專利名稱：包含摩擦改性層的摩擦材料用浸漬劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及摩擦材料用浸漬劑(saturant)，摩擦材料在浸漬劑自身中包括至少一種摩擦改性顆粒。本發(fā)明的摩擦材料具有高摩擦系數(shù)特性和極其高的耐熱性。該摩擦材料還具有提高的強(qiáng)度、耐磨性和抗噪性。
背景技術(shù)：
汽車工業(yè)正發(fā)展新的先進(jìn)連續(xù)扭矩傳遞系統(tǒng)，具有連續(xù)滑動(dòng)扭矩轉(zhuǎn)換器和換檔離合器系統(tǒng)。這些新系統(tǒng)往往涉及到高能量需求。因此，還必須發(fā)展摩擦材料技術(shù)以滿足這些先進(jìn)系統(tǒng)日益增加的能量需求。
尤其需要新的高性能耐用摩擦材料。新摩擦材料必須能承受高速度，其中表面速度達(dá)到約65m/s。另外，該摩擦材料必須能承受高達(dá)約1500psi的高對(duì)向襯面壓力(facing lining pressure)。該摩擦材料在有限的潤滑條件下有用也是重要的。
為了在先進(jìn)系統(tǒng)中有用，摩擦材料必須耐用并具有高耐熱性。摩擦材料不僅必須在高溫下保持穩(wěn)定，而且還必須能快速散逸在運(yùn)行條件下產(chǎn)生的高熱量。
在新系統(tǒng)的嚙合和脫離過程中產(chǎn)生的高速度意味著摩擦材料必須能在整個(gè)嚙合過程中保持相對(duì)固定的摩擦。重要的是摩擦嚙合應(yīng)在寬范圍的速度和溫度內(nèi)相對(duì)固定，以便最小化剎車過程中材料的“抖動(dòng)”或從一個(gè)排擋動(dòng)力換檔到另一個(gè)過程中傳遞系統(tǒng)的“抖動(dòng)”。摩擦材料具有理想的扭矩曲線形狀也是重要的，從而在摩擦嚙合過程中，摩擦材料無噪聲或“嘎嘎聲”。
特別地，傳遞和扭矩需求系統(tǒng)結(jié)合滑動(dòng)離合器主要為了燃料效率和駕駛舒適性。滑動(dòng)離合器在這些系統(tǒng)內(nèi)的角色從車輛起動(dòng)裝置如濕式起動(dòng)離合器變化到扭矩轉(zhuǎn)換器離合器。根據(jù)運(yùn)行條件，滑動(dòng)離合器可被分成三個(gè)基本類別(1)低壓高滑動(dòng)速度離合器，如濕式起動(dòng)離合器；(2)高壓低滑動(dòng)速度離合器，如轉(zhuǎn)換器離合器；和(3)超低壓低滑動(dòng)速度離合器，如空擋慢速離合器。
所有滑動(dòng)離合器應(yīng)用所關(guān)心的主要性能是防止抖動(dòng)和摩擦界面的能量管理。抖動(dòng)的發(fā)生可歸因于許多因素，包括摩擦材料的摩擦特性、配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、離合器運(yùn)行條件、傳動(dòng)系統(tǒng)裝置和硬件排列，和傳動(dòng)系統(tǒng)污染。摩擦界面能量管理主要與控制界面溫度有關(guān)，并受泵容量、油流路和控制策略影響。摩擦材料表面設(shè)計(jì)還有助于界面能量管理的效率。
以前，為了溫度穩(wěn)定性，在摩擦材料中包括石棉纖維。由于健康和環(huán)境問題，不再使用石棉。最近的摩擦材料已嘗試通過用酚醛或酚醛改性樹脂改性浸漬紙或纖維材料來克服石棉的缺乏。但是，這些摩擦材料不能迅速地散逸產(chǎn)生的高熱量，并且沒有目前發(fā)展的高速系統(tǒng)中應(yīng)用正需要的必要耐熱性和令人滿意的高摩擦系數(shù)性能。
Kearsey的美國專利5585166描述了具有多孔襯底層(纖維素和合成纖維、填料和熱固性樹脂)和多孔摩擦層(在熱固性樹脂中的無紡合成纖維)的多層摩擦襯里，其中摩擦層比襯底層具有較高的孔隙率。
Seiz的美國專利5083650文獻(xiàn)涉及多步驟浸漬和固化工藝；即用涂料組合物浸漬紙，碳顆粒被放在紙上，紙中的涂料組合物被部分固化，將第二涂料組合物施加到部分固化的紙上，最后，固化兩種涂料組合物。
已開發(fā)了與本文受讓人BorgWarner Inc.共有的各種紙基纖維材料用于摩擦材料。這些文獻(xiàn)和本文提到的所有文獻(xiàn)都被全文引入作為參考。
特別地，Lam等人的美國專利5998307涉及一種摩擦材料，具有用可固化樹脂浸漬的原纖維基材料，其中多孔第一層包括至少一種纖維材料，第二層包括覆蓋第一層至少約3-約90％表面的碳顆粒。
Lam等人的美國專利5858883涉及一種基底材料，具有原纖化較少的芳族聚酰胺纖維、合成石墨和填料的第一層，和在第一層表面上包括碳顆粒的第二層。
Lam等人的美國專利5856224涉及一種摩擦材料，包括用可固化樹脂浸漬的基底。第一層包括原纖化較少的芳族聚酰胺纖維、合成石墨和填料；第二層包括碳顆粒和助留劑。
Lam等人的美國專利5958507涉及一種制造摩擦材料的方法，其中纖維材料的至少一個(gè)表面涂有碳顆粒，纖維材料包括原纖化較少的芳族聚酰胺纖維。
Lam的美國專利6001750涉及一種摩擦材料，包括用可固化樹脂浸漬的纖維基材料。多孔第一層包括原纖化較少的芳族聚酰胺纖維、碳顆粒、碳纖維、填料材料、酚醛諾沃洛伊德類纖維和任選的棉纖維。第二層包括碳顆粒，其覆蓋表面的約3-約90％。
還一共有的專利申請(qǐng)序列號(hào)09/707274涉及紙類摩擦材料，具有多孔第一纖維底層，摩擦改性顆粒覆蓋第一層約3-約90％的表面積。
另外，各種紙基纖維基底材料描述在共有人BorgWarner Inc.和Lam等人的美國專利5753356和5707905中，它們描述了包括原纖化較少的芳族聚酰胺纖維、合成石墨和填料的基底材料，該文獻(xiàn)也被全文引入作為參考。
另一共有專利，Lam的美國專利6130176涉及非金屬紙基纖維基底材料，包括原纖化較少的芳族聚酰胺纖維、碳纖維、碳顆粒和填料。
其它共有和同時(shí)另案待審的專利申請(qǐng)，2002年8月30日提交的序列號(hào)10/233318、2002年9月4日提交的10/234976和2002年8月13日提交的10/218091都涉及改進(jìn)的摩擦材料，但直到本申請(qǐng)為止，沒有人要求改進(jìn)的浸漬劑自身。
對(duì)于各類摩擦材料，為了在“濕式”應(yīng)用中有用，摩擦材料必須具有各式各樣的可接受特性。摩擦材料必須具有良好的抗抖動(dòng)特性；具有高耐熱性和能快速散逸熱；并具有長期持久的穩(wěn)定和一致摩擦性能。如果這些特性中的任何一個(gè)不能滿足，則不能達(dá)到摩擦材料的最佳性能。
另外重要的是應(yīng)在摩擦材料中使用合適的浸漬樹脂，以便形成高能量應(yīng)用摩擦材料。當(dāng)摩擦材料在使用過程中充滿剎車液或傳動(dòng)油時(shí)，摩擦材料在使用過程中必須具有良好的剪切強(qiáng)度。
據(jù)我所知，沒有公開用于傳遞系統(tǒng)的摩擦材料用浸漬劑包括其中摩擦改性材料百分比高的可固化樹脂材料。另外，據(jù)我所知，也沒有公開形成摩擦改性顆粒層作為摩擦材料頂面的這類浸漬劑材料。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供改進(jìn)的摩擦材料用浸漬劑，以提供與現(xiàn)有技術(shù)那些相比具有可靠和改進(jìn)性能的這種摩擦材料。
本發(fā)明的又一目的是提供一種浸漬劑，其給予摩擦材料改進(jìn)的“抗抖動(dòng)”、耐“熱點(diǎn)”、高耐熱性、高摩擦穩(wěn)定性和耐用性，和強(qiáng)度。


圖1a為顯示摩擦材料的示意圖，該摩擦材料具有纖維基底材料和至少一種形成頂層的摩擦改性顆粒，頂層使用包含摩擦改性材料的浸漬劑形成。
圖1b和1c為SEM圖。圖1b顯示摩擦材料實(shí)施例1，該摩擦材料包括基底材料和其中具有摩擦改性材料的浸漬劑材料，圖1c顯示對(duì)比例C。
圖2a-2d為放大500倍時(shí)沉積物表面的SEM圖；圖2a顯示對(duì)比例A；圖2b顯示對(duì)比B；圖2c顯示對(duì)比例C；圖2d顯示實(shí)施例1。
圖3a-d為放大100倍時(shí)沉積物表面的SEM圖；圖3a和3b顯示對(duì)比例C；圖3c和3d顯示實(shí)施例1。
圖4為顯示對(duì)比例C在10、50、100、500、1000、2000、3000和4000次循環(huán)時(shí)濕式起動(dòng)離合器臺(tái)架評(píng)價(jià)的系列圖。
圖5為實(shí)施例1在10、50、100、500、1000、2000、3000和4000次循環(huán)時(shí)濕式起動(dòng)離合器臺(tái)架評(píng)價(jià)的系列圖。
圖6a-d為顯示中點(diǎn)摩擦系數(shù)的有槽材料中實(shí)施例1和對(duì)比例C的T-N圖。
圖7為實(shí)施例1和對(duì)比例C關(guān)于模壓有槽材料的斜率對(duì)滑動(dòng)時(shí)間的圖。
圖8為具有規(guī)則幾何形狀的摩擦改性材料頂層的摩擦材料示意圖。
圖9為基底材料上規(guī)則形狀Celite摩擦改性顆粒圓盤的SEM圖。
圖10為對(duì)比例A’和對(duì)比例C’μ-v斜率對(duì)滑動(dòng)時(shí)間的圖。
圖11a為對(duì)比例A’低級(jí)油流動(dòng)數(shù)據(jù)的圖；圖11b為具有非常好的抗抖動(dòng)特性的實(shí)施例2的低級(jí)油流動(dòng)數(shù)據(jù)的圖。
圖12a和12b為每層80微米處實(shí)施例2材料切片樣品的光學(xué)圖；圖12a顯示前視圖，圖12b顯示后視圖。
圖13a和13b為每層100微米處實(shí)施例2材料切片樣品的光學(xué)圖；圖13a顯示前視圖，圖13b顯示后視圖。
圖14a為顯示具有纖維基底和摩擦改性顆粒的現(xiàn)有技術(shù)摩擦材料的示意圖。
圖14b-14e為顯示顆粒相對(duì)大小的示意圖圖14b-10-15微米的典型纖維直徑；圖14c-10-20微米的硅藻土顆粒典型平均尺寸；圖14d 0.01微米的納米顆粒尺寸。圖14e為在纖維表面上具有納米顆粒的纖維示意圖。
圖15a為本發(fā)明的納米顆粒摩擦材料在放大5000倍時(shí)的SEM圖；圖15b為本發(fā)明的納米顆粒摩擦材料在放大500倍時(shí)的SEM圖。
圖16a-16d為本發(fā)明的摩擦材料在10、50、100、500、1000、2000、3000和4000次循環(huán)時(shí)濕式起動(dòng)離合器臺(tái)架評(píng)價(jià)的系列圖(空?qǐng)A線實(shí)施例3(顯示表面上一種納米顆粒的優(yōu)化濃度)和實(shí)方塊線對(duì)比摩擦材料)。圖16a顯示初始摩擦系數(shù)；圖16b顯示中間摩擦系數(shù)；圖16c顯示最后摩擦系數(shù)；圖16d顯示最后/中間比。
圖17為顯示S31試驗(yàn)結(jié)果的圖，比較摩擦系數(shù)對(duì)速度(rpm)初始系數(shù)—對(duì)比材料(實(shí)圓)；初始系數(shù)—實(shí)施例3(實(shí)方塊)；臺(tái)架試驗(yàn)后—對(duì)比材料(空?qǐng)A)；和臺(tái)架試驗(yàn)后—實(shí)施例3發(fā)明(空方塊塊)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及摩擦材料用浸漬劑。特別地，使用浸漬劑浸漬纖維基底材料使得摩擦改性顆粒層形成為基底材料的頂面。浸漬劑的組成使得在將浸漬劑施加到基底材料時(shí)形成樹脂和摩擦改性顆粒的基質(zhì)。基質(zhì)以這樣的方式形成，即樹脂材料基本均勻地分散在整個(gè)基底材料中，而多數(shù)摩擦改性材料沉積為基底材料頂面上的涂層。
在一些實(shí)施方案中，在浸漬劑中使用所需量的摩擦改性顆粒，使得頂層具有約30-200μm的平均厚度，并且頂層具有比第一層低的滲透率。在這種實(shí)施方案中，摩擦改性顆粒層可具有約60-約100μm的優(yōu)選厚度。
在其它實(shí)施方案中，浸漬劑包含所需量的摩擦改性顆粒，使得頂層具有基本類似于基底材料的滲透率。
本發(fā)明的浸漬劑使摩擦改性顆粒沉積在單獨(dú)的纖維上，或如果是無紡布材料的話，沉積在基底材料表面的隨機(jī)隔開部分上。這種浸漬劑的使用提供了具有多孔或膨松松散結(jié)構(gòu)的摩擦材料。該摩擦材料具有極其好的耐熱性和摩擦系數(shù)特性，這使得摩擦材料能在熱和機(jī)械應(yīng)力下響應(yīng)良好。
在另一實(shí)施方案中，當(dāng)基底材料用浸漬劑浸漬時(shí)，浸漬劑使纖維基底材料保留了“大孔”特性。在這種實(shí)施方案中，纖維基底材料具有部分未被摩擦改性材料覆蓋的表面。大孔使摩擦改性材料沉入到基底材料的空隙或間隙內(nèi)。在本發(fā)明的大孔摩擦材料中，大孔使流體中的污染物容易地通過。
另外，在一些實(shí)施方案中，浸漬劑包括平均尺寸為約0.1-約80微米的所需摩擦改性顆粒，在一些實(shí)施方案中，摩擦改性顆粒具有約0.5-約20微米的平均尺寸，在一些其它實(shí)施方案中，具有約0.1-約0.15微米的平均尺寸。纖維基底材料可具有約50％-約85％的平均空隙體積。
在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，浸漬劑中的摩擦改性顆粒包括二氧化硅顆粒如Celite顆粒、硅藻土，和/或碳顆粒和二氧化硅顆粒的混合物。
具體實(shí)施例方式
為了達(dá)到上述要求，評(píng)價(jià)了多種摩擦材料用浸漬劑在類似于運(yùn)行中遇到的那些條件下的摩擦和耐熱特性。研究了市售摩擦材料用浸漬劑，并證實(shí)不適用于高能量應(yīng)用。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，當(dāng)用本發(fā)明的浸漬劑浸漬具有纖維基底材料的摩擦材料時(shí)，在纖維基底材料的頂面或外表面上形成摩擦改性材料的基本均勻?qū)?。在一些方面中，纖維基底材料層比摩擦改性顆粒頂層更多孔。另外，在本發(fā)明的一個(gè)特定方面中，頂層在徑向和法線方向上的滲透率比纖維基底材料層都低。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，纖維基底材料平均空隙體積為約50％-約85％。在一些實(shí)施方案中，纖維基底材料具有約5μm的平均孔/空隙/間隙直徑。
另外，在一些實(shí)施方案中，浸漬劑包括預(yù)定量的摩擦改性顆粒，該摩擦改性顆粒包括二氧化硅、Celite顆粒，在一些其它實(shí)施方案中，包括硅藻土。在本發(fā)明的一個(gè)特定方面，摩擦改性顆粒包括具有不規(guī)則形狀的Celite。在又一實(shí)施方案中，摩擦改性顆粒可包括碳顆粒和二氧化硅顆粒的混合物。在還一實(shí)施方案中，摩擦改性顆粒還可包括其它摩擦改性顆粒如金屬氧化物、氮化物、碳化物和它們的混合物。在本發(fā)明考慮范圍內(nèi)的這些實(shí)施方案可包括例如硅氧化物、鐵氧化物、鋁氧化物、鈦氧化物等；硅氮化物、鐵氮化物、鋁氮化物、鈦氮化物等；和硅碳化物、鐵碳化物、鋁碳化物、鈦碳化物等。
可用本發(fā)明的浸漬劑浸漬各種纖維基底材料，包括例如非石棉纖維基底材料，包括例如紡織材料、織物材料和/或無紡材料。合適的纖維基底材料包括例如纖維和填料。纖維可為有機(jī)纖維、無機(jī)纖維和碳纖維。有機(jī)纖維可為芳族聚酰胺纖維，如原纖化的和/或未原纖化的芳族聚酰胺纖維、丙烯酸纖維、聚酯纖維、尼龍纖維、聚酰胺纖維、棉/纖維素纖維等。填料可為例如二氧化硅、硅藻土、石墨、氧化鋁、槚如堅(jiān)果粉等。
在其它實(shí)施方案中，纖維基底材料可包括纖維織物材料、纖維無紡材料和紙材料。另外，本發(fā)明中使用的各種纖維基底材料的例子公開在上面引用的BorgWarner的美國專利中，本文全文引入其作為參考。但是，應(yīng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的其它實(shí)施方案也可包括不同的纖維基底材料。
在一些實(shí)施方案中，摩擦材料包括其中具有大量空隙或間隙的纖維基底材料。纖維基底材料中空隙的尺寸可在約0.5μm至約20μm的范圍內(nèi)。
在一些實(shí)施方案中，纖維基底材料優(yōu)選具有約50-約60％的空隙體積，使得纖維基底材料與“多孔”織物材料相比被視為“致密的”。
在一些實(shí)施方案中，浸漬劑材料還包括至少部分填充纖維基底材料中空隙的樹脂材料。該樹脂材料基本均勻地分散在纖維基底材料的整個(gè)厚度中。
因此，在一些實(shí)施方案中，用本發(fā)明的浸漬劑浸漬的摩擦材料在纖維基底材料的第一或頂表面上具有摩擦改性顆粒頂層或第二層。摩擦改性材料作為纖維基底材料上頂層的存在為摩擦材料提供了許多有利的性能，包括良好的持油性(oil retention)性能。
在一些實(shí)施方案中，纖維基底材料包括這樣的纖維基底材料，其中在纖維基底材料中使用原纖化較少的纖維和碳纖維以為摩擦材料提供理想的孔結(jié)構(gòu)。纖維幾何形狀不僅提供了提高的耐熱性，而且提供了抗分層性和抗嘯聲或噪聲性能。另外，在一些實(shí)施方案中，碳纖維和碳顆粒的存在有助于纖維基底材料提高耐熱性、保持穩(wěn)定的摩擦系數(shù)和提高抗嘯聲性能。可在纖維基底材料中包括相對(duì)少量的棉纖維以改進(jìn)摩擦材料離合器的“磨合(break in)”特性。
纖維基底材料中原纖化較少的芳族聚酰胺纖維和碳纖維的使用提高了摩擦材料承受高溫的能力。原纖化較少的芳族聚酰胺纖維通常其與芯纖維連接的原纖維較少。原纖化較少的芳族聚酰胺纖維的使用提供了具有更多孔結(jié)構(gòu)的摩擦材料，即比如果使用典型的原纖化的芳族聚酰胺纖維有較大的孔。多孔結(jié)構(gòu)一般用孔尺寸和液體滲透率表示。在一些實(shí)施方案中，纖維基底材料限定孔直徑平均尺寸為約2.0-約25微米，在一些實(shí)施方案中，為約2-約10微米。在一些實(shí)施方案中，平均孔直徑尺寸為約2.5-約8微米，在一些實(shí)施方案中，為約5-約8微米，并且該摩擦材料具有至少約50％的易用空隙率，在一些實(shí)施方案中，為至少約60％或更高。
另外，在一些實(shí)施方案中，希望芳族聚酰胺纖維具有約0.5-約10mm的長度和大于約300的加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度(CSF)。在一些實(shí)施方案中，還希望使用CSF為約450-約550、優(yōu)選約530和更大的原纖化較少的芳族聚酰胺纖維，在其它一些實(shí)施方案中，CSF為約580-650和以上，并優(yōu)選約650和以上。相反，原纖化較多的纖維如芳族聚酸胺紙漿具有約285-290的游離度。
“加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度”(T227om-85)指纖維的原纖化程度可被描述為纖維游離度的量度。CSF測試為經(jīng)驗(yàn)過程，其給出3克纖維在1升水中的懸浮液被排出速度的任意測量。因此，原纖化較少的芳族聚酰胺纖維比原纖化較多的芳族聚酰胺纖維或紙漿具有較高的自由度或較高的流體從摩擦材料中排出的速度。包含CSF范圍為約430-650(在一些實(shí)施方案中，優(yōu)選約580-640，或優(yōu)選約620-640)的芳族聚酰胺纖維的摩擦材料能提供比常規(guī)包含原纖化較多的芳族聚酰胺纖維的摩擦材料更優(yōu)異的摩擦性能和更好的材料性能。較長的纖維長度和高加拿大自由度一起為摩擦材料提供了高強(qiáng)度、高孔隙率和良好的耐磨性。原纖化較少的芳族聚酰胺纖維(CSF約530-約650)具有尤其好的長期耐用性和穩(wěn)定的摩擦系數(shù)。
在本發(fā)明的纖維基底材料第一層中也可使用各種填料。尤其是二氧化硅填料如硅藻土是有用的。但是，考慮到其它類型的填料也適用于本發(fā)明，填料的選擇取決于摩擦材料的具體要求。
在一些實(shí)施方案中，棉纖維被加入到本發(fā)明的纖維基底材料中，以給予纖維材料更高的摩擦系數(shù)。在一些實(shí)施方案中，約5-約20％，和在一些實(shí)施方案中，約10％的棉也可被加入到纖維基底材料中。
纖維基底材料第一層配方的一個(gè)例子如上面引入作為參考的美國專利6130176中所述，其包含約10-約50wt％的原纖化較少的芳族聚酰胺纖維；約10-約35wt％的活性炭顆粒；約5-約20wt％的棉纖維，約2-約15wt％的碳纖維；和約10-約35wt％的填料材料。
在一些其它實(shí)施方案中，發(fā)現(xiàn)一種特定的配方是有用的，該配方包含約35-約45wt％的原纖化較少的芳族聚酰胺纖維；約10-約20wt％的活性炭顆粒；約5-約15％的棉纖維，約2-約20wt％的碳纖維；和約25-約35wt％的填料。
在又一其它實(shí)施方案中，基底材料包含約15-約25％的棉，約40-約50％的芳族聚酰胺纖維，約10-約20％的碳纖維，約5-約15％的碳顆粒，約5-約15％的Celite，和任選添加的約1-約3％的乳膠。
當(dāng)纖維基底材料具有較高的平均孔直徑和流體滲透率時(shí)，摩擦材料由于傳動(dòng)液更好地自動(dòng)流過摩擦材料的多孔結(jié)構(gòu)而更可能變冷或產(chǎn)生較少的熱。在傳遞系統(tǒng)運(yùn)行過程中，流體往往隨著時(shí)間的流逝而分解并形成“油沉渣(oil deposit)”，尤其在高溫下。這些“油沉渣”降低了氣孔大小。因此，當(dāng)摩擦材料最初以較大的孔開始時(shí)，在摩擦材料的有效使用期限內(nèi)仍保留有較多的開孔。
纖維基底材料頂面上的摩擦改性顆粒為得到的摩擦材料提供改進(jìn)的三維結(jié)構(gòu)。
在頂部摩擦改性顆粒層上的油或流體層保持油膜在表面上，從而使得油或流體最初更難以滲透到摩擦材料內(nèi)。頂部摩擦改性材料層保持液體潤滑劑在表面上，并提高了摩擦材料的持油能力。本發(fā)明的摩擦材料因此能使油膜保持在其表面上。這還提供了良好的摩擦系數(shù)特性和良好的滑動(dòng)持久(slip durability)特性。
在一些實(shí)施方案中，形成頂層的摩擦改性顆粒的平均覆蓋面積在表面面積的約80-約100％范圍內(nèi)。在一些其它實(shí)施方案中，平均覆蓋面積為約90-約100％。摩擦改性顆?；颈３衷诨撞牧系捻斆嫔希瑑?yōu)選的平均厚度為約35-約200μm。在一些實(shí)施方案中，頂層的優(yōu)選平均厚度為約60-約100微米。
纖維基底材料表面上摩擦改性顆粒沉積層的均勻性通過使用直徑約0.1-約80微米的顆粒尺寸獲得，在一些實(shí)施方案中，直徑為約0.5-約20微米，在其它一些實(shí)施方案中，直徑為約0.1-約0.5微米。在一些實(shí)施方案中，顆粒具有約12μm的平均顆粒直徑。在一些實(shí)施方案中，發(fā)現(xiàn)如果摩擦改性顆粒尺寸太大或太小，就不能獲得所需的最佳三維結(jié)構(gòu)，并且因此熱散逸和抗抖動(dòng)(antishudder)特性不是最優(yōu)。
摩擦改性顆粒在纖維基底材料上的覆蓋量充分厚，從而摩擦改性顆粒層具有由摩擦改性材料的單獨(dú)顆粒和單獨(dú)顆粒之間的空隙或間隙組成的三維結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，頂層(摩擦改性顆粒)比較低層(纖維基底材料)的多孔性差。
各種摩擦改性顆?？捎糜谀Σ敛牧现?。在一種實(shí)施方案中，有用的摩擦改性顆粒包括二氧化硅顆粒。其它實(shí)施方案可具有摩擦改性顆粒如樹脂粉末如酚醛樹脂、有機(jī)硅樹脂、環(huán)氧樹脂和它們的混合物。還有其它實(shí)施方案可包括部分和/或完全碳化的碳粉末和/或顆粒和它們的混合物；和這類摩擦改性顆粒的混合物。在一些實(shí)施方案中，二氧化硅顆粒如硅藻土、Celite、Celatom和/或二氧化硅尤其有用。二氧化硅顆粒是能有力粘合到基底材料的廉價(jià)無機(jī)材料。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的摩擦表面，并為摩擦材料提供良好的“換檔感覺(shift feel)”和摩擦特性，從而使任何“抖動(dòng)”最小。
在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明浸漬劑中的摩擦改性材料可具有不規(guī)則形狀。不規(guī)則形狀的摩擦改性顆粒由于不規(guī)則形狀摩擦改性顆粒表面上大量內(nèi)陷的毛細(xì)作用而用于在纖維基底材料表面處保持所需量的潤滑劑。在一些實(shí)施方案中，二氧化硅材料如Celite用作摩擦改性材料，因?yàn)镃elite具有不規(guī)則或粗糙表面。
在其它方面，本發(fā)明浸漬劑中使用的摩擦改性材料可具有優(yōu)選的幾何形狀，如對(duì)稱幾何形狀。有對(duì)稱幾何形狀的摩擦改性顆粒由于對(duì)稱形狀的摩擦改性顆粒堆疊層的微觀硬固體規(guī)則山-谷型表面形貌而用于在摩擦表面保持一定數(shù)量的潤滑劑，并沿摩擦表面形成油流的通道。在一些實(shí)施方案中，Celite用作摩擦改性材料，因?yàn)镃elite一般具有對(duì)稱形狀。使用時(shí)，頂部幾何形狀的摩擦改性顆粒層上的油或流體層保持油流膜在表面上，從而使油或流體開始難以滲透到摩擦材料內(nèi)。頂部摩擦改性材料層保持液體潤滑劑在表面上，并提高摩擦材料的持油能力。保持在摩擦材料表面上的這種油膜為摩擦材料提供了良好的摩擦系數(shù)特性和良好的滑動(dòng)持久特性。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，按如下制備摩擦材料混合包括至少一種可固化樹脂材料和至少一種摩擦改性顆粒的混合物的浸漬劑材料，制備到處分散有大量間隙的多孔基底材料，和用浸漬劑材料浸漬多孔基底材料，借此大量摩擦改性顆粒至少部分沉積在包括基底材料的單獨(dú)纖維上，并且借此樹脂材料基本均勻地分散在整個(gè)基底材料內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，摩擦改性顆粒在基底材料的至少一面上形成多孔頂層。
在一些其它實(shí)施方案中，浸漬劑使纖維材料具有部分未被摩擦改性材料覆蓋的表面。大孔使摩擦改性材料能沉入到基底材料的空隙或間隙內(nèi)。在大孔摩擦材料中，大孔使流體中的污染物容易通過。由于潤滑油隨時(shí)間的流逝變質(zhì)，因此產(chǎn)生殘?jiān)?。本發(fā)明的摩擦材料使摩擦材料的摩擦行為穩(wěn)定。
在另外的其它實(shí)施方案中，浸漬劑可包括納米顆粒大小的摩擦改性顆粒。納米顆粒大小的摩擦改性顆粒具有約10nm-約150nm的平均直徑尺寸。在一些實(shí)施方案中，納米顆粒層覆蓋基底材料面積的約3-約99％，在另外的實(shí)施方案中，納米顆粒覆蓋基底材料面積的約3-約20％。
另外，在一些實(shí)施方案中，納米顆粒至少部分覆蓋基底材料的單獨(dú)纖維和/或填料成分。納米顆粒層沉積在纖維摩擦基底材料上，從而基底纖維層可被納米顆粒完全覆蓋。在其它納米顆粒浸漬的摩擦材料中，單獨(dú)纖維和/或填料成分部分被納米顆粒覆蓋。在任何一種實(shí)施方案中，納米顆粒都滲透到內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)并粘著到基底材料的纖維和/或填料成分上。
盡管不希望受理論約束，但認(rèn)為納米顆粒在粘著到基底材料的纖維和/或填料上時(shí)，為摩擦材料提供了附加的機(jī)械強(qiáng)度和摩擦特性的提高。納米顆粒粘著到基底材料中存在的纖維和/或填料表面上，是由于它們極其小的尺寸，和由于與納米顆粒相比纖維/填料自身提供的相對(duì)大表面面積。與基底材料中的纖維/填料相比，納米顆粒的極其小尺寸使納米顆?；揪鶆虻胤植荚诨撞牧铣煞?即例如纖維和/或填料)的表面上。
沉積這類納米顆粒到表面上的浸漬劑的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于所得摩擦材料的摩擦性能得到提高(例如更高的摩擦系數(shù)、更好的mu-v斜率等)。
在一些實(shí)施方案中，納米顆粒形成納米顆粒簇，從而納米顆粒摩擦改性顆粒的頂層形成致密或基本無孔的層，該層在徑向和法線方向上的滲透率都比基底層低。納米顆粒摩擦改性顆粒頂層的較低滲透率使摩擦材料能在頂面上保留所需量的流體。
根據(jù)另一方面，納米顆粒摩擦改性顆粒頂層形成開著的或基本多孔的層，該層比基底材料層的滲透率高。納米顆粒摩擦改性顆粒頂層的較高滲透率仍使摩擦材料能在摩擦材料頂面上保留所需量的流體，同時(shí)為摩擦材料提供所需的特性。
因此，本發(fā)明的又一方面涉及如上所述的具有新型微結(jié)構(gòu)表面(即“致密”或“多孔”納米顆粒表面)的摩擦材料。這些納米顆?；蛭⒔Y(jié)構(gòu)表面摩擦材料具有理想的高摩擦系數(shù)，更強(qiáng)的抗抖動(dòng)特性，和極其高的耐熱性。
在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的浸漬劑用于形成具有多孔或膨松松散基底材料的摩擦材料。該摩擦材料具有理想的低密度，并具有使樹脂材料滲透入摩擦材料的纖維結(jié)構(gòu)。該摩擦材料具有極其好的耐熱性和摩擦系數(shù)特性，這使該摩擦材料在熱和機(jī)械應(yīng)力條件下響應(yīng)良好。
在一些實(shí)施方案中，浸漬劑可包括不同的樹脂體系。在一些實(shí)施方案中，使用至少一種酚醛樹脂、至少一種改性酚醛基樹脂、至少一種有機(jī)硅樹脂、至少一種改性有機(jī)硅樹脂、至少一種環(huán)氧樹脂、至少一種改性環(huán)氧樹脂和/或上述的組合是有用的。在一些其它實(shí)施方案中，在相容溶劑中與酚醛樹脂共混或混合的有機(jī)硅樹脂是有用的。
本發(fā)明中可使用各種樹脂。在一些實(shí)施方案中，該樹脂可包括酚醛或酚醛基樹脂，從而優(yōu)選每100重量份摩擦材料中，浸漬劑材料占約45-約65重量份。
在將包括合適樹脂和摩擦改性顆粒混合物的浸漬劑施加到纖維基底材料上并用浸漬劑浸漬纖維基底材料后，加熱浸漬的纖維基底材料至所需的溫度，保持預(yù)定的時(shí)間以形成摩擦材料。在一些實(shí)施方案中，加熱在約300°F的溫度下固化浸漬劑中存在的酚醛樹脂。當(dāng)浸漬劑中存在其它樹脂時(shí)，如有機(jī)硅樹脂，加熱在約400°F的溫度下固化有機(jī)硅樹脂。然后，通過合適的方式將固化的摩擦材料粘著到所需的襯底上。
各種有用的樹脂包括酚醛樹脂和酚醛基樹脂。要認(rèn)識(shí)到在樹脂共混物中包括其它改性成分如環(huán)氧樹脂、丁二烯、硅酮、桐油、苯、槚如果油等的各種酚醛基樹脂都被考慮用于本發(fā)明。在酚醛改性樹脂中，酚醛樹脂通常占樹脂共混物的約50wt％或更多(不包括存在的任何溶劑)。但是，已發(fā)現(xiàn)在一些實(shí)施方案中，當(dāng)樹脂混合物包括以硅酮-酚醛樹脂混合物(不包括溶劑和其它處理酸)重量計(jì)含約5-約80wt％有機(jī)硅樹脂的樹脂共混物時(shí)，摩擦材料可得到改善，為了特定目的，可含約15-約55wt％，在一些實(shí)施方案中，含約15-約25wt％。
本發(fā)明中使用的有用酚醛樹脂和酚醛-有機(jī)硅樹脂的例子全部公開在上面引用的BorgWarner的美國專利中，本文全文引入其作為參考。本發(fā)明中有用的有機(jī)硅樹脂包括例如熱固硅酮密封劑和硅酮橡膠。各種有機(jī)硅樹脂適用于本發(fā)明。特別地，一種樹脂包括二甲苯和乙酰丙酮(2，4-戊二酮)。有機(jī)硅樹脂沸點(diǎn)為約362°F(183℃)，蒸汽壓在68°F下為21mmHg，蒸汽密度(空氣＝1)為4.8，在水中幾乎不溶解，比重為約1.09，揮發(fā)率為5wt％，蒸發(fā)速度(乙醚＝1)小于0.1，閃點(diǎn)約149°F(65℃)，使用Pensky-Martens方法。應(yīng)認(rèn)識(shí)到其它有機(jī)硅樹脂也可用于本發(fā)明。其它有用的樹脂共混物包括例如合適的酚醛樹脂，其包括(wt％)約55-約60％的酚醛樹脂；約20-約25％的乙醇；約10-約14％的苯酚；約3-約4％的甲醇；約0.3-約0.8％的甲醛；和約10-約20％的水。另一合適的酚醛基樹脂包括(wt％)約50-約55％的苯酚/甲醛樹脂；約0.5％的甲醛；約11％的苯酚；約30-約35％的異丙醇；和約1-約5％的水。
還發(fā)現(xiàn)另一有用的樹脂為環(huán)氧改性的酚醛樹脂，其包含約5-約25wt％、優(yōu)選約10-約15wt％的環(huán)氧化合物，余量(不包括溶劑和其它處理酸)為酚醛樹脂。在一些實(shí)施方案中，環(huán)氧-酚醛樹脂化合物比單獨(dú)酚醛樹脂為摩擦材料提供更高的耐熱性。
在一些實(shí)施方案中，優(yōu)選樹脂混合物包括所需量的樹脂和摩擦改性顆粒，從而纖維基底材料獲得的目標(biāo)樹脂范圍為約25-約70％，在其它實(shí)施方案中，為約40-約65％，在一些實(shí)施方案中，為約60-至少65％，以全部硅酮-酚醛樹脂重量計(jì)。
在一些實(shí)施方案中，樹脂混合物可包括在彼此相容的溶劑中存在的有機(jī)硅樹脂和酚醛樹脂兩者。這些樹脂被混合到一起(在優(yōu)選的實(shí)施方案中)形成均勻共混物，然后用于浸漬纖維基底材料。在一些實(shí)施方案中，如果用酚醛樹脂浸漬纖維基底材料，然后在其后加入有機(jī)硅樹脂或反之亦然，則沒有相同的效果。在硅酮-酚醛樹脂溶液的混合物和有機(jī)硅樹脂粉末和/或酚醛樹脂粉末的乳液之間也有差別。當(dāng)有機(jī)硅樹脂和酚醛樹脂在溶液中時(shí)，它們完全不能固化。相反，有機(jī)硅樹脂和酚醛樹脂的粉末顆粒被部分固化。有機(jī)硅樹脂和酚醛樹脂的部分固化抑制了基底材料的良好浸漬。
在一些實(shí)施方案中，浸漬劑可包括在與酚醛樹脂相容的溶劑中的有機(jī)硅樹脂與其溶劑的共混物。在一種實(shí)施方案中，發(fā)現(xiàn)異丙醇是尤其合適的溶劑。但是，應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在本發(fā)明的實(shí)施中可使用各種其它合適的溶劑，如乙醇、甲乙酮、丁醇、異丙醇、甲苯等。當(dāng)與酚醛樹脂共混并用于浸漬纖維基底材料時(shí)，有機(jī)硅樹脂的存在使得到的摩擦材料比只用酚醛樹脂浸漬的纖維基底材料更有彈性。當(dāng)給本發(fā)明的共混硅酮-酚醛樹脂浸漬的摩擦材料施加壓力時(shí)，壓力有更均勻的分布，這又降低了不均勻襯里磨損的可能性。在將有機(jī)硅樹脂和酚醛樹脂與摩擦改性顆?；旌系揭黄鸷?，使用該混合物浸漬纖維基底材料。
還考慮在浸漬劑中可包括已知在制備樹脂共混物和制備纖維基底材料中有用的其它成分和處理助劑，并在本發(fā)明的考慮范圍內(nèi)。
在用本發(fā)明的浸漬劑浸漬纖維基底材料后，在300-400℃之間的溫度下固化纖維基底材料一段時(shí)間(在一些實(shí)施方案中約1/2小時(shí))，以固化樹脂粘合劑并形成摩擦材料。
使用本發(fā)明的浸漬劑形成的摩擦材料在纖維基底材料的頂面上包括摩擦改性顆粒層。該摩擦材料具有良好的抗抖動(dòng)特性、高抗力、高摩擦系數(shù)、高耐用性、良好的耐磨性和改進(jìn)的磨合(break-in)特性。
下面的實(shí)施例進(jìn)一步證明本發(fā)明的摩擦材料內(nèi)的摩擦改性顆粒的梯度能提供超過常規(guī)摩擦材料的改進(jìn)。該摩擦材料具有理想的摩擦系數(shù)，耐熱性和耐用特性。下面的實(shí)施例中描述本發(fā)明的各種優(yōu)選實(shí)施方案，但是，其不用于限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例實(shí)施例I圖1a顯示了用本發(fā)明的浸漬劑浸漬的摩擦材料10的示意圖，摩擦材料10包括纖維基底材料12和基本覆蓋纖維基底材料12的表面摩擦改性材料層14。
圖1b顯示了實(shí)施例1的包括Celite的沉積材料的SEM圖，其中該摩擦改性材料在纖維基底材料上沉積成層。圖1c顯示了對(duì)比實(shí)施例，即對(duì)比例C，其中摩擦改性材料不是作為層存在，而是作為纖維基底材料上不完整的涂層。
在對(duì)比例C中，摩擦材料具有許多大孔，從而至少部分潤滑劑不能停留在摩擦材料表面上。對(duì)比例C中的摩擦顆粒更深地滲透入纖維基底材料內(nèi)，從而表面孔保持相當(dāng)?shù)爻ㄩ_。
圖2a-d為SEM圖。圖2a顯示了對(duì)比實(shí)施例，即對(duì)比例A，其為商業(yè)摩擦材料配方。圖2a顯示，存在纖維基底材料的不完全纖維覆蓋，并顯示出纖維基底材料下面的纖維。
圖2b顯示對(duì)比例B，另一商業(yè)制造的摩擦產(chǎn)品。圖2b顯示了纖維基底材料的不完全覆蓋，并顯示出纖維基底材料下面的纖維。
圖2c中所示的對(duì)比例C為另一商業(yè)制造的摩擦產(chǎn)品，其具有纖維基底材料。該材料非常多孔，并可看到摩擦改性顆粒層下面的纖維和填料。
圖2d中所示的實(shí)施例1為用本發(fā)明的浸漬劑浸漬的摩擦材料，其在纖維基底材料頂面上顯示出摩擦改性顆粒層。摩擦改性材料層為摩擦材料提供良好的抗抖動(dòng)特性。在所示實(shí)施方案中，高溫合成纖維和纖維基底材料的孔隙率提供提高的耐熱性。
對(duì)比例C材料在圖3a-3b中的SEM圖顯示纖維基底材料的不完全覆蓋。相反，在圖3c-d中實(shí)施例1的SEM圖顯示纖維基底材料的較光滑的表面和幾乎完全覆蓋。
進(jìn)行實(shí)施例1和對(duì)比例C的濕式起動(dòng)離合器評(píng)價(jià)(4000次循環(huán)，950kPa，2100rpm)。
圖4顯示了對(duì)比實(shí)施例C(對(duì)比例C)在10、50、100、500、1000、2000、3000和4000次循環(huán)時(shí)的嚙合曲線，其為平滑遞減曲線。對(duì)比例C具有約0.14的摩擦系數(shù)。
圖5示了本發(fā)明實(shí)施例1在10、50、100、500、1000、2000、3000和4000次循環(huán)時(shí)的嚙合曲線，其也是平滑的，但遞減較陡峭。圖4和圖5之間曲線形狀的差異清楚表明較高的系數(shù)，并顯示出μ-v斜率是正的。摩擦系數(shù)增加達(dá)到約0.16。
圖6a-6d顯示了換檔離合器6000rpm時(shí)對(duì)比例1和實(shí)施例1在未開槽板中的TN中點(diǎn)系數(shù)結(jié)果。這是一個(gè)耐久性-高能試驗(yàn)。如圖所示，實(shí)施例1具有超過7000次循環(huán)的耐久性，而對(duì)比例C由于摩擦材料的厚度變化在試驗(yàn)早期就失敗。本發(fā)明的實(shí)施例1材料沒有表現(xiàn)出快速的厚度變化，并且是較穩(wěn)定的。這種特性在換檔離合器中和在例如不希望活塞與原始設(shè)計(jì)行進(jìn)的距離不同的其它應(yīng)用中是重要的。
實(shí)施例1和對(duì)比例C在有槽材料中斜率對(duì)滑動(dòng)時(shí)間的比較示于圖7。mu-v(摩擦系數(shù)對(duì)滑動(dòng)速度(rpm))斜率的失效標(biāo)準(zhǔn)設(shè)為-1.0*E-5，其在工業(yè)上是可接受的。斜率低于這個(gè)水平的產(chǎn)品更易于抖動(dòng)。實(shí)施例1材料允許油流在所需的條件內(nèi)，并允許良好的散熱。
摩擦改性顆粒的沉積形成降低頂層滲透率的致密表面層。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的摩擦材料具有在徑向(即平行于頂層或摩擦改性顆粒層所限定平面的方向)和法線方向(即垂直于頂層所限定平面的方向)上都比第一層或纖維基底材料層的徑向和法向滲透率低的滲透率。頂部摩擦改性顆粒層的較低滲透率保持流體或潤滑劑在摩擦材料的表面處。
摩擦材料具有約0.03Darcy或更低的法向滲透率(k法向)和約0.03Darcy或更大的橫向滲透率(k橫向)。在摩擦改性顆粒包括Celite的實(shí)施方案中，Celite具有微孔，其由于微孔中潤滑劑的毛細(xì)作用而有助于保持潤滑劑在表面處。特別地，各種Celite如硅藻土具有不規(guī)則形狀和粗糙或凹陷表面，這進(jìn)一步有助于保持潤滑劑在表面處。因此，頂部摩擦改性顆粒層徑向滲透率對(duì)纖維基底材料徑向滲透率的比小于1，并且頂部摩擦改性顆粒層法向滲透率對(duì)纖維基底材料法向滲透率的比小于1。
實(shí)施例II圖8顯示了用本發(fā)明的浸漬劑浸漬的摩擦材料110的示意圖，摩擦材料110包括基底材料112和基本覆蓋基底材料112的規(guī)則幾何形狀表面摩擦改性材料114層。
本發(fā)明浸漬劑中使用的摩擦改性材料層為摩擦材料提供了良好的抗抖動(dòng)特性。在所示實(shí)施方案中，高溫合成纖維和纖維基底材料的孔隙率提供提高的耐熱性。圖9中所示的實(shí)施例2為用本發(fā)明的浸漬劑浸漬的摩擦材料，其中在基底材料頂面上形成規(guī)則形狀摩擦改性顆粒層。圓盤Celite層提供提高的持油性。
圖10為顯示實(shí)施例2斜率對(duì)滑動(dòng)時(shí)間的滑動(dòng)持久性試驗(yàn)圖；對(duì)比例A’包含約20-約40％的Celite和約1-10％的Celite作為頂層或第二層，以紙重計(jì)；對(duì)比例C’包含約40-約60％的單層材料和約40-約60％的有機(jī)纖維。相反，實(shí)施例2在基底材料表面上有更有效的摩擦改性顆粒沉積。實(shí)施例2摩擦材料的頂面上只有微量摩擦改性顆粒滲透入基底層或第一層。對(duì)稱形狀的摩擦改性顆粒堆疊或堆積在基底材料上形成“山和谷”型三維結(jié)構(gòu)的良好層。這種三維結(jié)構(gòu)形成本發(fā)明摩擦材料的正摩擦行為，包括良好的油流或潤滑，良好的正μ-v斜率，和良好的耐用性。盡管不希望受理論約束，但認(rèn)為新材料具有較好的三維結(jié)構(gòu)和較好的特性，因?yàn)閷?duì)稱形狀的摩擦改性顆粒停留在摩擦表面上，支撐纖維和填料保留在基底材料中。
實(shí)施例2的斜率對(duì)滑動(dòng)時(shí)間比對(duì)比實(shí)施例有較長的壽命。注意到-1×10-5的斜率(μ-速度)在工業(yè)上是可以接受的。任何斜率低于該水平的產(chǎn)品不具有所需的摩擦系數(shù)特性。實(shí)施例2材料允許油流在所需的條件內(nèi)并允許良好的散熱。
圖11a和11b顯示對(duì)比例A’和實(shí)施例2低油流進(jìn)行“E”離合器臺(tái)架試驗(yàn)的結(jié)果。兩個(gè)實(shí)施例都具有提高的抗抖動(dòng)特性和都為具有抗嘯聲的改進(jìn)材料。
圖11a和11b顯示對(duì)比例C’的上升或猛增有尾扭矩曲線(roostertailed torque curve)對(duì)實(shí)施例2的遞減扭矩曲線。對(duì)比例C’曲線在整個(gè)速度范圍內(nèi)具有負(fù)μ-v斜率，而實(shí)施例2曲線在整個(gè)速度范圍內(nèi)具有正μ-v斜率。正μ-v斜率是優(yōu)選的，并對(duì)平滑離合器操作(嚙合或滑動(dòng))是必要的。
圖11a和11b所示的條件尤其專用于換檔離合器。這種離合器連接長軸并在低潤滑情形下運(yùn)行。運(yùn)行條件是苛刻的(高能量、低潤滑嚙合)，并對(duì)振動(dòng)敏感(由于長軸連接)。這種離合器的任何上升扭矩曲線都產(chǎn)生噪聲(嘯聲)和振動(dòng)，如圖11a所示。車輛試驗(yàn)或Dyno試驗(yàn)可容易地顯現(xiàn)這種條件的扭矩振動(dòng)。實(shí)施例2顯示如何克服這些障礙，如圖11b所示。
圖12a-12b顯示沉積層的厚度為約80μm。還顯示了沉積顆粒的不同層。對(duì)于80μm每層的切口，頂層的前視圖和后視圖顯示黃色/棕色，這正是沉積層的顏色。此圖(12a-12b)中第二層的前視圖顯示基底材料的綠色。通過結(jié)合前視圖和后視圖中頂層和第二層圖象，清楚地表明沉積層厚度為約80μm(切口的厚度)。
在圖13a-13b中，頂層顯示黃色/棕色(其總是這樣，因?yàn)檫@是由Celite顆粒和樹脂組成的摩擦表面)，而后視圖顯示綠色(這是基底材料的顏色)。前視圖和后視圖上不同的顏色表明100μm(每層切口)超過沉積層的厚度。
這兩組圖(12a-b和13a-b)說明沉積層厚度為約80μm。沉積層和基底材料之間顯示的顏色對(duì)比更證明沉積層的存在。
摩擦改性顆粒沉積形成降低頂層滲透率的致密表面層。在一些實(shí)施方案中，用本發(fā)明的浸漬劑浸漬的摩擦材料在法向(即垂直于頂層所限定平面的方向)上具有低于第一層或基底材料層法向滲透率的滲透率。
頂層的較低法向流體滲透率連同微觀硬固體規(guī)則山-谷型表面形貌使油保持在摩擦表面上，并沿摩擦表面形成油流通道。于是獲得有效的表面冷卻機(jī)理和穩(wěn)定的表面潤滑。這種獨(dú)特表面結(jié)構(gòu)的獨(dú)特特征使得用本發(fā)明的浸漬劑浸漬的摩擦材料在滑動(dòng)離合器應(yīng)用中非常耐用。另外，改性顆粒的對(duì)稱圓形結(jié)構(gòu)比其它不規(guī)則形狀顆粒提供了低得多的磨損。
實(shí)施例III圖14a為顯示現(xiàn)有技術(shù)摩擦材料210的示意圖，摩擦材料210具有纖維基底材料212和硅藻土摩擦改性顆粒214。圖14b、14c和14d為顯示纖維(圖14b)、常規(guī)二氧化硅顆粒(圖14c)和本發(fā)明中所用納米顆粒(圖14d)尺寸之間比較的示意圖。
圖14e為纖維表面上具有納米顆粒的纖維示意圖。
圖15a為本發(fā)明浸漬劑中納米顆粒摩擦材料放大5000倍時(shí)的SEM圖；圖15b為本發(fā)明納米顆粒浸漬的摩擦材料放大500倍時(shí)的SEM圖。
圖16a-16d為本發(fā)明的摩擦材料在10、50、100、500、1000、2000、3000和4000次循環(huán)時(shí)濕式起動(dòng)離合器臺(tái)架評(píng)價(jià)的系列圖(空?qǐng)A線實(shí)施例3(顯示表面上一種納米顆粒的優(yōu)化濃度)和實(shí)方塊線對(duì)比摩擦材料)圖16a-初始摩擦系數(shù)；圖16b-中間摩擦系數(shù)；圖16c-最后摩擦系數(shù)；圖16d-最后/中間比?？?qǐng)A線(本發(fā)明)和方塊線(現(xiàn)有技術(shù)材料)之間曲線形狀的差異清楚表明較高的系數(shù)，并顯示μ-v斜率是正的。
圖17為顯示S31試驗(yàn)結(jié)果的圖，比較摩擦系數(shù)對(duì)速度(rpm)初始系數(shù)—對(duì)比材料(實(shí)圓)；初始系數(shù)—實(shí)施例3(實(shí)方塊)；臺(tái)架試驗(yàn)后—對(duì)比材料(空?qǐng)A)；和臺(tái)架試驗(yàn)后—實(shí)施例3(空方塊塊)。
有槽材料的斜率對(duì)滑動(dòng)速度表明實(shí)施例3具有較長的壽命。-1×10-5的斜率(μ-速度)在工業(yè)上是可以接受的。低于該水平的任何產(chǎn)品不具有所需的摩擦系數(shù)特性。實(shí)施例3材料允許油流在所需的條件內(nèi)，并允許良好的散熱。
在一些實(shí)施方案中，使用本發(fā)明浸漬劑的納米顆粒大小摩擦改性顆粒的沉積形成降低頂層滲透率的致密表面層。在一些實(shí)施方案中，用本發(fā)明浸漬劑浸漬的摩擦材料具有在徑向(即平行于頂層或摩擦改性顆粒層所限定平面的方向)和法線方向(即垂直于頂層所限定平面的方向)上都比第一層或纖維基底材料層的徑向和法向滲透率低的滲透率。頂部摩擦改性顆粒層的較低滲透率保持流體或潤滑劑在摩擦材料的表面處。
在摩擦改性顆粒納米顆粒包含二氧化硅的實(shí)施方案中，二氧化硅顆粒具有微孔，微孔由于其中潤滑劑的毛細(xì)作用而有助于保持潤滑劑在表面處。特別地，各種Celite如硅藻土具有不規(guī)則形狀和粗糙或內(nèi)陷表面，這進(jìn)一步有助于保持潤滑劑在表面處。因此，頂部摩擦改性顆粒層徑向滲透率對(duì)基底層徑向滲透率的比小于1，并且頂部摩擦改性顆粒層法向滲透率對(duì)基底層法向滲透率的比小于1。
工業(yè)適用性本發(fā)明適用于離合器板、傳遞帶、剎車片、同步環(huán)、摩擦片或系統(tǒng)板使用的高能摩擦材料。
上述本發(fā)明優(yōu)選和可選實(shí)施方案的描述用于說明，不是用于限制下面權(quán)利要求的范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種摩擦材料用基底材料浸漬劑，包含至少一種可固化樹脂材料和至少一種摩擦改性材料，其中該樹脂材料和摩擦改性材料以這樣的方式形成基質(zhì)，即樹脂材料基本均勻地分散在整個(gè)基底材料中，而大量摩擦改性材料至少部分被涂敷在基底材料的至少第一表面上。
2.如權(quán)利要求1的浸漬劑，其中該浸漬劑包含降低滲透率并提高基底材料持油性的合適摩擦改性顆粒或包含覆蓋基底材料表面積約60％至約90％的摩擦改性顆粒。
3.如權(quán)利要求1的浸漬劑，其中該浸漬劑包含以浸漬劑重量計(jì)約0.2-約20wt％的摩擦改性顆粒。
4.如權(quán)利要求3的浸漬劑，其中該浸漬劑包含以浸漬劑重量計(jì)約0.5-約10wt％的摩擦改性材料。
5.如權(quán)利要求1的浸漬劑，其中該浸漬劑包含以浸漬劑重量計(jì)約15-約20wt％的摩擦改性顆?；虬６确秶鸀榧s0.5-約20微米的摩擦改性顆粒。
6.如權(quán)利要求1的浸漬劑，其中該浸漬劑包含至少一種厚度為約10nm-約250μm的納米顆粒大小的摩擦改性顆粒。
7.如權(quán)利要求1的浸漬劑，其中該浸漬劑包含包括二氧化硅、氧化鋁、碳顆粒及其混合物中至少一種的摩擦改性顆粒或包含包括Celite顆粒的摩擦改性顆粒。
8.如權(quán)利要求1的浸漬劑，其中該浸漬劑包含包括硅藻土的摩擦改性顆粒。
9.如權(quán)利要求8的浸漬劑，其中該浸漬劑包含具有不規(guī)則形狀的Celite顆粒。
10.如權(quán)利要求1的浸漬劑，其中該浸漬劑包含具有至少一種以下基本對(duì)稱幾何形狀的摩擦改性顆粒，該幾何形狀包括基本圓盤形狀、圓筒形狀、棒狀、纖維狀和它們的混合。
11.如權(quán)利要求10的浸漬劑，其中該浸漬劑包含包括基本圓盤狀Celite的摩擦改性顆粒。
12.如權(quán)利要求1的浸漬劑，其中該浸漬劑以這樣的方式包含合適的摩擦改性材料，即摩擦改性顆粒沉積到基底材料的第一表面上至約35-45μm的深度。
13.如權(quán)利要求1的浸漬劑，其中該浸漬劑包含至少一種酚醛樹脂或改性酚醛樹脂。
14.如權(quán)利要求1的浸漬劑，其中該浸漬劑包含酚醛樹脂和有機(jī)硅樹脂的混合物，其中以樹脂混合物的重量計(jì)，樹脂混合物中有機(jī)硅樹脂的量為大約5-大約80wt％。
15.如權(quán)利要求14的浸漬劑，其中該酚醛樹脂存在于溶劑材料中，有機(jī)硅樹脂存在于與酚醛樹脂的溶劑材料相容的溶劑材料中。
16.如權(quán)利要求14的浸漬劑，其中以混合物的重量計(jì)，硅酮-酚醛樹脂混合物中存在的有機(jī)硅樹脂量為約15-約25wt％。
17.如權(quán)利要求13的浸漬劑，其中該改性酚醛樹脂包括環(huán)氧酚醛樹脂。
18.如權(quán)利要求17的浸漬劑，其中以環(huán)氧酚醛樹脂的重量計(jì)，環(huán)氧酚醛樹脂中存在的環(huán)氧樹脂量為約5-約25wt％。
19.如權(quán)利要求17的浸漬劑，其中以環(huán)氧酚醛樹脂的重量計(jì)，環(huán)氧酚醛樹脂中存在的環(huán)氧樹脂量為約10-約15wt％。
20.一種用權(quán)利要求1的浸漬劑浸漬的摩擦材料，其中該摩擦材料包括無紡纖維材料或織物纖維材料。
21.一種用權(quán)利要求1的浸漬劑浸漬的摩擦材料，其中該摩擦材料包含具有大量纖維和至少一種填料材料的合適基底材料，從而摩擦改性顆粒至少部分粘著到基底材料中合適數(shù)量的纖維和填料上。
22.一種用權(quán)利要求1的浸漬劑浸漬的摩擦材料，其中該摩擦材料包含平均空隙體積為約65-約85％的基底材料。
23.一種用權(quán)利要求1的浸漬劑浸漬的摩擦材料，其中該摩擦材料包含大量纖維，從而該摩擦改性顆粒至少部分粘著到構(gòu)成基底材料的纖維上。
24.一種用權(quán)利要求1的浸漬劑浸漬的摩擦材料，其中該摩擦材料包含約15-約25％的棉，約40-約50％的芳族聚酰胺纖維，約10-約20％的碳纖維，約5-約15％的碳顆粒，約5-約15％的Celite，和任選添加的約1-約3％的乳膠。
25.一種制造摩擦材料的方法，包括用權(quán)利要求1的浸漬劑浸漬基底材料，其中該浸漬劑包含至少一種樹脂材料和至少一種摩擦改性顆粒，以浸漬劑重量計(jì)，該摩擦改性顆粒占約0.2-約20wt％，從而大量摩擦改性顆粒在基底材料第一表面上形成摩擦改性材料的至少部分涂層，而樹脂基本均勻地分散在整個(gè)樹脂中，和在預(yù)定溫度下固化浸漬的基底材料達(dá)預(yù)定的一段時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明涉及基底材料用浸漬劑，包含至少一種可固化樹脂材料和至少一種摩擦改性材料。該樹脂材料和摩擦改性材料以這樣的方式形成基質(zhì)，即樹脂材料基本均勻地分散在整個(gè)基底材料內(nèi)，而要求大量摩擦改性材料被涂敷。
文檔編號(hào)C09K3/14GK1718672SQ200510083520
公開日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月9日
發(fā)明者Y·-F·陳, R·C·林, F·董, R·迪恩斯, B·查夫達(dá) 申請(qǐng)人:博格華納公司