 484,404). Wegen aufwendiger Fertigungstechnologie und Problemen, die sich aus der Sprödigkeit der Bindemittel er- geben, haben Reibmaterialien mit anorganischer Bindemittelmatrix bislang jedoch keine kommerzielle Bedeutung erlangt.First patents on the use of inorganic, e.g. Hydraulic binders for the production of friction linings are more than 100 years old (US 484,404). However, due to complex manufacturing technology and problems resulting from the brittleness of the binders, friction materials with an inorganic binder matrix have not gained any commercial importance.
Mit als präkeramische Bindemittel eingesetzten Polysiloxanen lassen sich temperaturbeständige Reibbeläge herstellen. Auf- grund diverser Nachteile im Vergleich zu Phenolharzen, scheint die Verwendung jedoch auf spezielle Anwendungen beschränktTemperature-resistant friction linings can be produced with polysiloxanes used as preceramic binders. However, due to various disadvantages compared to phenolic resins, the use seems to be limited to special applications
(siehe z.B. EP 1 039 168 AI) .(see e.g. EP 1 039 168 AI).
Aus der EP 0 469 464 Bl wird die Verwendung von Aluminiumsili- katen als anorganisches Bindemittel für Reibbeläge beschrieben. In dieser Druckschrift wird zwar allgemein angegeben, mit der offenbarten anorganischen Bindemittelmatrix könnten Reibbeläge im Gieß-, Extrudier- oder Preßverfahren hergestellt werden, in der Praxis eignen sich die offenbarten Formmassen jedoch auf- grund ihrer Konsistenz nicht für ein Preßverfahren. Die im Gießverfahren hergestellten Reibbeläge weisen den Nachteil auf, daß relativ große Mengen Wasser langsam und mit hohem Energieaufwand aus dem Produkt entfernt werden müssen. Versuche den Fertigungsprozeß zu beschleunigen, führen leicht zur Bildung von Rissen und Blasen.EP 0 469 464 B1 describes the use of aluminum silicates as an inorganic binder for friction linings. In this publication, it is generally stated that the disclosed inorganic binder matrix could be used to produce friction linings in the casting, extruding or pressing process, but in practice the disclosed molding compositions are suitable. due to their consistency not for a pressing process. The friction linings produced in the casting process have the disadvantage that relatively large amounts of water have to be removed from the product slowly and with high energy expenditure. Attempts to speed up the manufacturing process easily lead to the formation of cracks and bubbles.
Ein Scheibenbremsbelag besteht üblicherweise aus einer Reibmasseschicht, einer Trägermasseschicht und einer Belagträgerplat- te. Die Trägermasse soll für einen Spannungsausgleich zwischen Reibmasseschicht und Belagträgerplatte sorgen. Die Trägermasse enthält üblicherweise hitzehärtbare Harze als Bindemittel, um die notwendige mechanische Festigkeit zu erreichen, anorganische Füllstoffe für die Wärmedämmung, Metallpulver als "Opfer- anöden" für den Korrosionsschutz und teilweise auch Kautschuk, um zur Geräuschdämpfung beizutragen, (siehe EP 0 443 093) .A disc brake lining usually consists of a friction mass layer, a carrier mass layer and a lining carrier plate. The backing mass should ensure a tension balance between the friction mass layer and the backing plate. The carrier mass usually contains thermosetting resins as binders in order to achieve the necessary mechanical strength, inorganic fillers for thermal insulation, metal powder as "sacrificial anodes" for corrosion protection and sometimes also rubber to contribute to noise reduction (see EP 0 443 093) ,
Aufgabetask
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Reibbelägen unter Verwendung üblicher Reib- belagsrohstoffe und einem anorganischen Bindemittel zur Verfügung zu stellen, das diese Nachteile nicht aufweist.It is therefore an object of the present invention to provide a process for the production of friction linings using conventional friction lining raw materials and an inorganic binder which does not have these disadvantages.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1, bevorzugt in Verbindung mit einem oder mehreren Merk- malen der Unteransprüche.The invention solves this problem by a method according to claim 1, preferably in connection with one or more features of the subclaims.
Als anorganisches Bindemittel wird erfindungsgemäß ein Bindemittel, bestehend aus einer anorganischen, steinbildenden Reaktivkomponente und als Härter eine wasserhaltige zweite Kompo- nente, die eine Härtungsreaktion der steinbildenden Komponente im alkalischen Bereich bewirkt, eingesetzt, wobei das anorganische Bindemittel eine pastöse bis fließfähige Konsistenz aufweist sowie einen Wassergehalt von 15 bis 42 Gew.-%. Das anorganische Bindemittel wird erfindungsgemäß in einer Menge von 15 bis 35 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtansatz des Reibbelages, verwendet .According to the invention, a binder consisting of an inorganic, stone-forming reactive component and a water-containing second component, which causes a hardening reaction of the stone-forming component in the alkaline range, is used as the inorganic binder, the inorganic binder having a pasty to flowable consistency and one Water content from 15 to 42% by weight. According to the invention, the inorganic binder is used in an amount of 15 up to 35 wt .-%, based on the total amount of the friction lining used.
Als reaktionsfähige Feststoffe, die die sogenannte steinbilden- de Komponente bilden, sind dem Fachmann insbesondere bekannt :The following are particularly known to the person skilled in the art as reactive solids which form the so-called stone-forming component:
I feinteiliges, wenigstens teilweise amorphes Alumosilikat mit Gehalten von amorphem Siliziumdioxid und Aluminiumoxid,I finely divided, at least partially amorphous aluminosilicate with contents of amorphous silicon dioxide and aluminum oxide,
II glasartige, amorphe Elektrofilterasche, III gemahlenes kalziniertes Bauxit,II glassy, amorphous electrostatic precipitator ash, III ground calcined bauxite,
IV Elektrofilterasche aus Braunkohlekraftwerken,IV electrostatic precipitator ash from lignite-fired power plants,
V ungelöstes, amorphes Si02, insbesondere aus einer amorphen, dispers-pulverförmigen, entwässerten oder wasserhaltigen Kieselsäure oder aus Hochtemperaturprozessen (Silica Fu- me) ,V undissolved, amorphous Si0 2 , in particular from an amorphous, disperse powdery, dehydrated or water-containing silica or from high temperature processes (silica fume),
VI Metakaolin,VI metakaolin,
Vtl bei einer Temperatur zwischen 450 °C und 950 °C thermisch behandelter Ton. Diese reaktionsfähigen Feststoffe sind beispielsweise aus der EP 0 100 848 B, EP 0 148 280 B, DE 32 46 602 A, DE 32 46 619 C, DE 32 46 621 C, DE 33 03 409 C, EP 0 199 941 B, DE 35 12 516 C, EP 0 254 165 B, EP 0 374 195 B, EP 0 417 582 B, EP 0 417 583 B, DE 40 25 212 C, EP 0 561 978 B, EP 0 599 895 B und der WO 93 21 126 A bekannt .Vtl clay thermally treated at a temperature between 450 ° C and 950 ° C. These reactive solids are, for example, from EP 0 100 848 B, EP 0 148 280 B, DE 32 46 602 A, DE 32 46 619 C, DE 32 46 621 C, DE 33 03 409 C, EP 0 199 941 B, DE 35 12 516 C, EP 0 254 165 B, EP 0 374 195 B, EP 0 417 582 B, EP 0 417 583 B, DE 40 25 212 C, EP 0 561 978 B, EP 0 599 895 B and WO 93 21 126 A known.
Die genannten reaktionsfähigen Feststoffe reagieren unter leichter Selbsterwärmung mit Alkalisilikatlösungen als Härter. Die dabei stattfindende Reaktion wird auch als Geopolymerisati- on und die dabei gebildeten Formkörper als Geopolymere bezeich- net .The reactive solids mentioned react with slight self-heating with alkali silicate solutions as hardeners. The reaction that takes place is also referred to as geopolymerization and the molded bodies formed in the process are referred to as geopolymers.
Als Härter, der eine Härtungsreaktion der steinbildenden Komponente im alkalischen Bereich bewirkt, ist eine Alkalisilikatlösung (Wasserglaslösung) mit 1,2 bis 2,5 mol Si02 je mol K20 und/oder Na20 bekannt . Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zusätzlich zu dem anorganischen Bindemittel ein Zusatzbindemittel auf organischer Basis mit einem Anteil von 10 bis 20 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtansatz, hinzugefügt.An alkali silicate solution (water glass solution) with 1.2 to 2.5 mol Si0 2 per mol K 2 0 and / or Na 2 0 is known as the hardener which effects a hardening reaction of the stone-forming component in the alkaline range. According to a preferred embodiment of the invention, in addition to the inorganic binder, an additional organic-based binder is added in a proportion of 10 to 20% by weight, based on the total batch.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden neben anorganischen und ' organischen Bindemitteln folgende Reibbelagsrohstoffe als Hauptkomponenten verwendet, die bezüglich Funktion und chemischen Eigenschaften in verschiedene Gruppen eingeteilt werden können: Metalle und -legierungen, organische oder anorganische Füllstoffe, Fasern, Gleitmittel.In addition to inorganic and ' organic binders, the following friction lining raw materials are used as main components in the process according to the invention, which can be divided into different groups with regard to function and chemical properties: metals and alloys, organic or inorganic fillers, fibers, lubricants.
Metalle liegen in der Mischung als feine Drahtabschnitte, Späne oder Pulver vor. Sie werden hauptsächlich zur Verringerung des Verschleißes und zur Steigerung der Festigkeit eingesetzt.Metals are present in the mixture as fine wire sections, chips or powder. They are mainly used to reduce wear and increase strength.
Der gemeinhin verwendete Oberbegriff "Füllstoffe" für eine Vielzahl organischer oder mineralischer Rohstoffe in Reibbelagmischungen ist irreführend. Die meisten der sogenannten "Füll- stoffe" verhalten sich keineswegs inert, sondern tragen durch tribochemische Reaktionen zu einer Reibwertstabilisierung bei.The generic term "fillers" for a large number of organic or mineral raw materials in friction lining mixtures is misleading. Most of the so-called "fillers" are by no means inert, but instead contribute to a stabilization of the coefficient of friction through tribochemical reactions.
Organische und anorganische Fasern dienen teils als Prozeßhilfe bei der Reibbelagherstellung, tragen aber auch wesentlich zur mechanischen Festigkeit der Reibbeläge bei.Organic and inorganic fibers partly serve as process aids in the production of friction linings, but also contribute significantly to the mechanical strength of the friction linings.
Obwohl es paradox erscheinen mag, werden in Reibbelägen Schmierstoffe verwendet. Diese tragen zu einer Stabilisierung des Reibwertverlaufes und zur Verschleißminderung bei. Als FestSchmierstoffe haben sich unter anderem Graphite, Phosphate, Metalloxide und -sulfide bewährt. Da die meisten Schmierstoffe nur über einen kleinen Temperaturbereich optimal wirksam sind, werden in der Regel Schmierstoffgemische eingesetzt.Although it may seem paradoxical, lubricants are used in friction linings. These help stabilize the course of the coefficient of friction and reduce wear. Graphite, phosphates, metal oxides and sulfides have proven themselves as solid lubricants. Since most lubricants are only optimally effective over a small temperature range, lubricant mixtures are generally used.
Eine Reibbelagmischung kann beispielsweise wie folgt zusammengesetzt sein: Reibbelagsrohstoff : Anteil (Gew. -%) A friction lining mixture can be composed as follows, for example: Friction lining raw material: proportion (% by weight)
Stahlwolle 15 - 25Steel wool 15 - 25
Kupfer und/oder Kupferlegierungen 3 - 20 Zink 0,5 - 10Copper and / or copper alloys 3 - 20 zinc 0.5 - 10
Aluminiumoxid 0,5 - 2Alumina 0.5-2
Glimmermehl 5 - 8Mica flour 5 - 8
Schwerspat 5 - 15Barite 5 - 15
Eisenoxide 5 - 15 Metallsulfide 2 - 10Iron oxides 5 - 15 metal sulfides 2 - 10
Graphit 2 - 6Graphite 2-6
Kokspulver 10 - 20Coke powder 10 - 20
Aramidfaser 1 - 2Aramid fiber 1 - 2
Von wesentlicher Bedeutung für die vorliegende Erfindung sind die Verarbeitungsbedingungen und die Reihenfolge bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Reibbeläge: zunächst wird zumindest der überwiegende Teil der Reibbelagsrohstoffe, d. h. mehr als 50 Gew.-% und bevorzugt mehr als 80 Gew.-%, innig miteinan- der gemischt. Soweit ein organisches Zusatzbindemittel verwendet wird, wird dieses zusammen mit den Reibbelagsrohstoffen in dieser Phase gemischt. In der Regel erhitzen sich die Reibbelagsrohstoffe bei diesem Mischvorgang auf eine Temperatur zwischen 45 und 80 °C. Es ist erfindungswesentlich, daß für den nachfolgenden Schritt, nämlich die Mischung der Reibbelagsrohstoff-Mischung mit dem anorganischen Bindemittel, die Reibbelagsrohstoff-Mischung auf eine Temperatur < 40 °C abgekühlt wird, da ansonsten eine spontane Reaktion des anorganischen Bindemittels eintritt, die eine gezielte Reibbelagsherstellung unmöglich machen würde.The processing conditions and the sequence in the production of the friction linings according to the invention are of essential importance for the present invention: First, at least the major part of the friction lining raw materials, i. H. more than 50% by weight and preferably more than 80% by weight, intimately mixed with one another. If an organic binder is used, it is mixed together with the friction lining raw materials in this phase. As a rule, the friction lining raw materials heat up to a temperature between 45 and 80 ° C during this mixing process. It is essential to the invention that for the subsequent step, namely the mixing of the friction lining raw material mixture with the inorganic binder, the friction lining raw material mixture is cooled to a temperature <40 ° C, since otherwise a spontaneous reaction of the inorganic binder occurs, which produces a targeted friction lining would make impossible.
Das anorganische, pastöse bis fließfähige Bindemittel auf der Basis einer anorganischen, steinbildenden Reaktivkomponente und einem Härter, der die Härtungsreaktion der steinbildenden Kom- ponente im alkalischen Bereich bewirkt, wird unter ständigem Rühren zu der abgekühlten Reibbelagsrohstoff-Mischung gegeben und mit dieser wenigstens weitgehend homogen vermischt, ohne daß hierbei die Temperatur soweit ansteigt, daß die Härtungsreaktion des anorganischen Bindemittels einsetzt. Ggf. muß dieser Mischvorgang in einem gekühlten Mischer und entsprechend scho- nend, d. h. ohne hohe Energiedissipation, vorgenommen werden. Es ist sehr bevorzugt, daß die Mischung aus Reibbelagsrohstoffen und Bindemitteln nach diesem Verfahrensschritt eine leicht feuchte, aber schütt- bis rieselfähige, nicht aber fließfähige oder pastöse Konsistenz aufweist. Die Mischung aus Reibbelags- rohstoffen und Bindemitteln wird anschließend bei einem Druck von mindestens 10 MPa, bevorzugt zwischen 20 und 150 MPa und besonders bevorzugt zwischen 30 und 50 MPa, und einer Temperatur zwischen 60 und 100 °C zu dem gewünschten Reibbelag verpreßt .The inorganic, paste-like to flowable binder based on an inorganic, stone-forming reactive component and a hardener, which causes the hardening reaction of the stone-forming component in the alkaline range, is added to the cooled friction lining raw material mixture with constant stirring and mixed with it at least largely homogeneously, without the temperature rising to such an extent that the hardening reaction of the inorganic binder begins. Possibly. This mixing process must be carried out in a cooled mixer and in a correspondingly gentle manner, ie without high energy dissipation. It is very preferred that the mixture of friction lining raw materials and binders has a slightly moist, but pourable to free-flowing, but not flowable or pasty consistency after this process step. The mixture of friction lining raw materials and binders is then pressed at a pressure of at least 10 MPa, preferably between 20 and 150 MPa and particularly preferably between 30 and 50 MPa, and a temperature between 60 and 100 ° C. to the desired friction lining.
Es ist erfindungswesentlich, daß der Wassergehalt des Gesamtansatzes bei diesem Preßvorgang zwischen 3 und 10 Gew.-% beträgt. Bei einem Wassergehalt unter 3 % wird eine vollständige Aushärtung des anorganischen Bindemittels nicht mehr gewährleistet, während ein Wassergehalt über 10 Gew.-% keine homogene Verpres- sung mehr ermöglicht.It is essential to the invention that the water content of the total batch in this pressing process is between 3 and 10% by weight. If the water content is less than 3%, complete hardening of the inorganic binder can no longer be guaranteed, while a water content of more than 10% by weight no longer enables homogeneous compression.
Soweit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Reibbelag o- der Reibbelag-Verbundkörper mehrere Schichten aufweist, insbe- sondere neben dem eigentlichen Reibbelag eine Trägermasse und/oder eine Trägerplatte, bezieht sich der Wassergehalt von 3 bis 10 Gew.-% immer auf die anorganisch gebundene Reibbelags- schicht .If, according to a preferred embodiment, the friction lining or the friction lining composite has several layers, in particular in addition to the actual friction lining, a carrier mass and / or a carrier plate, the water content of 3 to 10% by weight always relates to the inorganically bound friction lining - shift.
Es hat sich überraschend herausgestellt, daß die Mischung aus Reibbelagsrohstoffen und Bindemitteln vor dem Verpressen eine sehr lange Topfzeit aufweist, die je nach eingesetzten Reaktivkomponenten bzw. Härterzusammensetzung und insbesondere abhängig vom Wassergehalt der Gesamtmischung zumindest mehrere Stun- den, in der Regel jedoch mehrere Tage bis zu mehreren Monaten betragen kann, ohne daß die Festigkeit des später gepreßten Reibbelages hierunter wesentlich leiden würde.It has surprisingly been found that the mixture of friction lining raw materials and binders has a very long pot life before pressing, which, depending on the reactive components or hardener composition used and in particular depending on the water content of the overall mixture, takes at least several hours, but generally several days to to several months can be without the strength of the later pressed friction lining would suffer significantly.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung um- faßt der fertige Reibbelag eine bevorzugt aus Metall bestehende Trägerplatte, eine Zwischenschicht aus einer Träge.rmasse, dem sogenannten Underlayer, sowie den eigentlichen Reibbelag gemäß dieser Erfindung mit anorganischem Binder. Die Trägermasse soll für einen Spannungsausgleich zwischen Reibmasseschicht und Be- lagträgerplatte sorgen. Die Trägermasse enthält hitzehärtbare Harze als Bindemittel, um die notwendige mechanische Festigkeit zu erreichen, anorganische Füllstoffe für die Wärmedämmung, Metallpulver als "Opferanoden" für den Korrosionsschutz und ggf. auch Kautschuk, um zur Geräuschdämpfung beizutragen.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the finished friction lining comprises a carrier plate which is preferably made of metal, an intermediate layer made of a carrier layer, the so-called underlayer, and the actual friction lining according to this invention with an inorganic binder. The backing mass should ensure tension equalization between the friction mass layer and the backing plate. The carrier mass contains thermosetting resins as binders to achieve the necessary mechanical strength, inorganic fillers for thermal insulation, metal powder as "sacrificial anodes" for corrosion protection and possibly also rubber to contribute to noise reduction.
Für die Herstellung eines Bremsbelages mit Metallträger wird bevorzugt zunächst ein Standard-Metallträger mit einem hitze- aktivierbaren Phenolharz-Kleber versehen. In einer hydraulischen Presse wird diese kleberbeschichtete Trägerplatte mittels eines Gegenhalters an die Preßform gedrückt. Die Preßform wird mit der erfindungsgemäßen rieselfähigen Reibbelagmischung und einer Schicht eines dem Fachmann an sich bekannten Underlayers gefüllt. Diese Underlayer-Schicht besteht aus pulver- oder gra- nulatförmigem Reibbelags-Rohstoff mit hitzehärtbarem Phenol - harz-Bindemittel .For the production of a brake pad with a metal carrier, a standard metal carrier is preferably first provided with a heat-activated phenolic resin adhesive. In a hydraulic press, this adhesive-coated carrier plate is pressed against the mold by means of a counterholder. The mold is filled with the free-flowing friction lining mixture according to the invention and a layer of an underlayer known per se to the person skilled in the art. This underlayer layer consists of powder or granular friction lining raw material with a thermosetting phenolic resin binder.
Die Pressung erfolgt bevorzugt bei einem Druck von 30 bis 50 MPa, einer Temperatur von 60 bis 100 ° C und mit einer Preßdauer von 5 bis 100 sec .The pressing is preferably carried out at a pressure of 30 to 50 MPa, a temperature of 60 to 100 ° C and with a pressing time of 5 to 100 seconds.
Im Anschluß an den Preßvorgang erfolgt eine Temperphase bei einer Temperatur von 80 bis 250 °C für 0,5 bis 10 Stunden. Durch die Temperung härtet der Reibbelag vollständig aus. Kurze Beschreibung der ZeichnungAfter the pressing process, an annealing phase takes place at a temperature of 80 to 250 ° C for 0.5 to 10 hours. Due to the tempering, the friction lining hardens completely. Brief description of the drawing
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen dabei: Fig. 1 die Formgebung des Reibbelages mit Trägerplatte Fig. 2 den Aufbau eines Reibbelages mit TrägerplatteThe invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment and the drawing. 1 shows the shape of the friction lining with carrier plate. FIG. 2 shows the structure of a friction lining with carrier plate
Bester Weg zur Ausführung der ErfindungBest way to carry out the invention
In einem geeigneten Mischaggregat wird zunächst eine fließfähige Bindemittelmischung hergestellt.A flowable binder mixture is first produced in a suitable mixing unit.
Bindemittelmischung;Binder mixture;
30 Gew.-% Feststoffmischung30 wt .-% solid mixture
70 Gew.-% Härter (auf Wasserglasbasis)70% by weight hardener (water glass based)
Die Feststoffmischung besteht zu 50 Gew.-% aus Metakaolin mit einer mittleren Korngröße von 4 μm und 50 Gew.-% reaktive Oxidmischung, nämlich feinteiliges, teilweise amorphes Alumosilikat mit Gehalten von amorphem Siliziumdioxid und Aluminiumoxid, ge- wonnen als Ofenfilterstaub bei der mit einer mittleren Korngröße von 5 μm. Diese als steinbildende Reaktivkomponente einge- setze Mischung ist unter der Handelsbezeichnung TROLIT® Feststoff, Typ RB01, von der Firma Trocellen GmbH erhältlich.The solid mixture consists of 50% by weight of metakaolin with an average grain size of 4 μm and 50% by weight of reactive oxide mixture, namely finely divided, partially amorphous aluminosilicate with contents of amorphous silicon dioxide and aluminum oxide, obtained as furnace filter dust in the case of a average grain size of 5 μm. This mixture, used as a stone-forming reactive component, is available from Trocellen GmbH under the trade name TROLIT® Solid, type RB01.
Als Härter wird eine alkalische Wasserglaslösung, Handelsname TROLIT® Härter E61060 von der Firma Trocellen GmbH, bestehend aus 51 Gew.-% Wasser, 26 Gew.-% Si02, 9 Gew.-% Na20 und 14 Gew.-% K20, eingesetzt.An alkaline water glass solution, trade name TROLIT® Hardener E61060 from Trocellen GmbH, consisting of 51% by weight of water, 26% by weight of SiO 2 , 9% by weight of Na 2 0 and 14% by weight of K is used as the hardener 2 0, used.
Der Wassergehalt des anorganischen Bindemittels beträgt 36 Gew.-%.The water content of the inorganic binder is 36% by weight.
In einem Intensivmischer werden dann die übrigen Rohstoffe vorgelegt und intensiv gemischt:The remaining raw materials are then placed in an intensive mixer and mixed intensively:
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Nach Abkühlung auf 35 °C wird die frisch angesetzte Bindemittelmischung in den laufenden Mischer zugegeben und vorsichtig bei unter 40 °C zu einer rieselfähigen Masse gemischt. Der An- teil der Bindemittelmischung am Gesamtansatz betrug 20 Gew.-%.After cooling to 35 ° C, the freshly prepared binder mixture is added to the running mixer and carefully mixed to a free-flowing mass at below 40 ° C. The proportion of the binder mixture in the total batch was 20% by weight.
Die so erhaltene rieselfähige Reibbelagmischung kann bei Raumtemperatur in geschlossenen Behältern bis zur Verarbeitung mehrere Tage bis Wochen gelagert werden.The free-flowing friction lining mixture thus obtained can be stored at room temperature in closed containers for several days to weeks until processing.
Die Formgebung bei der Bremsbelagherstellung erfolgt in beheizten Preßwerkzeugen mit hydraulischen Pressen (Fig. 1) . In die Preßform wird zunächst die erfindungsgemäße rieselfähige Reibbelagmischung geschüttet. Auf diese lockere Schüttung des Reibmaterials wird die Trägermasse aus pulver- oder granulatförmi- gern Reibbelags-Rohstoff mit hitzehärtbarem Phenolharz- Bindemittel aufgeschüttet. Zum Schluß wird die mit einem hitze- aktivierbaren Phenolharz-Kleber versehene Trägerplatte aufgelegt .The brake pads are manufactured in heated press tools with hydraulic presses (Fig. 1). The free-flowing friction lining mixture according to the invention is first poured into the mold. The carrier mass made of powder or granular raw material for the friction lining is poured onto this loose bed of the friction material with a thermosetting phenolic resin binder. Finally, the carrier plate with a heat-activated phenolic resin adhesive is placed on top.
Das Verdichten des Reibmaterials erfolgt mit einem Druck von 40 MPa, einer Temperatur von 80° C und mit einer Preßdauer von 20 sec.The compression of the friction material takes place with a pressure of 40 MPa, a temperature of 80 ° C and with a pressing time of 20 sec.
Im Anschluß an den Preßvorgang erfolgt eine Temperphase des Reibbelages mit Trägerplatte (Fig. 2) bei einer Temperatur von 80 °C auf 180 °C steigend für 4 Stunden. Durch die Temperung härten Reibbelag und Phenolharzkleber vollständig aus.Following the pressing process, there is an annealing phase of the friction lining with the carrier plate (FIG. 2) at a temperature of 80 ° C to 180 ° C increasing for 4 hours. Tempering causes the friction lining and phenolic resin adhesive to harden completely.
LegendeLegend
1 Gegenhalter1 counterholder
2 Preßform2 mold
3 Trägerplatte3 carrier plate
4 Underlayer4 underlayers
5 Reibmasse5 friction mass
6 Preßstempel6 stamps
7 Kleberschicht 7 adhesive layer

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages unter Verwendung von1 . Process for producing a friction lining using
I . Reibbelagsrohstoffen, ausgewählt aus der Gruppe be- stehend aus :I. Friction lining raw materials, selected from the group consisting of:
• Metallen oder Metallverbindungen,Metals or metal compounds,
• Schmierstoffen,• lubricants,
• organischen oder anorganischen Füllstoffen,Organic or inorganic fillers,
• Fasern mit einem Anteil von 65 bis 85 Gew.-% am Gesamtansatz,Fibers with a share of 65 to 85% by weight of the total batch,
II. einem anorganischen Bindemittel pastöser bis fließfähiger Konsistenz, bestehend wenigstens überwiegend aus • einer anorganischen, steinbildenden Reaktivkomponente undII. An inorganic binder of pasty to flowable consistency, consisting at least predominantly of • an inorganic, stone-forming reactive component and
• als Härter einer wasserhaltigen zweiten Komponente, die eine Härtungsreaktion der steinbildenden Komponente im alkalischen Bereich bewirkt, wobei das anorganische Bindemittel einen Wassergehalt von 15 bis 42 Gew.-% aufweist und wobei der Anteil des anorganischen Bindemittels am Gesamtansatz 15 bis 35 Gew.-% beträgt,As a hardener of a water-containing second component which causes a hardening reaction of the stone-forming component in the alkaline range, the inorganic binder having a water content of 15 to 42% by weight and the proportion of the inorganic binder in the total batch being 15 to 35% by weight is,
III. ggf. einem Zusatzbindemittel auf organischer Basis mit einem Anteil von 0 bis 10 Gew.-% am Gesamtansatz, bei welchem VerfahrenIII. optionally an additional binder on an organic basis with a share of 0 to 10 wt .-% of the total amount, in which method
• zunächst der überwiegende Teil der Reibbelagsrohstoffe, ggf. unter Zusatz des Zusatzbindemittels, innig miteinander gemischt wird, • die Reibbelagsrohstoff-Mischung abgekühlt wird auf eine Temperatur < 40 °C,First the majority of the friction lining raw materials, if necessary with the addition of the additional binder, are intimately mixed with one another, • the friction lining raw material mixture is cooled to a temperature <40 ° C.,
• das anorganische, pastöse bis fließfähige Bindemittel unter ständigem Rühren zu der abgekühlten Reibbelagsrohstoff-Mischung gegeben und mit dieser vermischt wird, • die Mischung aus Reibbelagsrohstoffen und Bindemitteln bei einem Druck von mehr als 10 MPa und einer Temperatur zwischen 60 und 100 CC zu dem Reibbelag verpreßt wird, wobei der Wassergehalt des Gesa tan- satzes beim Preßvorgang 3 bis 10 Gew.-% beträgt,The inorganic, pasty to flowable binder is added to the cooled friction lining raw material mixture with constant stirring and mixed with it, • is the mixture of Reibbelagsrohstoffen and binders at a pressure of more than 10 MPa and a temperature between 60 and 100 C C pressed into the friction lining, wherein the water content of the buttocks tan set during the pressing process is 3 to 10 wt .-%,
• das anorganische Bindemittel beim Verpressen oder in einer anschließenden Temperphase ausgehärtet wird.• The inorganic binder is hardened during pressing or in a subsequent tempering phase.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Reibbelagsrohstoffen und Bindemitteln vor dem Verpressen eine rieselfähige bis schüttfähige Konsistenz aufweist .2. The method according to claim 1, characterized in that the mixture of friction lining raw materials and binders has a free-flowing to pourable consistency before pressing.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Reibbelagsrohstoffen und Bindemitteln vor dem Verpressen für mindestens 24 h zwischengelagert wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the mixture of friction lining raw materials and binders is temporarily stored for at least 24 h before pressing.
4. Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages mit Träger- platte unter Verwendung von4. Process for producing a friction lining with a carrier plate using
I. Reibbelagsrohstoffen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus :I. Friction lining raw materials, selected from the group consisting of:
• Metallen oder Metallverbindungen,Metals or metal compounds,
• Schmierstoffen, • organischen oder anorganischen Füllstoffen,• lubricants, • organic or inorganic fillers,
• Fasern mit einem Anteil von 65 bis 85 Gew.-% am Gesamtansatz,Fibers with a share of 65 to 85% by weight of the total batch,
II. einem anorganischen Bindemittel pastöser bis fließfä- higer Konsistenz, bestehend wenigstens überwiegend ausII. An inorganic binder of pasty to flowable consistency, consisting at least predominantly of
• einer anorganischen, steinbildenden Reaktivkomponente und• an inorganic, stone-forming reactive component and
• als Härter einer wasserhaltigen zweiten Komponente, die eine Härtungsreaktion der steinbildenden Kompo- nente im alkalischen Bereich bewirkt, wobei das anorganische Bindemittel einen Wassergehalt von 15 bis 42 Gew. -% aufweist und wobei der Anteil des anorganischen Bindemittels am Gesamtansatz 15 bis 35 Gew.-% beträgt, III. ggf. einem Zusatzbindemittel auf organischer Basis mit einem Anteil von 0 bis 10 Gew.-% am Gesamtansatz, bei welchem VerfahrenAs a hardener of a water-containing second component, which causes a hardening reaction of the stone-forming component in the alkaline range, wherein the inorganic binder has a water content of 15 to 42% by weight and the proportion of the inorganic binder in the total batch is 15 to 35% by weight, III. optionally an additional binder on an organic basis with a share of 0 to 10 wt .-% of the total amount, in which method
• zunächst der überwiegende Teil der Reibbelagsrohstoffe, ggf. unter Zusatz des Zusatzbindemittels, innig miteinander gemischt wird,First the majority of the friction lining raw materials are mixed intimately with one another, possibly with the addition of the additional binder,
• die Reibbelagsrohstoff-Mischung abgekühlt wird auf eine Temperatur < 40 °C,The friction lining raw material mixture is cooled to a temperature <40 ° C,
• das anorganische, pastöse bis fließfähige Bindemittel unter ständigem Rühren zu der abgekühlten Reibbelags- rohstoff-Mischung gegeben und mit dieser vermischt wird,The inorganic, pasty to flowable binder is added to the cooled friction lining / raw material mixture with constant stirring and mixed with it,
• die Mischung aus Reibbelagsrohstoffen und Bindemitteln mit einem Wassergehalt von 3 bis 10 Gew.-% in eine Form eingefüllt und unter Zwischenschaltung ei- ner ein hitzehärtbares organisches Harz enthaltenden• The mixture of friction lining raw materials and binders with a water content of 3 to 10% by weight is poured into a mold and, with the interposition, one containing a thermosetting organic resin
Trägermasse bei einem Druck von mehr als 10 MPa und einer Temperatur zwischen 60 und 100 °C zusammen mit einer Trägerplatte zu dem Reibbelags-Verbundkörper verpreßt wird, und • das anorganische Bindemittel und das hitzehärtbare organisches Harz beim Verpressen oder in einer anschließenden Temperphase ausgehärtet wird. Carrier mass at a pressure of more than 10 MPa and a temperature between 60 and 100 ° C is pressed together with a carrier plate to the friction lining composite, and • the inorganic binder and the thermosetting organic resin is cured during pressing or in a subsequent annealing phase.
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