CN105556159A - 摩擦材料 - Google Patents
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Abstract
一种变型例包括摩擦材料，其中摩擦材料可以由纤维、微粒、化学粘结剂和树脂粘合剂制成，其中微粒被聚合。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年7月29日提交的美国专利申请第13/953,235号的权益。
技术领域
本发明总体上所涉及的领域包括摩擦材料，包括但不限于：于机动车变速器中湿式摩擦离合器模块中使用的摩擦材料，例如，但不限于：乘用车辆、摩托车、越野车辆以及货车车辆。
背景技术
目前，如果并非全部，那么大多数在湿式离合器中使用的摩擦材料均包含有均匀分布于整个材料中的成分填料。
本发明的说明性变型例内容
本发明的变型例之一示出了包含可包括纤维、微粒、化学粘结剂和树脂粘结剂的摩擦材料的产品，其中微粒聚合至整个摩擦材料中的微粒组区域中，其中，与具有单个微粒而非微粒群区域的组合物相比，微粒群区域的数量和排列导致平均渗透率增加2到10倍。
本发明的另一变型例示出了包含可包括芳纶纤维、碳纤维、石墨微粒和硅藻土微粒的摩擦材料的产品，其中芳纶纤维的重量百分比可在20％至60％之间，其中碳纤维的重量百分比可在5％至20％之间，其中石墨微粒的重量百分比可在5％至25％之间，其中硅藻土微粒的重量百分比可在5％至30％之间，并且其中石墨微粒或硅藻土微粒中的至少一种可聚合。
本发明的又一变型例示出了包含可包括多种纤维、粘合剂以及包含多个粘结在一起的微粒的多个粘合组的摩擦材料的产品，其中多个粘合组中的每一个均具有范围为10μm至500μm之间的直径。
通过下文提供的详细描述，本发明的其他说明性变型例将变得显而易见。应该理解，详细的说明和具体的示例虽然公开了本发明的可选变型例，但是其仅旨在用于说明的目的，而并非旨在限定本发明的范围。
附图说明
通过详细说明和附图将更全面地理解所选择的本发明的变型例的示例，其中：
图1是摩擦材料的一个变型例的正视图；
图2是饱和的现有技术摩擦材料(A)与饱和摩擦材料(B，C)的两个变型例在z方向上的平均渗透率的对比柱状图；
图3是孔径(μm)相对于现有技术摩擦材料(A)和摩擦材料(C)的一个变型例的log微分侵入(mL/g)的对比分布图；
图4是现有技术摩擦材料(A)和摩擦材料(B，C)的两个变型例的通过SAEJ2490(μPVT))摩擦测试得出的周期与初始摩擦系数的对比曲线图；
图5是现有技术摩擦材料(A)和摩擦材料(B，C)的两个变型例的通过SAEJ2490(μPVT))摩擦测试得出的周期与中点摩擦系数的对比曲线图；
图6是现有技术摩擦材料(A)和摩擦材料(B，C)的两个变型例的通过SAEJ2490(μPVT))摩擦测试得出的周期与最终摩擦系数的对比曲线图。
本发明的说明性变型例的具体内容
以下对变型例进行的描述本质上仅是说明性的，并不意图限制本发明及其应用或使用。
图1中提供了一种摩擦材料2。此类摩擦材料2可以用在诸如车辆的湿式离合器衬片等应用中，或者可用于其它应用。摩擦材料2可以是纸基的，或者可以是另一种类型。在一个变型例中，摩擦材料2可具有多种纤维4。纤维4可包括芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、聚合物纤维或另一类似的功能纤维材料。纤维4可以是纺织纤维、天然纤维或合成纤维，或者可以是另一种类型。纤维4可包括动物纤维、植物纤维或矿物纤维，包括但不限于：丙烯酸纤维、芳纶纤维、碳纤维、纤维素纤维、玻璃纤维、矿物(工程化)纤维、聚酰亚胺纤维、聚乙烯醇(PVA)纤维、人造丝纤维或另一种类型。纤维4可包含有不同浓度的上述纤维的组合，各组分的重量百分比在0-100％的范围内，且组分可以互混。摩擦材料2、纤维4或两者都(不)可以通过织造、针织、编织、平纹织造、缎织、缝制或另一种方法进行生产。纤维4可以在二维或三维方向上进行生产。纤维4可位于单层或多层中。摩擦材料2、纤维4或两者或均可以或均不可以通过手工铺叠加工、挤压加工、喷雾铺叠加工、拉挤加工、湿式铺叠、切碎机喷枪、短切原丝毡、压力袋模塑、热压模塑、高分子液体复合模塑、树脂传递模塑、真空辅助树脂传递模塑、囊袋模塑、压塑、隔板、芯轴包封、湿式铺叠、切碎机喷枪、细丝缠绕、熔融、短纤维、连续长丝或另一种形式形成。摩擦材料2、纤维4或两者或均可以或均不可以通过使用树脂传递模塑(RTM)方法或真空辅助树脂传递模塑(VARTM)方法形成，或者通过不同的方法形成。
进而关于图1，摩擦材料2也可以具有多个微粒6。微粒6可以为石墨微粒、硅藻土微粒、二氧化硅微粒、碳微粒、碳化物微粒、陶瓷微粒、腰果油微粒、橡胶微粒、氮化物微粒、腈微粒、酚醛微粒、沸石微粒、芳族聚酰胺微粒，或可以为另外的类型。硅藻土微粒的尺寸范围可以为1-40μm。石墨微粒的尺寸范围可以为20-150μm。微粒6的直径范围可以为50-150μm。微粒6的直径范围可以为50-500μm。微粒6可以呈球形、椭圆形、立方形、多面体、不规则形状或可以为另一种类型。微粒6可以均匀地分布或聚合在整个摩擦材料2中。微粒6的聚合可以提高摩擦材料2的油渗透率，摩擦材料2可以用于高速或高能量应用或在低油流率下使用，这可使得摩擦材料更加广泛的使用。硅藻土微粒和/或石墨微粒可以单独进行聚合，而其他类型可以是均匀分布的。摩擦材料2可对局部的极端温度更加具有抵抗性。微粒6的聚合可使得微粒6在整个材料中分离，并可以提供空间以在摩擦材料2中形成多个连通的孔。微粒6可以在整个摩擦材料中聚合成微粒群区域，其中，与具有单个微粒而非微粒群区域的组合物相比，微粒群区域的数量和排列使平均渗透率增加了2至10倍。这些区域在摩擦材料2中可以呈无规状或具有图案。所述微粒群区域的直径范围可以为10-150μm。所述微粒群区域的直径范围可以为10-500μm。微粒6的直径可以变化，并在必要时作出调整以达到微粒群的所需直径尺寸范围。微粒6可以粘合至其他微粒6、纤维2、树脂粘合剂8或化学粘结剂10。所述微粒群可以呈球形、椭圆形、立方形、多面体、不规则形状，或可以是另一种类型。
仍然参照图1，摩擦材料2还可以包括树脂粘合剂8。所述粘合剂8可以与纤维4或微粒6或其组合保持接触。粘合剂8可以包括环氧树脂、酚醛树脂、改性酚醛树脂或硅树脂，或可以是另一种类型。粘合剂8可以是反应性或非反应性的。
仍然参照图1，摩擦材料2还可以包括化学粘结剂10。化学粘结剂10可以与纤维4或微粒6或粘结剂8或其组合保持接触。化学粘结剂10可以是丙烯腈、丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯或苯乙烯-丁二烯，或可以是另一种类型。化学粘结剂10可以是反应性或非反应性的。所述化学粘结剂可以包括乳胶。
在一个变型例中，摩擦材料2可具有重量百分数范围为20％-60％的芳族聚酰胺纤维。摩擦材料2可具有重量百分数范围为5％-20％的碳纤维。摩擦材料2可具有重量百分数范围为5％-25％的石墨微粒。摩擦材料2可具有重量百分数范围为5％-30％的硅藻土微粒。在一些实施例中，微粒6的重量百分数范围可以为摩擦材料2的总重量的10％-60％。在一些实施例中，微粒6的重量百分数范围可以为摩擦材料2的总重量的15％-50％。在一些实施例中，微粒6的重量百分数范围可以为摩擦材料2的总重量的20％-50％。摩擦材料2可以具有碳沉积物。摩擦材料2可以具有聚合的微粒6。微粒6可以在整个摩擦材料中聚合成微粒群区域，其中，与具有单个微粒而非微粒群区域的组合物相比，微粒群区域的数量和排列使平均渗透率增加了2至10倍。这些区域在摩擦材料2中可以呈无规状或具有图案。所述微粒群区域的直径范围可以为10-150μm。所述微粒群区域的直径范围可以为10-500μm。微粒6的直径可以变化，并在必要时作出调整以达到微粒群的所需直径尺寸范围。微粒6可以粘合至其他微粒6、纤维2、树脂粘合剂8或化学粘结剂10。所述微粒群可以呈球形、椭圆形、立方形、多面体、不规则形状或可以是另一种类型。
图2示出了饱和的现有技术摩擦材料(A)与摩擦材料2的饱和的两个变型例(B，C)在z方向上传递的平均渗透率的对比柱状图。摩擦材料2的平均渗透率可以为1.3E-13kzm2或1.4E-13kzm2。通过比较，TAPPI测试方法T460用于测定现有技术摩擦材料(A)和本发明摩擦材料的两个变型例(B、C)在饱和之前的空气阻力(渗透率)。透气度测定仪用于测定固定体积的空气(400cc)在1.22kPa的均匀压力下通过标准面积的材料(6.45cm2)所需要的时间。当摩擦材料的厚度为0.57mm时，摩擦材料2(B、C)可具有的透气度测定仪读数为5-8秒/400cc。当摩擦材料的厚度为0.57mm时，非聚合的现有技术材料(A)可具有的透气度测定仪读数为18-20秒/400cc。
图3示出了现有摩擦材料(A)及摩擦材料2的变型例(C)的孔径(μm)与log微分侵入(mL/g)的比较分布图。孔的大小可以通过压汞法表征。摩擦材料2可以具有5-50μm大小的孔。带有聚合微粒6的摩擦材料2可包括大于4μm、占总孔体积0至50％的孔。不带聚合微粒6的摩擦材料2可包括大于4μm、占总孔体积0至30％的孔。
图4示出了现有摩擦材料(A)和摩擦材料两个变型例(B，C)通过SAEJ2490(μPVT)摩擦测试得出的周期与初始摩擦系数的比较曲线图。低T区域可被定义为温度在约50℃。高T区域可被定义为温度在约110℃。低E区域可被定义为范围在约2160焦耳至8650焦耳的动能所在的区域。高E区域可被定义为范围在约28020焦耳至47090焦耳的动能所在的区域。
图5示出了现有摩擦材料(A)和摩擦材料两个变型例(B，C)通过J2490(μPVT)摩擦测试得出的周期与中点摩擦系数的比较曲线图。低T区域可被定义为温度在约50℃。高T区域可被定义为温度在约110℃。低E区域可被定义为范围在约2160焦耳至8650焦耳的动能所在的区域。高E区域可被定义为范围在约28020焦耳至47090焦耳的动能所在的区域。
图6示出了现有摩擦材料(A)和摩擦材料两个变型例(B，C)通过J2490(μPVT)摩擦测试得出的周期与最终摩擦系数的比较曲线图。低T区域可被定义为温度在约50℃。高T区域可被定义为温度在约110℃。低E区域可被定义为范围在约2160焦耳至8650焦耳的动能所在的区域。高E区域可被定义为范围在约28020焦耳至47090焦耳的动能所在的区域。
以下对于变型例的描述仅是举例说明认为是在本发明范围之内的部件、元件、动作、产品和方法，并不以任何方式意图限制本发明具体公开或没有明确阐述的范围。本文所述的部件、元件、动作、产品和方法可按不同于本文明确说明的方式组合和重新排列，并且仍然认为是在本发明的范围内。
变型例1可包括一种产品，其包括
摩擦材料，所述摩擦材料包括纤维、微粒和树脂粘合剂，其中微粒聚合至整个摩擦材料的微粒群区，其中微粒群区域的数量和排列使得平均渗透率与带有单个微粒而非微粒群区域的组合物相比增加了2至10倍。
变型例2可包括如变形例1所述的产品，其中所述微粒包括石墨微粒、硅藻土微粒、二氧化硅微粒、碳微粒、碳化物微粒、陶瓷微粒、腰果油微粒、橡胶微粒、氮化物微粒、腈微粒、酚醛微粒、沸石微粒，或芳族聚酰胺微粒中的至少一种。
变形例3可包括如变形例1-2任一项所述的产品，其中所述微粒的直径范围为10-500μm。
变型例4可包括如变形例1-3任一项所述的产品，其中所述微粒的直径范围为10-150μm。
变型例5可包括如变形例1-4任一项所述的产品，其中所述树脂粘接剂包括环氧树脂、酚醛树脂、改性酚醛树脂，或硅酮树脂中的至少一种。
变型例6可包括如变形例1-5任一项所述的产品，其中所述纤维包括丙烯酸系、芳族聚酰胺、碳、纤维素、玻璃、矿物(工程)、聚酰亚胺、聚乙烯醇(PVA)，或人造纤维中的至少一种。
变型例7可包括如变形例1-6任一项所述的产品，其中所述摩擦材料还包括一种化学粘结剂，其包含丙烯腈、丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯，或苯乙烯-丁二烯中的至少一种。
变型例8可包括如变形例1-7任一项所述的产品，所述微粒包含尺寸范围为20至150μm的石墨微粒。
变型例9可包括如变形例1-8任一项所述的产品，其中所述微粒包含尺寸范围为1至40μm的硅藻土微粒。
变型例10可包括如变形例1-9任一项所述的产品，其中所述摩擦材料包括尺寸范围为5-50μm的孔。
变型例11可包括如变形例1-10任一项所述的产品，其中大于4μm的孔占摩擦材料总孔体积的0％至50％。
变型例12可包括一种产品，其包括：一种摩擦材料，所述材料包括芳族聚酰胺纤维、碳纤维、石墨微粒和硅藻土微粒，其中芳族聚酰胺纤维的重量百分比为20％至60％，其中碳纤维的重量百分比为5％至20％，其中石墨微粒的重量百分比为5％至25％，其中硅藻土微粒的重量百分比为5％至30％，并且其中所述石墨微粒或硅藻土微粒中的至少一种是聚合的。
变型例13可包括如变形例12所述的产品，其中，所述硅藻土微粒的尺寸范围为1至40μm。
变型例14可包括如变形例12-13任一项所述的产品，其中所述石墨微粒的尺寸范围为20至150μm。
变型例15可包括如变形例12-14任一项所述的产品，其中所述摩擦材料包括大小范围为5-50μm的孔。
变型例16可包括如变形例12-15任一项所述的产品，其中所述摩擦材料包括大于4μm、占所述摩擦材料总孔体积至少50％的孔。
变型例17可包括如变型例12-16任一项所述的产品，其中所述石墨微粒或所述硅藻土微粒中的所述至少一种聚合至整个所述摩擦材料的微粒群区域中，其中与具有单个微粒而非微粒群区域的组合物相比，微粒群区域的数量和排列导致平均渗透率增加2至10倍。
变型例18可包括如变型例12-17任一项所述的产品，其中所述摩擦材料还包括化学粘结剂，其包含丙烯腈、丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯、或苯乙烯-丁二烯中的至少一种。
变型例19可包括如变型例12-18任一项所述的产品，其中所述摩擦材料还包括树脂粘结剂，其包括环氧树脂、酚醛树脂、改性酚醛树脂，或硅酮树脂中的至少一种。
变型例20可包括如变型例12-18任一项所述的产品，其中所述芳纶纤维或所述碳纤维中的至少一种通过织造、针织、编制、平纹织造或缎纹编织来制造。
变型例21可包括一种产品，其包括多种纤维、树脂粘结剂和包括多个粘合在一起的微粒的多个粘合组，其中所述多个粘合组的每个具有范围为10μm至500μm之间的直径。
变型例22可包括如变型例21所述的产品，其中所述多个粘合组的每个具有范围为10μm至150μm之间的直径。
变型例23可包括如变型例21-22任一项所述的产品，其中所述多个粘合组的每个具有不规则的形状。
变型例24可包括如变型例1-23任一项所述的产品，其中所述纤维在二维或三维方向上进行生产。
变型例25可包括如变型例1-24任一项所述的产品，其中所述纤维是通过手工铺叠加工、挤压加工、喷雾铺叠加工、拉挤加工、湿式铺叠、切碎机喷枪、短切原丝毡、压力袋模塑、高压模塑、高分子液体复合模塑、树脂传递模塑、真空辅助树脂传递模塑、囊袋模塑、压缩模塑、隔板、芯轴包封、湿式铺叠、切碎机喷枪、细丝缠绕、熔融、短纤维、连续长丝、树脂传递模塑(RTM)工艺或真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺形成。
变型例26可包括如变型例1-25任一项所述的产品，其中所述摩擦材料的空气阻力为5至8sec/400cc空气。
变型例27可包括如变型例1-26任一项所述的产品，其中所述微粒为球形、长方形、立方形、多面体或不规则形状。
变型例28可包括如变型例1-27任一项所述的产品，其中所述化学粘结剂为反应性的。
变型例29可包括如变型例1-28任一项所述的产品，其中所述纤维可处于多层中。
变型例30可包括如变型例1-29任一项所述的产品，其中所述摩擦材料用于车辆的湿式离合器。
变型例31可包括如变型例12-30任一项所述的产品，其中硅藻土微粒和/或所述石墨微粒可以单独地聚合而其他可均匀地分布。
变型例32可包括如变型例1-31任一项所述的产品，其中所述微粒的重量百分比范围为所述摩擦材料总重量的15至50％。
变型例33可包括如变型例1-32任一项所述的产品，其中所述微粒的重量百分比范围为所述摩擦材料总重量的20至50％。
变型例34可包括如变型例12-33任一项所述的产品，其中所述微粒的重量百分比范围为所述摩擦材料总重量的10至60％。
变型例35可包括如变型例12-34任一项所述的产品，其中所述化学粘结剂进一步包括乳胶。
以上对本发明选择的实施例的说明本质上仅仅是示例性的，并且因此，不将这些变型例或其变形视为背离本发明的精神和范围。
Claims (22)
1.一种产品，其包含：
摩擦材料，其包括多种纤维、多个微粒、化学粘结剂、树脂粘结剂，其中所述微粒聚合至整个所述摩擦材料的微粒群区域中，其中与具有单个微粒而非微粒群区域的组合物相比，所述微粒群区域的数量和排列导致平均渗透率增加2至10倍。
2.根据权利要求1所述的产品，其中所述微粒包括石墨微粒、硅藻土微粒、二氧化硅微粒、碳微粒、碳化物微粒、陶瓷微粒、腰果油微粒、橡胶微粒、氮化物微粒、腈微粒、酚醛树脂微粒、沸石微粒或芳族聚酰胺微粒中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的产品，其中所述微粒的直径范围为10至500μm。
4.根据权利要求2所述的产品，其中所述微粒的直径范围为10至150μm。
5.根据权利要求1所述的产品，其中所述摩擦材料进一步包括化学粘结剂，包括丙烯腈、丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯或苯乙烯-丁二烯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的产品，其中所述纤维包括丙烯酸、芳族聚酰胺、碳、纤维素、玻璃、矿物(工程化)、聚酰亚胺、聚乙烯醇(PVA)或人造纤维中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的产品，其中所述微粒包括尺寸范围为20至150μm的石墨微粒。
8.根据权利要求1所述的产品，其中所述微粒包括尺寸范围为1至40μm的硅藻土微粒。
9.根据权利要求1所述的产品，其中所述摩擦材料包括尺寸范围为5至50μm的孔。
10.根据权利要求9所述的产品，其中大于约4μm的孔占所述摩擦材料的总孔体积的0％至50％之间。
11.根据权利要求1所述的产品，其中所述树脂粘结剂包括环氧树脂、酚醛树脂、改性酚醛树脂或硅酮树脂中的至少一种。
12.一种产品，其包含：
一种摩擦材料，其包含芳族聚酰胺纤维、碳纤维、石墨微粒和硅藻土微粒，其中所述芳族聚酰胺纤维的重量百分比为20％至60％，其中所述碳纤维的重量百分比为5％至20％，其中所述石墨微粒的重量百分比为5％至25％，其中所述硅藻土微粒的重量百分比为5％至30％，并且其中所述石墨微粒或所述硅藻土微粒中的至少一种是聚合的。
13.根据权利要求12所述的产品，其中所述硅藻土微粒的尺寸范围为1μm至40μm。
14.根据权利要求12所述的产品，其中所述石墨微粒的尺寸范围为20μm至150μm。
15.根据权利要求12所述的产品，其中所述摩擦材料包含尺寸范围为5μm至50μm的孔。
16.根据权利要求15所述的产品，其中所述摩擦材料包含占所述摩擦材料的总孔体积的0％至50％之间的大于4μm的孔。
17.根据权利要求12所述的产品，其中所述石墨微粒或所述硅藻土微粒中的至少一种被聚合至整个所述摩擦材料的微粒群区域中，其中与具有单个微粒而非微粒群区域的组合物相比，所述微粒群区域的数量和排列导致平均渗透率增加2倍到10倍。
18.根据权利要求12所述的产品，其中所述摩擦材料还包含化学粘合剂，所述化学粘合剂包括丙烯腈、丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯或苯乙烯-丁二烯中的至少一种。
19.根据权利要求12所述的产品，其中所述摩擦材料还包含树脂粘合剂，所述树脂粘合剂包含环氧树脂、酚醛树脂、改性酚醛树脂或硅酮树脂中的至少一种。
20.一种产品，其包含：
摩擦材料，所述摩擦材料包括多种纤维、化学粘结剂和包含粘合在一起的多个微粒的多个粘合组，其中所述多个粘合组中的每个组具有范围为10μm至500μm之间的直径。
21.根据权利要求20所述的产品，其中所述多个粘合组中的每个组具有范围为10μm至150μm之间的直径。
22.根据权利要求20所述的产品，其中所述多个粘合组中的每个组具有不规则形状。
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