專利名稱：使用瀝青碳纖維的濕摩擦材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種摩擦材料，該材料含一種石油瀝青基碳纖維。本發(fā)明的摩擦材料具有比標準碳纖維增加約20％的摩擦系數(shù)。該摩擦材料具有極高的耐熱性，改進的耐用性和耐高溫性。
背景技術(shù)：
汽車工業(yè)正在開發(fā)具有連續(xù)滑動轉(zhuǎn)矩變換器和換檔離合器系統(tǒng)的新且先進的連續(xù)性轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。這些新系統(tǒng)經(jīng)常涉及高的能量需求。因此，還必須開發(fā)摩擦材料技術(shù)，以滿足這些先進系統(tǒng)日益增加的能量需求。
特別是，需要一種新的高性能、持久的摩擦材料。這種新摩擦材料必須能經(jīng)得起各種高速，其中表面速度高達約65米/秒。而且，這種摩擦材料必須能經(jīng)得起高達約1500psi的面、里高壓(facing lining pressure)。同樣重要的是，這種摩擦材料在有限的潤滑條件下發(fā)揮作用。
為了用于這些先進系統(tǒng)中，這種摩擦材料必須耐用且耐熱性高。這種摩擦材料不僅必須在高溫下保持穩(wěn)定，而且還必須能快速逸散各運行條件中產(chǎn)生的高熱量。
這些新系統(tǒng)在嚙合和解除嚙合期間所產(chǎn)生的高速意味著，摩擦材料必須在整個嚙合期間能夠保持較恒定的摩擦。重要的是，摩擦嚙合在很寬的速度和溫度范圍上相對恒定，以便使這些材料在剎車期間“震顫”最小，或者在一個齒輪向另一個齒輪的功率變換期間變速器系統(tǒng)的“震顫”最小。同樣重要的是，摩擦材料具有所需的轉(zhuǎn)矩曲線形狀，使得摩擦嚙合期間，該摩擦材料無噪聲或“尖叫”聲。
涉及摩擦材料所有應(yīng)用的主要性能是，防止震顫和摩擦界面的能量處理。可將產(chǎn)生震顫歸結(jié)于許多因素，這些因素包括，摩擦材料的摩擦特性、嚙合表面的硬度和粗糙度、油膜保持力、潤滑劑化學(xué)和相互作用、離合器操作條件、動力傳動系統(tǒng)裝配和金屬構(gòu)件對準以及動力傳動系統(tǒng)的污染。摩擦界面能量處理主要考慮控制界面溫度并受到泵流量、油流動途徑和控制策略的影響。另外摩擦材料表面設(shè)計也貢獻于界面能量處理的效率。
和變檔離合器應(yīng)用相關(guān)的主要性能是，摩擦材料的摩擦特性系數(shù)(例如，摩擦材料具有需要的轉(zhuǎn)矩和握持能力)以及使得摩擦材料使用時不受破壞的摩擦材料穩(wěn)定性。
以前，摩擦材料中包含起溫度穩(wěn)定作用的石棉纖維。由于健康和環(huán)境問題，已不再使用石棉。最近已通過酚醛樹脂或改性酚醛樹脂浸漬紙張或纖維材料而進行的改良，試圖讓摩擦材料克服其中缺少石棉所產(chǎn)生的問題。但是這些摩擦材料不能快速逸散所產(chǎn)生的高熱，而且不具備必要的耐熱性和令人滿意的高摩擦性能系數(shù)，而這些性能是用于當(dāng)前正在開發(fā)的高速系統(tǒng)所需要的。
Kearsey的美國專利5585166描述了一種多層摩擦襯里，該襯里具有多孔基材層(纖維素和合成纖維，填料和熱固性樹脂)和多孔摩擦層(熱固性樹脂中的非織造合成纖維)，其中該摩擦層具有比該基材層更高的空隙率。
Seiz的美國專利5083650涉及多步驟浸漬和固化工藝；即，用涂料組合物浸漬紙張，將碳顆粒置于該紙張上，該紙張中的涂料組合物被部分固化，將第二涂層組合物施加到該部分固化的紙張上，最后，將兩種涂料組合物一起固化。
已經(jīng)開發(fā)了各種做摩擦材料用的紙基纖維材料，它們?yōu)楸景l(fā)明受讓人BorgWarner有限公司共同擁有。這些和本發(fā)明中公開的全部參考文獻經(jīng)引用完全并入本發(fā)明。
具體地，Lam等人的美國專利5998307涉及一種摩擦材料，其具有用可固化樹脂浸漬的初始纖維性基底材料，其中該多孔初始層包含至少一種纖維材料，且次級層含碳顆粒，其覆蓋至少約3-約90％的初始層表面。
Lam等人的美國專利5858883涉及具有一種初始層和一次級層的基底材料，該初始層含原纖化更少的芳族聚酰胺纖維、合成石墨和填料，該次級層在該初始層的表面上并含碳顆粒。
Lam等人的美國專利5856224涉及摩擦材料，該材料含浸漬可固化樹脂的一種基底。初始層含原纖化更少的芳族聚酰胺纖維、合成石墨和填料，該次級層含碳顆粒和助留劑。
Lam等人的美國專利5958507涉及制造摩擦材料的方法，其中該纖維材料的至少一個表面的約3-約90％用碳顆粒覆蓋，該纖維材料含原纖化更少的芳族聚酰胺纖維。
Lam等人的美國專利6001750涉及一種摩擦材料，該摩擦材料含浸漬了可固化樹脂的纖維性基底材料。多孔初始層含原纖化更少的芳族聚酰胺纖維、碳顆粒、填充材料、酚醛類的諾沃洛伊德纖維，以及非必要的棉纖維。次級層含碳顆粒，其覆蓋該表面的約3-約90％表面。
再另一個共同擁有的專利申請，其系列號是09/707274，其涉及紙張類的摩擦材料，該材料具有多孔初始纖維性基底層，該初始層的約3-約90％的表面區(qū)域用改性摩擦顆粒覆蓋。
另外，BorgWarner有限公司、Lam等共同擁有的美國專利5753356和5707905描述了各種紙張類的纖維基底材料，這些專利描述的基底材料包含原纖化更少的芳族聚酰胺纖維、合成石墨和填料，其參考文獻也經(jīng)引用并入本發(fā)明。
另一項共同擁有的專利，Lam的美國專利6130176，涉及非金屬紙張類纖維性基底材料，其含原纖化更少的芳族聚酰胺纖維、碳纖維、碳顆粒和填料。
盡管在例如轉(zhuǎn)讓給Conaco公司的美國專利5766523、5540903、5259947、5437780、5648041、5501788、5540832和6123829的不同專利中已經(jīng)公開了自穩(wěn)定化瀝青和由其制造的碳纖維，這些專利的全部內(nèi)容經(jīng)引用明確地并入本發(fā)明，但是這些文獻中沒有任何一個教導(dǎo)或者披露在濕摩擦材料應(yīng)用中使用碳纖維瀝青基的碳纖維。
對所有類型的摩擦材料而言，為了在“濕”應(yīng)用中使用，該摩擦材料必須具有各種各樣的可接受的特性。摩擦材料必須具有良好的抗震顫特性；具有高耐熱性，而且能夠快速逸散熱量；并具有持久、穩(wěn)定且始終如一的摩擦性能。如果這些特性中的任何一項未得到滿足，就不能獲得摩擦材料的最佳性能。
同樣重要的是，在摩擦材料中使用合適的浸漬樹脂，以便形成高能應(yīng)用摩擦材料。當(dāng)摩擦材料在使用中灌注制動液或潤滑油時，摩擦材料在使用期間必須具有良好的剪切強度。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種改進的摩擦材料，其和現(xiàn)有技術(shù)的材料相比，具有可靠并改良的性能。
本發(fā)明的另一個目的是，提供具有改良“抗震顫”、耐“局部過熱”、高耐熱性、高摩擦穩(wěn)定性和耐久性和強度的摩擦材料。
附圖簡述

圖1a是瀝青基碳纖維橫截面的SEM圖像。
圖1b是PAN基碳纖維橫截面的SEM圖像。
圖2是實施例1-1、1-2和對比例A的中點摩擦系數(shù)的試驗數(shù)據(jù)的圖表。
圖3是顯示實施例1-1、1-2和對比例A中，端點(E)摩擦系數(shù)對中點(M)摩擦系數(shù)的比值的圖表。
圖4是顯示實施例1-1、1-2和對比例A中循環(huán)次數(shù)對斷裂摩擦系數(shù)的圖表。
圖5是顯示實施例2和對比例B經(jīng)過4循環(huán)的中點摩擦系數(shù)。
圖6是顯示對比例B和實施例2中E/M比值的圖表。
圖7是顯示實施例2和對比例B的中點摩擦系數(shù)的圖表。
圖8是顯示實施例2和對比例B的活塞位移的圖表。
圖9是顯示實施例4-1、4-2、4-3和4-4與對比例D-1、D-2、D-3和D-4的中點摩擦系數(shù)進行比較的圖表。
圖10是顯示實施例4-1、4-2、4-3和4-4與對比例D-1、D-2、D-3和D-4的斷裂摩擦系數(shù)的圖表。
圖11是SEM照片，其顯示石油瀝青基碳纖維長度為20微米。
圖12是SEM照片圖像，其顯示200微米長度石油瀝青基碳纖維。
圖13是石油瀝青基碳纖維的橫截面f。
圖14是顯示實施例5-1、5-2和對比例E-1的μPVT試驗的圖表。
圖15a是顯示實施例5-1和對比例E-1和E-2在級別8的T-N試驗數(shù)據(jù)的圖表。
圖15b是圖15a所示圖表起始部分的放大圖。
圖16是T-N試驗，顯示實施例5-1和對比例E-1和E-2中的活塞位移。
圖17a是顯示實施例6-1、6-2和對比例E-1的中點摩擦系數(shù)的圖表。
圖17b是顯示實施例6-1、6-2和對比例E-1的E/M比的圖表。
圖17c是顯示實施例6-3、6-4、6-5a和6-5b以及對比例F-1的中點摩擦系數(shù)的圖表。
圖17d是顯示實施例6-3、6-4、6-5a和6-5b以及對比例F-1的E/M比的圖表。
圖18a是顯示T-N試驗數(shù)據(jù)的圖表，用于實施例6-1、6-2和對比例E-1中點摩擦系數(shù)之間的低油流。
圖18b是顯示實施例6-1、6-2和對比例E-1中活塞位移的圖表。
圖19顯示實施例6-1和6-2及對比例E-1在各種循環(huán)時的T-N試驗數(shù)據(jù)。
圖20a和20b是顯示實施例7-1、7-2、7-3和7-4及對比例3的T-N試驗數(shù)據(jù)的圖表。
圖21是對實施例8-1、8-2、8-3、8-4和對比例H-1進行的μVBPT試驗。
圖22a是顯示實施例8-1、8-2、8-3、8-4和對比例H-1的中點摩擦系數(shù)的T-N數(shù)據(jù)的圖表。
圖22b是顯示實施例8-1、8-2、8-3、8-4和對比例H-1的活塞位移的圖表。
圖22c是實施例8-1、8-2、8-3、8-4和對比例H-1的μVPT試驗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種摩擦材料，其含一種纖維性基底材料，該基底材料具有至少一種類型的石油瀝青基碳纖維。該摩擦材料用于與相對的摩擦表面的嚙合。該纖維性基底材料具有至少一種類型的石油瀝青基碳纖維，該碳纖維出現(xiàn)在該摩擦材料的至少一外表面上。這樣，在摩擦材料與相對摩擦表面嚙合期間，石油瀝青基碳纖維與相對的摩擦表面接觸。
一個優(yōu)選的方面中，石油瀝青基碳纖維含溶劑化的瀝青，該瀝青的流體溫度比非溶劑化狀態(tài)的相同瀝青的熔點低至少40℃。石油瀝青基纖維能夠被加熱到碳化溫度而不熔化。
在某些優(yōu)選方面中，石油瀝青基碳纖維具有約5-約40重量％的溶劑(solvant)。這樣的話，在從纖維除去溶劑時，石油瀝青基碳纖維是不可熔的。通過參考以下描述和權(quán)利要求，本發(fā)明的進一步優(yōu)點和目的是顯而易見的。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及其中含石油瀝青基碳纖維的摩擦材料。在一個優(yōu)選方面中，石油瀝青基碳纖維存在于該摩擦材料的至少一個外側(cè)表面上。在摩擦材料嚙合過程中，石油瀝青基碳纖維與相對的摩擦表面接觸。
本發(fā)明的摩擦材料具有需要的端點(E)摩擦系數(shù)對中點(M)摩擦系數(shù)比，其在約1或更少的范圍內(nèi)。有利的E/M比表明，本發(fā)明摩擦材料減少了震顫。
此外，含石油瀝青基碳纖維的摩擦材料具有高于常規(guī)摩擦材料的中點摩擦系數(shù)。該中點摩擦系數(shù)與摩擦材料的扭矩和握持能力相關(guān)，使得摩擦材料比以前的摩擦材料表現(xiàn)得更好。
盡管存在本領(lǐng)域的教導(dǎo)，但是令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，石油瀝青基碳纖維不引起碳材料摩擦系數(shù)的降低，降低是人們預(yù)計的，因為碳纖維是低摩擦材料。但是相反，隨著摩擦材料中石油瀝青基碳纖維存在量的增加，摩擦系數(shù)增加。而且，令人驚奇的是，具有石油瀝青基碳纖維的摩擦材料比可比材料具有改進的耐用性。
在某些實施方案中，石油瀝青基碳纖維能用于單層摩擦材料中。
在其它實施方案中，可將石油瀝青基碳纖維用作纖維性基底材料上的次級層，在該纖維性基底材料中包括另外的石油瀝青基碳纖維。
在又一實施方案中，石油瀝青基碳纖維用作纖維性基底材料外表面上的次級、或頂層，在基底材料中不具有石油瀝青基碳纖維。石油瀝青基碳纖維作為次級層、或頂層的摩擦材料，其耐用性提高。石油瀝青基碳纖維起到熱屏蔽作用，而且為摩擦材料提供額外的期望的穩(wěn)定性。另外，沉積的石油瀝青基碳纖維增加了斷裂摩擦系數(shù)，從而，增加了摩擦材料的握持能力。
在某些實施方案中，石油瀝青基碳纖維可以用作廉價多孔材料上的頂層或次級層，其含例如棉和纖維素填充材料。
應(yīng)當(dāng)理解，這些棉纖維材料能夠按典型的配制存在，例如在約15-約20重量％的范圍內(nèi)。其它合適的材料也能在該纖維性基底材料中存在，這在本發(fā)明要求的保護范圍內(nèi)。這類非限定實施例包括所有可預(yù)見的非織造材料，包括濕法成網(wǎng)、干法成網(wǎng)、針刺法、編織和縫合結(jié)合非織造材料。而且其它能使用的可預(yù)見濕摩擦材料形式也在本發(fā)明要求范圍內(nèi)。能夠單獨使用或與其它纖維和填料混合的石油瀝青基碳纖維也在本發(fā)明要求的范圍內(nèi)。
石油瀝青基碳纖維具有獨一無二的結(jié)構(gòu)。圖1A顯示用于本發(fā)明的瀝青基碳纖維的橫截面，而圖1B顯示常規(guī)用于摩擦材料的聚丙烯腈(PAN)基碳纖維的橫截面。
在某些實施方案中，碳纖維由溶劑化各向同性瀝青制造，該各向同性瀝青的流體溫度比處在非溶劑化狀態(tài)中的相同瀝青的熔點至少低約40℃，且常常200℃或更多。由此溶劑化各向同性瀝青制造的纖維具有希望的改進的穩(wěn)定化特性，使得能將纖維加熱到碳化溫度而不致熔化。而且，出現(xiàn)在碳纖維中的任何中間相未受到伴隨碳纖維形成的剪切力的高度拉伸。另外，優(yōu)選石油瀝青基碳纖維具有約5-約40(重量)％的溶劑，其中該瀝青基纖維在從纖維中除去溶劑時是不可熔的。
在某些實施方案中，用于本發(fā)明的石油瀝青基碳纖維是一種纖維(如美國專利6123829中所述，經(jīng)引用全部并入本發(fā)明)，其中氧擴散到其中心的速率大約等于或大于纖維外表面的氧化速率。纖維中心變成氧化穩(wěn)定化，其速率范圍從略微低于到大于氧在纖維表面消耗碳的速率。石油瀝青基碳纖維優(yōu)選具有超過300℃的軟化點，并優(yōu)選大于350℃，從而纖維能接受溫度大于纖維紡絲溫度的穩(wěn)定化加工。直到做出本發(fā)明為止，才在摩擦材料中使用了這種石油基碳纖維。
應(yīng)當(dāng)理解，“瀝青”一般是指天然柏油石油瀝青生產(chǎn)中的副產(chǎn)品，以及輕油裂解工業(yè)生產(chǎn)中作為副產(chǎn)品獲得的重油，以及從煤炭中得到的高碳含量的瀝青。石油瀝青一般是指從石油餾分或殘渣經(jīng)催化裂化和/或熱裂化獲得的剩余含碳材料。溶劑化瀝青一般在該瀝青中含約5-約40重量％的溶劑，而且具有低于瀝青組分未混合溶劑時熔點的流體溫度。典型的流體溫度低于約40℃。工業(yè)生產(chǎn)中一般把溶劑化瀝青的流體溫度確定為，當(dāng)由熔點溫度以上以1℃每分鐘冷卻該溶劑化瀝青時，粘度6000泊時的溫度。溶劑(solvant)含量是指真空分離溶劑時的失重所確定的值。
在某些方面，溶劑化瀝青要求在纖維生產(chǎn)中更短的穩(wěn)定化步驟或者無穩(wěn)定化步驟，因此，節(jié)省了大量用于穩(wěn)定化的費用。通常，過去生產(chǎn)中需要氧化，以便生產(chǎn)其它類型用于在纖維被加熱到碳化溫度時防止纖維熔化的碳纖維。本申請中將石油瀝青基碳纖維定義為由溶劑化瀝青經(jīng)碳化和/或石墨化獲得的纖維。應(yīng)當(dāng)理解，各向同性瀝青(其包含未排列在光學(xué)有序液晶形式中的分子)和中間相，或者各向異性瀝青(其含具有芳香結(jié)構(gòu)的分子，該分子經(jīng)相互作用聯(lián)系在一起形成光學(xué)有序的液晶，該液晶依據(jù)溫度或者為液體或者為固體)在制造用于本發(fā)明的石油瀝青基碳纖維時都是有用的。
實施例以下實施例舉例說明本發(fā)明的各種實施方案。然而應(yīng)當(dāng)理解，其它未在以下實施例中示出的實施方案也應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明的范圍。
實施例I在某些實施方案中，摩擦材料可包含纖維性基底材料，該材料按重量百分數(shù)計包含約20-約60％的原纖化芳族聚酰胺纖維，約10-約30％二氧化硅填料，約10-約20％石墨，和約5-約20％石油瀝青基碳纖維。在本發(fā)明的一個實施方案中，實施例1-1和1-2含原纖化芳族聚酰胺纖維約50％，二氧化硅填料約20％，石墨約15％，石油瀝青基碳纖維約15％，及任選的添加率約2％的膠乳，用其制造纖維性基底材料，該材料具有約155lb/3000ft2的基重，并且具有約29毫英寸的厚度。
圖2表示換檔變速器應(yīng)用的試驗，該應(yīng)用表示了，對于標記為A到P的不同循環(huán)，石油瀝青基碳纖維兩個實施例(表示為Ex.1-1和Ex.1-2)和一個比較用標準碳纖維(表示為Compar.1)的中點摩擦系數(shù)。按照本發(fā)明，希望摩擦材料的端點(E)摩擦系數(shù)對中點(M)摩擦系數(shù)的比約為1或更小。此E/M比列于圖3，其中該含石油瀝青基碳纖維的摩擦材料的E/M比一般小于含該纖維材料的對比摩擦材料的E/M比。
斷裂摩擦系數(shù)試驗列于圖4，其描述摩擦材料的握持能力。正如可看到的，含石油瀝青基碳纖維的實施例1摩擦材料的握持能力遠遠高于常規(guī)纖維。含石油瀝青基碳纖維的摩擦材料具有比對比例A含標準碳纖維的常規(guī)摩擦材料高約20％的中點摩擦系數(shù)。進一步地，實施例1材料具有需要的低端點對中點摩擦系數(shù)比，而且具有高于常規(guī)材料約11-19％的斷裂摩擦系數(shù)。
實施例II在本發(fā)明的另一個實施方案中，摩擦材料含重量百分數(shù)約50-約60％的芳族聚酰胺纖維，約3-約10％的二氧化硅填料，約20-約30％的石墨和約10-約20％的石油瀝青基碳纖維。在本發(fā)明的另一個實施方案中，Ex.2是有以下配方的摩擦材料(以重量計)芳族聚酰胺纖維，約55％，二氧化硅填料， 約5％，石墨， 約25％，和石油瀝青基碳纖維，約15％，以及任選的膠乳添加物約 2％附加量。
實施例2(Ex.2)的纖維性基底材料具有約166lb/3000ft2的基礎(chǔ)重量和約29毫英寸的厚度。
圖5表示對比例B的初始層的中點摩擦系數(shù)試驗，對比樣品含與實施例2相同的配制物，不同的僅是用常規(guī)碳纖維代替石油瀝青基碳纖維。
實施例2和對比例B的初始層的端點/中點比列于圖6。該材料處于需要的性能范圍。
圖7是試驗數(shù)據(jù)圖表，該數(shù)據(jù)表示了實施例2和對比例B的初始層的碳纖維的中點摩擦系數(shù)。
圖8是活塞位移對循環(huán)數(shù)試驗的圖表。實施例2的石油基碳纖維材料與對比例B的表現(xiàn)相同。
實施例III在本發(fā)明的再一個實施方案中，含纖維性基底材料的摩擦材料按重量百分數(shù)計，包含約50-約70％二氧化硅摩擦改良材料，和約30-約50％的纖維，這里的纖維含芳族聚酰胺纖維和石油瀝青基碳纖維的混合物。在某些實施方案中，石油瀝青基碳纖維存在的量占摩擦材料中存在纖維的約5-約50％，而且在某些實施方案中，石油瀝青基纖維占纖維的約45-約55％。
在其它實施方案中，石油瀝青基碳纖維的量可能不同，這取決于最終的用途。這樣，不同摩擦材料具有摩擦材料中存在纖維量的約45-約55％的石油瀝青基纖維，而其它具有約30-約40％的石油瀝青基纖維；再另一些具有約10-約20％的石油瀝青基碳纖維；而且還有其它的具有約3-約7％的石油瀝青基碳纖維。在以下實施例中，摩擦材料含硅藻土(celite)和纖維性基底材料，該基底材料的芳族聚酰胺纖維對石油瀝青基碳纖維的比例不同。對比例含有帶常規(guī)碳纖維的纖維性基底材料。
當(dāng)配制物含石油瀝青基碳纖維的量提高時，則預(yù)計摩擦系數(shù)將因碳纖維是低摩擦系數(shù)材料而下降。但令人驚訝的是，摩擦系數(shù)隨著發(fā)明中存在的石油瀝青基碳纖維的量的增加而增加。對下列試樣進行試驗。
表1對比例E-5 對比例F-1材料范圍％范圍％棉纖維 10-15 15-20芳族聚酰胺纖維 35-45 35-45碳纖維 3-10 3-10碳顆粒 10-30 10-20
硅藻土填料 25-35 15-20膠乳添加物圖9顯示在DEX III中，含不同百分比碳纖維的樣品的石油瀝青基碳纖維的μPVT試驗。圖9清楚地顯示，具有石油瀝青基碳纖維的所有樣品的中點摩擦系數(shù)均更大，而且最令人驚奇的是，石油瀝青基碳纖維的濃度最高時，該系數(shù)最大。
實施例4-1、4-2、4-3和4-4以及對比例D-1、D-2、D-3和D-4的斷裂摩擦系數(shù)試驗表示于圖10。因此，能夠清楚看出，標準碳纖維的量增加，摩擦系數(shù)減小，而令人驚奇的是，帶石油瀝青基碳纖維的摩擦材料，其摩擦系數(shù)保持穩(wěn)定或增加。
實施例IV在本發(fā)明的再另一個實施方案中，在纖維性基底材料中不具有石油瀝青基碳纖維的纖維性基底材料上沉積石油瀝青基碳纖維。
初始層可包含不同類型的纖維性基底材料。一種有用的纖維性基底材料含按重量百分數(shù)計約10-約15％的棉纖維，約35-約45％的芳族聚酰胺纖維，約3-約10％的非石油瀝青基碳纖維，約10-約20％碳顆粒和約25-約35％的硅藻土摩擦改良材料。
適用于本發(fā)明的另一種初始層含，按重量百分數(shù)計，約5-約20％棉纖維，約10-約50％的芳族聚酰胺纖維，約10-約35％碳顆粒和約2-約15％的非石油瀝青基碳纖維。
在某些實施方案中，石油瀝青基碳纖維可具有約10-約30微米的平均長度。在其它實施方案中，石油瀝青基碳纖維可具有約150-約250微米的平均長度。
將會理解到，石油瀝青基碳纖維的用量可在約1-約15磅/3000平方英尺的范圍。特別有用的實施方案包括約3-約5，且最優(yōu)選約4磅/3000平方英尺的次級層。再另一有用的實施方案包括，約8-約15磅/3000平方英尺。在某些實施方案中，這種石油瀝青基碳纖維次級層能夠與平均直徑約6微米的硅藻土摩擦改良材料結(jié)合。本申請的一個實施例中，將約9磅/3000平方英尺的石油瀝青基碳纖維(在一些實施例中長度約20微米，而在另一些實施例中平均長度約200微米)沉積到纖維性基底材料樣品上，這些樣品如表2所示。
表2實施例 實施例4-1對比例D-1實施例4-2 對比例D-2碳纖維％ 49.8 45 34.2 30BW#/3000 160 160 160 160厚度In 0.0279 0.0291 0.027 0.0281密度G/cc 0.3670.3520.380 0.365實施例 實施例4-3對比例D-3實施例4-4 對比例D-4碳纖維％ 17.7 15 6 5BW#/3000 160 160 160 160厚度In 0.0282 0.0290.02870.0289密度G/cc 0.3640.3530.357 0.355圖11、12和13顯示用于此實施例的材料的顯微照片。圖11顯示實施例5-1，該實施例具有石油瀝青基碳纖維的頂層或次級層，這些碳纖維的平均長度約為20微米。圖1 2顯示實施例5-2，該實施例具有石油瀝青基碳纖維的頂層或次級層，這些碳纖維的平均長度約為200微米。圖13是這些纖維的橫截面視圖。在每個實施例中，在纖維性基底材料上沉積約9磅的碳纖維。
圖14顯示對比例E材料的μPVT試驗。
圖15a和15b表示T-N試驗，該試驗顯示對比例E-1和對比例E-2與本發(fā)明實施例5-1的摩擦材料步位級別(step level)試驗的比較。正如可從圖15a和15b中看到的，該石油瀝青基碳纖維材料改良了摩擦材料的耐用性。此外，應(yīng)當(dāng)理解，在某些實施方案中，在保持所需的耐用和摩擦特性的同時，能夠大大降低9磅的沉積物。注意到，對比例E-2(BWA 6100)與表面上沉積9磅硅藻土的對比例E-1相似。因此，在實施例5-1和對比例E-2之間觀察時，能容易地進行9磅次級材料的直接對比。
進一步地，圖16中比較對比例E-2、對比例E-1和實施例5-1的活塞位移試驗顯示，步位耐用性試驗(step durability test)的T-N處于級別8?？偦钊灰聘?，從而具有石油瀝青基碳纖維作為第二或頂層的摩擦材料更具穩(wěn)定性。該石油瀝青基碳纖維起到了熱屏蔽作用，而且因此提供穩(wěn)定性。
實施例V在本發(fā)明的再另一實施方案中，更少量的石油瀝青基碳纖維(pp-碳)材料沉積在對比例E-1和對比例F-1上，這些對比例的構(gòu)成如下表3圖17a-d中的實例包含基底層 次級層實施例6-1對比例E-54磅2μm pp-碳纖維實施例6-2對比例E-54磅20μm pp-碳纖維和9磅更小尺寸的硅藻土填料實施例6-3對比例F-14磅20μm pp-碳纖維實施例6-4對比例F-19磅20μm pp-碳纖維實施例6-5a 對比例F-19磅20μm pp-碳纖維和12磅帶膠乳添加物的6μ平均直徑的硅藻土填料實施例6-5b 對比例F-19磅20μm pp-碳纖維和12磅6μ平均直徑的硅藻土填料對比例E-5棉10-15％0芳族聚酰胺35-45％碳纖維3-10％碳顆粒10-30％硅藻土25-35％對比例F-1棉15-20％ 0芳族聚酰胺35-40％碳纖維3-10％碳顆粒10-20％硅藻土15-20％在不同的實施例中，石油瀝青基碳纖維單獨沉積，而在另一些實施例中與9磅或12磅超級絮狀物型Celica填料混合，該填料具有約6微米的平均微米顆粒尺寸，這比硅藻土摩擦材料的顆粒尺寸小。
圖17a-d比較這些實例，其表明，盡管添加石油瀝青基碳纖維材料在摩擦系數(shù)方面的效果是最小的，但是，沉積石油瀝青基碳纖維增加了斷裂摩擦系數(shù)。
圖18a和18b比較了商業(yè)化產(chǎn)品，對比例E-1和實施例6-1及實施例6-2。當(dāng)使用更少量例如4磅石油瀝青基碳纖維沉積物作為沉積物或次級層時，摩擦系數(shù)比對比例E-1基底材料略高，同時實施例6-1的耐用性改進明顯。
圖19a、b和c顯示400次循環(huán)時的T-N試驗的數(shù)據(jù)。石油瀝青基碳纖維，當(dāng)用作次級層時，或者單獨或者與二氧化硅填料結(jié)合，提供功能材料，該材料具有改進的耐用性。
實施例VI在本發(fā)明再另一個實施方案中，石油瀝青基碳纖維(pp-碳纖維)還改進另外的商業(yè)化產(chǎn)品，對比例G的性能，其為極富孔隙的纖維性基底材料，該材料含約80％的纖維和約20％的填料，該填料具有非常開放的結(jié)構(gòu)。
表4基底層 次級層實施例7-1對比例G4磅pp-碳纖維實施例7-2對比例G9磅pp-碳纖維實施例7-3對比例G9磅pp-碳纖維和12磅6μ平均直徑的硅藻土填料實施例7-4對比例G9磅pp-碳纖維和12磅帶膠乳添加物的6μ平均直徑的硅藻土填料對比例G 20％填料80％填料圖20a和20b顯示對比例G和實施例7-1至7-4的T-N數(shù)據(jù)。
含4磅石油瀝青基碳纖維沉積物的實施例7-1，其比僅使用基底材料的對比例G具有略高的期望摩擦系數(shù)。另外，本發(fā)明實施例的耐用性顯著提高。
實施例VII在本發(fā)明再另一個實施方案中，使用混合沉積物或次級層制成各種配制物。不同的商品H，含同樣多孔的纖維基底層材料，而且含約80％的纖維和約20％的填料并具有開放的結(jié)構(gòu)。
完成以下實例表5基底層次級層對比例H-1對比例H18磅6μ平均直徑的硅藻土填料實施例8-1對比例H18磅6μ平均直徑的硅藻土填料；2磅，20μm的pp-碳纖維實施例8-2對比例H9磅6μ平均直徑的硅藻土填料；2磅20μm的pp-碳纖維實施例8-3對比例H9磅6μ平均直徑的硅藻土填料；2磅20μm的pp-碳纖維實施例8-4對比例H2磅6μ平均直徑的硅藻土填料；2磅20μm的pp-碳纖維對比例H-2對比例H18磅對稱形狀的摩擦顆粒圖21顯示，帶石油瀝青基碳纖維的摩擦材料對μPVT試驗沒有決定性的影響，且保持相同的摩擦水平；即，圖21顯示，正的下降斜坡，其未帶不希望的雞尾形狀。
圖22a、22b和22c顯示，0.4升/分鐘的低速油流量的T-N試驗。所有樣品顯示相似的摩擦材料系數(shù)。應(yīng)當(dāng)注意到，實施例8-4表現(xiàn)出最佳的耐用性，同時實施例8-2也顯示出出色的耐用性。這些實施例表明，少量石油瀝青基碳纖維材料作為次級層出現(xiàn)，足以改進此摩擦材料的耐用性。
本發(fā)明的摩擦材料能夠用各種類型的樹脂配制物浸漬。過去已經(jīng)發(fā)現(xiàn)以下配制物會很有用。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明所考慮的范圍內(nèi)，能夠?qū)⑵渌臉渲渲莆镉糜诒景l(fā)明。
在摩擦材料中使用各種類型的摩擦改良顆粒。在一個實施方案中，有用的摩擦改良顆粒包括二氧化硅顆粒。其它的實施方案能夠具有摩擦改良顆粒例如樹脂粉末例如酚醛樹脂、硅樹脂環(huán)氧樹脂及其混合物。再其它的實施方案可包括部分和/或完全碳化的碳粉末和/或顆粒以及它們的混合物；和這些摩擦改良顆粒的混合物。在某些實施方案中，特別有用的是二氧化硅顆粒例如，硅藻土、Celite、Celatom和/或二氧化硅。二氧化硅顆粒是廉價的無機材料，其對基底材料粘合十分牢固。二氧化硅顆粒為摩擦材料提供高摩擦系數(shù)。二氧化硅顆粒還為基底材料提供光滑摩擦表面，并為摩擦材料提供一種良好的“換檔手感”和摩擦特性，從而讓“震顫”最小。
某些實施方案中，能用不同樹脂系統(tǒng)浸漬摩擦材料。在某些實施方案中，特別有用的是，使用至少一種酚醛樹脂、至少一種改性酚醛基樹脂，至少一種硅樹脂、至少一種改性硅樹脂、至少一種環(huán)氧樹脂、至少一種改性環(huán)氧樹脂、和/或上述材料的組合。在某些另外的實施方案中，使用在相容的溶劑中與酚醛樹脂共混或混合的硅樹脂。
本發(fā)明中使用各種樹脂。在某些實施方案中，樹脂可含酚醛或酚醛基樹脂，優(yōu)選使得浸漬劑(saturant)材料以100重量份的摩擦材料計約含45-約65份重量的樹脂。在把樹脂混合物施加到纖維性基底材料上以后，并且纖維性基底材料已經(jīng)用樹脂混合物浸漬，將浸漬過的纖維性基底材料加熱到需要的溫度保溫預(yù)定時間長度，以便形成摩擦材料。在某些實施方案中，在約300°F的溫度加熱固化浸漬劑中的酚醛樹脂。當(dāng)浸漬劑中存在其它樹脂時，例如硅樹脂，該硅樹脂的熱固化溫度約400°F。此后，通過適當(dāng)?shù)姆绞?，將固化的摩擦材料粘附到需要的基底材料上?br> 有用的樹脂包括，酚醛樹脂和酚醛基樹脂。應(yīng)當(dāng)理解，包含在樹脂中的各種酚醛基樹脂混合了其它改性成分，例如環(huán)氧、丁二烯、硅氧烷、桐油、苯、腰果油等，這些酚醛基樹脂應(yīng)當(dāng)認為是對本發(fā)明有用的。在酚醛改性樹脂中，酚醛樹脂一般以樹脂共混物的約50重量％或更多(排除任何存在的溶劑)量存在。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，基于硅樹脂-酚醛樹脂混合物(排除溶劑和其它工藝酸)的重量，在某些實施方案中，當(dāng)該混合物包括含約5-約80重量％硅樹脂的樹脂共混物，且為了某些目的，約15-約55％，且某些實施方案中約15-約25％硅樹脂，則摩擦材料能獲得改進。
本發(fā)明中有用的酚醛樹脂和酚-硅樹脂的實例在以上引用的BorgWarner的美國專利中完全公開，其經(jīng)引用全部并入本發(fā)明。本發(fā)明中有用的硅樹脂包括例如熱固化硅樹脂密封劑和硅橡膠。本發(fā)明有用的硅樹脂多種多樣。具體地，一種樹脂包括二甲苯和乙酰丙酮(2，4-戊二酮)。硅樹脂的沸點約為362°F(183℃)，68°F時毫米汞柱表示的蒸汽壓為21，蒸汽密度(空氣＝1)為4.8，在水中的溶解性可忽略不計，比重約為1.09，揮發(fā)百分數(shù)，5％重量，蒸發(fā)速度(醚＝1)小于0.1，采用Pensky-Martens方法的閃點約為149°F(65℃)。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以采用其它硅樹脂。其它有用的樹脂共混物包括，例如，合適的酚醛樹脂含(重量％)約55-約60％的酚醛樹脂；約20-約25％乙醇；約10-約14％的苯酚；約3-約4％的甲醇；約0.3-約0.8％甲醛；和約10-約20％的水。另一種合適的酚醛基樹脂含(重量％)約50-約55％苯酚/甲醛樹脂；約0.5％甲醛；約11％苯酚；約30-約35％異丙醇；和約1-約5％水。
還發(fā)現(xiàn)另一種有用的樹脂是環(huán)氧改性的酚醛樹脂，該樹脂含約5-約25重量％，且優(yōu)選約10-約15重量％的環(huán)氧化合物和剩余物(排除溶劑和其它工藝酸)酚醛樹脂。在某些實施方案中，該環(huán)氧-酚醛樹脂化合物比酚醛樹脂單獨為摩擦材料提供更高的熱阻。
在某些實施方案中，優(yōu)選樹脂混合物含需要量的樹脂和摩擦改良顆粒，使得由纖維性基底材料完成的樹脂的對象拾取(target pick up)范圍在全部硅樹脂-酚醛樹脂的約25到約70％，在其它實施方案中，從約40到約65％，且在某些實施方案中，約60-至少65重量％。在纖維性基底材料用樹脂浸漬后，在300-400℃范圍的溫度固化纖維性基底材料一定時期(在某些實施方案中約1/2小時)，以便固化樹脂粘合劑并形成摩擦材料。摩擦材料的最終厚度取決于纖維性基底材料的最初厚度。
在進一步考慮中，可包括樹脂共混物制備中及纖維性基底材料制備中都會有用的已知的其它成分和加工助劑，而且在本發(fā)明的考慮范圍內(nèi)。
在某些實施方案中，樹脂混合物可以含硅樹脂和酚醛樹脂兩者，這些樹脂存在于彼此相容的各溶劑中。將這些樹脂混合在一起(在優(yōu)選實施方案中)形成均質(zhì)共混物，然后用于浸漬纖維性基底材料。在某些實施方案中，如果纖維性基底材料用酚醛樹脂浸漬然后在其后添加硅樹脂或者反過來，存在不同的效果。在硅樹脂-酚醛樹脂溶液混合物和硅樹脂粉末和/或酚醛樹脂粉末的乳液之間也存在不同。當(dāng)硅樹脂和酚醛樹脂在溶液中時，它們完全不能固化。相反，硅樹脂和酚醛樹脂的粉末顆粒被部分固化。部分固化的硅樹脂和酚醛樹脂阻止了基底材料的良好浸漬。
在本發(fā)明的某些實施方案中，用溶劑中的硅樹脂共混物浸漬纖維性基底材料，該溶劑與酚醛樹脂及其溶劑相容。在一個實施方案中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)異丙醇是特別合適的溶劑。然而將會理解，各種其它合適的溶劑，例如乙醇、甲乙酮、丁醇、異丙醇、甲苯等能在本發(fā)明的實施中采用。硅樹脂的存在，當(dāng)其與酚醛樹脂共混并用于浸漬纖維性基底材料時，導(dǎo)致所產(chǎn)生的摩擦材料比僅用酚醛樹脂浸漬的纖維性基底材料更具彈性。當(dāng)向本發(fā)明的硅樹脂-酚醛樹脂共混物浸漬的摩擦材料施加壓力時，壓力分布更加均勻，這反過來減少不平坦襯里磨損的可能性。在硅樹脂和酚醛樹脂與摩擦改良顆粒一起混合之后，將混合物用于浸漬纖維性基底材料。
本發(fā)明的摩擦材料包括在纖維性基底材料頂表面上的摩擦改良顆粒層，提供一種抗震顫特性良好、高阻力、高摩擦系數(shù)、高耐用性、耐磨性優(yōu)良而且磨合特性改進的摩擦材料。
權(quán)利要求
1.一種用于與相對的摩擦表面嚙合的摩擦材料，其包含一種纖維性基底材料，該纖維性基底材料含至少一種石油瀝青基碳纖維，該碳纖維存在于該摩擦材料的至少一個外表面上，由此，在該摩擦材料與該相對的摩擦表面嚙合期間，該石油瀝青基碳纖維與相對的摩擦表面相接觸。
2.權(quán)利要求1的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維含溶劑化的瀝青，該瀝青具有比非溶劑化狀態(tài)下的該瀝青的熔點低至少約40℃的流體溫度，其中該石油瀝青基纖維能夠加熱到碳化溫度而不熔化。
3.權(quán)利要求2的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維具有約5-約40重量％的溶劑，其中在從纖維中除去溶劑時該瀝青纖維不可熔。
4.權(quán)利要求2的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維的向纖維中心的氧擴散速率至少約等于或大于在纖維外表面的氧擴散速率。
5.權(quán)利要求4的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維的軟化點為至少約300℃。
6.權(quán)利要求1的摩擦材料，其中該摩擦材料的端點摩擦系數(shù)(E)對中點摩擦系數(shù)(M)的比約為1或更小。
7.權(quán)利要求1的摩擦材料，其中該摩擦材料含纖維性基底材料，該纖維性基底材料按重量百分數(shù)計含有約20-約60％的原纖化芳族聚酰胺纖維；約10-約30％的二氧化硅填料；約10-約20％的石墨；和約5-約20％的石油瀝青基碳纖維。
8.權(quán)利要求7的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維含有一種溶劑化瀝青，該瀝青具有比非溶劑化狀態(tài)下的相同瀝青的熔點低至少約40℃的流體溫度，其中該石油瀝青基纖維能夠加熱到碳化溫度而不熔化。
9.權(quán)利要求8的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維具有約5-約40重量％的溶劑，其中在從纖維中除去溶劑時該瀝青纖維不可熔。
10.權(quán)利要求8的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維的向纖維中心的氧擴散速率至少約等于或大于在纖維外表面的氧速率。
11.權(quán)利要求10的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維的軟化點為至少約300℃。
12.一種摩擦材料，該摩擦材料含纖維性基底材料，該纖維性基底材料按重量百分數(shù)計含有約20-約40％的原纖化芳族聚酰胺纖維；約10-約30％的二氧化硅填料；約10-約20％的石墨；約5-約20％的石油瀝青基碳纖維。
13.權(quán)利要求12的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維由溶劑化瀝青制造，該溶劑化瀝青具有比非溶劑化狀態(tài)下的相同瀝青的熔點低至少約40℃的流體溫度，其中該石油瀝青基纖維能夠加熱到碳化溫度而不熔化。
14.權(quán)利要求13的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維具有約5-約40重量％的溶劑，其中在從纖維中除去溶劑時該瀝青纖維不可熔。
15.權(quán)利要求13的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維的向纖維中心的氧擴散速率至少約等于或大于在纖維外表面的氧速率。
16.權(quán)利要求15的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維的軟化點為至少約300℃。
17.一種摩擦材料，該摩擦材料含纖維性基底材料，該纖維性基底材料按重量百分數(shù)計含有約50-約60％的芳族聚酰胺纖維；約3-約10％的二氧化硅填料；約20-約30％的石墨；和約10-約20％的石油瀝青基碳纖維。
18.權(quán)利要求17的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維由溶劑化瀝青制造，該溶劑化瀝青具有比非溶劑化狀態(tài)下的相同瀝青的熔點低至少約40℃的流體溫度，其中該石油瀝青基纖維能夠加熱到碳化溫度而不熔化。
19.權(quán)利要求18的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維具有約5-約40重量％的溶劑，其中在從纖維中除去溶劑時該瀝青纖維不可熔。
20.權(quán)利要求18的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維的向纖維中心的氧擴散速率至少約等于或大于在纖維外表面的氧速率。
21.權(quán)利要求20的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維的軟化點為至少約300℃。
22.一種摩擦材料，該摩擦材料含纖維性基底材料和次級層，該纖維性基底材料按重量百分數(shù)計含有約50-約60％的芳族聚酰胺纖維；約3-約10％的二氧化硅填料；約20-約30％的石墨；約10-約20％的石油瀝青基碳纖維；次級層基于磅/3000平方英尺的基礎(chǔ)重量含有碳顆粒及二氧化硅填料。
23.權(quán)利要求22的摩擦材料，其中以磅/3000平方英尺的基礎(chǔ)重量計，該碳顆粒存在量為約1-3磅，并且該二氧化硅摩擦材料存在量為約2-4磅。
24.權(quán)利要求22的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維由溶劑化瀝青制造，該溶劑化瀝青具有比非溶劑化狀態(tài)下的相同瀝青的熔點低至少約40℃的流體溫度，其中該石油瀝青基纖維能夠加熱到碳化溫度而不熔化。
25.權(quán)利要求24的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維具有約5-約40重量％的溶劑，其中在從纖維中除去溶劑時該瀝青纖維不可熔。
26.權(quán)利要求24的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維的向纖維中心的氧擴散速率至少約等于或大于在纖維外表面的氧速率。
27.權(quán)利要求25的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維的軟化點為至少約300℃。
28.一種摩擦材料，該摩擦材料含纖維性基底材料，該纖維性基底材料含有約50-約70％的二氧化硅摩擦改良材料和約30-約50％的纖維，其中這些纖維包括芳族聚酰胺纖維和石油瀝青基碳纖維。
29.權(quán)利要求28的摩擦材料，其中基于該摩擦材料中這些纖維的存在量，該石油瀝青基碳纖維的存在量為約5-約50％。
30.權(quán)利要求29的摩擦材料，其中基于該摩擦材料中這些纖維的存在量，該石油瀝青基碳纖維的存在量為約45-約55％。
31.權(quán)利要求29的摩擦材料，其中基于該摩擦材料中這些纖維的存在量，該石油瀝青基碳纖維的存在量為約30-約40％。
32.權(quán)利要求29的摩擦材料，其中基于該摩擦材料中這些纖維的存在量，該石油瀝青基碳纖維的存在量為約10-約20％。
33.權(quán)利要求29的摩擦材料，其中基于該摩擦材料中這些纖維的存在量，該石油瀝青基碳纖維的存在量為約3-約7％。
34.權(quán)利要求28的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維由溶劑化瀝青制造，該溶劑化瀝青具有比非溶劑化狀態(tài)下的相同瀝青的熔點低至少約40℃的流體溫度，其中該石油瀝青基纖維能夠加熱到碳化溫度而不熔化。
35.權(quán)利要求29的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維具有約5-約40重量％的溶劑，其中在從纖維中除去溶劑時該瀝青纖維不可熔。
36.權(quán)利要求29的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維的向纖維中心的氧擴散速率至少約等于或大于在纖維外表面的氧速率。
37.權(quán)利要求29的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維的軟化點為至少約300℃。
38.一種摩擦材料，該摩擦材料含有初始層和次級層，該初始層含一種纖維性基底材料，該次級層含有石油瀝青基碳纖維。
39.權(quán)利要求38的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維的平均長度為約10-約150微米。
40.權(quán)利要求38的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維的平均長度為約150-約250微米。
41.權(quán)利要求39的摩擦材料，其中在該初始層上沉積約9磅/3000平方英尺的石油瀝青基碳纖維。
42.權(quán)利要求40的摩擦材料，其中在該初始層上沉積約9磅/3000平方英尺的石油瀝青基碳纖維。
43.權(quán)利要求38的摩擦材料，其中該初始層按重量百分數(shù)計含有約10-約15％的棉纖維；約35-約45％的芳族聚酰胺纖維；約3-約10％的非石油瀝青基碳纖維；約10-約20％碳顆粒，和約25-約35％的硅藻土摩擦改良材料。
44.權(quán)利要求38的摩擦材料，其中該初始層按重量百分數(shù)計含有約5-約20％棉纖維；約10-約50％的芳族聚酰胺纖維；約10-約35％碳顆粒；和約2-約15％的非石油瀝青基碳纖維。
45.權(quán)利要求38的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維由溶劑化瀝青制造，該溶劑化瀝青具有比非溶劑化次態(tài)下的相同瀝青的熔點低至少約40℃的流體溫度，其中該石油瀝青基纖維能夠加熱到碳化溫度而不熔化。
46.權(quán)利要求39的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維具有約5-約40重量％的溶劑，其中在從纖維中除去溶劑時該瀝青纖維不可熔。
47.權(quán)利要求39的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維的向纖維中心的氧擴散速率約等于或大于在纖維外表面的氧速率。
48.權(quán)利要求41的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維的軟化點為至少約300℃。
49.一種摩擦材料，其包括含纖維性基底材料的初始層，作為次級層沉積在該初始層上的約3-約10磅/3000平方英尺的石油瀝青基碳纖維。
50.權(quán)利要求49的摩擦材料，進一步包括約8-約15磅/3000平方英尺的平均直徑約6微米的硅藻土摩擦改良材料。
51.權(quán)利要求50的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維具有約10-約30微米的平均長度。
52.權(quán)利要求49的摩擦材料，其中該初始層按重量百分數(shù)計含有約10-約15％的棉纖維；約35-約35％的芳族聚酰胺纖維；約3-約10％的非石油瀝青基碳纖維；約10-約20％碳顆粒；約25-約35％的硅藻土摩擦改良顆粒。
53.權(quán)利要求49的摩擦材料，其中該初始基底層按重量百分數(shù)計含有約15-約25％的棉纖維；約35-約45％的芳族聚酰胺纖維；約3-約10％的非石油瀝青基碳纖維；約10-約20％碳顆粒；和約25-約35％的硅藻土摩擦改良顆粒。
54.權(quán)利要求49的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維含有溶劑化瀝青，該溶劑化瀝青具有比非溶劑化狀態(tài)下的相同瀝青的熔點低至少約40℃的流體溫度，其中該石油瀝青基纖維能夠加熱到碳化溫度而不熔化。
55.權(quán)利要求50的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維具有約5-約40重量％的溶劑，其中在從纖維中除去溶劑時該瀝青纖維不可熔。
56.權(quán)利要求50的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維的向纖維中心的氧擴散速率約等于或大于在纖維外表面的氧速率。
57.權(quán)利要求52的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維的軟化點為至少約300℃。
58.一種摩擦材料，其含多孔纖維性基底材料初始層和構(gòu)成如下的次級層約1-約5磅/3000磅/平方英尺的石油瀝青基碳纖維；和約1-約20％磅/3000磅/平方英尺的摩擦改良材料。
59.權(quán)利要求58的摩擦材料，其中該摩擦改良顆粒含有二氧化硅顆粒。
60.權(quán)利要求59的摩擦材料，其中該二氧化硅摩擦改良材料含下列物質(zhì)中的至少一種硅藻土摩擦材料，平均直徑約6微米的二氧化硅摩擦材料，平均直徑尺寸為約0.1-約0.5微米的二氧化硅摩擦材料，及其混合物。
61.權(quán)利要求59的摩擦材料，其中該二氧化硅摩擦改良材料含規(guī)則或?qū)ΨQ圓盤形的顆粒。
62.權(quán)利要求58的摩擦材料，其中該次級層具有約60-約100μm的厚度。
63.權(quán)利要求58的摩擦材料，其中該摩擦改良顆粒的平均直徑大小為約0.1-約80微米。
64.權(quán)利要求58的摩擦材料，其中該摩擦改良顆粒的平均直徑大小為約0.5-約20微米。
65.權(quán)利要求58的摩擦材料，其中該纖維性基底材料的平均空隙體積為約50％-約85％。
66.權(quán)利要求59的摩擦材料，其中該摩擦改良顆粒含硅藻土顆粒。
67.權(quán)利要求59的摩擦材料，其中該摩擦改良顆粒含硅藻土。
68.權(quán)利要求66的摩擦材料，其中該硅藻土具有不規(guī)則的形狀。
69.權(quán)利要求68的摩擦材料，其中該硅藻土顆粒地大小為約2-約20μm。
70.權(quán)利要求58的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維由溶劑化瀝青制造，該溶劑化瀝青具有比非溶劑化狀態(tài)下的相同瀝青的熔點低至少約40℃的流體溫度，其中該石油瀝青基纖維能夠加熱到碳化溫度而不熔化。
71.權(quán)利要求59的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維具有約5-約40重量％的溶劑，其中在從纖維中除去溶劑時該瀝青纖維不可熔。
72.權(quán)利要求59的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維的向纖維中心的氧擴散速率約等于或大于在纖維外表面的氧速率。
73.權(quán)利要求72的摩擦材料，其中該石油瀝青基碳纖維的軟化點為至少約300℃。
全文摘要
一種摩擦材料，包括纖維性基底材料，其含至少一種類型的石油瀝青基碳纖維。
文檔編號C09K3/14GK1499100SQ200310102610
公開日2004年5月26日 申請日期2003年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月24日
發(fā)明者峰 董, 董峰 申請人:博格華納公司