PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE MATERIAL DE ATRITO, LIGANTE LÍQUIDO INORGÂNICO, USO DE LIGANTE LÍQUIDO PARA FABRICAÇÃO DE MATERIAL

DE ATRITO E MATERIAL DE ATRITO

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção descreve um processo de fabricação de material de atrito e um ligante líquido inorgânico para uso na fabricação de materiais de atrito. Especificamente, a presente invenção compreende um processo de fabricação de material de atrito que faz uso de um ligante líquido que proporciona realização de etapas de processo com redução expressiva de temperatura, pressão e tempo de fabricação, tornando o processo mais eficiente energeticamente. Ainda, compreende a uma etapa de processo de fabricação de ligante líquido que permite uso de diferentes tipos de precursores, inclusive inorgânicos com características cristalinas e/ou amorfas, por meio de um processo de ativação mecânica do precursor inorgânico. A presente invenção se situa nos campos da engenharia química, engenharia mecânica, engenharia de materiais, voltada para a área de materiais de atrito para sistemas de freio de veículos.

Antecedentes da Invenção

[0002] Os materiais de atrito são amplamente utilizados na fabricação de componentes de sistemas de freio, como pastilhas de freio, lonas de freio e sapatas de freio, de veículos de pequeno, médio e grande porte para transporte de passageiros ou de carga, como veículos de passeio, ônibus, caminhões, trens, entre outros.

[0003] Os processos de fabricação de materiais de atrito para sistemas de freio no estado da técnica envolvem grandes gastos energéticos, principalmente nas etapas de cura e moldagem, variando conforme as matérias-primas utilizadas para formação do material de atrito. Ainda, os gastos energéticos estão associados às altas temperaturas e pressões necessárias nestas etapas, bem como a uma grande demanda de tempo de processo com altas temperaturas e pressões.

[0004] Ainda, a fabricação do material de atrito do estado da técnica utiliza, resumidamente, uma mistura de uma resina fenólica com um material de fricção e, posteriormente, a mistura é submetida a uma prensagem sob elevada temperatura para cura da resina e compactação da mistura.

[0005] Entretanto, a resina fenólica é um material que pode oferecer riscos ao meio ambiente, uma vez que, devido a fontes poluentes industriais, domésticas e a partir de atividades agrícolas, a resina fenólica pode se depositar no solo ou em rios, podendo causar danos à vida selvagem. Ademais, possui uma pegada de carbono relativamente alta, gerando entre 1 ,3 a 2,3kg de dióxido de carbono por kg de resina produzido.

[0006] Na busca pelo estado da técnica em literaturas científica e patentária, foram encontrados os seguintes documentos que tratam sobre o tema:

[0007] O documento WO2014081277 revela uma composição de geopolímero sólido de cinza vulcânica para produção de um compósito geopolimérico para uso em material de construção e/ou material de atrito, em que o uso da cinza vulcânica seja comparável ao uso de cinzas volantes. Para obtenção da cinza vulcânica no tamanho de partícula desejado, o documento descreve um processo de secagem, trituração e peneiração da cinza vulcânica, processo este feito antes do processo de mistura para obtenção do geopolímero, o que já exige um gasto energético em uma etapa anterior a mistura de geopolímero, tornando o processo ineficiente energeticamente. Ainda, o documento WO2014081277 não menciona a formação de um ligante inorgânico líquido através da combinação de precursores inorgânicos previamente moídos e uma solução, obtendo uma solução e/ou suspensão com variadas viscosidades para mistura com as demais matérias-primas do material de atrito. [0008] O documento US2017016500 revela um material de atrito para fabricação de pastilhas de freio, em que na fabricação é realizada uma etapa de pré-mistura de ligante inorgânico a partir de caulim ou metacaulim e hidróxido de sódio em um misturador. Na sequência, esta mistura em forma de gel é colocada em um molde para prensagem sob temperaturas e pressões predefinidas em uma faixa de tempo, posteriormente a mistura é colocada em uma estufa para secagem, e por fim, a pasta seca é colocada novamente no misturador para ser reduzida para a forma de pó. Deste modo, é formado um ligante inorgânico sólido, sendo adicionado às demais matérias-primas para formação do material de atrito e novamente submetido ao processo de prensagem. Contudo, o documento US2017016500 não menciona a formação de um ligante inorgânico líquido através da combinação de precursores inorgânicos previamente moídos e uma solução, obtendo uma solução e/ou suspensão com variadas viscosidades para mistura com as demais matérias- primas do material de atrito.

[0009] O documento W02020039396 revela um método para preparar um material de atrito para pastilha de freio, que inclui uma etapa de mistura hidróxido de sódio e silicato de sódio com metacaulim comercial para obtenção de uma pasta úmida, esta pasta úmida passa por um processo de secagem até que um agregado geopolimérico seco seja obtido. Posteriormente, o agregado seco é moído até formar um pó e o pó é usado como ligante inorgânico para mistura com as demais matérias-primas de material de atrito. Contudo, o documento W02020039396 não menciona a formação de um ligante inorgânico líquido por meio da mistura de precursores inorgânicos ativados mecanicamente através de moagem e uma solução, obtendo uma solução e/ou suspensão com variadas viscosidades para mistura com as demais matérias- primas do material de atrito. Ainda, menciona que o ligante inorgânico sólido deve possuir uma característica amorfa quando avaliado por técnicas de difração por raios-X, não mencionando que possa ter uma característica cristalina. [0010] Assim, do que se depreende da literatura pesquisada, não foram encontrados documentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção, de forma que a solução aqui proposta possui novidade e atividade inventiva frente ao estado da técnica.

[0011] Deste modo, o estado da técnica carece de processos de fabricação de materiais de atrito que proporcione redução de gastos energéticos com pressões e temperaturas reduzidas e que proporcione otimização do tempo de fabricação, bem como torne o processo mais fácil. Ademais, o estado da técnica carece de um processo de fabricação que possibilite o uso de uma variedade de precursores inorgânicos para formação do ligante inorgânico.

Sumário da Invenção

[0012] Dessa forma, a presente invenção resolve os problemas do estado da técnica a partir de um processo de fabricação de material de atrito que utiliza um ligante inorgânico líquido produzido via uma etapa inicial de ativação mecânica de precursores inorgânicos cristalinos e/ou amorfos por meio de moagem, e síntese térmica com a mistura de óxidos e/ou hidróxidos e/ou silicatos de metais alcalinos e alcalinos terrosos com precursores inorgânicos. Ainda, o processo de fabricação que utiliza ligante inorgânico líquido reduz os gastos energéticos, pois não necessita de uma etapa de secagem e moagem do ligante inorgânico para mistura, sendo utilizado no estado líquido para mistura com demais componentes do material de atrito, bem como realiza a etapa de conformação a frio, com temperatura, pressão e tempo de compressão reduzidos com relação ao estado da técnica.

[0013] Em um primeiro objeto, a presente invenção apresenta um processo de fabricação de material de atrito que compreende ao menos as etapas de:

a. combinação de ao menos um ligante líquido com ao menos um material complementar, formando uma mistura; b. conformação a frio da mistura com temperatura, pressão e tempo de compressão predeterminados; e

c. finalização da cura da mistura com temperatura e tempo predeterminados.

[0014] Ainda, é um objeto da invenção um processo de fabricação de ligante líquido compreendendo as menos as etapas de:

a. ativação mecânica de ao menos um precursor inorgânico por meio de moagem, formando estrutura cristalina e/ou amorfa; e b. combinação do precursor inorgânico ativado mecanicamente com ao menos uma solução de hidróxido de metal alcalino/alcalino terroso e/ou silicato de metal alcalino/alcalino terroso, formando o ligante líquido.

[0015] Em um segundo objeto, a presente invenção apresenta um ligante líquido inorgânico que compreende uma combinação de ao menos uma solução e ao menos um precursor inorgânico cristalino e/ou amorfo ativado mecanicamente, em que a dita solução compreende ao menos um hidróxido de metal alcalino/alcalino terroso e/ou ao menos um silicato de metal alcalino/alcalino terroso.

[0016] Em um terceiro objeto, a presente invenção apresenta o uso de ligante líquido inorgânico para fabricação de material de atrito que compreende uma mistura de ligante líquido inorgânico com ao menos um material complementar, em que:

a. o ligante líquido compreende uma combinação de ao menos uma solução e ao menos um precursor inorgânico cristalino e/ou amorfo ativado mecanicamente, em que a dita solução compreende ao menos um hidróxido de metal alcalino/alcalino terroso e/ou ao menos um silicato de metal alcalino/alcalino terroso; e

b. o material complementar compreende ao menos um entre: i. carga mineral; ii. fibra orgânica;

iii. fibra metálica;

iv. fibra inorgânica;

v. atritante;

vi. lubrificante;

vii. tenacificante; ou

viii. uma combinação entre os anteriores.

[0017] Em um quarto objeto, a presente invenção apresenta um material de atrito compreendendo uma mistura de ao menos um ligante líquido inorgânico e ao menos um material complementar, em que o ligante compreende uma combinação de ao menos uma solução e ao menos um precursor inorgânico cristalino e/ou amorfo mecanicamente ativado, em que a dita solução compreende ao menos um hidróxido de metal alcalino/alcalino terroso e/ou ao menos um silicato de metal alcalino/alcalino terroso.

[0018] Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e serão descritos detalhadamente a seguir.

Breve Descrição das Figuras

[0019] São apresentadas as seguintes figuras:

[0020] A figura 1 mostra os resultados de um teste comparativo de eficiência de frenagem conduzido em dinamômetro antes da etapa fade entre um material do estado da técnica e a presente invenção.

[0021] A figura 2 mostra os resultados de testes da eficiência de frenagem conduzidos em dinamômetro após a etapa fade entre o material do estado da técnica e a presente invenção.

[0022] A figura 3 mostra uma concretização da presente invenção em forma de pastilhas de freio, após o procedimento de testes da eficiência de frenagem em dinamômetro.

[0023] A figura 4 mostra uma concretização da presente invenção em forma de discos de freio após o procedimento de testes eficiência de frenagem em dinamômetro.

Descrição Detalhada da Invenção

[0024] As descrições que se seguem são apresentadas a título de exemplo e não limitativas ao escopo da invenção e farão compreender de forma mais clara o objeto do presente pedido de patente.

[0025] A presente invenção descreve um processo de fabricação de material de atrito que permite utilização de diferentes tipos de precursores inorgânicos, superando uma limitação do estado da técnica, através de uma etapa inicial de ativação mecânica por moagem do precursor inorgânico, etapa esta que antecede a etapa de mistura do precursor inorgânico com uma solução.

[0026] Em um primeiro objeto, a presente invenção apresenta um processo de fabricação de material de atrito que compreende ao menos as etapas de:

a. combinação de ao menos um ligante líquido com ao menos um material complementar, formando uma mistura; b. conformação a frio da mistura com temperatura, pressão e tempo de compressão predeterminados; e

c. finalização da cura da mistura com temperatura e tempo predeterminados.

[0027] Em uma concretização, o ligante líquido é fabricado por meio de ao menos as etapas de: ativação mecânica de ao menos um precursor inorgânico por meio de moagem, formando estrutura cristalina e/ou amorfa; e combinação do precursor inorgânico ativado mecanicamente com ao menos uma solução de hidróxido de metal alcalino/alcalino terroso e/ou silicato de metal alcalino/alcalino terroso, formando o ligante líquido.

[0028] Em uma concretização, a etapa de ativação mecânica do precursor inorgânico por meio de moagem permite utilização de uma variedade de materiais precursores inorgânicos, uma vez que, por meio da moagem, o precursor inorgânico é moído até uma faixa de tamanho que proporcione granulometria fina e adequada.

[0029] Em uma concretização, a etapa de ativação mecânica de ao menos um precursor inorgânico mói o precursor em uma faixa de granulometria inferior a 500 pm. Em outra concretização, a etapa de ativação mecânica mói o precursor em uma faixa de granulometria inferior a 100 pm. Em uma concretização, a faixa de granulometria do precursor inorgânico moído na etapa de ativação mecânica compreende uma faixa de granulometria fina e adequada.

[0030] Em uma concretização, a moagem do precursor inorgânico é feita com auxílio de moinhos. Por meio da parametrização dos ditos moinhos é alcançado um processo ótimo para a moagem do precursor inorgânico, alcançando a granulometria fina e adequada. Em uma concretização, a moagem do precursor inorgânico é via seco. Em uma concretização, a moagem do precursor inorgânico é via úmida. Em uma concretização, a moagem do precursor inorgânico é feita com moinho de bolas. Em uma concretização, a moagem do precursor inorgânico é feita com ou sem a combinação de uma moagem prévia. Em uma concretização, a moagem do precursor inorgânico é feita com diferentes moinhos de impacto com ou sem a combinação de moagem prévia em diferentes moinhos. A utilização de um tipo ou outro vai depender da granulometria final pretendida, produtividade e custo de moagem por quantidade de precursor inorgânico.

[0031] Em uma concretização, a etapa de combinação do precursor inorgânico ativado mecanicamente com ao menos uma solução de hidróxido de metal alcalino/alcalino terroso e/ou silicato de metal alcalino/alcalino terroso forma um ligante líquido inorgânico que melhora a solubilidade da mistura e facilita a mistura entre o ligante líquido e os materiais complementares do material de atrito.

[0032] Em uma concretização, o silicato de metal alcalino/alcalino terroso compreende ao menos um entre: Silicato de Sódio líquido; Silicato de Potássio líquido; Silicato de Sódio anidro; Silicato de Potássio anidro; Silicato de Lítio líquido; Silicato de Lítio anidro; ou uma combinação entre os anteriores. Para fins de exemplificação, o silicato de metal alcalino/alcalino terroso compreende, basicamente, óxido de silício associado a um óxido de metal alcalino/alcalino terroso. Em uma concretização, o silicato de metal alcalino/alcalino terroso compreende ao menos óxido de silício associado ao óxido de um metal alcalino. Em uma concretização, o silicato de metal compreende ao menos óxido de silício associado ao óxido de um metal alcalino terroso.

[0033] Em uma concretização, o hidróxido de metal alcalino/alcalino terroso compreende ao menos um entre: Hidróxido de Potássio; Hidróxido de Sódio; Hidróxido de Alumínio; Hidróxido de Magnésio; Hidróxido de Cálcio; ou uma combinação entre os anteriores. Em uma concretização, o hidróxido de metal compreende hidróxido de metal alcalino. Em uma concretização, o hidróxido de metal compreende hidróxido de metal alcalino terroso. Em uma concretização, o hidróxido de metal é selecionado em função do silicato de metal utilizado.

[0034] Em uma concretização, o ligante líquido é uma solução e/ou suspensão e compreende viscosidade em uma faixa entre 10 e 100000 cP. Em outra concretização, o ligante líquido compreende viscosidade entre 100 a 50000 cP.

[0035] Em uma primeira concretização de formulação de ligante compreende uma faixa de 22,6 a 56% de silicato líquido, uma faixa de 35 a 46% de um precursor inorgânico e uma faixa de 0 a 10% de água como agente de processo.

[0036] Em uma segunda formulação de ligante compreende uma faixa de 22,6 a 56% de silicato líquido, uma faixa de 44 a 55% de um precursor inorgânico e uma faixa de 0 a 10% de água.

[0037] Em uma terceira concretização de formulação de ligante compreende uma faixa de 22,6 a 50% de silicato líquido, uma faixa de 50 a 70,40% de um primeiro precursor inorgânico e uma faixa de 0 a 10% de um segundo precursor inorgânico, uma faixa de 0 a 22% de um agente de processo, uma faixa de 0 a 22% de um agente de reforço e uma faixa de 0 a 10% de água.

[0038] Em uma quarta concretização de formulação de ligante compreende uma faixa de 22,6 a 50% de silicato líquido, uma faixa de 10 a 40% de um primeiro precursor inorgânico e uma faixa de 10 a 40% de um segundo precursor inorgânico, uma faixa de 0 a 22% de um agente de processo, uma faixa de 0 a 19% de um agente de reforço e uma faixa de 0 a 10% de água.

[0039] Em uma quinta concretização de formulação de ligante compreende uma faixa de 22,6 a 50% de silicato líquido, uma faixa de 50 a 75% de um precursor inorgânico, uma faixa de 0 a 22% de um agente de processo, uma faixa de 0 a 19% de um agente de reforço e uma faixa de 0 a 10% de água.

[0040] Em uma sexta concretização de formulação de ligante compreende uma faixa de 22,6 a 50% de silicato líquido, uma faixa de 50 a 75% de um precursor inorgânico, uma faixa de 0 a 22% de um agente de processo e uma faixa de 0 a 22% de um agente de reforço.

[0041] Em uma concretização, o silicato líquido compreende ao menos um entre: fibra mineral; silicato de lítio, silicato de potássio corrigido R = 1 ,5; silicato de potássio ativado; silicato de sódio corrigido R = 1 ,5; silicato de potássio; silicato de sódio; ou uma combinação entre os anteriores.

[0042] Em uma concretização, o precursor inorgânico compreende ao menos um entre os materiais pertencentes às famílias das rochas ígneas, metamórficas ou sedimentares e/ou subprodutos e coprodutos da indústria siderúrgica, termoelétrica, cerâmica, de mineração e da construção civil como, para fins de exemplificação, metacaulim, argilas, rochas basálticas, granitos, arenitos, carbonatos, fosfatos, silicatos, aluminatos, escórias de alto forno, cinzas pesadas e volantes de carvão mineral e/ou biomassas, cinzas de casca de arroz, vidros, rejeitos, lamas, concentrados, resíduos de demolição, ou uma combinação entre os anteriores.

[0043] Em uma concretização, o agente de processo compreende ao menos um composto que possua as seguintes funcionalidades: modificadores de superfície, surfactantes, agentes de compatibilização (organosilanos, compostos a base de celulose e seus derivados, como a nano celulose, para exemplificação), espessantes, dispersantes e/ou floculantes modificadores reológicos poliméricos e/ou inorgânicos, ligantes, plastificantes ou quelantes (como, para fins de exemplificação, ácidos graxos e/ou carboxílicos, polifenóis, açucares, amidos, aminas, vinílicos, amoníacos, acrilatos, estearatos, fosfatos, sulfatos, sulfonatos, álcoois, glicóis e polímeros solúveis em líquidos polares, de fonte natural e/ou sintética e/ou derivados) e/ou uma combinação entre os anteriores.

[0044] Em uma concretização, o agente de reforço para o ligante inorgânico compreende ao menos um entre: fibras micrométricas e/ou nanométricas de natureza orgânica, inorgânica ou metálica (como, para fins de exemplificação, fibra de basalto, fibra de vidro, fibra de carbono, halloysita, wollastonita, fibra de nanocelulose) e/ou uma combinação entre os anteriores.

[0045] Em uma concretização, o material complementar compreende matérias-primas complementares comumente utilizadas na fabricação de materiais de atrito. Em uma concretização, o material complementar compreende ao menos um entre: carga mineral; fibra orgânica; fibra metálica, fibra inorgânica; atritante; lubrificante; tenacificante; ou uma combinação entre os anteriores.

[0046] Em uma concretização, a carga mineral compreende ao menos um ou uma combinação entre: barita; carbonato de cálcio; caulim; cal- hidratada, fluorita; talco; bentonita; entre outros.

[0047] Em uma concretização, a fibra orgânica compreende ao menos um ou uma combinação entre: aramida; celulose; acrílica; carbono; entre outros.

[0048] Em uma concretização, a fibra metálica compreende ao menos um ou uma combinação entre: cobre; aço; alumínio; zinco; latão; entre outros.

[0049] Em uma concretização, a fibra inorgânica compreende ao menos um ou uma combinação entre: fibra de vidro; basalto; sílica; aluminossilicato; titanatos; entre outros.

[0050] Em uma concretização, o atritante compreende ao menos um ou uma combinação entre: alumina; zirconita; óxido de cromo; óxido de silício; cromita; óxido de zircônio; óxido de ferro; entre outros.

[0051] Em uma concretização, o lubrificante compreende ao menos um ou uma combinação entre: grafite natural em pó com diferentes purezas; grafite natural em flake com diferentes purezas; grafite sintético; sulfetos metálicos como estanho, ferro, molibdênio, cobre, manganês, entre outros.

[0052] Em uma concretização, o tenacificante compreende ao menos um ou uma combinação entre: pó de borracha reciclado; borracha em pó SBR/NBR; borrachas em bala; entre outros.

[0053] Em uma concretização, a etapa de formação de uma mistura entre ao menos um ligante líquido com ao menos um material complementar do processo de fabricação de material de atrito, é realizado por meio de mistura e granulação de modo simultâneo ou incremental, que resulta em uma mistura com fluidez adequada para as etapas posteriores de conformação a frio e finalização da cura da mistura.

[0054] Em uma concretização, a fabricação do material de atrito é feita em agitador mecânico. Em uma concretização, a fabricação é feita em misturador convencional especifico para líquidos. Em uma concretização, a fabricação é feita em misturador para sólidos, líquidos e/ou misturas pastosas/gel. Em uma concretização, a fabricação é feita com uma rotação predeterminada e selecionada em função da viscosidade da mistura. Em uma concretização, o precursor inorgânico é adicionado aos poucos até a homogeneização completa.

[0055] Em uma concretização, a etapa de conformação a frio da mistura entre ligante líquido com material complementar é realizada sem que haja grande demanda por temperaturas altas/calor, pressão e tempo, ou seja, a etapa de conformação a frio reduz os gastos energéticos.

[0056] Em uma concretização, a etapa de conformação a frio da mistura é realizada em uma faixa de temperatura inferior a 150 °C. Em uma outra concretização, a etapa de conformação a frio da mistura é realizada em uma faixa de temperatura entre temperatura ambiente até 100 °C. Em outra concretização, a etapa de conformação a frio da mistura é realizada em uma faixa de temperatura entre 0 °C até 150 °C.

[0057] Em uma concretização, a etapa de conformação a frio da mistura é realizada em uma faixa de pressão menor ou igual a 300 MPa. Em outra concretização, a etapa de conformação a frio da mistura é realizada em uma faixa de pressão entre 0 a 200 MPa.

[0058] Em uma concretização, a etapa de conformação a frio da mistura é realizada em uma faixa de tempo entre 2 e 300 segundos. Em outra concretização, a etapa de conformação a frio da mistura é realizada em uma faixa de tempo de 6 a 120 segundos.

[0059] Em uma concretização, a etapa de finalização da cura da mistura entre ligante líquido com material complementar é realizada em uma faixa de temperatura de 10 a 500 °C. Em outra concretização, a etapa de finalização da cura da mistura é realizada em uma faixa de temperatura de 25 a 400 °C.

[0060] Em uma concretização, a etapa de finalização da cura da mistura entre ligante líquido com material complementar é realizada em uma faixa de tempo de 5 minutos a 48 horas. Em outra concretização, a etapa de finalização da cura da mistura é realizada em uma faixa de tempo de 15 minutos a 24 horas.

[0061] Em uma concretização, o processo de fabricação de material de atrito compreende uma etapa final adicional de acabamento e beneficiamento do material de atrito, em que nesta etapa são realizados cortes, pintura, carimbo e embalagem do material.

[0062] O processo de fabricação de material de atrito da presente invenção proporciona diversas vantagens energéticas e ambientais, como a etapa de ativação mecânica por meio de moagem do processo de fabricação do ligante líquido permite a utilização de uma variedade de precursores inorgânicos, formando estruturas cristalinas e/ou amorfas parciais ou totais.

[0063] Ainda, proporciona a vantagem de que a combinação do precursor inorgânico ativado mecanicamente com ao menos uma solução de hidróxido de metal alcalino/alcalino terroso e/ou silicato de metal alcalino/alcalino terroso, formando o ligante líquido, melhora a solubilidade e facilita a mistura, o que permite que a demanda energética para as etapas subsequentes de formação do material de atrito seja consideravelmente reduzida, uma vez que permite que a conformação seja feita a frio (com temperaturas expressivamente mais baixas em relação ao estado da técnica), sob pressão consideravelmente menor do que no estado da técnica, ou até mesmo sem pressão, e com tempo de compressão extraordinariamente menor do que no estado da técnica. Ademais, tem a vantagem de permitir que a cura seja realizada sob temperaturas relativamente baixas e com tempo de processo reduzido em relação ao estado da técnica.

[0064] Ademais, a etapa de ativação mecânica de precursor inorgânico através de moagem, formando estrutura cristalina e/ou amorfa parcial ou total, é uma etapa de processo de alta complexidade de execução, que tem o objetivo de alcançar uma granulometria fina e adequada que proporcione as vantagens supracitadas acima.

[0065] Em um segundo objeto, a presente invenção apresenta um ligante líquido inorgânico que compreende uma combinação de ao menos uma solução e ao menos um precursor inorgânico cristalino e/ou amorfo ativado mecanicamente, em que a dita solução compreende ao menos um hidróxido de metal alcalino/alcalino terroso e/ou ao menos um silicato de metal alcalino/alcalino terroso.

[0066] Em uma concretização, o precursor inorgânico é ativado mecanicamente por meio de um processo de moagem, o que permite o uso de uma variedade de materiais/precursores inorgânicos, o que dá ao fabricante maiores possibilidades de combinações ou escolha de precursores inorgânicos. Ainda, por meio da ativação mecânica, possibilita que o precursor inorgânico tenha características cristalinas e/ou amorfas parcial ou total.

[0067] Em uma concretização, o ligante líquido inorgânico melhora a solubilidade e facilita a mistura com demais materiais complementares de material de atrito, o que permite que a demanda energética para as etapas subsequentes de formação do material de atrito seja consideravelmente reduzida. Ainda, permite que a etapa de conformação do material de atrito seja feita a frio, com temperatura, pressão e tempo de compressão expressivamente mais baixos em relação ao estado da técnica. Ademais, permite que a cura seja realizada com temperatura e tempo de processo reduzidos em relação ao estado da técnica.

[0068] Em um terceiro objeto, a presente invenção apresenta o uso de ligante líquido inorgânico para fabricação de material de atrito que compreende uma mistura de ligante líquido inorgânico com ao menos um material complementar, em que:

a. o ligante líquido compreende uma combinação de ao menos uma solução e ao menos um precursor inorgânico cristalino e/ou amorfo ativado mecanicamente, em que a dita solução compreende ao menos um hidróxido de metal alcalino/alcalino terroso e/ou ao menos um silicato de metal alcalino/alcalino terroso; e

b. o material complementar compreende ao menos um entre: i. carga mineral;

ii. fibra orgânica;

iii. fibra metálica;

iv. fibra inorgânica;

v. atritante;

vi. lubrificante; vii. tenacificante; ou

viii. uma combinação entre os anteriores.

[0069] Em uma concretização, o uso de ligante líquido inorgânico para fabricação de material de atrito traz diversas vantagens energéticas e ambientais ao processo de fabricação e proporciona um material de atrito com características aprimoradas e melhoradas. Em uma concretização, a mistura entre ao menos um ligante líquido inorgânico e ao menos um material complementar de material de atrito resulta em uma mistura com fluidez adequada para as etapas subsequentes de conformação e cura, o que proporciona redução de temperatura, pressão e tempo de processo, sendo mais eficiente energeticamente.

[0070] Em um quarto objeto, a presente invenção apresenta um material de atrito que compreende uma mistura de ao menos um ligante líquido inorgânico e ao menos um material complementar, em que o ligante compreende uma combinação de ao menos uma solução e ao menos um precursor inorgânico cristalino e/ou amorfo mecanicamente ativado, em que a dita solução compreende ao menos um hidróxido de metal alcalino/alcalino terroso e/ou ao menos um silicato de metal alcalino/alcalino terroso.

Exemplo 1 - Processo de fabricação de ligante líquido inorgânico

[0071] Os exemplos aqui mostrados têm o intuito somente de exemplificar uma das inúmeras maneiras de se realizar a invenção, contudo sem limitar, o escopo da mesma.

[0072] Neste exemplo, foi desenvolvido um ligante líquido inorgânico para uso na fabricação de material de atrito. Diversas formulações foram testadas e desenvolvidas com o objetivo de se obter um ligante líquido inorgânico com fluidez adequada para mistura com demais componentes comuns de materiais de atrito.

[0073] O processo de obtenção de ligante líquido inorgânico, basicamente, segue duas etapas: a primeira sendo a ativação mecânica de ao menos um precursor inorgânico por meio de moagem, formando estruturas cristalinas e/ou amorfas; e a segunda sendo a síntese térmica com a combinação do precursor inorgânico moído com ao menos uma solução de hidróxido de metal alcalino/alcalino terroso e/ou silicato de metal alcalino/alcalino terroso, formando o ligante líquido.

[0074] A obtenção de um ligante líquido inorgânico a partir da mistura de ao menos um precursor inorgânico ativado mecanicamente e ao menos uma solução de hidróxido de metal alcalino/alcalino terroso e/ou silicato de metal alcalino/alcalino terroso, sem necessidade de secagem e moagem posterior a etapa de mistura, é uma vantagem importante do processo da presente invenção, uma vez que elimina a necessidade secagem em altas temperaturas e posterior moagem da mistura do precursor inorgânico com a solução, etapas estas realizadas no estado da técnica. Tal característica do processo melhora consideravelmente a eficiência energética do processo, reduzindo a energia necessária em forma de calor dos fornos de secagem.

[0075] No processo de fabricação de ligante líquido da presente invenção, a etapa inicial de ativação mecânica de ao menos um precursor inorgânico por meio de moagem é a etapa mais importante do processo, diferenciando a obtenção de ligante em relação ao estado da técnica, visto que possibilita a utilização de uma diversidade de precursores inorgânicos.

[0076] A etapa de ativação mecânica do precursor inorgânico mói o precursor inorgânico em uma faixa de granulometria fina e adequada. Esta etapa exige alta complexidade de execução para se chegar na granulometria fina e adequada, uma vez que o processo da presente invenção permite que sejam utilizados diversos tipos de precursores inorgânico na fabricação do ligante líquido inorgânico da presente invenção. Neste exemplo, foram obtidas granulometrias finas e adequadas entre 25 pm a 45 pm, sendo estas granulometrias bem menores com relação as granulometrias do estado da técnica.

[0077] A etapa de combinação do precursor inorgânico ativado mecanicamente com a solução de hidróxido de metal alcalino/alcalino terroso e/ou silicato de metal alcalino/alcalino terroso é feita em um misturador em um tempo predeterminado, formando uma solução e/ou suspensão com variadas viscosidades.

[0078] Neste exemplo, foram utilizados precursores inorgânicos cristalinos e/ou amorfos com composição de elevado percentual de Si0 ₂ e AI2O3, como por exemplo, rochas ígneas; caulins; metacaulins; cinzas de casca de arroz; escórias de alto forno; cinzas volantes; wollastonita; e/ou vidros.

[0079] Ainda, foram utilizadas misturas de óxidos e/ou hidróxidos e/ou silicatos de metais alcalinos e alcalinos terrosos em solução e/ou suspensão.

[0080] Em um primeiro exemplo de formulação de ligante líquido compreende uma faixa de 22,6 a 56% de silicato de potássio corrigido R = 1 ,5 ou silicato de sódio corrigido R = 1 ,5; uma faixa de 35 a 46% de metacaulim; e uma faixa de 0 a 10% de água.

[0081] Em um segundo exemplo de formulação de ligante líquido compreende uma faixa de 22,6 a 56% de silicato de potássio corrigido R = 1 ,5, ou silicato de potássio, ou silicato de sódio, ou silicato de sódio corrigido R = 1 ,5; uma faixa de 44 a 55% de cinza de casca de arroz; e uma faixa de 0 a 10% de água.

[0082] Em um terceiro exemplo de formulação de ligante líquido compreende uma faixa de 22,6 a 50% de silicato de potássio corrigido R = 1 ,5, ou silicato de potássio, ou silicato de sódio, ou silicato de sódio corrigido R = 1 ,5; uma faixa de 50 a 70,4% de escória de alto forno; uma faixa de 0 a 10% de cinza de casca de arroz; uma faixa de 0 a 2% de aminosilano; uma faixa de 0 a 2% de carboximetilcelulose; uma faixa de 0 a 10% de álcool polivinílico; uma faixa de 0 a 5% de glicerol; uma faixa de 0 a 1 % de polietilenoglicol; uma faixa de 0 a 1 % de hexametilcelulose; uma faixa de 0 a 1 % de poliacrilamida; uma faixa de 0 a 10% de fibra de basalto; uma faixa de 0 a 3% de fibra de vidro; uma faixa de 0 a 3% de fibra de carbono; uma faixa de 0 a 3% halloysita; uma faixa de 0 a 3% de wollastonita; e uma faixa de 0 a 10% de água. [0083] Em um quarto exemplo de formulação de ligante líquido compreende uma faixa de 22,6 a 50% de silicato de potássio corrigido R = 1 ,5, ou silicato de potássio, ou silicato de sódio, ou silicato de sódio corrigido R = 1 ,5; uma faixa de 10 a 40% de cinza de casca de arroz; uma faixa de 10 a 40% de wollastonita; uma faixa de 0 a 2% de aminosilano; uma faixa de 0 a 2% de carboximetilcelulose; uma faixa de 0 a 10% de álcool polivinílico; uma faixa de 0 a 5% de glicerol; uma faixa de 0 a 1 % de polietilenoglicol; uma faixa de 0 a 1 % de hexametilcelulose; uma faixa de 0 a 1 % de poliacrilamida; uma faixa de 0 a 10% de fibra de basalto; uma faixa de 0 a 3% de fibra de vidro; uma faixa de 0 a 3% de fibra de carbono; uma faixa de 0 a 3% halloysita; e uma faixa de 0 a 10% de água.

[0084] Em um quinto exemplo de formulação de ligante líquido compreende uma faixa de 22,6 a 50% de silicato de potássio, uma faixa de 50 a 75% de cinza volante, uma faixa de 0 a 2% de aminosilano, uma faixa de 0 a 2% de carboximetilcelulose, uma faixa de 0 a 10% de álcool polivinílico, uma faixa de 0 a 5% de glicerol, uma faixa de 0 a 1 % de polietilenoglicol, uma faixa de 0 a 1 % de hexametilcelulose, uma faixa de 0 a 1 % de poliacrilamida, uma faixa de 0 a 10% de fibra de basalto, uma faixa de 0 a 3% de fibra de vidro, uma faixa de 0 a 3% de fibra de carbono, uma faixa de 0 a 3% halloysita e uma faixa de 0 a 10% de água.

[0085] Em um sexto exemplo de formulação de ligante líquido compreende uma faixa de 22,6 a 50% de silicato de sódio, ou silicato de sódio corrigido R = 1 ,5 ou silicato de potássio corrigido R = 1 ,5; uma faixa de 50 a 75% de cinza volante; uma faixa de 0 a 2% de aminosilano; uma faixa de 0 a 2% de carboximetilcelulose; uma faixa de 0 a 10% de álcool polivinílico; uma faixa de 0 a 5% de glicerol; uma faixa de 0 a 1 % de polietilenoglicol; uma faixa de 0 a 1 % de hexametilcelulose; uma faixa de 0 a 1 % de poliacrilamida; uma faixa de 0 a 10% de fibra de basalto; uma faixa de 0 a 3% de fibra de vidro; uma faixa de 0 a 3% de fibra de carbono; uma faixa de 0 a 3% halloysita; e uma faixa de 0 a 3% de wollastonita. [0086] Desta forma, as formulações de ligante líquido desenvolvidas proporcionam um ligante líquido inorgânico para aplicação em formulação de materiais de atrito que traz vantagens ao processo de fabricação, como melhora da solubilidade e maior facilidade de mistura com demais materiais complementares de material de atrito, o que permite que a demanda energética para as etapas subsequentes de formação do material de atrito seja consideravelmente reduzida.

Exemplo 2 - Processo de fabricação de material de atrito

[0087] Neste exemplo, foi desenvolvido um material de atrito a partir da combinação de ao menos um ligante líquido inorgânico, conforme exemplificado no exemplo 1 , com ao menos um material complementar de uso comum na fabricação de materiais de atrito.

[0088] Ainda, foi desenvolvido um material de atrito para elementos de fricção de freios que permite a substituição da resina fenólica por um ligante líquido inorgânico, visto que a resina fenólica, utilizada em cerca de 95% dos materiais de atrito do estado da técnica, pode oferecer riscos ao meio ambiente, uma vez que, devido a fontes poluentes industriais, domésticas e a partir de atividades agrícolas, a resina fenólica pode se depositar no solo ou em rios, podendo causar danos à vida selvagem. Ademais, possui uma pegada de carbono relativamente alta, gerando entre 1 ,3 a 2,3kg de dióxido de carbono por kg de resina produzido.

[0089] A primeira etapa de fabricação do material de atrito é a etapa de obtenção do precursor inorgânico, em que ao menos um precursor inorgânico é ativado mecanicamente por meio de moagem até obter uma faixa de granulometria fina e adequada.

[0090] A segunda etapa do processo é a síntese térmica pela mistura do precursor inorgânico moído com ao menos uma solução de hidróxido e/ou silicato de metais alcalinos e alcalinos terrosos, formando um ligante líquido inorgânico, em que o ligante é uma solução e/ou suspensão com variadas viscosidades. Esta mistura é feita em misturadores comerciais utilizados em processos de fabricação de materiais de atrito.

[0091] A terceira etapa do processo é a mistura do ligante líquido inorgânico com matérias-primas de comum uso na fabricação de materiais de atrito, como cargas minerais, fibras orgânicas, fibras metálicas, fibras inorgânicas, atritantes, lubrificantes, tenacificantes ou uma combinação entre os anteriores. Esta mistura é realizada em misturadores comerciais utilizados na fabricação de materiais de atrito.

[0092] A combinação do ligante líquido inorgânico com demais matérias- primas de material de atrito são associados a um processo de mistura da formulação e/ou pré-mistura das matérias-primas por meio de mistura e granulação, de modos simultâneos ou incrementais, que resulta em uma mistura com viscosidade adequada para as etapas posteriores de processamento, como etapas de conformação e pós-cura.

[0093] Ainda, a etapa seguinte é a etapa de conformação a frio da mistura de ligante líquido com matérias-primas de material de atrito, e foi realizada com temperaturas entre a temperatura ambiente até 100 °C, com pressões de compactação de 0 até 200 MPa e tempos de processo entre 6 e 120 segundos.

[0094] A etapa seguinte, neste exemplo, é a etapa de pós-cura da mistura conformada na etapa anterior, e foi realizada em uma temperatura entre 25 e 400 °C e com tempo de processo entre 15 minutos e 24 horas.

[0095] Ademais, a etapa final de fabricação de material de atrito compreende etapa de acabamento e beneficiamento do material, sendo realizadas etapas de pintura, recortes, carimbo e embalagem.

[0096] Neste exemplo, foi testado um material produzido com as etapas supracitadas e aplicado em um freio dianteiro 0 256 x 22 mm, com uma inércia aplicada de 65 kg.m ² avaliado via procedimento Ak-Master- 1998, amplamente utilizado para avaliar materiais de atrito. Os resultados dos testes estão ilustrados nas figuras 1 e 2. [0097] Os gráficos das figuras 1 e 2 mostram um comparativo do coeficiente de atrito em diferentes condições de aplicação do freio, tais como pressão, temperatura e velocidade, entre um material comercial aplicado na reposição para veículos leves e a proposta produzido com a tecnologia descrita nesta invenção.

[0098] Neste exemplo é possível notar que o material proposto pela presente invenção apresenta um coeficiente de atrito inicial muito similar ao material do estado da técnica utilizado no comparativo, e que o mesmo não possui perda de temperatura durante a etapa que avalia o coeficiente de atrito com o aumento da temperatura (etapa Fade). Outro ponto a se notar é o maior atrito em comparação ao material utilizado como comparativo, demonstrando o alto potencial da tecnologia para a utilização em materiais de fricção.

[0099] Nas figuras 3 e 4 observam-se fotografias tiradas após o teste em dinamômetro, indicando a integridade do material frente às condições impostas no teste, atestando que o mesmo possui uma resistência mecânica satisfatória para a aplicação. Outro ponto a ser notado é a baixa agressão ao disco, apesar da natureza inorgânica do ligante.

[0100] A Tabela 1 a seguir mostra comparativamente os resultados de desgaste, novamente demonstrando a similaridade entre os materiais do estado da técnica, e o potencial uso da tecnologia da presente invenção.

Tabela 1 - Comparativo de Resultados do Desgaste

[0101] A Tabela 2 abaixo resume um resultado padrão de avaliação de ruído de freio, cujos resultados foram avaliados com o procedimento SAE J2521 2013, com a descrição do percentual de frenagens ruidosas, frequências de ocorrências do ruído, assim como intensidade sonora.

Tabela 2 - Ocorrência de Ruídos no Material de Atrito da Presente Invenção

(Procedimento SAE J2521 -2013)

[0102] A tabela 3 abaixo mostra um comparativo entre o ruído médio encontrado para o material comercial do estado da técnica e a presente invenção. É possível novamente verificar a similaridade e o potencial da invenção no desenvolvimento de materiais de atrito. Tabela 3 - Comparação de ruído

[0103] Como pode ser notado, o processo de fabricação de material de atrito da presente invenção promove maior eficiência energética, uma vez que faz uso de temperaturas expressivamente baixas nos processos de conformação e pós-cura, faz uso de pressão substancialmente baixa na etapa de conformação da mistura e possui tempo de processo extraordinariamente menor nos processos de conformação e pós-cura.

[0104] As referidas vantagens energéticas citadas acima são proporcionadas pelo uso do ligante líquido inorgânico desenvolvido na presente invenção, em que o dito ligante é formado por um ao menos um precursor inorgânico ativado mecanicamente misturado com ao menos uma solução de hidróxido de metal alcalino/alcalino terroso e/ou silicato de metal alcalino/alcalino terroso.

[0105] Ademais, o diferencial entre esta invenção e o estado da técnica é a formação de um precursor inorgânico na fase sólida a partir da etapa de ativação mecânica dos precursores por meio de moagem, que difere da ativação térmica relatada na teoria de Davidovits (Davidovits, J., 2015. GeopolymerChemistry and application. Saint-Quentin: Institut Géopolymere) e da ativação alcalina descrita por Provis (Provis, J. L, van Deventer J.S.J. Alkali Activated Materials. Vol 13.; 2014. doi:10.1007/978-94-007-7672-2_5), utilizando-se como precursor diferentes matérias-primas provenientes de diferentes rochas e subprodutos da indústria siderúrgica, termoelétrica e cerâmica, tais como rochas ígneas, cinzas de casca de arroz, escórias de alto forno, metacaulins, caulins, wollastonita, etc, que podem formar uma estrutura amorfa parcial ou total detectada por difração de raios-x. Ainda, o processo de fabricação de material de atrito difere do estado da técnica pelo fato de que o ligante líquido é misturado às matérias-primas do material de atrito como uma solução e/ou suspensão viscosa (de 100 a 50000 cP) podendo ou não ter sua umidade de processamento ajustada e controlada antes do processo de conformação, conforme as etapas do processo descrito ao longo da invenção.

[0106] O conceito inventivo ora revelado e exemplificado de uma ou mais formas foi tratado como segredo industrial e não foi previamente revelado até o momento do depósito deste pedido de patente. Este segredo industrial é ativo imaterial do depositante. A eventual futura publicação do pedido de patente não constitui, em si, autorização de uso por terceiros, servindo apenas como: (i) cientificação a terceiros da existência do referido segredo industrial na data do depósito; (ii) indicação inequívoca de seu detentor; e (iii) estímulo ao desenvolvimento de novas melhorias a partir do conceito ora revelado, para evitar o reinvestimento no desenvolvimento do mesmo bem já detido pelo depositante. Desde logo se adverte que eventual uso comercial requer autorização do detentor e que o uso não autorizado enseja sanções previstas em Lei. Neste contexto, desde logo se esclarece que a partir da revelação do presente conceito inventivo, os versados na arte poderão considerar outras formas de concretizar a invenção não idênticas às meramente exemplificadas acima, mas que na hipótese de pretensão de uso comercial tais formas poderão ser consideradas como estando dentro do escopo das reivindicações anexas.