ФРИКЦИОННОЕ ИЗДЕЛИЕ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК F16D69/00 

Заявляемое изобретение относится к машиностроению, а именно к фрикционным изделиям, содержащим полимерный композиционный фрикционный элемент, совмещенный с металлическим каркасом, и эксплуатирующимся во фрикционных узлах автотракторной техники, различных машин и оборудования (колодки дисковых и барабанных тормозов автомобилей, тракторов и др.).

Аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, включающее металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, при этом между металлическим каркасом и полимерным композиционным элементом размещен клеевой слой, фиксирующий элемент к каркасу (см. патент СССР N 1277491, кл. B 22 F 7/04, пример N 3, 1984). Существенные признаки аналога "металлический каркас", "полимерный композиционный фрикционный элемент" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является низкая прочность и термостойкость клеевого соединения, нетехнологичность процесса склеивания.

Прототипом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, включающее совмещенный с металлическим каркасом полимерный композиционный фрикционный элемент, выполненный не менее чем из двух слоев, при этом слой полимерного фрикционного композита, контактирующий с металлическим каркасом, дополнительно армирован просечно-вытяжной металлической структурой (см. патент РФ N 2005619, кл. B 29 D 9/00, B 29 C 67/12, 1994 г). Существенные признаки прототипа "совмещенный с металлическим каркасом полимерный композиционный фрикционный элемент, выполненный не менее чем из других слоев" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа является сложность изготовления, обусловленная необходимостью изготовления и введения в состав композита просечно-вытяжной металлической структуры, высокая материалоемкость и нетехнологичность изделия, связанная с необходимостью приварки металлической структуры к каркасу для обеспечения необходимой прочности фиксации фрикционного элемента.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение эксплуатационных характеристик фрикционного изделия путем увеличения прочности соединения металлического каркаса и композиционного фрикционного элемента, особенно при повышенных температурах, и улучшение технологичности изделия. Другим видом технического результата, получение которого может обеспечить заявляемое изобретение, является повышение стойкости фрикционного изделия к тепловой усталости и снижение возможности трещинообразования в слое полимерного композиционного фрикционного элемента, контактирующего с металлическим каркасом, при резких нагревах и охлаждениях изделия из-за разницы в коэффициентах теплового расширения металла каркаса и полимерного композита.

Для достижения указанного технического результата во фрикционном изделии, содержащем металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, состоящий из матрицы и наполнителя, расположенный на металлическом каркасе, при этом указанный фрикционный элемент состоит по меньше мере из двух слоев, и слой фрикционного элемента, контактирующий с металлическим каркасом, имеет массовое отношение матрицы к наполнителю большее, чем в других слоях. Также для достижения указанного технического результата во фрикционном изделии, содержащем металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, состоящий из матрицы и наполнителя, расположенный на металлическом каркасе, при этом указанный фрикционный элемент состоит по меньшей мере из двух слоев, слой фрикционного элемента, контактирующий с металлическим каркасом, полностью выполнен из матрицы.

Существенные признаки заявляемого изобретения "слой фрикционного элемента, контактирующий с металлическим каркасом, имеет массовое отношение матрицы к наполнителю большее, чем в других слоях" являются отличительными от признаков прототип. Существенные признаки заявляемого изобретения "слой фрикционного элемента, контактирующий с металлическим каркасом, полностью выполнен из матрицы" являются отличительными от признаков прототипа.

Фрикционное изделие, например колодка дискового или барабанного тормоза автомобиля, содержит металлический, например стальной, каркас, плоский (для колодки дискового тормоза) или в виде части обечайки (для колодки барабанного тормоза), совмещенный, например путем приформовывания, с полимерным композиционным фрикционным элементом, выполненным из полимерного композита. В качестве полимерной основы (матрицы) композита могут использоваться вулканизованные каучуки, отвержденные смолы или смеси каучуков и смол (полиматричные фрикционные композиты). В качестве наполнителей могут использоваться волокнистые материалы, например асбест, минеральные волокна, полиарамидные волокна, стальные волокна и др., или их смеси. Также в состав наполнителей могут входить дисперсные материалы, например барит, сурик, каолин, углеродный наполнитель, пластификатор или их смеси. При этом для фрикционных изделий соотношение между матрицей и наполнителями составляет обычно: матрицы - 5 - 40 мас.%, наполнители - 60-95 мас.%. Слой фрикционного полимерного композита, контактирующий с металлическим каркасом, имеет соотношение между матрицей и наполнителями: матрица - 90-100%, наполнители - 0-10%. При этом предпочтительно использование в качестве полимера для матрицы этого слоя того же полимера, что и для другого (других) слоя (слоев) фрикционного элемента, или одного из полимеров другого слоя фрикционного элемента (для полиматричных композитов).

Изготавливаться заявляемое изделие может известными методами, например приформовыванием к металлическому каркасу полимерной пресс-композиции. При этом поверхность металлического каркаса, к которой приформовывается полимерный элемент, предварительно покрывается полимерной композицией, например путем обработки раствором полимера с наполнителем (возможно покрытие только полимером, раствор которого используется без наполнителя) и последующей сушкой. Затем изделие подвергается последующей обработке.

Конкретным примером заявляемого изделия является полимерное композиционное фрикционное изделие, содержащее плоский металлический каркас (колодка дискового тормоза легковых автомобилей), на который последовательно наносятся слои из полимерного фрикционного композита. Первоначально наносится (например, тампоном) слой толщиной до 0,5 мм из фенолформальдегидной смолы СФП-011Л (или из 99 мас. % этой смолы и 2 мас.% дисперсного технического углерода), затем наносится слой толщиной 20 - 30 мм полимерного фрикционного композита, включающего полимерную матрицу в количестве 20%, волокнистые наполнители (стальные волокна, минеральная вата, стекловолокно) в количестве 20 мас. %, порошкообразные наполнители (барит, глинозем и др.) - 60 мас.%, например приформовыванием брикета к покрытому первым слоем металлическому каркасу. Затем изделие подвергается термической и механической обработке.

Наличие во фрикционном изделии в зоне контакта металлического каркаса с полимерным композиционным фрикционным элементом слоя, содержащего большее количество полимерной матрицы, чем остальная часть элемента, позволяет увеличить монолитность композита, обеспечить более эффективную передачу и распределение напряжений от металлического каркаса в наполнители композита. В результате удается снизить возникновение температурных напряжений в результате многократных нагреваний и охлаждений тормозных колодок при эксплуатации (повысить стойкость против тепловой усталости), а также снизить напряжения, возникающие в результате разницы коэффициентов тепловых расширений материалов каркаса и фрикционного элемента. В результате снижается возможность трещинообразования в зоне контакта фрикционного элемента и металлического каркаса. Толщина слоя, контактирующего с металлическим каркасом и имеющего повышенное содержание полимерной матрицы, целесообразно не более толщины остаточного слоя фрикционного элемента перед прекращением эксплуатации (снятием) изделия из-за износа. Наличие в слое, контактирующем с металлическим каркасом, большего количества полимерной матрицы, позволяет увеличить площадь контакта полимера с металлом (и снизить площадь контакта с металлом наполнителей, не проявляющих адгезии к металлу). В результате увеличивается прочность соединения металлического каркаса и фрикционного элемента, особенно при повышенных температурах, и появляется возможность уменьшить температуру и давление при формовании изделия, т.е. повысить технологичность изделия.

Фрикционное изделие выполнено не менее чем из двух слоев, при этом слой, контактирующий с металлическим каркасом, имеет массовое отношение матрицы к наполнителю большее, чем в других слоях. Кроме того, слой, контактирующий с металлическим каркасом, может быть полностью выполнен из матрицы. Технический результат, достигаемый при реализации указанной конструкции, состоит в увеличении прочности соединения между фрикционным изделием и каркасом. 2 с. п. ф-лы.

1. Фрикционное изделие, содержащее металлический каркас и полимерный композитный фрикционный элемент, состоящий из матрицы и наполнителя, расположенный на металлическом каркасе, при этом указанный фрикционный элемент состоит по меньшей мере из двух слоев, отличающееся тем, что слой фрикционного элемента, контактирующий с металлическим каркасом, имеет массовое отношение матрицы к наполнителю большее, чем в других слоях. 2. Фрикционное изделие, содержащее металлический каркас и полимерный композитный фрикционный элемент, состоящий из матрицы и наполнителя, расположенный на металлическом каркасе, при этом указанный фрикционный элемент состоит по меньшей мере из двух слоев, отличающееся тем, что слой фрикционного элемента, контактирующий с металлическим каркасом, полностью выполнен из матрицы.