Результат интеллектуальной деятельности: ФРИКЦИОННОЕ ИЗДЕЛИЕ

Заявляемое изобретение относится к машиностроению, а именно к фрикционным изделиям, содержащим полимерный композиционный фрикционный элемент, совмещенный с металлическим каркасом, 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 №1277491, МПК⁴ В 22 F 7/04, 1994). 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 и недостаточные теплоизолирующие свойства клеевого слоя, практически не снижающего теплопроводность тормозной колодки по отношению к тормозному цилиндру, в результате чего возможно закипание тормозной жидкости и отказ тормозной системы при нагреве фрикционного элемента колодки в процессе торможения.

Прототипом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, содержащее металлический каркас и расположенный на металлическом каркасе полимерный композиционный фрикционный элемент, состоящий из двух слоев, каждый из которых состоит из полимерной матрицы и наполнителя (или наполнителей), при этом слой фрикционного элемента, контактирующий с металлическим каркасом, имеет массовое соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) больше, чем в рабочем слое (т.е. в слое, имеющем фрикционный контакт с металлическим контртелом) (см. патент РФ №2117197, МПК⁶ F 16 D 69/00, 1998). Существенные признаки прототипа "металлический каркас и расположенный на металлическом каркасе полимерный композиционный фрикционный элемент, состоящий из слоев, каждый из которых состоит из полимерной матрицы и наполнителя (или наполнителей), при этом слой фрикционного элемента, контактирующий с металлическим каркасом, имеет массовое соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) больше, чем в рабочем слое" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа являются недостаточные теплоизолирующие свойства слоя, примыкающего к каркасу, недостаточно снижающего теплопроводность тормозной колодки по отношению к тормозному цилиндру, в результате чего возможно закипание тормозной жидкости и отказ тормозной системы при нагреве фрикционного элемента колодки в процессе торможения.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение эксплуатационных характеристик изделия путем снижения теплопроводности тормозной колодки по отношению к тормозному цилиндру. Другим видом технического результата, получение которого может обеспечить заявляемое изобретение, является повышение стойкости изделия к тепловой усталости при резких нагревах и охлаждениях изделия в процессе эксплуатации за счет повышения плавности изменения теплопроводности изделия по слоям от рабочего слоя фрикционного элемента к металлическому каркасу.

Для достижения указанного технического результата во фрикционном изделии, содержащем металлический каркас и расположенный на металлическом каркасе полимерный композиционный фрикционный элемент, состоящий из слоев, каждый из которых состоит из полимерной матрицы и наполнителя (или наполнителей), при этом слой фрикционного элемента, контактирующий с металлическим каркасом, имеет массовое соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) больше, чем в рабочем слое, фрикционный элемент выполнен из трех слоев, причем слой, размещенный между рабочим слоем и слоем, контактирующим с металлическим каркасом, имеет соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) больше, чем в рабочем слое, но меньше, чем в слое, примыкающем к металлическому каркасу.

Существенные признаки заявляемого изобретения "фрикционный элемент выполнен из трех слоев, причем слой, размещенный между рабочим слоем и слоем, контактирующим с металлическим каркасом, имеет соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) больше, чем в рабочем слое, но меньше, чем в слое, примыкающем к металлическому каркасу" являются отличительными от признаков прототипа.

Фрикционное изделие содержит металлический каркас, совмещенный (например, путем приформовывания) с полимерным композиционным фрикционным элементом, выполненным из полимерного композита (композитов). В качестве полимерной основы (матрицы) композита могут использоваться отвержденные смолы, вулканизованные каучуки или смеси отвержденных смол и вулканизованных каучуков. В качестве наполнителей могут использоваться волокнистые материалы, например минеральные волокна, стальные волокна, полиарамидные волокна н др. или их смеси. Также в состав наполнителей могут входить дисперсные материалы, например технический углерод, другие углеродные материалы, барит и т.д. или их смеси. При этом для фрикционного композита рабочего слоя соотношения между матрицей н наполнителями составляет обычно: матрицы 5÷40% масс., наполнителей 60÷95% масс. Слой фрикционного элемента, контактирующий с каркасом, выполнен из композита, имеющего соотношение между матрицей и наполнителями: матрицы 77÷100% масс., наполнителей 0÷33% масс. Слой, размещенный между рабочим слоем и слоем, контактирующим с каркасом, выполнен из фрикционного композита, у которого соотношение между матрицей и наполнителем составляет: матрицы 10÷45% масс., наполнителей 65÷90% масс. Для этого слоя соотношение матрицы с наполнителем всегда больше, чем у рабочего слоя, но меньше, чем у слоя, контактирующего с металлическим каркасом. При этом предпочтительно использование в качестве полимеров для матриц слоев одного и того же полимера или сходных полимеров (одного класса, группы и т.д.).

Изготавливаться заявляемое изделие может известными методами, например, приформовыванием к металлическому каркасу формовочной смеси. При этом поверхность металлического каркаса, к которой приформовывается полимерный фрикционный 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 на каркас наносятся слои из формовочных смесей необходимого состава, и осуществляется формование и термообработка изделия, в результате чего образуются полимерные композиты. Затем изделие может подвергаться механической обработке.

Конкретным примером заявляемого изделия является полимерное композиционное фрикционное изделие, содержащее плоский металлический каркас (колодка дискового тормоза легковых автомобилей), и фрикционный элемент, состоящий из трех слоев полимерных фрикционных композитов. Слой, контактирующий с металлическим каркасом, толщиной до 0,5 мм включает 80% масс. полимерной матрицы на базе фенолформальдегидной смолы (СФП) и 20% масс. дисперсного технического углерода. Рабочий слой 8÷20 мм содержит 20% масс. полимерной матрицы на базе фенолформальдегидной смолы, волокнистые наполнители (стальные волокна, минеральная вата, стекловолокна) в количестве 20% масс., порошкообразные наполнители (барит, глинозем и др.) - 60% масс. Расположенный между указанными слоями дополнительный слой толщиной 2÷5 мм содержит 30% масс. полимерной матрицы на базе фенолформальдегидной смолы, волокнистые наполнители в количестве 19% масс. и порошкообразные наполнители в количестве 51% масс.

Наличие во фрикционном изделии композиционных слоев, теплопроводность которых снижается при чередовании от рабочей поверхности изделия до металлического каркаса, позволяет более надежно защитить тормозную жидкость от перегрева и повысить стойкость изделия к тепловой усталости в процессе эксплуатации за счет более плавного изменения теплопроводности по слоям, что улучшает эксплуатационные характеристики изделия.