湿法成形摩擦材料的制作方法

专利名称：湿法成形摩擦材料的制作方法
湿法成形摩擦材料发明背景本发明涉及一种摩擦材料、用于制造此种材料的方法及工艺。此种材料由用于形成骨架基质(skeletal matrix)的长纤维构成，该骨架基 质通过尤其在相邻纤维的空隙中分散有微粒材料而得到强化，从而显 著增强此种材料在饱和之后的切变强度，本发明同时涉及一种用于制 造此种材料的系统及方法。现有技术简述在能量传输装置中使用工程化复合材料及涂层形式的摩擦材料。 这些摩擦材料是使用许多种不同工艺制成，并由许多种不同成分组 成，这些成分能够形成具有优异特性、尤其在耐磨性、稳定摩擦度、前已发现具有这些优异特性的几种材料是专用机织碳织物及微粒沉 积复合材料。在Winckler的美国专利第5,662,993号、Gaffney的美国专利第 6,638,883号及Dowell的美国专利第6,277,769号中公开了专用机织织 物，这些美国专利均公开现有技术系统、方法及材料。某些此等系统、 方法及材料需要使用高成本的制造技术，例如在专门的气氛中进行碳 化后工艺，致使制造生产率偏低，从而使其成本过高。业已发现，这 些材料在许多高能应用中通常能提供所需的摩擦特性及所需的流体 渗透性。然而，同时还发现，此等材料的设计具有较低的压缩载荷极 限值，这归因于饱和碳纤维的脆性及材料结构的空隙空间。在高的压 缩载荷作用下，很容易超过饱和机织纤维的断裂韧度极限值，从而导 致纤维在高的载荷作用下断裂。微粒沉积摩擦材料，例如在Nels的美国专利第4,639，392号、Lam 的美国专利第6,630,416号中所^Hf的微粒沉积摩擦材料，需要使用 专门的工艺进行制造，且其成本可多倍于利用造纸工艺经济性优点的 传统材料的制造成本。业已发现，这些材料能在许多高能应用中提供 所需的摩擦特性及高的单位载荷容量。然而，同时还发现，这些材料 的设计缺乏在许多高能应用中所要求的必要的流体渗透性。现有技术的摩擦纸是使用造纸设备进行制造，此能以高的生产率 水平制成成本极低的材料。然而，这些低成本材料缺乏在上述专用机 织织物等级及微粒沉积材料中所具有的有利特性，尤其是在强度、高 流体渗透度及有利摩擦性能方面的特性。图5A显示现有技术材料的 电子图像。使用湿法成形(wet-laid)造纸工艺所制成的、具有相当于或 超过碳织物及微粒沉积材料的高孔隙率、耐用性及耐磨性的产品将非 常有利于高能摩擦应用。在例如授予Bortz的美国专利第5,646,076号、授予Menard等人 的美国专利第5,807,518号及授予Menard等人的美国专利第6，835,448 号公开了无纺织物，这些专利揭露使用长纤维及以往的某些非造纸工 艺技术的摩擦材料及方法，其示例图应用于一种材料的丙烯腈及粘结 剂混合物的应用。业已发现，材料结构内的纤维的脆性使这些材料具 有低的压缩极限值。同时还发现，由于在材料结构中不存在高含碳量 的纤维，因而这些材料的摩擦性能不佳。由于含碳量高于约65%的碳 纤维具有固有的脆性，因而使用此等方法及工艺无法在材料内有效地 形成具有高含碳量的纤维。需要对现有技术所公布的内容加以改良。发明概述在一个方面中，本发明包括一种摩擦材料，该摩擦材料包括摩 擦基质，其包括多条湿法形成的纤维，这些纤维共同限定包含预定孔 隙率的骨架基质，其中该预定孔隙率大约是在0.5英寸水柱的压降作用下每平方英尺的材料每分钟渗透5立方英尺至每分钟渗透80立方英尺左右的空气。在另一方面中，本发明包含一种用于制造供用于摩擦材料中的骨架基质的工艺方法，其包括下列步骤形成多条纤维与水的混合物； 向该混合物中添加微粒材料；以及使该混合物湿法成形至支撑物上， 以使该混合物共同限定包含预定孔隙率的骨架基质。根据附图及随附权利要求书，本发明的这些及其它目的及优点将 变得显而易见。附图简述

图1为示例图，显示根据本发明 一 个实施例应用于例如转矩变换器离合器活塞等部件的摩擦材料；图2图解说明同步器齿环上的材料；图3图解说明该材料在离合器片或盘上的另 一应用；图4为用于制作该材料的系统及方法的示例图；图5A为现有技术纸张材料的电子图像；图5 B为根据所述示例图的材料10的图像；图6为图解说明孔隙率与招4妻抗剪切强度的关系的柱状图；图7为另一柱状图，其图解说明应用于转矩变换器离合器的材料的活塞流量与现有技术纸质材^f的对比；以及图8图解说明在转矩变换器离合器(例如图1所示的转矩变换器离合器)上，高渗透性材料对摩擦材料界面温度的影响与低渗透性材料的对比。优选实施例详述现在参见图l-4及5B-8，其显示一种系统、方法及材料IO。在所 述实施例中，摩擦材料10是高孔隙率的高强度材料，其粘结或粘固 至转矩传输衬底上，例如前面所述的衬底或板12、环14及环16上。组装好的部件随后用于将能量从旋转或滑动部件传输至另一部件，该 另一部件通常处于静止或运动状态。这些系统可包括但不限于传输离 合器片-例如图1中的转矩变换器离合器片12、转矩变换器离合器、传输带、同步器-例如图2中的同步器齿环14、限滑差速器、湿式制动器、干式制动器、或传动系或动力传输系统中的任何适用部分。下文将参照图4来说明用于制造摩擦材料10的工艺及方法。系统、方 法及材料]0能在最终用途部件或应用中实现高的流体流量水平，例 如在锁定式转矩变换器离合器12(图1)、离合器片16(图3)、同步器齿 环(图2)或其它动力传输环境或总成中。因此，图1图解说明应用于转 矩变换器离合器12的摩擦材料10。图2图解说明应用于同步器齿环 14的材料10,而图3图解说明将材料IO应用于图中所示第一侧16a 及第二侧16b上的离合器盘或片16。在通常所知类型的动力传输环境 中可使用一种或多种片部件12、 14及16。尽管图中并未显示，然而 也可对材料10进行分割，以形成放置于所述部件上的环，如在授予 Nels的美国专利第5,615,758号及第5,842,551号中所揭露，这些美国 专利通过引用结合到本文中并作为本文的一部分。向含水的混合箱20中添加多条纤维18。水对纤维之比(重量比) 通常是90-98%的水对2-10%的纤维。在所述实施例中，已发现，长 度短于2毫米的纤维几何结构是不佳的，因为其可因使纤维能密切接 触而对材料孔隙率产生不利影响，从而导致孔隙率降低。同时还发现， 大量且具体使用的长度大于2毫米的纤维18可由具有各种长度及直 径的高温、高韧度或具体性能的材料构成。在一实施例中，所使用的 这些高性能纤维]8被局限于直径小于50 jxm的纤维，且更通常是直 径小于15 fim的纤维。但是，最好使大多数纤维18的纵横比保持为 大约15 pm至50 的直径与2.25 mm至12 mm的长度之比。还发 现，最好将复合材料的配方构造成将未饱和、干态纸纤维材料10的 总成分的5-95%的重量预留给长纤维。较佳地，这些长纤维应为"高 温"纤维，在通过热解重量分析(thermogravimetric analysis; "TGA")进行测量时呈热稳定性，在约451华氏度(232摄氏度)的温度下在空气气 氛中的重量损失小于5%。在所述的实例中，纤维18是湿法成形的纤 维，且长度通常至少为0.08 mm,且在一实施例中介于2.5-3.5 mm之 间。纤维18可为非纤维素纤维。在箱20中通过机械搅拌对水与纤维18进行混合，直至在室温下 形成均匀的悬浮液为止。就此而言，由于使纤维18分散或提纯所需 的时间，通常首先将纤维18加入箱20中。使所得的浆液略微变浓， 从而在如下文所述随后添加微粒材料22时减小微粒材料22沉降的倾 向。接着，将微粒材料22加入箱20的纤维浆液中，并通过机械混合 进行搅拌。该搅拌方法可潜在地用于使原料分散并通过形成原纤维或 通过类似途径而按尺寸提纯原材料。在该实例中，微粒材料22包括 含碳材料；氮化物材料；金属氧化物材料；含硅材料；粉末或颗粒状 弹性材料；碳化物材料；聚合物材料；矿物质，冶金焦，石油焦，活 性碳或石墨碳。所述多种微粒材料22可包含精确斩切的或粉碎的纤 维，包含小于约400微米的长度。此外，所迷多种微粒材料还可包括 小至约150 nm的小尺寸及约300微米的大尺寸。对纤维14与微粒22的混合物进行搅拌及提纯(改变尺寸)，直至 箱20包含保持于悬浮液中的纤维18与微粒材料22的均质混合物为 止。将均质混合物从箱20中通过导管25抽吸并运送至后续各级并加 以处理，此类似于传统的造纸工艺，但不存在会使材料18、 22发生 沉降或分离的有害效应。通过使纤维材料18缠结及进行提纯而减轻 或防止了沉降或分离现象。在所述的一实施例中，均质混合物通常由 0.5-7重量。/。的浆液固体内含物组成。通常使用泵(未显示)将均质混合物通过导管25抽吸至两个或更多 个存储箱24中。当继续进行抽吸时，通过导管25从存储箱24中抽 吸混合物。其它化学品26及28则使用静态混合器30及32添加及混合至浆液中。在一实施例中，化学品26及28可包含带离子电荷的聚 合物，例如阳离子及/或离子及/或非离子保持助剂-例如Ashland Chemical公司的Drew國Flocc 2249或Nalco Chemicals公司的Nalco 7530、加强树脂-例如Amres HS30或Cascomel湿式增强剂、及/或 Ph緩沖剂，此为所属领域的技术人员所熟知。在所述的实例中，通常 按总动态浆液重量计以介于1.5 PPM(百万分之一份)与150 PPM之间 的浓度来添加带离子电荷的聚合物，例如Drew-Flock 2249。所述浓度 可针对固有的原材料电荷、材料几何结构及水质而加以调节。授予 Vincent的美国专利第5,700,353号及授予Sinclair的美国专利第 4,925,530号即示例图可引入的某些化学品及添加剂，这些化学品及添 加剂为所属领域的技术人员所熟知。这些美国专利第5,700,353号及 第4,925，530号通过引用结合到本文中并构成本文的一部分。当均质混合物沿导管25向下游行进时，可从箱34中向均质混合 物中添加稀释水。此会将均质混合物中按重量计的固体百分比降至 0.015%至4.0%，从而减小工艺波动、提高成纸率并将最终的造纸化学 品载送至成纸区域。浆液的这些f希释浓度是为形成含有高浓度(5-95%) 长纤维18的恒定形成物所需的。由于在所述实施例中使用长纤维18, 因而需要使用大量的水在系统中载送单独的纤维，以使其可随机且均 匀地沉积于载体网(carrier web)40上，同时使水能通过载体网40排放 掉，而不会形成裂紋或不期望的厚度及成分变化。均质混合物或浆液在其进入造纸站或机器46中时通过泵42被抽 吸至网前箱(headbox)44中。网前箱44是开口的或封闭的容器，用于 控制将浆液混合物分散于载体网或带40上。应理解，在所述实例中， 由于除去了均质混合物中的大多数短纤维，因而可导致难以载送材料 10向下经过造纸站或机器，这是因为短纤维之间的密切接触被减弱。 这使材料10在整个造纸工艺中的湿态强度较低。为克服此种障碍， 可使用来自供给源45的支撑载体或片43来载送连续形成的材料10 的网片经过造纸站。就此而言，载片43可以是衬底、麻布、机织布、无纺织物、网织品、纱网或其它传统的传送件，例如实心或网带构造形式的传送带。载片43可在后续饱和步骤甚至粘结步骤期间或之后 被移除或者保留于原位上。应注意，载片43与网片或传送带40是分 离的，但由带40支撑。网前箱44包括造纸领域的技术人员所熟知的可调狭槽或切口(未 显示)，用以使稀释水溢出潜堰或坝。网前箱44的浆液进入点通常是 微粒22及纤维18的大多数絮结所发生之处，因而高的浆液稀释度(例 如93-99.5%的水及2-10%的纤维18及/或微粒22)对于摩擦材料10的 形成至关重要。水性浆液或均质浆液从网前箱44流至连续移动的网片40及支撑 件43上。在所述实施例中，将传送带或网片40制作成细网目的纱网 形式。使用辊轮48、 一或多个真空箱50甚至夹送辊轮52在该网片 40上通过表面张力脱水而除去相当大的一部分水。在使网片43上的此种半脱水材料10经过干燥段来除去大部分残 留水之前，可进一步挤压或压轧材料10。因此，应理解，水性均质混 合物在其持续变干时从浆液转变成潮湿的网片，直至形成连续的纸状 产品或材料10或网片54为止。在所述实施例中，使网片54经过多 个受热辊轮-例如辊轮56、多孔的真空辊轮、隧道烘炉、干燥板或其 它用于通过加热或真空进行除水的传统方法。然后，将网片54巻绕 至芯轴58上，以提供千燥摩擦材料10的供给源60，并可对其进行后 续处理。例如，尽管图中并未显示，然而也可在该工艺阶段中将网片 54切割成片，以供进一步加工。在所述工艺中的此刻，所示实施例的系统及方法提供材料10的 连续网片ii，其中材料10具有由高性能纤维18所组成的均质骨架基 质，该骨架基质在空隙位置处由相邻纤维18之间的微粒材料22以下 文所述及所示的方式进行加强。图5A是现有技术纸质材料的电子图 像，图5B则是根据所述实例的材料10的图像。此会增强材料10在 饱和之后的切变强度，同时对流过材料10的流体流的影响几乎可忽略不计。纤维18与微粒材料22的此种布置会形成柔顺、高强度、耐 磨、具有高孔隙率且不存在震颤的材料10。为进一步强化摩擦材料10，使材料10的网片11浸没于并经过桶 或盘42并浸渍粘结剂73。在所述实例中，粘结剂73可以是热固性树 脂、改性的热固性树脂、热塑性树脂、粉末树脂、或树脂混合物。微 粒材料22可直接地或通过粘结剂73(即在粘结剂中提供)引入于浆液 中。微粒材料可包括含碳材料；氮化物材料；金属氧化物材料；含 硅材料；粉末或颗粒状弹性材料；碳化物材料；聚合物材料；矿物质， 冶金焦，石油焦，活性碳或石墨碳。所述材料可包含精确斩切的或粉 碎的纤维，含有小于约400微米的段。然后，使供给源60经过一对 夹紧辊轮64，以去除网片11上的过量粘结剂11并实现对最终粘结剂 含量(按重量计)的控制。在使用通常所知类型的烘炉66对饱和网片11 进行所属领域的技术人员所熟知的"B阶段处理"时，饱和网片1]会明 显地但不完全地固化。应理解，可使用受热辊轮(未显示)或其它适当 设备执行干燥作业。在饱和及"B阶段"固化之后，既可去除也可不去 除可选载片(未显示)。在方块72中，可进一步加工所收集的供给巻70,例如将网片11 切割成形-环形或段状、压印、机加工或其它操作，例如将材料10 粘固至某一部件上。材料10可进一步经过加工并应用于摩擦环境及 部件上，例如上文中参照图1-3所述的摩擦环境及部件上。如在图5B中所最清楚地显示，应注意，通过该工艺所制成的摩 擦材料10能提供含有极长的刚性纤维几何结构的材料10，该材料与 现有技术的材料相比，表现出4艮大的材料孔隙率。图5B示例图电子 图像，其中示例图长纤维18及位于相邻纤维18之间空隙中的微粒材 料22的结块。由于该材料具有开口的多孔结构，因而微粒材料22能 够在成形过程中自由地穿过纤维基质。此进一步使微粒材料22能够 位于纤维18的带电荷空隙中，从而能提高材料强度，而材料孔隙率 的降低却微乎其微。就此而言，这些空隙所包含的电荷密度相对大于沿任一给定纤维18的其它区域，此往往会通过通常所知的絮结概念 而将微粒材料吸引至空隙中。该材料提供具有预定孔隙率的骨架基质。在一实施例中，预定孔隙率大约是在0.5英寸水柱的压降作用下每平方英尺的材料每分钟渗 透5立方英尺至每分钟渗透80立方英尺的空气。在另一应用中，该 材料包含大于或等于282.5 mm的外径及小于或等于254 mm的内径， 且当在至少400 kPa的压力下在动粘度约为9.32 cSt的流体中进行测 试时，所述湿法成形摩擦材料被粘结至厚度至少为0.6 mm的载体上， 在不添加凹槽或紋理的情况下，穿过湿法成形摩擦材料的流率介于约 0.4 1/mm与4.0 1/mm之间。重新参见图4，注意，材料10的网片11及所形成的摩擦材料10 包括均可用作功能性摩擦面的顶面]Oa及底面10b。成品摩擦材料的 卡钳测量值或厚度可介于0.030毫米至4.2毫米之间，但最佳是介于 0.5毫米至1.5毫米之间。成品摩擦材料的重量可介于45磅/3000平方 英尺至600磅/3000平方英尺之间。压实约25 %的成品摩擦材料10的 切变强度可介于1.3 MPa至13.7 MPa之间，但最佳介于2.0 MPa至8.2 MPa之间。成品材料的典型孔隙率可在0.5英寸的压降下介于每平方 英尺5 cfm至80 cfm之间，但最佳是在0.5英寸的压降下介于每平方 英尺IO cfm至60 cfm之间。在一实例中，当如图1中所示应用该材 料时，在不进行二次开槽或表面紋理化处理的情况下，当将材料粘结 至外径(OD)为300 mm、内径(ID)为41.8 mm的转矩变换器活塞上、且 摩擦材料的外径为至少282.5 mm、内径至多为254 mm、且相对于饱 和后的材料厚度^f皮压实至35%时，在动粘度为9.32 cSt、温度为90°C 的流体中以大约400 kPa的液压施加压力、在零差速下将活塞应用于 前盖来模拟转矩变换器完全锁定状态，所测得的成品摩擦材料10的 流体渗透性可介于0.1 L/MIN与4 L/MIN之间。在另一示例图性实施例中，在室温下在34处向混合物中添加重 量百分比为98%的水。通过添加氢氧化钠或硫酸而将水的Ph值调节至Ph6.0至8.0的水平。接着，向混合箱中添加按SDC材料复合物的 重量计为10.8%的0.125英寸长的经斩切PAN碳纤维材料复合物及按 SDC材料复合物的重量计为2%的丙烯酸浆，并对混合箱进行搅拌， 直至看不到成块或成束的丙烯酸浆纤维为止。接着，向混合箱20中添加按SDC材料复合物的重量计为8.4%的 粉碎的350微米PAN碳纤维及4安重量计为16.4%的8 pmx26 /am的针 状焦碳、连同按SDC材料复合物的重量计为12。/。的7pm石油焦D然 后对该混合物进行搅拌，直至看不到焦碳或粉碎的纤维的结块为止。 测量混合物的Ph值，且如果需要，则通过在图4中的20处进一步添 加氢氧化钠或硫酸铝而将其调节至6.0至8.0的Ph值范围内。接着， 将丙烯腈预稀释至低于21 %的总固体悬浮物并向混合物中添加按 SDC材料复合物的重量计为6%的丙烯腈。SDC材料为产品60。然后将稀释后的材料通过上文参照图4所述的存储箱按顺序进行 传送。当通过导管25朝网前箱44传送材料时，在静态混合单元30、 32(图4)之前向管道中注入浓度为2%的稀释的硫酸铝，直至Ph达到 5.0至6.0为止。以足够大的容积率抽吸所述材料，以在以约20英尺/ 分钟的速度移动的成形传送带或网片40上形成充分结构化的纸状材 料。此后，在注入点26处从0.2。/。的溶液添加总背景浓度为78 ppm的 保持聚合物Drew-Flocc 2449。混合物经过另 一晶体混合单元32并从供给源34接收稀释水，以 使整个浆液混合物中的总固体物达到约1%。将该稀释后的浆液混合 物抽吸至Fourdmier 44-52造纸才几的网前箱44中。然后，将水性浆液 或混合物传送至前面所述的可选载片43。将水性浆液与织物成形速度 相一致，在该实例中，织物成形速度约为每分钟20英尺。浆液已借 助表面张力或夹紧辊轮52、真空箱50进行脱水，现在使用辊轮52对 浆液进行脱水。将湿网片11栽送至经蒸气加热的干燥罐，其中罐56 清除掉湿纸中98.5%至99.5%的水，并通过干燥罐进行充分巻绕，以 控制网片11的干燥及收缩率，从而使网片11不会在干燥过程中断裂。干燥后的网片或片11被绕至供给芯轴或巻轴58上，以提供供给源60。 然后，将供给源60解绕并浸渍以热固性酚醛树脂粘结剂。将网 片11浸没于盛有酚醛树脂的桶或盘62中，其中酚醛树脂经异丙醇稀 释，以控制树脂的粘度、固体物含量及渗透度，从而在摩擦材料饱和 并完全固化时得到约为30%的最终树脂含量。现在达到饱和的网片 11离开树脂盘42并在夹紧辊轮64之间受到压挤或夹紧。将饱和的湿 网片或纸经过受迫空气千燥烘炉66载于一系列辊轮(未显示)上，由烘 炉66将网片11干燥至挥发物为2.5%的挥发度，从而使97.5%的材料 10固化。材料IO在未移开载片43的情况下离开烘炉66。然后，将 材料10制成片状，以粘结至在摩擦环境中所用的一或多个部件上， 例如在图1-3中所示的部件或组件上。图6将该实例中材料10的孔隙率-搭接切变强度关系与传统纸质 构造的摩擦材料10的孔隙率4吝接切变强度关系相比较。还应注意， 摩擦材料10的搭接切变强度类似于现有技术的纸质材料，但优点是 与现有技术机织材料相关的孔隙率得到提高。此种提高的孔隙率能提 高在各界面摩擦组件之间耗散液力油膜的能力，从而得到更有利的摩 擦特性及无震颤性能。此种增大的流量有利于减小或实际消除在摩擦 材料中开槽的需要，从而与开槽应用相比使每一摩擦面得到更大的能 量容量。此种增大的流体流量会有效地耗散在摩擦材料10与任何配 合组件的界面处所产生的热量。较佳地，本发明的系统及方法利用传统造纸工艺中所釆用的技术 来制造大致长纤维骨架基质，该骨架基质通过遍布的微粒材料22得 到加强并随后饱和地浸渍树脂。在所述实例中，材料10的基重介于 45 lbs/3000平方英尺与600 lbs/3000平方英尺之间，但较佳是介于80 lbs/3000平方英尺与475 lbs/3000平方英尺之间。摩擦材料]0的卡钳 测量值介于0.3毫米与3.2毫米之间，但最佳是介于0.5毫米与1.5毫 米之间。纤维长度介于约0.08毫米至12毫米，但最佳是介于0.5毫 米与3.5毫米之间。在另一实施例中，纤维长度可介于2毫米与12毫米之间，但最佳是介于2毫米与6毫米之间。长纤维含量可介于饱和干态材料10 的重量的5 %至95 %之间，但最佳是介于材料10的重量的20 %至60%之间。而且，长纤维18既可为纤维素纤维，也可为非纤维素纤维(例如 碳纤维)，甚至可包含纤维素纤维与非纤维素纤维的掺合物。此外，可 将短纤维与长纤维相混合，但较佳地使短纤维的长度介于0.08毫米与 2毫米之间或最佳介于0.2毫米与1毫米之间。此外，混合物中的短 纤维含量应介于千态饱和材料10的重量的5%至95%之间，但最佳介 于干态饱和材料10的重量的约5%至10%之间。如长纤维一样，短纤 维可为纤维素纤维或非纤维素纤维、抑或纤维素纤维与非纤维素纤维的掺合物。对于微粒材料22而言，微粒材料22可包含小到约150 nm的小 尺寸至大到约300 pm的大尺寸，最佳是介于约1微米的小尺寸与150 微米的大尺寸之间。微粒材料22可包括含碳材料，例如冶金焦、石 油焦、碳化PAN或沥青、石墨、活性碳、工业钻石，或例如以下等 其它材料金属氧化物，例如氧化铁、氧化铝、铬铁氧化物；含硅材 料，例如硅酸硼、石英、硅藻土；颗粒状弹性材料，例如腈微粒、丁 腈微粒及丙烯酸微粒；含漆酚的聚合物微粒。此外，微粒材料20的 形状可对称、或不对称，并可包含碳化物，例如碳化硅；聚合物微 粒，例如漆酚微粒、变性聚丙稀睛纤维、酚醛、环氧树脂；或者矿物 质，例如碳酸钓、^法酸辆、遂石、及玄武岩。在所述实施例中，微粒材料含量介于饱和干态材料重量的约1% 至约85%之间，最佳是介于饱和干态材料重量的约5%至50%之间。 微粒材料也可包含经精确斩切的纤维，这些纤维可小到能被视为微粒。关于粘结剂或树脂，材料10可包含粘结剂，粘结剂的含量介于 饱和干态材料10的重量的约1 %至60%之间，但最佳是介于饱和干态材料的重量的约25%至50%之间。在所述实例中，粘结剂可为 热固性树脂，例如Ashland Aerofene 295-E-50;经改性的热固性树脂， 例如Schenectady Chemical SP 6493C;热固性树脂，例如Dow P84; 酚醛环氧树脂，例如Schenectady SP6300A;硅酮树脂，例如Dow Corning 1107;基于漆酚的树脂，例如Cardolite 334;环氧树脂，例如 Shell-Epon 1001B;聚酰胺，例如Skybond 701;三聚氰胺甲醛树脂， 例如Borden Cascomel MF-2LM; 丁腈树脂，例如Noveon 1562117; 丙烯酸粘结剂，例如HB Fuller PN3178F。在所述实例中，粘结剂可以 是由树脂制成的纤维形式，逸些纤维是novaloid酚醛纤维(例如 American Kynol ]0BT)、三聚氰胺纤维(例如BASF Basofil狭槽纤维)、 或者粉末酚醛塑料(例如Plenco 12114)、或者聚酰亚胺纤维(例如 Lenzmg纤维)。在所述实例中，粘结剂可由两种或更多种上述树脂及/ 或多种上述纤维构成。如在上述实例中所揭露，当以25%的压缩率在足以使材料大致固具有介于680 kPa至13.7 MPa之间的切变强度，但最佳是具有介于约1.3 MPa至8.2 MPa之间的切变强度。粘结压缩率百分比是通过下列/>式加以确定(初始厚度-最终厚度) (初始厚度)在所述实施例中，材料10可含有介于材料内开口空间总体积的 约1%至75%之间的空闲空间，但最佳是介于约30%至60%之间的 空闲空间。在图1所示的实例中，例々口，材料10具有282.5毫米的外径及 254毫米的内径，并粘结至外径为300毫米且内径为41.8毫米的活塞 上达0.6毫米的厚度。当相对于々包和后的材料厚度被压实至25 %时， 在动粘度为9.32 cSt、温度为90。C的流体中以大约400 kPa的液压施 加压力、在零差速下将活塞应用于前盖来模拟转矩变换器完全锁定状 态，此时所测得的穿过材料]0的总流体流量介于0.1 L/MIN与4L/MIN之间。
所述系统及方法提供一种可用于摩擦面环境的摩擦材料10，例如 用于同步器齿环14(图12)、离合器盘16(图3)或转矩变换器活塞IO(图 1)。然而，发明者还设想，材料IO也可应用于其它环境。
图7显示用于比较图]所示转矩变换器离合器12的活塞流量的 示例图性实施例的数据。将活塞流量与现有技术的纸质摩擦材料(即 Select Powertrain Technologies CF-4500,由本申请案的受让人制造及 提供)相比较。应注意，显著提高的活塞流率有利于耗散液力薄膜并使 内表面温度降低，此又会延长在其中使用材料10的流体的使用寿命。
图8示例图高渗透性材料的流体流量-温度特性与现有技术纸质 摩擦材料(即AFM Grade 421 l)的比较。应注意，流过高渗透性材料设 计的高流体流率的影响与流过低孔隙率材料的低流体流率的影响的
尽管本文所述材料、部件及方法、以及用于实施此种方法的装置 形式构成本发明的较佳实施例，然而应理解，本发明并非仅限于此种 确切的方法及确切的装置形式，而是可在不背离本发明范围的情况下 对二者作出各种改动，本发明的范围限定于随附权利要求书中。
权利要求
1.一种摩擦材料，其包括摩擦基质，其包括多条湿法成形的纤维，所述多条湿法成形的纤维共同限定包含预定孔隙率的骨架基质，其中所述预定孔隙率相当于在0.5英寸水柱的压降下每平方英尺的材料渗透约每分钟5立方英尺至每分钟80立方英尺的空气。
2. 如权利要求1所述的摩擦材料, 形的纤维包含大部分非纤维素纤维。
3. 如权利要求1所述的摩擦材料, 形的纤维包含至少为0.08 mm的长度。
4. 如权利要求1所述的摩擦材料, 和地浸渍热固性或热塑性粘结剂。
5. 如权利要求4所述的摩擦材料, 多种微粒。
6. 如权利要求5所述的摩擦材料,
7. 如权利要求5所述的摩擦材料，其特征在于，所述多种微粒材 料包括冶金焦。
8. 如权利要求5所述的摩擦材料，其特征在于，所述多种微粒材 料包括石油焦。
9. 如权利要求5所述的摩擦材料，其特征在于，所述多种微粒材 料包括活性碳。
10. 如权利要求5所述的摩擦材料，其特征在于，所述多种微粒 材料包括石墨碳。
11. 如权利要求5所述的摩擦材料，其特征在于，所述粘结剂内至每分钟80立方英尺的空气。 的所述多种微粒材料包含小到约150纳米的小尺寸及大到约300微米 的大尺寸。
12. 如权利要求5所述的摩擦材料，其特征在于，所述多种微粒 材料是经精确斩切或粉碎的纤维，包含小于400微米的长度。
13. 如权利要求5所述的摩擦材料，其特征在于，所述摩擦材料 包括至少1.3MPa的最小切变强度。
14. 如权利要求5所述的摩擦材料，其特征在于，所述摩擦材料 适于粘固至在车辆中所用的部件上，其中所述部件是转矩变换器、离 合器片、同步器齿环、或其它转矩传输装置。
15. 如权利要求5所述的摩擦材料，其特征在于，当所述湿法成 形的摩擦材料包含大于或等于282.5 mm的外径及小于或等于254 mm 的内径、且所述湿法成形的摩擦材料当在至少400 kPa的压力下在动 粘度约为9.32 cSt的流体中进行测试时被粘结至厚度至少为0.6 mm的 载体上时，在不增加凹槽或紋理的情况下，穿过所述湿法成形摩擦材 料的流率介于约0.4 1/mm与4.0Zmin之间。
16. 如权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所述骨架基质 在空隙处包括多个微粒材料结块。
17. 如权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所述骨架基质 包括位于空隙处的多种微粒材并十结块及粘结剂。
18. 如权利要求16所述的摩擦材料，其特征在于，所述多种微粒 材料包括下列中的至少一种舍碳材料；氮化物材料；金属氧化物材 料；含硅材料；粉末或颗粒状弹性材料；碳化物材料；聚合物材料； 或者矿物质。
19. 如权利要求17所述的摩擦材料，其特征在于，所述多种微粒 材料包括冶金焦。
20. 如权利要求17所述的摩擦材料，其特征在于，所述多种微粒 材料包括石油焦。
21. 如权利要求17所述的摩擦材料，其特征在于，所述多种微粒材料包括活性碳。
22. 如权利要求17所述的摩擦材料，其特征在于，所述多种微粒 材料包括石墨碳。
23. 如权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所述骨架基质 包含位于空隙处的多种微粒材料结块及粘结剂，其中在所述粘结剂中 提供多种微粒材料。
24. 如权利要求23所述的摩擦材料，其特征在于，所述多种微粒 材料包含小到约150纳米的小尺寸及大到约300微米的大尺寸。
25. 如权利要求5所述的摩擦材料，其特征在于，所述多种微粒 材料包括下列中的至少一种含碳材料；氮化物材料；金属氧化物材 料；含硅材料；粉末或颗粒状弹性材料；碳化物材料；聚合物材料； 或者矿物质。
26. 如权利要求23所述的摩擦材料，其特征在于，所述多种微粒 材料包括冶金焦。
27. 如权利要求23所述的摩擦材料，其特征在于，所述多种微粒 材料包括石油焦。
28. 如权利要求23所述的摩擦材料，其特征在于，所述多种微粒 材料包括活性碳。
29. 如权利要求23所述的摩擦材料，其特征在于，所述多种微粒 材料包括石墨碳。
30. 如权利要求23所述的摩擦材料，其特征在于，所述多种微粒 材料是经精确斩切或粉碎的纤维，包含小于400微米的长度。
31. 如权利要求23所述的摩擦材料，其特征在于，当所述湿法成 形的摩擦材料包含大于或等于282.5 mm的外径及小于或等于254 mm 的内径、且所述湿法成形的摩4察材料当在至少400 kPa的压力下在动 粘度约为9.32 cSt的流体中进行测试时被粘结至厚度至少为0.6 mm的 载体上时，在不增加凹槽或紋理的情况下，穿过所述湿法成形摩擦材 料的流率介于约0.4 1/mm与4.0 1/min之间。
32. —种用于形成在摩擦材料中所用的骨架基质的工艺方法，其 包括下列步骤形成多条纤维与水的混合物；将所述混合物湿法成形至支撑件上，以使所述混合物共同限定包 含预定孔隙率的骨架基质，其中所述预定孔隙率相当于在0.5英寸水 柱的压降下每平方英尺的材料渗透约每分钟5立方英尺至每分钟80 立方英尺的空气。
33. 如权利要求32所述的工艺方法，其特征在于，所述方法进一 步包括下列步骤向所述纤维混合物中添加微粒材料。
34. 如权利要求32所述的工艺方法，其特征在于，所述方法进一 步包括下列步骤使所述摩擦材料饱和地浸渍粘结剂。
35. 如权利要求34所述的工艺方法，其特征在于，所述粘结剂包 含分散于其中的多种微粒材料，所述方法进一步包括下列步骤将所述粘结剂与多种微粒的混合物涂敷到所述骨架基质上。
36. 如权利要求34所述的工艺方法，其特征在于，所述方法进一 步包括下列步骤干燥所述饱和的摩擦材料。
37. 如权利要求32所述的工艺方法，其特征在于，所述方法进一 步包括下列步骤将所述摩擦材料加工成段。
38. 如权利要求37所述的工艺方法，其特征在于，所述方法进一 步包括下列步骤将所述段粘固至部件上。
39. 如权利要求38所述的工艺方法，其特征在于，所述部件是同 步器齿环、离合器盘、或转矩变换器或其它转矩传输装置。
全文摘要
本发明涉及一种摩擦材料，且更具体而言，涉及一种能够使用传统造纸工艺制成的湿摩擦材料。使用长纤维形成湿法成形的均质骨架基质，通过使微粒材料分散于整个摩擦基质及整个基质粘结剂中、尤其分散于相邻纤维间的空隙处而使骨架基质得到加强，以显著增大材料的切变强度、同时对流过材料的流体流量的影响接近可忽略不计。
文档编号D21H11/00GK101218393SQ200680025060
公开日2008年7月9日 申请日期2006年7月3日 优先权日2005年7月11日
发明者E·A·舒勒, J·M·李, M·J·特里佩尔 申请人:苏舍尤罗弗拉姆美国有限公司