本发明涉及由碳纤维增强复合材料制成的湿摩擦材料以及生产所述湿摩擦材料的方法。
背景技术：
：湿摩擦涂层或湿摩擦材料用于湿摩擦元件，在所述湿摩擦元件中湿介质例如油从摩擦对象的摩擦表面移除由摩擦接触所产生的热。从us5662993a中已知通用的湿摩擦元件，us5662993a涉及由树脂浸没的机织物制成的摩擦材料，其由碳纤维机织而成。来自本申请本身的申请人的ep1505310b1也描述了通用的湿摩擦材料，其由于特殊的表面结构化而具有改善的湿介质溢流特性。由碳纤维增强塑料材料(cfrp)制成的湿摩擦材料的特征在于其高稳定性和其由于碳纤维而导致的高导热性，特别是与由玻璃纤维增强塑料材料(gfrp)制成的材料相比。然而，这些材料的不利之处在于它们具有高的静摩擦，这导致起动扭矩增加并且损害“绿色可变换性”。由本发明的申请人进行的测试已经显示，由碳纤维增强碳(cfrc)制成的热解摩擦涂层制成的湿摩擦材料，如us5895716a所述，与cfrp摩擦材料相比在静摩擦和其他摩擦特性方面是有利的。然而，这些材料在湿摩擦元件的使用寿命上的耐磨性方面也是不利的，因为尽管cfrc材料基本上非常稳定并且具有高刚度，但是这种刚度也导致材料非常脆弱和易碎。因此本发明的目的是提供与已知摩擦材料相比在摩擦性和耐磨性方面有利的湿摩擦材料。技术实现要素：所述目的通过特别且专一地在用于摩擦的摩擦涂层表面上碳化cfrp摩擦涂层来实现。因此所述cfrp材料在摩擦涂层上仅被碳化至某一深度并且不连续穿过整个cfrp材料。因此本发明的一方面是包含片状碳纤维增强复合材料的湿摩擦材料，所述复合材料含有至少一种嵌入塑料基质中的由碳纤维制成的纺织织物，所述湿摩擦材料的特征在于用于湿摩擦的碳纤维增强复合材料表面至少在从表面至限定深度的区域内被碳化。作为仍存在于所述湿摩擦材料的碳化表面下即在远离用于摩擦的表面的方向的初始cfrp材料的结果，所述湿摩擦材料在正常运行期间实际上不损失任何其耐磨性，同时可以利用cfrc材料的积极的摩擦特性。这在这种形式下不是可预测的，因为必须假定对耐磨性的不利影响。所有已知的片状纺织结构可被考虑用于由碳纤维制成的纺织织物。除了在开始提到的公开中描述的机织物之外，可以使用由碳纤维制成的针织物、编织物、钩编织物、绒头织物和纸。根据本发明的一种实施方式，所述表面被碳化达5μm至1000μm的深度，优选20μm至500μm，更优选40μm至350μm，特别优选100μm至200μm，该深度小于所述片状碳纤维增强复合材料的总厚度。根据用途，所述被碳化表面可以是足够薄的，使得只有塑料基质的最上方的碳纤维暴露，这对应于约5μm至15μm的深度。碳化越深，或所述湿摩擦元件表面上的碳化层越厚，则摩擦特性变得越好。摩擦特性从约100μm的深度没有显著改善。为了同时确保耐磨性，应注意确保cfrp材料的层足够厚。因此，所述表面特别优选被碳化达100μm至200μm的深度。所述片状碳纤维增强复合材料的总厚度可以根据所述湿摩擦材料的用途的不同而异，且因此没有特别限制。优选地，所述片状碳纤维增强复合材料的厚度为0.2至5mm，更优选0.25至2mm，且甚至更优选0.3至1mm。优选地，在所述片状碳纤维增强复合材料的厚度的至少0.1mm内，所述塑料基质不被碳化。这确保所述材料足够稳定。更优选地，未碳化层即其中片状碳纤维增强复合材料仍以cfrp状态存在的层的厚度为至少0.2mm且甚至更优选0.3mm。根据本发明的另一实施方式，所述表面的10％至100％，优先20％至100％，更优选30％至90％被碳化。如果稳定性和耐磨性对于所述湿摩擦材料的相关用途特别重要，例如在经受特别高应力的摩擦涂层中，则仅在区域内被碳化的表面是有利的。例如但不限于，所述被碳化区域可以是规则样式的，例如以一条紧邻一条。这将cfrc表面的磨损同时分布到整个摩擦表面，并且因此也分布到cfrc表面的所述区域上，这总体上导致改善的摩擦性能。根据本发明的另一实施方式，所述纺织织物包含由碳纤维制成的机织物。机织物的特征特别在于其结构可以导致在所述湿摩擦材料的表面上形成槽，由此能够控制湿介质的溢流。这种效果可以根据织物的类型例如斜纹织物而选择性地设定。根据本发明的另一实施方式，所述塑料基质包含选自固化环氧树脂和固化酚醛树脂的至少一种塑料材料，优选酚醛树脂。这样的有利之处在于，酚醛树脂在碳化后特别具有高的碳残留。已发现，更致密的碳基质改善摩擦特性，并且特别增加摩擦系数。本发明的另一方面是用于生产本发明的湿摩擦材料的方法。所有关于本发明第一方面提到的特征能够合适地与下文解释的方法组合，反之亦然。根据本发明的方法涉及生产湿摩擦材料的方法，其包含下列步骤：a)提供由碳纤维制成的纺织织物，b)使用塑料前体浸渍所述纺织织物，c)至少部分地固化所述塑料前体并获得至少部分固化的碳纤维增强复合材料，d)在用于湿摩擦的一碳纤维增强复合材料表面上碳化所述至少部分固化的碳纤维增强复合材料，和e)如果碳纤维增强复合材料仅已被部分固化，则完全固化所述塑料前体。对根据步骤a)提供所述纺织织物的方式没有特别限制。例如但不限于，所述纺织织物可以直接由碳纤维制造。也可能由来自碳纤维的前体纤维制造所述织物，例如但不限于聚丙烯腈纤维或稳定化(氧化)的聚丙烯腈纤维。优选地，使用环氧树脂或酚醛树脂作为步骤b)中的塑料前体。这样的优点已在上文讨论过。所述浸渍工序可以原则上根据所有已知的浸渍方法进行。优选地，所述纺织织物被完全浸渍，以尽可能地增加随后的复合材料的均一性和稳定性。在根据本发明的步骤c)中，用塑料前体浸渍的纺织织物能够被完全固化或仅部分地固化。在后面的情形中，得到预浸物，其与所述塑料前体被完全固化时所得材料相比更能够被成形。根据本发明的方法的另一实施方式，所述表面按照步骤d)至少在区域内被碳化并且达所述区域的5μm至1000μm的深度，优选所述区域的20μm至500μm的深度，更优选所述区域的40μm至350μm的深度，且特别优选所述区域的100μm至200μm的深度。关于本发明第一方面的相应解释适用于此。优选地，在步骤d)中所述表面的10％至100％，优先30％至100％，更优选40％至90％被碳化。关于本发明第一方面的相应解释适用于此。根据本发明的方法的另一实施方式，碳化通过激光照射的方式发生。通过使用激光照射，有可能将非常薄的层仅碳化至精确限定的深度，因为能量输入非常精确，并且所述碳化发生的足够快使得能够避免由于物体内的热耗散而导致的其他不想要的碳化。这在碳纤维增强复合材料中也令人惊喜地起作用。这是因为碳纤维的热传导性是如此高以至于必须假定所述碳化继续穿过所述湿摩擦材料的整个厚度。然而情况并非如此。在这种情况下，对激光的类型没有特别限制。例如可以使用co2激光。碳化所需的温度通常在600℃和1000℃之间。然而对于通过根据下文示例的激光照射方式进行的碳化，碳化深度从大约800℃的温度突然增加。因此，从大约这个温度开始，不能再有效地控制碳化深度。在这种情况下，碳化所需的温度优选在600℃和780℃之间。这个温度范围的另一个优点是只有基质被碳化以及碳纤维不会在结构上发生变化。然而，可以使用任何其他的合适工序进行碳化。但是，根据本发明，在常规碳化炉中不发生所述片状碳纤维增强复合材料的碳化或部分碳化，因为这在其整个厚度上均匀地将所述复合材料部分碳化或完全碳化。除非在炉中采取措施以确保所述片状碳纤维增强复合材料的一个表面不被碳化，否则不能实现本发明的优势。然而，在这种情况下，不使用常规碳化炉。在本发明的上下文内，术语“碳化”与术语“热解”是同义词。本领域技术人员已知，所述两者在升高的温度下发生。此外，碳化优选在惰性气氛中发生。这是有利的，因为在碳化期间产生的碳大部分不被氧化，且因此不被腐蚀。根据本发明的方法的另一实施方式，经浸渍的纺织织物或部分固化的碳纤维增强复合材料至少在步骤b)后在压力下进行压缩。这种压缩常规地通过机械压制的方式实现。这种压制可以在所述塑料前体至少部分固化之前和期间发生。有可能，替代地或附加地，在表面上已经碳化的预浸物在所述塑料前体完全固化之前和/或同时经历所述压制步骤。原则上，所述压制步骤可以在浸渍之后并直到所述碳纤维增强复合材料完全固化为止的任何时间发生。然而，常规地，出于实践原因在碳化期间不发生压制步骤。根据所述实施方式的压缩增加了所述湿摩擦材料的稳定性。根据本发明的方法的另一实施方式，所述至少部分固化的碳纤维增强复合材料被施加于衬底。该衬底可以根据用途而异而不同地形成。其基本上作为用于湿摩擦涂层的支撑材料起作用，在所述支撑材料上根据本发明的湿摩擦材料旨在位于最终产物中。例如，但不限于，根据本发明的湿摩擦材料可以用于离合器例如同步环中的如多片式离合器和锥形离合器。在这种情况下，相应的衬底通常由金属制成。所述材料可以在至少部分固化(步骤c)之后的任何时间被施加于所述衬底。然而，所述材料优选仅在所述表面已被碳化后施加于所述衬底。这防止了由碳化期间发生的高温所引起的对摩擦材料和衬底之间连接的可能损害。这是因为，由于碳纤维的高热传导性，在所述表面的碳化期间产生的热传导穿过所述湿摩擦涂层的整个厚度至摩擦材料与衬底之间的连接。对施加或连接的类型没有特别限制。常规地，所述湿摩擦材料通过粘合的方式被施加于所述衬底。根据本发明的方法的优选实施方式，在碳化之前进行所述压缩，并且在碳化之后将湿摩擦材料施加于衬底。这种顺序在流程期间材料处理的意义上有许多优点。此外，如果仅在碳化后进行压缩步骤，那么除非仔细地处理，否则可以损害碳化层。具体实施方式实施例：为了生产本发明的湿摩擦材料，作为第一步，生产具有270g/m2的每单位面积重量和900μm厚度的由碳纤维制成的机织物。所述机织物用酚醛树脂系统浸渍，然后在150℃固化。使用具有100mw功率的co2激光照射表面并由此被碳化达150μm的深度。使用简单的刮痕测试来测试碳化深度，因为比较脆弱的碳化层可以从其下的cfrp上被容易地移除。所述表面的部分暴露于激光照射下的时间越长，则表面变得越热。使用红外技术可以同时测量所得温度。该实施例中碳化深度对温度的依赖性示于下表。温度刮痕深度(对应于碳化深度)650℃48μm750℃103μm850℃504μm当前第1页12