复合摩擦元件及拉挤成型制造方法

专利名称：复合摩擦元件及拉挤成型制造方法
技术领域：
本发明是关于用于制动器及离合器的复合摩擦元件，尤其是关于改进的摩擦元件、其合成及其制造方法。
背景技术：
一摩擦制动器基本上为一对摩擦构件，其一旋转且另一静止，使两者达到啮合以产生一摩擦力，该摩擦力在测量上是作为用于减慢或停止该旋转元件的制动转矩。制动器较佳地设计为便于该制动转矩与用来啮合该等元件的输入力在某种程度上成比例，以及便于旋转构件的能量以热量形式消散。遗憾地是，压力不是影响该等制动元件的摩擦响应的唯一因素。摩擦元件之间的摩擦效应导致摩擦力及制动转矩随啮合压力、速度及温度而变化，以及使摩擦力及制动转矩依赖于用于稳定的沉积界面膜。尽管如此，制动器较佳地设计为便于制动转矩与用来啮合该等元件的输入力成合理比例。制动能量以热量的形式通过该等制动元件消散掉。为此原因，在多数应用场合下它们必需能够经受大量的热。
一制动系统的旋转元件通常为一由金属(如硬化钢)制成之盘或鼓，该静止元件通常为一组合垫或闸瓦衬片，该组合垫或闸瓦衬片可移动与该旋转元件啮合或分离。设计该组合元件，使其磨损时对该金属盘或鼓不产生过度的磨损。形成该组合元件的材料为对该制动系统的性能特征具有最大影响的主要的不可预知的变数。用于该组合元件的理想材料必需使用上安全、相对廉价、具有好的摩擦、耐磨及热性能特征。这包括良好的抗衰退性、或在热量累积下保持好的(较佳地大体上均匀)制动的能力。
一摩擦离合器在一些方面类似于一制动器，且基本上为一对摩擦元件，将该对摩擦元件设计为可选择地将一旋转驱动元件与一被驱动元件连在一起以使该被驱动元件达到随该驱动元件旋转的速度。使该等离合器元件(一个驱动旋转另一个被驱动旋转)开始啮合以产生一驱动转矩的摩擦力用于使一低速的或一静止的元件达到一旋转驱动元件的速度。该离合器通常由一圆形摩擦片或盘构成，该圆形摩擦片或盘在两个表面上具有组合材料的摩擦垫或元件，该两个表面挤压在一对金属压力板之间。
直到最近这些年，用于制造制动器、离合器及类似物的摩擦垫及盘的主要材料为石棉。此等垫由一模制方法制造，其中每一单元在一连接基体中由任意定向的石棉纤维组合形成，该连接基体在压力下放置在一铸型腔中。然而，已发现石棉是一致癌性物质，而且这样使用把潜在有害量的石棉释放进入环境中。为此原因，一些工业国家禁止使用石棉摩擦材料，其它包括美国在内的其它国家要求在未来数年间逐渐停止使用石棉。因此，迫切需要安全且有效的摩擦材料及将此等材料制造成适当的摩擦单元的经济方法。
最近这些年在试图找到具有理想耐磨、热及其它特征的适当的环境安全材料及合成物以充当石棉替代品作为制动器及离合器中的摩擦元件方面已进行广泛的努力。此等努力已受相关的许多及各种参数的阻碍，此等参数包括要满足制动器与离合器间以及不同类型的制动器及不同类型的离合器间的一系列需要。例如，不同尺寸的车辆对于制动器及离合器需要不同尺寸的摩擦垫，且通常具有包括更高操作力及温度的其它变数。用于旋转盘的制动垫具有与用于制动鼓的闸瓦不同的条件。同样，用于自动变速传动的离合器具有与用于人力操纵或变速杆传动的离合器不同的条件。
满足对于长寿命、耐高摩擦热摩擦材料的需要的尝试包括提议利用各种在一连接基体中模制的切短纤维(如树脂)。在传统方式中该摩擦单元由一模制方法形成，且纤维及其它成分随机取向且放置在一粘合剂(例如，干燥粉末树脂)中，并在热及压力下固化或放置在模子内的液体树脂中进行固化。此等合成物及制造方法的实例在1978年10月10日颁予Aldrich的美国专利案第4,119,591号、1981年3月31日颁予Saito等人的美国专利案第4,259,397号及1984年2月21日颁予Kaufman等人的美国专利案第4,432,922号中揭示。
然而，由此方法生产的摩擦单元制造起来昂贵，且由于其缺少性能及耐久性的均匀性，因而一直不令人满意。例如，来自同一批的若干单元在性能特征方面可偏离差不多35％。已发现结果的不均匀性主要由于在基体中纤维及其它成分的不均匀分布及取向所导致。这不仅造成昂贵的检查及质量控制问题，其也可造成维护问题，且有时甚至造成危险情况。例如，在初始安装时匹配性能的垫在其使用寿命期间可改变。
经过过去数年，申请者在制动器及离合器的复合摩擦元件的合成及结构以及拉挤成型制造方法方面已研发广泛改进。许多此等改进在申请者的标题为“制造制动衬片的拉挤成型方法(PULTRUSION METHOD OF MAKING BRAKELININGS)”的美国专利案第5,156,787号、标题为“制造摩擦单元的连续拉挤成型方法(CONTINUOUS PULTRUSION METHOD OF MAKING FRICTION UNITS)”的第5,462,620号、标题为“均匀复合摩擦单元(UNIFORM COMPOSITEFRICTION UNITS)”的第5,495,922号及标题为“制造复合摩擦单元的拉挤成型方法(PULTRUSION METHOD OF MAKING COMPOSITE FRICTION UNITS)”的第5,690,770号中具体表达。然而申请者在完善此等合成、结构及方法上的连续工作表明进一步改进合成及制造方法是值得做的，因此由申请者一直在研发。例如，研发了改进的机械特性、合成及结构以及拉挤成型制造方法的改进。
可是，合成、结构及制造方法的进一步改进是值得做的。
因而，值得做出改进的合成、结构及制造方法以用来克服先前技术中上述及其它问题。

发明内容
本发明的主要目的是为用于所有类型的制动器及离合器的摩擦衬片提供改进的合成、结构及制造方法。
本发明的另一目的是提供改进的拉挤成型方法用于制造制动器及离合器的摩擦衬片。
本发明的另一目的是提供一装置用于通过单一过程联合制造带有背衬结构的摩擦单元。
根据本发明的一个主要方面，通过一个拉挤成型过程制造摩擦单元且摩擦单元包含在酚醛树脂中可控制密度及定向的主加强纤维阵列的合成物，且选择较小量的一种或多种有机及无机摩擦调节剂。
本发明的另一方面包括由连续过程制造的摩擦单元，该连续过程包含以下步骤选择加强纤维初级原丝的均匀阵列，使其充满酚醛树脂材料，将特定摩擦调节剂及操作助剂混入其中；抽拉该浸渍的加强纤维原丝经过一复合成型模以形成一体，该体具有该等摩擦单元三维构型的至少一部分；且选择性地将该体切割成复数个摩擦单元。
本发明的另一方面包括由一连续过程制造的摩擦单元，该连续过程包含以下步骤在一联合过程中连同二级材料板抽拉浸渍的加强纤维原丝经过一复合成型模，以向该摩擦单元提供一整体背衬或加强部分。


当结合附图来阅读下面的描述时，则本发明的上述与其它目的及优点将变得显而易见，其中图1是概要图示实现本发明的一种装置及一种较佳方法的一透视图；图2为一类似图1的视图，其图解表示根据本发明制造离合器衬片的方法；图3为一根据本发明的加强纤维的一典型编织板的透视图；
图4是一类似图3的视图，其图解表示针刺处理之后的图3的编织板用于实现本发明一较佳方法的步骤；图5为一正视图，其图解表示加强板的多个板针刺法；图6为一正视图，其图解表示在图5操作中使用的针刺；图7为一类似图3的视图，其图解表示一编织板的一替代实施例用于实现本发明的一较佳方法；图8为根据本发明的加强纤维的一典型缝合板的平面图；图9为根据本发明的加强纤维的一典型编带板的平面图；图10为一概要图示一装置及一较佳方法的透视图，该方法包含一二次材料以提供一为了实现本发明的整体背衬或加强部分；图11图解表示根据本发明制造的一产品的透视图；图12图解表示根据本发明制造的另一产品的透视图。
具体实施例方式
本发明针对改进熟知的拉挤成型方法以由复合材料生产物品。该拉挤成型方法为一方法，其中产品或物品在一模子中通过抽拉该等材料经过该模子而形成，在该模子中该等产品或物品成形为该方法中至少一有效尺寸或结构。此区别于挤压方法，挤压方法中在压力下促使或推进材料经过一模子，而在替代方法中产品在压力凹模中单独成型。
参考图示中图1，其概略图示一典型系统用于实现生产根据本发明的制动器及离合器衬片的典型系列步骤。通常由数字10指示的该系统包含诸如一个或多个卷筒或卷状物12的加强纤维或织物源，由该等卷筒或卷状物拉出复数个原丝伸长连续纤维板14或纤维阵列。使该等纤维板或阵列诸如通过经过适当树脂(如酚醛树脂)的适当喷射腔或浸湿浴室16而使其充满适当的树脂，以及经过一成型模18而形成复合板20。
加强纤维板通过适当的拉或牵引装置22(诸如图解所示的滚筒牵引组件)经过模子18拉出。该图解所示的牵引组件包含一对滚筒24及26，该板20经过并夹持于该对滚筒之间，并经过该模子拉出。该等滚筒可通过一适当的发动机28驱动，该发动机28可通过任何适当的诸如电、空气、液压及其它适当的动力装置来供能。也可使用其它类型的牵引组件，诸如空气或液压供能往复牵拉夹子或牵引机(未图示)。该板从该模子形成后，通过任何合适切割装置30(诸如一喷水器、磨蚀切割机、激光等离子体、冲压或其它装置)将期望形状部分从其切割出。
如图1图解所示，将该形成的板20切割成如一弓形构型的适当的若干制动垫。此切割可通过任何适当的切割装置(诸如一喷水器、磨蚀切割机、激光等离子体、冲压或其它装置)来完成。此切割方法在某种程度上将依赖于材料的厚度及含量。诸如用于小制动垫及离合器片的相对薄的材料可通过用一冲模切割机或其它适当的装置冲压来切割。用于各种应用场合的特定离合器片及磨盘可如一单一层编织加强纤维一样薄。诸如用于重型制动垫及闸瓦的较厚的材料将需要其它诸如喷水器或类似的切割装置。
如图2图解所示，将该成形板20切割成一环状或环形构型的离合器垫或盘。此切割可通过一由空气或液压缸38供能的冲模切割机36的方式来完成。由于该等诸如用于离合器片的材料相对薄，它们可通过用一冲模切割机冲压而轻松切割。在诸如自动变速传动中一些应用场合的离合器片可如一单一层编织加强纤维一样薄且可包括一整体背衬或加强部分。
纤维及树脂的结合至少在该模子中成形为该物品若干部分的特定尺寸及构型，且从该模子中成形之前通过加热固化。在图解所示的实施例中，形成一通常平的矩形板20，从该矩形板20切割或冲压出制动器或离合器垫32。这是一形成至少一些部分及尺寸(诸如制造物品的厚度及摩擦表面)的连续过程。该等纤维可以为单一原丝、编织织物、垫子或缝合的织物或其组合的形式。然而，该等加强纤维的一较佳形式为一编织板或垫子，其中该等主纤维处于机器方向且交叉编织纤维与该等主纤维或原丝成直角。作为替代，在一些情况下该等交叉纤维与该等主纤维所成角度可不同于90度(90)。
参考图3，其图解表示了一典型较佳加强板，且通常由数字40指示。该板显示为一传统织法纤维42，该纤维42可为沿机器或牵拉方向延伸的主纤维。可被考虑为二级纤维的交叉纤维44以一传统织法横跨该等纤维42大体上以90度延伸。该等图解所示的纤维42及44可为一单一原丝或纤维或者可为一串相同或不同类型的多个纤维。用于制动垫或衬片的主加强纤维42及44较佳地为玻璃纤维，但是该垫可含有其它材料及纤维或其组合。此外，其它纤维可以各种选定的分布及比例而被编织或分布于玻璃纤维中以改变及/或提高特定特征。例如，各种纤维可以各种浓度在整个单元上大体上均一分布用于优化诸如内层剪切强度、耐磨、衰退及冷却等各种参数。可以数种不同方式实现添加二级加强纤维。
可利用许多不同纤维或原丝及其组合，其包括(但不限于)其它有机及无机材料的玻璃、岩石、陶瓷、碳素、石墨、芳香尼龙、高熔点芳香族聚酰胺、纤维B(Kevlar)、羊毛及棉纤维。各种诸如铜及铝的金属纤维也可以各种比例与非金属纤维一起使用。在一较佳合成中，该等纤维为羊毛及/或棉纤维重量的大约20％。为了提供已完成部分的主动测试及性能监视用于评估或最终使用目的，也可包括光导纤维。
如图解所示，该制造系统及方法在树脂基体中提供主纤维可控制的预定定向以及主纤维可控制的预定均匀性及密度。例如，该摩擦组件的合成决定其许多特性，诸如其耐久性、耐热性及耐磨性。在此方法下，该主纤维可在相对该制动垫或摩擦组件的摩擦表面任意适当角度下均匀地可控制地分布及定向。于是，该方法及材料具有提供优良的、可预知的及稳定的性能的能力。
该方法可包括添加二级纤维，该等二级纤维相对该等主纤维横向延伸以向该等单元增加剪切强度及其它机械特性。在该方法的一种形式中，如(此处遗漏了相关内容，请补上)。
在拉挤成型过程之前(预浸处理)或在其期间，纤维或原丝的板16以任何适当方式由一树脂涂层或弄湿。在图解所示的实施例中，其显示该等纤维进入或经过一适当液体树脂的浴室或喷射腔16，该液体树脂含于一贮液器20中用于弄湿或浸渍该等纤维或原丝。也可在该过程前(预浸处理)以树脂浸渍该等纤维，或者可在拉挤成型过程期间通过树脂喷射将该等纤维弄湿，或者如通过拖拉该等纤维经过一浴室或者通过从一环绕纤维粗纱或板的集管泵送树脂进入该等纤维而将该等纤维弄湿。该等纤维实际数目将达到数百或数千，较佳地在一纤维垫子的多行中，许多纤维可为平行且缝合在一起，或者与不同定向的其它层交织。在图解所示的较佳系统中，该等纤维为编织板或垫的形式，根据模子的宽度形成或切割，且一直被引导进入该模子18而用于赋予该等摩擦单元最终形状或构型的至少一部分。
该等原丝(如果是玻璃纤维尤其如此)可需要一胶料处理，即应用化合物或化学制品以确保好的或完全的浸湿该等纤维以及在该等纤维与基体之间及在纤维的各层之间好的结合。较佳地使用膨体粗纱(聚成一串的原丝或纤维)。通过一方法生产膨体粗纱，其中通过增强的冷空气来使标准粗纱断裂或分裂。这就提供两个有用特性，1)增加了的直径，其有助于为低玻璃含量拉挤成型提供填补，以及2)该等“裂片”在树脂基体中在所有轴线上提供好的机械结合。
经树脂浸渍或湿润的纤维板经过或拉过该模子18，此处它们成形为期望结构的至少一部分，并且至少部分(即使不是完全)固化。该纤维及树脂合成物较佳地在该模子中通过任何适当的方式(诸如放热、辐射热或其它方式)至少部分固化，且该等纤维将从而被置于适当张力下且在该单元体中保持张力。该复合单元以一伸长连续条或板20的形式从该模子中形成、或更特定地在张力下被拉出，该连续条或面板20具有制动器或离合器垫或其它所制造物品的外围构型的至少一部分。在制动器及离合器垫的情况下，该条或板较佳地具有最终垫的摩擦及安装表面结构。该条或板20通过适当装置(如液压式拔卸器、牵引机(未图示)或类似装置)从该模子18拉出，且在图解所示实施例中加以安置以便于切割成单一摩擦或制动垫单元或部件。该拉挤成型方法提供一大体上可控制的合成，且在整个摩擦单元体上具有预定分布及定向的主纤维。这有助于在该等单元之中以及该等单元及其最终性能的各种参数中保持高度的均匀性。
在一些实例中，相对于该摩擦表面可能期望提供给该等纤维一不同角度。例如，可能期望使该等纤维处于一相对该摩擦表面高达差不多四十五度的角度。这可通过在相对其轴线的期望角度下从该条切割该等摩擦单元来实现。
在刚一从该板切割，就可将该等制动垫放置在一输送带上或另外地移到适当位置用于进一步诸如附着到一背衬板的处理。可将该等垫或衬片附着到(如胶粘结合于)一背衬板或闸瓦。接着将该等垫通过适当的方式积聚在一适当的储存货柜或箱柜中，于是在该储存货柜或箱柜中将该等垫包装及载运。相对传统方法技术，这提供了一高效且经济的制造方法。
主纤维及二级纤维的密度及混合状态可改变以适合特定应用。特别地，在制动器闸瓦情况下，主纤维的定向可在一相对该鼓表面处于横向的鼓之中。抽拉该等纤维经过一模子，该模子具有期望闸瓦的曲线或弧度且选择性地在宽度方向上切割。在此应用中，该切割表面不代表该摩擦表面。必须进行二次制备步骤(如研磨)以达到期望表面。对于如本文所描述的各种垫及离合器应用这也是可靠的。
尽管在该方法中图解表示制动垫，但是显然也可通过此方法来制造离合器摩擦单元及制动器闸瓦衬片以及磨蚀摩擦盘。将该模子设定为成形该形成物品的一外围表面或轮廓，且可包括环形形状。另外，可将该模子设定为提供该待制造物品的至少一尺寸。在盘式制动器垫情况下，在一实施例中，将该等纤维在较佳地垂直于该摩擦表面的一角度下均匀定向以获得最高制造效率。然而，在特定应用场合，一平行于该摩擦表面的定向对于制造及性能来说可为令人满意的或甚至较佳的。
该闸瓦衬片可通过拉挤成型方法以一薄的弓形厚板形式形成，且将该等衬片切割到如上关于垫所述的宽度。这提供一经济的技术用于生产始终均匀的单元。然而，在期望纤维的定向垂直于摩擦表面的场合，可沿一弧度切割一矩形厚板以形成该等弯曲的摩擦表面。
可通过任何适当方式(如通过激光、水或其它方式)从拉挤成型条切割该等物品。本方法及过程提供一高效制造过程用于生产高质量摩擦单元，该等摩擦单元为无石棉的且/或具有一可控制的均匀合成及质量。该拉挤成型方法使在一连续基础上快速生产且精细控制纤维密度填充剂以及摩擦调配、混合及定向成为可能。
用于制动垫或衬片的主加强纤维14较佳地为玻璃纤维，但是该垫可含有其它材料及纤维或其组合。此外，可将其它纤维以各种选定分布及比例编织或分布于该等玻璃纤维中，以改变及/或提高某些特性。例如，可将各种纤维以各种浓度贯穿该单元大体上均匀地分布用于优化诸如内层剪切强度、耐磨、衰退及冷却等各种参数。可以数种方式实现添加二级加强纤维。可利用许多不同纤维或原丝及组合，其包括(但不限于)其它有机及无机材料的玻璃、岩石、陶瓷、碳素、石墨、芳香尼龙、高熔点芳香族聚酰胺、羊毛及棉纤维。也可以各种比例与非金属纤维一起利用诸如铜及铝的各种金属纤维。
图解所示的较佳方法利用多层加强纤维的织物板。在一些实例中，在加强纤维层之间可能需要额外剪切强度。获得足够强度的一较佳方法为通过图4及5中图解所示的针刺方法。该方法包含当该板在该等针刺下面经过时，向下插入多个有倒钩的针刺穿过该纤维板。如图所示，该板40具有从该板向下延伸的若干部分或纤维原丝46(此处称作向下)。若需要，类似的纤维原丝也可向上延伸。在一较佳方法中，数层加强板集合在一起，从而共同结合其各自针刺部分，导致将该等编织板接合或密封在一起。来自每一板的纤维被强迫进入邻近板，导致在邻近板之间一高强度机械结合。这改进了最终产品中各层之间结合及内层剪切强度以及有助于限制由拉挤成型的拉力导致的变形。
用于执行该针刺工序的一典型设备在图5中图解所示，且通常由数字48来指示。该设备包含一支撑件50，该支撑件较佳地为一通常矩形板的形式，在该支撑件上安装有复数个有倒钩的针刺52阵列。将一诸如一液压或气压缸的往复动力单元54连接至该支撑件50，且上下移动该动力单元以迫使该等针刺经过一个或多个加强纤维层或板56，形成可能特定所要的上翻及下翻。该上翻及下翻阵列倾向于在处理过程中一旦彼此接触将该等板绑在一起，以改进最终产品的内在的或内层剪切强度。
参考图6，其图解表示了一针刺的典型实施例且通常由数字62来指示该针刺。该针刺62包含一细长杆部64，该杆部具有一安装端68及一尖端70。在该杆部较低部分形成一对向下指向的倒钩72指向针尖方向。在该杆部上在该等向下指向的倒钩上面形成一对向上指向的倒钩指向该针刺的安装端部。
该等垫板也可如图7、8及9中图解所示以许多其它方式形成。首先参考图7，一板80由以传统方式交叉的编织纤维或原丝形成。然而，将在一方向上延伸的若干对原丝82编织进入单一交叉原丝84。
在图8中图解所示的为一垫子86，其由复数束纤维88(垂直定向)通过缝合90(水平延伸)紧固在一起而形成。此等第二板以一大约四十五度的角度层压显示。此等板可在从几度一直到90度的许多不同角度下层压。
图9图解表示了一编带状垫子92，其通过编带多个纤维串或束94而形成。可根据需要使编带相对较松或较紧。此等垫子及图8的垫子或板的各层也可用针刺用于进一步复合增强。此外，增强一连串复合单元可利用任一或者两个或所有此等垫子或纤维板的组合层。
参考图示之图10，其概要图示另一方法用于执行生产产品的一典型系列步骤，该等产品为诸如根据本发明的制动器及离合器的摩擦衬片。该方法在大体上同样的如前面所述通常由数字10来指示的系统上执行。该系统包含一诸如一个或多个卷筒或卷状物12的加强纤维或织物源，由此等卷筒或卷状物拉出复数个原丝伸长连续纤维板14或纤维阵列。该等板或纤维阵列通过穿过适当树脂(如酚醛树脂)的适当喷射腔或浸湿浴室16而浸渍有适当的树脂，以及经过一成型模18，从该成型模形成一复合板20。使一金属或其它适当的基本呈刚性的材料制成的背衬或加强板96与树脂浸渍织物板一起穿过该系统，且结合到其上。该复合织物板及树脂形成一结合到背衬板的顶层，其从该拉挤成型设备或系统形成。于是可将该复合板98切割成适当形状单元100，该单元100具有一结合的摩擦表面102及背衬表面104。这就形成了一个可用于制动器或离合器转子的单元。该背衬材料可为诸如固体金属板、穿孔金属板、金属屏蔽、复合物及类似的任意适当的材料。此方法可消除额外的结合步骤。
所形成的一较佳复合单元具有一铝背衬用于生产具有耐久摩擦表面的轻量制动器转子。该转子可以为可分离地附着到一汽车毂上，以提供减少一车轮总成的非承载重量。在构造的一替代方法中，在拉挤成型成形过程中可将该刚性板夹在织物板之间以生产如图11图解所示的具有相对摩擦表面的一板。如图解所示，一单元106在刚性板110的一侧具有一复合面108，在另一侧具有一复合面112。此等单元可用作离合器或制动器盘或转子。
参考图12，其图解表示了一实施例，其中一层压的制动器转子包含一中心轻量盘118，该盘具有一毂120用于可分离地附着至一车辆的轮轴毂。一对转子盘122及124由复合材料形成，且可附着至该中心盘的相对侧以通过适当制动垫提供用于啮合的摩擦表面。此构造使得使用诸如铝的轻量材料用于该中心毂及主转子118以减少一汽车悬架的非承载重量成为可能。已发现铝不适合于传统制动器转子，由于其缺乏足够的硬度。此构造使得轻量铝转子与一适当的可附着的耐磨表面一起使用。
如图解及本文的描述，该制造系统及方法提供该树脂基体中该等主纤维的可控的预定定向，以及该等主纤维可控的预定均匀性及密度。例如，该摩擦组件的合成决定其许多特征，例如其耐久性、耐热性、及耐摩擦性。在此方法下，该等主纤维可在相对该制动垫或摩擦组件的摩擦表面任意适当角度下可控地均匀地分布及定向。于是，该方法及材料具有提供优良、可预知的及稳定的性能的能力。
诸如玻璃、陶器、纤维B、钢、羊毛或棉纤维或其它的研磨或切短纤维也可被添加及引入该基体材料中，以便当它们穿过该树脂时其可由该等主纤维原丝吸取。该等切短纤维可占基体材料重量的1％到大约5％的范围。该等短纤维较佳地处于大约0.015英寸至大约0.062英寸的范围，且遍及该基体在某种程度上均匀散布。该研磨纤维的散布提供多轴线机械加强，以及在用于安装目的待机械加工区域提供抗龟裂性及耐压力。在此方法中，研磨或切短纤维也可混入主树脂贮液器中，或替代地混入可被使用的两个树脂贮液器中。在一种安排中，第一罐含有低黏度树脂以在该等纤维经过时提高该等纤维(较佳地占优的玻璃纤维)的浸湿。接着该等纤维经过较高黏度树脂的第二罐，该较高黏度树脂含有许多该等填充剂以及切短的羊毛、棉及其它纤维。切短纤维较佳地组成大约1％至5％的加强纤维。它们将由主纤维原丝吸取，且适当改变操纵设备就可使其通常相对该等主纤维横向延伸。其它纤维也可以此方式使用。此等及该等横向纤维可一起使用，或据具体情况选择使用以达到期望的剪切强度。作为替代，可利用多种编织或条纹层以提供机械特性的期望变化，在出于安装目的的待机械加工区域可能需要该等机械特性变化，其包括使用二级板或经固化的复合金属或其它类型材料用做拉挤成型复合物的整体背衬或加强物。
该基体材料可为任意适当的树脂，该树脂为热塑性材料或非热塑性材料，且其可能需要各种形式的固化。例如，其可通过冷却、加热或通过使用紫外线(UV)或其它辐射或类似方法来固化。然而，该等材料必须能够通过拉挤成型过程使得形成该等单元。
可自BP Chemicals获得商标为“CELLOBOND”及产品标记为J2041L的一适当的酚醛树脂。该产品被描述为一用在热固化拉挤成型中的高黏度酚醛，不需要任何催化剂且将提供适度地快的流程速度及固化周期。另一种适当的酚醛树脂为Borden 429C，其可从Borden公司得到且获得其最近改进后的变体。此等树脂在产品中较佳地占大约30％到大约60％的范围且提供增强功效。在一些情况下，所制造单元必须被后固化以确保最佳性能。例如，其可在大约250-500度华氏温度下烘焙一个或数个小时。对于较大横截面单元可能还需要预加热。这可以任意适当方式来处置，例如通过使用一射频(RF)烤箱或辐射加热系统且通常需要从大约80到150度华氏温度的低温。
另一种较佳地被添加或与上述之一结合的树脂为间苯二酚修饰酚醛树脂，其由INDSPEC化学公司开发，商标为Rescorciphen。此树脂的重量较佳地占大约0％到大约20％的范围且较佳地达到大约13.8％。该树脂可能需要添加诸如达到大约2.5％重量的BYK9010的材料以控制该混合物的黏度。该基体材料将被配配成包括热消散及/或摩擦调节剂，该热消散及/或摩擦调节剂诸如石墨及/或非含铁金属粉末及/或类似物。例如，占大约百分之一至十重量的一种或多种填充剂及/或调节剂(如石墨粉末及/或一种或多种非含铁金属粉末)可被并入该基体材料中。其它材料包括(但不限于)矿物填充剂、橡胶粉末、铜粉、陶瓷粉末、紧果壳粉(如胡桃或腰果)。此等材料的每一种重量可占总量的百分之一(1％)至百分之十(10％)且较佳地占总量3％至5％。已发现坚果粉可增加该单元的剪切强度且提高垫或衬片的衰退特征。刹车过程中，热量分解该紧果壳粉，导致在一被称为连锁分枝的过程中坚果壳油与树脂聚合体分子化学结合。从而，该聚合体变得更坚固且更能够承受导致降低制动效率的高温。该陶瓷粉末较佳地为大约七至十微米的空心球体形式。已发现该等粉末在该拉挤成型过程中充当机械润滑剂且提高该等摩擦单元的硬度及耐磨特征。
基体材料的一较佳调配方式包括一占总量大约0.0％至2.5％的润湿剂、大约0.0％至10％的重晶石(BaSO4)、大约0.0％至20％的铜、大约0％至5.0％的胡桃粉、大约0.0％至5.0％的Talc Nytal(CaMgSilicatelH2O)、大约0.0％至5.0％的石墨、大约0.0％至10％的氧化锌(摩擦增强剂)、大约0.0％至10％的氧化铝(摩擦增强剂)、大约0.0％至10％的黄铜(摩擦增强剂)及大约0.0％至2.5％的脱模剂。
下面实例是用来举例说明本发明，但其不限制本发明。虽然此等实例为已发现的令人满意的典型调配方式，但是对于熟悉此项技术的人员会想到并可使用其它调配方式。
实例1生产出该产品的一适当的测试样品，其具有以下合成大约0.035％的润湿剂、大约5.5％的重晶石(BaSO4)、大约6.9％的铜、大约2.8％的胡桃粉、大约2.8％的Talc Nytal(CaMgSilicatelH2O)、大约3.5％的石墨、大约4.1％的氧化锌(摩擦增强剂)、大约4.1％的氧化铝(摩擦增强剂)及大约0.7％的Axel1850(脱模)。最终产品具有大约46.0％重量的玻璃、大约30.30％重量的填充剂及大约33.7％重量的树脂。该玻璃为PPGE型的酚醛胶料编织织物。
实例2原料 重量百分比酚醛树脂 12.66硫酸钡15.19钛酸钾12.66纤维B 2.53氟化钙5.06三硫化二锑2.53锆石 2.53
氧化铝 1.27顺式石墨(Syn Graphite) 7.59焦炭9 2.53腰果颗粒 7.59橡胶 5.06氧化钙 1.27陶瓷纤维 3.80蛭石 10.13铜 7.59实例3原料 重量百分比酚醛树脂 10.53硫酸钡 18.42钢绒20521.05纤维B 0.00氟化钙 5.26硫化锌 2.63锆石 3.95氧化铝 1.32顺式石墨 7.89焦炭9 2.63腰果颗粒 2.63橡胶 5.26氧化钙 1.32陶瓷纤维 3.95蛭石 10.53
铜 2.63实例4原料 重量百分比酚醛树脂 8.33硫酸钡 16.67钢绒20538.86海绵铁 15.63Interfibe 2032.08硫化锌 2.08坯(Blank) 0.00氧化铝 0.00石墨A 505 6.25焦炭9 2.08腰果颗粒 2.08橡胶 4.17坯 0.00坯 0.00蛭石 4.17该树脂可为水基的，并含有称之为分子筛的混合物或添加剂，该混合物或者添加剂用于减少由产品释放的容积，该容积可在该产品中导致过量空隙。对于几个筛目大小的此等分子筛材料，其可作为钠活化并水合菱沸石而获得。此等产品吸收气体及水，减少了由于气体及水蒸气而潜在的空隙或裂缝。此典型化学名称为硅酸铝钠及钙铝硅酸。这些材料为粉末形式且可以树脂重量的大约1％到大约5％被加入。另一种已表明能减少方法过程中形成的水汽量的添加剂为通常称作重晶石的硫酸钡(BaSO4)。
该等树脂也可为非水基的，其将消除或减少对分子筛的需求。该树脂也可为低浓缩树脂，其由产品产生较少水。
纤维相对于树脂基体可从大约一份纤维对双份树脂到高达大约三份纤维对一份树脂之间变化。一较佳的纤维相对基体的合成为从大约35％至75％纤维相对25％至40％树脂或基体的混合。该基体较佳地具有从5％至10％重量的一种或多种石墨粉末、铜粉、铝粉及前述的粉末。此外，可在整个基体材料中加入或分布芳香族聚酰胺浆状物或其它合成纤维浆状物。根据需要可加入其它诸如3个调配方式表格中的材料。
对于其它特殊应用场合可能期望特定热塑性材料。该热塑性材料可为一诸如适当的聚酯且也可具有诸如石墨或其它材料的粉末的成分以助于摩擦控制及热消散。例如，百分之一至大约百分之十重量的石墨粉末遍布该热塑性材料均匀分布有助于热消散。替代合成物可包括少量其它材料，该等材料为诸如铜、铝或类似物的非含铁金属粉末。例如，也可利用百分之一至百分之十重量的铜粉来提高热消散。于是，该合成物必定与该拉挤成型方法相适合且同时提供满意的摩擦单元。
已发现材料的各种比例及组成可影响该拉挤成型方法及制动垫及衬片单元的性能特征。例如，为了优化摩擦单元，已经构造并测试了许多测试样品，该等测试样品具有一系列众多合成实例。在最近的测试中，发现一最适当调配方式为大约0.035％的润湿剂、大约5.5％的BaSO4、大约6.9％的铜、大约2.8％的胡桃粉、大约2.8％的Talc Nytal(CaMgSilicatelH2O)、大约3.5％的石墨、大约4.1％的氧化锌(摩擦增强剂)、大约4.1％的氧化铝(摩擦增强剂)及大约0.7％的脱模剂。最终产品具有大约46.0％重量的玻璃、大约30.30％重量的填充剂及大约33.7％重量的树脂。该玻璃为与编织织物相容的ppg e型酚醛。
虽然已通过具体实施例方式举例说明并描述本人发明，但是应了解的是，在不偏离在附加的权利要求中说明的本发明精神及范围情况下，可进行许多变更及修正。
权利要求
1.一种复合摩擦单元，其包含一三维复合体，其由主加强纤维的主导玻璃纤维原丝的大体上均匀阵列而形成，该等加强纤维在至少一层纤维的至少一个织物阵列中形成，该等纤维通过一结构束缚在一起，该结构是取自由十字缝合、编织及编带构成的群组，该纤维阵列处遇酚醛树脂材料基体中，所述加强纤维遍及所述体以一预定均匀分布而分布，从而形成一具有一预定尺寸与构型及遍及该体的纤维均匀分布及排列的摩擦单元。
2.根据权利要求1所述的摩擦单元，其中所述垫阵列具有至少两层纤维，其包含一具有一第一定向的一第一层以及一具有一相对所述第一定向成大约四十五至九十度的第二方向的第二层。
3.根据权利要求2所述的摩擦单元，其中所述体成形为一摩擦垫，其具有一平行于该等主纤维的摩擦表面。
4.根据权利要求2所述的摩擦单元，其中所述织物成形为一编织板，且使所述体成形为具有一平行于该等主纤维的摩擦表面。
5.根据权利要求1所述的摩擦单元，其中所述纤维织物阵列成形为一具有至少两个平行纤维编带的编织板。
6.根据权利要求2所述的摩擦单元，其中所述主加强纤维占所述体重量的大约35％至大约75％；以及所述树脂含有百分之一至百分之十重量的至少一种粉末，该粉末是取自由橡胶、铜、铝、石墨、陶瓷、滑石、重晶石及紧果壳粉组成的群组。
7.根据权利要求1所述的摩擦单元，其中所述主加强纤维占所述体重量的大约35％至大约75％；所述树脂含有百分之一至百分之十重量的至少一种粉末，该粉末是取自由橡胶、铜、铝、石墨、陶瓷、滑石、重晶石及紧果壳粉组成的群组；以及所述树脂含有大约5％至10％重量的石墨粉末，大约5％至10％重量的铜粉以及3％至5％重量的紧果壳粉。
8.根据权利要求7所述的摩擦单元，其中纤维垫阵列为一纤维的编织织物。
9.根据权利要求7所述的摩擦单元，其中所述体成形为具有一相对该等主纤维横向的摩擦表面。
10.根据权利要求7所述的摩擦单元，其中所述体成形为具有一平行于该等主纤维的摩擦表面。
11.根据权利要求1所述的摩擦单元，其中所述主加强纤维占所述体重量的大约35％至大约75％；所述树脂含有百分之一至百分之十重量的至少一种粉末，该粉末是取自由橡胶、铜、铝、石墨、陶瓷、滑石、重晶石及紧果壳粉组成的群组；以及所述树脂含有大约5％至10％重量的石墨粉末，大约5％至10％重量的铜粉以及3％至5％重量的紧果壳粉。
12.根据权利要求1所述的摩擦单元，其中所述树脂含有大约0.035％的润湿剂、大约5.5％的重晶石(BaSO4)、大约6.9％的铜、大约2.8％的胡桃粉、大约2.8％的Talc Nytal(CaMgSilicatelH2O)、大约3.5％的石墨、大约4.1％的氧化锌(摩擦增强剂)、大约4.1％的氧化铝(摩擦增强剂)及大约0.7％的脱模剂。
13.根据权利要求12所述的摩擦单元，其中所述摩擦单元含有大约46.0重量％的玻璃、大约30.30重量％的填充剂及大约33.7重量％的树脂。
14.根据权利要求12所述的摩擦单元，其中所述主加强纤维在所述体中处于张力中。
15.一种生产复合摩擦单元的连续制造方法，其包含以下步骤选择一主加强纤维的主导玻璃纤维原丝的大体上均匀阵列的板，该纤维阵列通过一取自包含编织、编带及缝合的群组的过程而束缚在一起；用一酚醛树脂材料浸湿所述主加强纤维阵列；把处于一预定的均匀分布及定向中的所述被浸湿的加强纤维阵列抽拉穿过一复合成型模以形成一体，该体具有所述摩擦单元的至少一部分外围构型；通过固化所述树脂使所述体凝固；以及至少沿相对所述原丝横向的一个路径来选择性地将所述体切割为复数个所述摩擦单元，从而形成具有一预定尺寸与构型以及遍及该体的纤维的均匀分布及排列的复数个摩擦单元。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述树脂含有大约0.035％的润湿剂、大约5.5％的重晶石(BaSO4)、大约6.9％的铜、大约2.8％的(胡桃粉)、大约2.8％的Talc Nytal(CaMgSilicatelH2O)、大约3.5％的(石墨)、大约4.1％的氧化锌(摩擦增强剂)、大约4.1％的氧化铝(摩擦增强剂)及大约0.7％的脱模剂。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述摩擦单元含有大约46.0重量％的玻璃、大约30.30重量％的填充剂以及大约33.7重量％的树脂。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述摩擦单元含有大约46.0重量％的玻璃、大约30.30重量％的填充剂以及大约33.7重量％的树脂。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述主加强纤维在所述体中处于张力中。
20.根据权利要求15所述的方法，其中所述主加强纤维在所述体中处于张力中。
全文摘要
本发明提供一种作为三维复合体的复合摩擦单元，其由在酚醛树脂材料基体中的主加强纤维的主导玻璃纤维原丝大体上均匀阵列而形成，以织物形式的加强纤维遍布该体而分布形成一摩擦单元，该摩擦单元具有一预定尺寸及构型以及遍及该体的纤维均匀分布及排列。一替代摩擦单元包括一具有一大体上刚性背衬的层压制品，该层压制品与刚性背衬通过一成型模共同拉挤以形成该单元。该等单元在一拉挤成型过程中制造，其中该等加强纤维及基体被抽拉穿过一成型模。
文档编号B29C70/52GK1623051SQ02828541
公开日2005年6月1日 申请日期2002年1月25日 优先权日2002年1月25日
发明者本杰明·布赫 申请人:格拉斯莱纳摩擦技术公司