濕式摩擦材料的制作方法

濕式摩擦材料的制作方法
【專利摘要】一種用于濕式離合器中的濕式摩擦材料包括一個摩擦接界表面，用于在一種潤滑劑的存在下與一個相對的表面進行摩擦接合。該摩擦接界表面的至少一個部分包括限定了一個納米纖維網的原纖化納米纖維以及由該納米纖維網把持的多個摩擦調節顆粒。一種固化的樹脂可以粘附這些原纖化納米纖維和摩擦調節顆粒以對該摩擦材料提供結構支撐。
【專利說明】濕式摩擦材料
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2011年8月8日提交的美國申請序列號13/205,339的權益。
【技術領域】
[0003]本披露的【技術領域】總體上涉及用于濕式離合器中的摩擦材料，該濕式離合器被結合在車輛變速器或者其他經潤滑的動力傳動系部件中。
[0004]背景
[0005]機動車輛動力傳動系的幾個部件可以采用濕式離合器來促進動力從該車輛的動力發生器(即，內燃機、電動機、燃料電池等)傳遞給驅動輪。位于該動力發生器下游的并且能夠實現車輛啟動、換檔、以及其他扭矩傳遞事件的變速器是一種這樣的部件。在目前可用于機動車輛操作的許多不同類型的變速器中可以找到某種形式的濕式離合器。濕式離合器可以用于自動變速器的變矩器中、自動變速器或者半自動雙離合器變速器(DCT)的多片式濕式離合器組件中、以及濕式起動離合器中，該濕式起動離合器可以結合到裝備有多達七個到九個齒輪的運動型(sportier)自動變速器中作為變矩器的替代物，在此僅列舉了數例。類似的濕式離合器可以在車輛動力傳動系中除變速器之外的其他地方找到。
[0006]濕式離合器是這樣的組件:該組件將兩個或更多個相對的旋轉表面在潤滑劑的存在下進行互鎖，這是通過在這些表面之間強制進行選擇性的界面摩擦接合。摩擦離合器片、帶、同步器環、或者提供這些可接合的旋轉表面之一的某個其他部件典型地支撐一種摩擦材料來完成既定的互鎖性摩擦接合。該摩擦界面處潤滑劑的存在冷卻了該摩擦材料并且減少了該摩擦材料的磨損并且允許發生些許初始滑行，這樣使得扭矩傳遞逐漸地(但非常快地)進行，試圖避免可能伴隨著突然的扭矩轉換事件(即，換檔沖擊)而產生的不適。但是在該摩擦界面處維持該潤滑劑對燃料效率具有不利的影響。這些因為用于將潤滑劑以一定流速(該流速使該摩擦材料的表面保持低于某一溫度)泵送(通常在壓力下)至該摩擦界面并且從該摩擦界面上泵送走所需的動力最終是從動力發生器虹吸得到。
[0007]常規的摩擦材料一般無法在高于300°C _350°C的表面溫度下可靠地起作用。高于這些溫度時，此類摩擦材料趨向于遭受潤滑劑熱降解和上釉(glazing)-該摩擦材料的表面累積起熱降解的潤滑劑添加劑從而形成基本上不可透過的淤渣沉積物的一個過程。表面上釉的摩擦材料可能促成各種難題，包括震動和跨越該摩擦界面不一致的摩擦系數。為了維持足夠低的表面溫度而準確地需要多少潤滑劑在該摩擦材料上循環，這取決于該濕式離合器的配置以及這些相對的旋轉表面之間的摩擦界面的表面積。
[0008]發明概述
[0009]一種用于濕式離合器中的濕式摩擦材料包括一個摩擦接界表面，用于在一種潤滑劑的存在下與一個相對的表面進行摩擦接合。該摩擦接界表面的至少一部分包括限定了一個納米纖維網的原纖化納米纖維以及由該納米纖維網把持的摩擦調節顆粒。一種固化的樹脂可以粘附這些原纖化納米纖維和這些摩擦調節顆粒以提供結構支撐。
[0010]附圖的簡要說明[0011]圖1描繪了一種濕式摩擦材料的截面圖示，其中該濕式摩擦材料的摩擦接界表面包括原纖化納米纖維，這些原纖化納米纖維在一個由這些原纖化納米纖維形成的納米纖維網中支撐了摩擦調節顆粒。圖1所示的濕式摩擦材料是一個理想化的圖示，意圖幫助將其組成結構概念化。它不是按比例繪制的并且并非旨在表現這些原纖化納米纖維和這些摩擦調節顆粒的相對尺寸。
[0012]圖2描繪了粘結到一個基底上的濕式摩擦材料的截面圖示，其中該濕式摩擦材料包括與該摩擦材料的摩擦接界表面相鄰的一個摩擦穩定區域。該摩擦穩定區域包括原纖化納米纖維以及被這些原纖化納米纖維所形成的一個納米纖維網把持的摩擦調節顆粒。圖2所示的濕式摩擦材料是一個理想化的圖示，意圖幫助將其組成結構概念化。它不是按比例繪制的并且并非旨在表現這些原纖化納米纖維和這些摩擦調節顆粒的相對尺寸。
[0013]圖3描繪了粘結到一個基底上的濕式摩擦材料的截面圖示，其中該濕式摩擦材料包括與該摩擦材料的摩擦接界表面相鄰的一個摩擦穩定區域。該摩擦穩定區域包括原纖化納米纖維以及被這些原纖化納米纖維所形成的一個納米纖維網把持的摩擦調節顆粒。圖3所示的濕式摩擦材料是一個理想化的圖示，意圖幫助將其組成結構概念化。它不是按比例繪制的并且并非旨在表現這些基礎結構纖維、這些原纖化纖維素納米纖維、以及這些摩擦調節顆粒的相對尺寸。
[0014]圖4是一個圖表，該圖表針對一種常規摩擦材料(410)和一種具有摩擦穩定區域的摩擦材料(400)將摩擦扭矩梯度(在500rpm和200rmp轉速下該摩擦材料的摩擦系數的差異)相對于摩擦材料接合/脫接合循環的數目繪成曲線。
[0015]圖5是一個圖表，該圖表針對幾種常規摩擦材料(510，520，530)和一種具有摩擦穩定區域的摩擦材料(500)將動態摩擦系數相對于摩擦材料接合/脫接合的數目繪成曲線。
[0016]圖6是一個圖表，該圖表針對一種常規摩擦材料(610)和一種具有摩擦穩定區域的摩擦材料(600)將摩擦系數相對于滑行速度繪成曲線。
[0017]詳細說明
[0018]用于濕式離合器中的濕式摩擦材料的不同實施例在圖1中表示為數字10。濕式摩擦材料10包括一個摩擦接界表面12，該摩擦接界表面在一種潤滑劑的存在下與一種相對的配合表面(未示出)進行界面式摩擦接合。位于該摩擦接界表面12之處以及附近的是原纖化納米纖維14以及摩擦調節顆粒16，它們可以通過一種固化的樹脂18而粘附。這些原纖化納米纖維14和它們的許多散發出的原纖維形成了一個互連的納米纖維網20，該納米纖維網把持著這些摩擦調節顆粒16并且將它們保持在該摩擦接界表面12之處或者附近。這些原纖化納米纖維14和摩擦調節顆粒16中的一些在摩擦接界表面12處被暴露出，以在摩擦接合過程中與該相對的配合表面相接觸。納米纖維網20的將這些摩擦調節顆粒16保持在摩擦接界表面12之處或附近的能力為摩擦材料10提供了穩定的摩擦稀釋以及正的μ-ν關系。此外，在一些例子中，這些原纖化納米纖維14可以具有抗上釉的作用，如果它們易發生熱分解的話。這些原纖化納米纖維14的熱分解可以通過將表面沉積的釉材料從摩擦接界表面12上剝離并且不斷地暴露出新鮮的原纖化納米纖維來幫助抵抗上釉。
[0019]摩擦材料10可以具有一個厚度，該厚度是由摩擦接界表面12與一個朝向相反的粘結表面(圖1中未示出)之間的距離來定義的。該朝向相反的粘結表面是摩擦材料10的、意圖在此處完成與下面的基礎基底或者其他材料的粘結的該表面。從摩擦接界表面12延伸且向該朝向相反的粘結表面延伸的一個摩擦穩定區域22可以包括這些原纖化納米纖維14和這些摩擦調節顆粒16的一個平衡量。摩擦穩定區域22可以從該摩擦接界表面延伸至高達該摩擦材料10的厚度的約40%、高達約20%、高達約10%、或高達約5%的一個深度。例如，如果摩擦材料10為約0.25mm到約2mm厚，這對于涂敷到變速器中的離合器板上的濕式摩擦材料是典型的，則摩擦穩定區域22可以從摩擦接界表面12向內延伸至高達約0.0125mm(0.25mm的5% )至約0.80mm(2mm的40% )的一個深度。在摩擦穩定區域22下面的其余摩擦材料10可以具有與摩擦穩定區域22相同的總體構造或者具有一種不同的構造。即，摩擦材料10可以(I)完全由這些原纖化納米纖維14和這些摩擦調節顆粒16構成并且通過固化的樹脂18進行粘附；(2)由一種基礎纖維材料(如圖2和圖3所示)構成并且由固化的樹脂18進行粘附，其中這些原纖化納米纖維14和這些摩擦調節顆粒16是存在于該基礎纖維材料的頂部之處或者附近；或者(3)由某種其他構造來構成，其中在摩擦穩定區域22中存在平衡量的原纖化納米纖維14和摩擦調節顆粒16。
[0020]這些原纖化納米纖維14可以具有范圍從約20nm到約800nm、從約30nm到約600nm、或者從約50nm到約500nm的直徑，以及范圍從約Imm到約10mm、從約2mm到約8mm、或者從約4_到約6_的長度。此外，這些原纖化納米纖維14的原纖化程度，如通過加拿大標準游離度(CSF)測量的，其范圍可以是從約5ml CSF到約300ml CSF、從約IOml CSF到約200ml CSF、或從約IOml CSF到約100ml CSF0該CSF是一個實驗程序，該實驗程序測量了將I升水中的3克纖維紙漿材料排出時可以達到的速率(測試標準請參見TAPPIT227)。更多地原纖化的纖維紙漿材料將具有更低的水排出速率并且因此具有更低的“ml CSF”值，而更少地原纖化的纖維紙漿材料將具有更高的“ml CSF”值。這些原纖化納米纖維14的物理特征幫助實現了在摩擦穩定區域22處形成納米纖維網20并且促進了對摩擦調節顆粒16的強烈的束縛性支撐。
[0021]這些原纖化納米纖維14可以由纖維素、芳族聚酰胺、或丙烯酸類樹脂中的至少一種來構成。一種原纖化纖維素納米纖維包括至少50wt.%、在另一個實施例中至少75wt.%、并且在另一個實施例中至少90wt.%的纖維素和/或纖維素衍生物。該纖維素可以是天然纖維素或者再生(人造)纖維素。天然纖維素是一種直鏈多糖，該直鏈多糖包括重復的β (1- —4)-糖苷連接的葡萄糖單元并且具有聚合物通式(C6HltlO5)n，其中重復單元的數目(“η”)的范圍通常是從100到10，000。再生纖維素具有與天然纖維相同的化學式并且是用天然存在的聚合物(即，木漿或竹)從以下幾種方法之一制得的，這些方法包括:黏膠法、銅銨法、以及有機溶劑紡絲法。再生纖維素的一些實例是人造纖維、莫代爾(modal)、以及萊奧賽爾。纖維素衍生物是一種改性的纖維素，其中葡萄糖單元上的羥基基團全部或者部分地被例如一種有機(-0-C0-R)酯基團所取代。纖維素衍生物的一些實例是乙酸纖維素以及三乙酸纖維素。原纖化芳族聚酰胺納米纖維包括任何合成的芳香族聚酰胺，包括對-芳香族聚酰胺，例如I，4-苯二胺和對苯二甲酰氯的縮合產物，以及間-芳香族聚酰胺，例如間-苯二胺和間苯二甲酰氯的縮合產物。原纖化丙烯酸類納米纖維包括由至少85wt.%的丙烯腈單體形成的任何合成的丙烯酸類聚合物。
[0022]被把持在納米纖維網20中的摩擦調節顆粒16可以由任何在低于400°C的溫度下不熔化、不軟化、或者不分解的材料構成。廣泛的陶瓷材料和橡膠材料是可獲得的，這些材料可以被制成摩擦調節顆粒16。適合的材料的一個非窮盡的清單包括:娃石(SiO2)、碳、石墨、氧化鋁(Al2O3)、氧化鎂(MgO)、氧化鈣(CaO)、二氧化鈦(TiO2)、二氧化鈰(CeO2)、二氧化鋯(ZrO2)、堇青石(Mg/Fe/Al硅酸鹽)、莫來石(硅酸鋁)、矽線石(硅酸鋁)、鋰輝石(硅酸鋰鋁)、透鋰長石(硅酸鋰鋁)、鋯石(ZrSiO4)、碳化硅(SiC)、碳化鈦(TiC)、碳化硼(B4C)、碳化鉿(HfC)、氮化娃(Si3N4)、氮化鈦(TiN)、硼化鈦(TiB2)、腰果粉(cashew dust)、固化的酚醛樹脂、以及它們的混合物。這些摩擦調節顆粒16的直徑的范圍可以是從約IOOnm到約80 μ m、從約500nm到約30 μ m、或者從約800nm到約20 μ m。
[0023]在一個實施例中，這些摩擦調節顆粒16可以由硅藻土( 一種類型的硅石材料)構成。硅藻土是一種便宜的磨料材料，這種材料展示出相對高的摩擦系數并且容易陷入由這些原纖化納米纖維14形成的納米纖維網20中。所有這些摩擦調節顆粒16可以由硅藻土構成，或者可替代地，這些摩擦調節顆粒16中的一些可以是硅藻土而其他可以是碳、石墨、和/或氧化鋁，這取決于在摩擦材料10的摩擦接界表面12處尋求的摩擦特征。這幾種其他材料當然可以與硅藻土組合使用以構成這些摩擦調節顆粒16。使用單獨的硅藻土或者與碳、石墨、或者氧化鋁中的一種或多種的組合作為摩擦調節顆粒16只是一種具體方法。
[0024]存在于摩擦穩定區域22處的這些原纖化納米纖維14和被支撐的摩擦調節顆粒16的量可以根據摩擦接界表面12處的所希望的表面特征而改變。從約Ilb到約151bs的任何量的原纖化納米纖維14和從約21bs到約201b的任何量的摩擦調節顆粒16 (這些摩擦調節顆粒被把持在由這些原纖化納米纖維14形成的纖維網20中)可以存在于每3000ft2摩擦材料的摩擦穩定區域22中。“lbs/3000ft2”克重單位通常在造紙工業中用作重量的度量，是基于一個薄的纖維層的表面積(無論是否被浸潰)。在此，它表示了對于每3000ft2的摩擦接界表面12而言被包含在濕式摩擦材料10中的原纖化納米纖維14和摩擦調節顆粒16的重量。在一個具體的實施例中，約41bs到約91bs的原纖化納米纖維16和約121bs到約171bs的摩擦調節顆粒16 (各自是基于約3000ft2的摩擦材料10)可以存在于摩擦穩定區域22中。原纖化納米纖維14和摩擦調節顆粒16的量可以被選擇以影響摩擦材料10的摩擦特征。摩擦材料10在摩擦接界表面12處的孔隙率是例如與摩擦穩定區域22處存在的原纖化納米纖維14的量成反比的。并且存在的摩擦調節顆粒16的量影響了在摩擦接界表面12處可以實現的靜態摩擦系數和動態摩擦系數兩者。較高的摩擦系數一般伴隨著較高量的摩擦調節顆粒16，反之亦然。
[0025]固化的樹脂18可以是適合用于向摩擦材料10提供結構剛性的任何熱固性樹脂。例如，固化的樹脂18可以是酚醛樹脂或者基于酚醛的樹脂。酚醛樹脂是一類熱固性樹脂，該類熱固性樹脂是通過將芳族醇(典型地，苯酚)與醛(典型地，甲醛)的縮合來生產的。基于酚醛的樹脂是一種熱固性樹脂共混物，該共混物包括基于所有樹脂的、并且排除任何溶劑或者加工助劑在外的總重量而言至少50wt.%的酚醛樹脂。可以與酚醛樹脂共混的其他熱固性樹脂的一些實例包括:硅酮樹脂、環氧樹脂、以及聚丁二烯樹脂，在此僅列舉數例。固化的樹脂18向摩擦材料10賦予了強度和剛性，并且如之前所指出的，將這些原纖化納米纖維14和這些摩擦調節顆粒16粘附在摩擦穩定區域22而同時在整體摩擦材料10中保持所希望的孔隙率，以獲得恰當的潤滑流動和截留。
[0026]在圖3中示出了該濕式摩擦材料(由數字10'表示)的一個實施例，在該圖中類似的數字表示與這些要素或特征相關的較早描述是適用的。濕式摩擦材料10'是通過熟練的業內人士所知的任何適合技術而粘結到一個基底24上。基底24的一些實例包括但不限于:離合器片、同步器環、以及變速器制動帶。濕式摩擦材料10'包括一個摩擦接界表面12'以及一個朝向相反的粘結表面32。摩擦接界表面12'在一種潤滑劑的存在下與一個相對的旋轉表面(未示出)進行選擇性的界面式摩擦接合，并且該朝向相反的粘結表面32借助于粘合劑或者一些其他適合的粘結技術實現了與該基底的粘結附著。該潤滑劑可以是任何適合的潤滑流體，例如像自動變速器油。可以對該潤滑劑在濕式摩擦材料上10'的流速進行管理以允許摩擦接界表面12處的溫度超過350°C而持續延長的時間段，以試圖改進燃料效率。盡管濕式摩擦材料上10'在高于350°C、并且高達約500°C時表現令人滿意，這不僅僅限于此類高溫環境并且可以(如果希望的話)用于一個被設計為保持摩擦接界表面12'處的溫度低于350°C的濕式離合器中。
[0027]濕式摩擦材料上101可以包括一種基礎纖維材料26，該基礎纖維材料支撐著濕式摩擦材料上10'的摩擦穩定區域22'。基礎纖維材料26具有一個頂表面28和一個底表面30，它們限定了基礎纖維材料26的厚度，該厚度的范圍典型地是從約0.25mm到約2mm。形成了摩擦穩定區域22'的這些原纖化納米纖維14'和這些摩擦調節顆粒16'可以與基礎纖維材料26 (如本文圖3中所示的)高度混合,使得基礎纖維材料26的頂表面28總體上與濕式摩擦材料10'的摩擦接界表面12'重合，或者在另一個實施例中，這些原纖化納米纖維14'和這些摩擦調節顆粒16'可以與基礎纖維材料26部分地混合并且形成一個表面層，該表面層高達約70 μ m、高達約50 μ m、高達約20 μ m、或高達約10 μ m厚，而使得基礎纖維材料26的頂表面28不與摩擦接界表面12重合。濕式摩擦材料10'的多種特性可以決定些原纖化納米纖維14'和這些摩擦調節顆粒16'滲入基礎纖維材料26的頂表面28中或在其上累積的程度。這些特征包括基礎纖維材料26的孔隙率以及在摩擦穩定區域22'中所含的原纖化納米纖維14'和摩擦調節顆粒16'的量。基礎纖維材料26的底表面30被定位于鄰近基底24、并且典型地與濕式摩擦材料10'的該朝向相反的粘結表面32重合。固化的樹脂18'可以均勻地分布在整個基礎纖維材料26之中以及位于基礎纖維材料26的頂表面28上的摩擦穩定區域22'的任何部分中，以提供粘附性、剛性、以及結構支撐。濕式摩擦材料10'中的固化的樹脂18'的典型重量百分比通常是范圍從約15%到約50%，但或多或少地可以肯定是存在的，這取決于濕式摩擦材料1(V的設計規定。
[0028]濕式摩擦材料10'的摩擦穩定區域22'可以被構造為允許摩擦接界表面12'的正常再生，這進而允許濕式摩擦材料10'在摩擦界面處的溫度超過350°C時維持其預期的摩擦性能而持續延長的時間段。基礎纖維材料26的本體結構可以由基礎結構纖維34和可選的填充劑的安排來提供。位于摩擦穩定區域22'內的并且與基礎結構纖維34相混合的可以是原纖化纖維素納米纖維，這些納米纖維可以構成原纖化納米纖維14'的全部(IOOwt.% )或者一部分，例如像約IOwt.%到約99wt.%、約30wt.%到約90wt.%、約50wt.%到約99wt.%、或者約75wt.%到約99wt.%。這些原纖化纖維素纖維可以例如由再生萊奧賽爾纖維或者再生萊奧賽爾纖維與天然纖維的共混物構成。基礎纖維材料26的總重量的范圍可以為每3000ft2濕式摩擦材料10'從約951bs到約4001bs的任何量。可以使用熟練的業內人士所知的標準造紙和造纖維程序來制造基礎纖維網狀物26。
[0029]這些基礎結構纖維34可以具有的直徑的范圍是從約I μ m到約500 μ m并且長度的范圍是從2mm到約20mm。這些基礎結構纖維34可以是織造的、非織造的、或者任何其他適合的構造。許多不同類型的材料可以構成基礎結構纖維34，這取決于濕式摩擦材料10'的希望特性。這些基礎結構纖維34可以例如包括芳族聚酰胺(芳香族的聚酰胺)纖維和/或碳纖維，這些的每一種都是不易在低于450°C的溫度下發生熱分解的，以及棉花纖維、諾沃洛伊德(苯酚-甲醛)纖維、陶瓷纖維、和/或玻璃纖維，這些的每一種對摩擦行為有著不同的影響。這些基礎結構纖維34可以存在的量的范圍為每3000ft2濕式摩擦材料10'從約951bs到約4001bs。
[0030]包含在這些基礎纖維材料26中的這些基礎結構纖維34可以在一個實例中是原纖化芳族聚酰胺微纖維以及碳微纖維。這些芳族聚酰胺微纖維可以構成基礎結構纖維34的約40wt.%到約80wt.% (每3000ft2濕式摩擦材料10'約381bs到約3201bs)，并且這些碳微纖維可以構成基礎結構纖維34的約20wt.%到約60wt.% (每3000ft2濕式摩擦材料10'約191bs到約2401bs)。這兩種類型的微纖維的組合為這些基礎纖維材料26在遠高于350°C的情況下提供了熱穩定性和化學特定以及高的抗疲勞性。如通過加拿大標準游離度(CSF)測量的，這些芳族聚酰胺微纖維的原纖化程度的范圍可以從約250ml CSF(更多地原纖化)到約650ml CSF(較少地原纖化)。與芳族聚酰胺微纖維一起存在的碳微纖維可以是天然的或者合成的。它們可以得自處于單纖維形式的幾種不同前體的碳化，包括聚丙烯腈(PAN)、人造纖維、石油浙青、和/或煤焦油浙青。
[0031]如以上提及的，原纖化納米纖維14'和被支撐的摩擦調節顆粒16'可以與基礎結構纖維34在摩擦穩定區域22'處進行混合，該摩擦穩定區域從濕式摩擦材料10'的摩擦接界表面12響內延伸。基礎結構纖維34是否在摩擦接界表面12'處暴露出取決于該摩擦穩定區域22'中原纖化納米纖維14'和摩擦調節顆粒16'的量以及基礎纖維材料26的孔隙率。當更少量的原纖化纖維素納米纖維存在于摩擦穩定區域22'中時，例如像每3000ft2濕式摩擦材料10'約Ilb到約61bs，這些基礎結構纖維34更可能被暴露出，因此使得摩擦材料10'在摩擦接界表面12'處是更加多孔的。相反地，當更大量的原纖化納米纖維14'存在于摩擦穩定區域中22'中時，例如像每3000ft2濕式摩擦材料10'約81bs到約151bs，結構纖維34較不可能被暴露出，因此基本上覆蓋了基礎纖維材料26的頂表面28處的所有結構纖維34。
[0032]濕式摩擦材料10'可以在一種低潤滑劑的流動環境中可靠地起作用而持續延長的時間段，在該環境中摩擦接界表面12'處的溫度超過了 350°C。即，高于350°C時，濕式摩擦材料10'可以包括正的μ-V關系并且抵抗上釉。摩擦材料10'展示出這種類型的高溫性能是因為其摩擦接界表面12'能夠被反復再生。這種再生可以歸因于在摩擦穩定區域22'中原纖化纖維素納米纖維及其被支撐的摩擦調節顆粒16'分別以其指定的量l-151bs/3000ft2和2-201bs/3000ft2存在。這兩種材料(原纖化纖維素納米纖維和摩擦調節顆粒16')的平衡含量在摩擦接界表面12'之處或附近提供了足夠的摩擦調節顆粒16'以在升高的溫度下維持正的μ-V關系而同時允許原纖化纖維素納米纖維最靠近摩擦接界表面12'從而以規律的間隔發生熱分解。
[0033]這些原纖化纖維素納米纖維的分解在摩擦接界表面12'處形成了有機分解產物以及所釋放的摩擦調節顆粒16'。在頻繁的界面式摩擦接合和暴露于潤滑劑中的過程中，有機分解產物和松散的摩擦調節顆粒16'的去除隨之帶走了不希望的表面沉積的釉材料并且促進了摩擦接界表面12'處的孔隙率。隨著時間過去，這些原纖化纖維素納米纖維的規律熱分解不斷地暴露出一個新鮮的在下面原纖化纖維素納米纖維和被支撐的摩擦調節顆粒16'批次。這個新鮮批次如原先預期的那樣在摩擦接界表面12'處起作用，直到它升溫并且這些原纖化纖維素納米纖維發生熱分解等等。以這種方式再生該摩擦接界表面12'通過削弱任何沉積的表面釉材料并且最終將其與這些有機分解產物和松散的摩擦調節顆粒16' —起去除來對抗上釉。這樣，當摩擦材料10'的摩擦接界表面12'處的溫度超過350°C時，摩擦穩定區域22'能夠在該摩擦接界表面12'處保持適合的孔隙率、抵抗可以促成磨損的震動、并且在該摩擦接界表面12'處維持穩定的摩擦系數，該摩擦系數隨著轉速的增加而增加(正的μ -V關系)。
[0034]在圖2中示出了該濕式摩擦材料的另一個實施例，用數字10"表示，在該圖中類似的數字表示與這些要素或特征相關的較早描述是適用的。摩擦材料10"被粘結到一個基底24"上并且包括一個與基底24"相反的摩擦接界表面12"，用于在一種潤滑劑的存在下與一個相對的旋轉表面(未示出)進行選擇性的界面摩擦接合，類似于圖1中所示的摩擦材料10'。一個區別是:用于制造濕式摩擦材料10"的基礎纖維材料26"包括原纖化納米纖維14"而非之前描述的基礎結構纖維34的安排。基礎纖維材料26"中的原纖化納米纖維14"可以與被包含在摩擦穩定區域22"中的那些是相同的或者是不同的。原纖化納米纖維14"的一些實例包括纖維素納米纖維、原纖化芳族聚酰胺納米纖維、原纖化丙烯酸類納米纖維、或者它們的混合物。濕式摩擦材料10"的摩擦穩定區域22"包括被把持在由相互作用的原纖化納米纖維16"所形成的一個納米纖維網20"中的摩擦調節顆粒16"。
[0035]實例
[0036]這個實例展示了包括摩擦穩定區域的一對摩擦材料的摩擦性能(下文被稱為“摩擦材料Α”和“摩擦材料B” )。使摩擦材料A和無此特征的至少一種常規摩擦材料各自經受一個高溫啟動耐用性測試(圖4)以及一個高溫換檔離合器耐用性測試(圖5)。摩擦材料A是由一種基礎纖維材料形成，它在該基礎纖維材料的頂表面上包括41bs的原纖化纖維素納米纖維，這些納米纖維在摩擦穩定區域處對于每3000ft2的該摩擦材料支撐了 151bs的硅藻土顆粒。所使用的這些原纖化纖維素納米纖維是天然纖維與萊奧賽爾再生纖維素的共混物，該共混物具有的直徑的范圍是從50到500nm，長度是約4mm、并且原纖化程度為約40ml CSF。這些硅藻土顆粒具有的直徑的范圍是從約2 μ m到約50 μ m。酚醛樹脂被浸潰到該基礎纖維材料中并且被固化。該常規摩擦材料是由不包括可比的摩擦穩定區域的一種基礎纖維材料形成的。
[0037]該高溫啟動耐用性測試是在GK II測試臺上進行。使用一個生產啟動離合器夾具和相應的應用DCT流體來模擬在車輛啟動時雙離合器變速器的工作環境。該應用DCT流體是以8L/min的流速被供應到這些摩擦材料的摩擦接界表面上。這個流速(意圖模仿一種低潤滑劑的流動環境)致使在這些摩擦材料與它們相對的配合表面的摩擦接界表面處的溫度達到350°C。這個啟動測試具有以下另外的測試參數:最大功率73.3KW ;能量146.6KJ ；比凈功率2.36W/mm2 ;內襯壓力(lining pressure) 0.85MPa ;以及最大轉速2500rpm。針對每種摩擦材料將摩擦扭矩梯度(在500rpm和200rmp的轉速下，摩擦材料的摩擦系數的差值)的測量結果相對于摩擦材料接合/脫接合循環的數目繪成曲線，如圖4中所示。正的摩擦扭矩梯度總體上代表良好的μ-V關系和高品質的摩擦性能。另一方面，負的摩擦扭矩梯度總體上指示了上釉。如可見的，摩擦材料A(編號400)在18，000次循環之后維持正的扭矩梯度，而該常規摩擦材料(編號410)在8，000次循環之后過渡到負的摩擦扭矩梯度。
[0038]高溫換檔離合器耐久性試驗是根據SAE程序J2487 (等級7)在該應用DCT流體的存在下在SAE編號2的機器上進行。測試了摩擦材料A和幾種不同的常規摩擦材料。耐久性試驗參數為:能量32.45KJ ；比凈功率2.68ff/mm2 ；以及轉速3600rpm。針對每種摩擦材料將動態摩擦系數的測量結果相對于摩擦材料接合/脫接合循環的數目繪成曲線，如圖5中所示。如可見的，摩擦材料A(編號500)在經過14，200次循環之后維持穩定的動態摩擦系數，這將促成正的μ-V關系，而這幾種常規摩擦材料(編號510、520、以及530)在測試程序初期在2，000到6，000次循環內就遭受了動態摩擦系數的降低。
[0039]使摩擦材料B和無可比的摩擦穩定區域的一種常規摩擦材料各自經受一個高溫滑行離合器耐用性測試(圖6)，類似于之前所描述的這一個測試(參見圖5)。摩擦材料B與摩擦材料A相同，除了對于每3000ft2的該摩擦材料，在該基礎纖維材料的頂表面上存在91bs而非41bs的原纖化纖維素納米纖維，以形成該摩擦穩定區域。該高溫滑行離合器耐久性試驗是在90°C下以高達1.75m/s的不同滑行速度在SAE編號2上進行。內襯壓力為
1.6MPa并且使用了一種恰當的應用流體潤滑劑。如可見的，摩擦材料B(編號600)展示了隨著滑行速度增加而增加的摩擦系數，這促成了正的μ-V關系，而該常規摩擦材料(610)在相同條件下總體上遭受了摩擦系數的下降。
[0040]以上對展示性實施例和具體實例的說明在性質上僅是描述性的而不旨在限制以下權利要求書的范圍。
【權利要求】
1.一種濕式摩擦材料,包括: 一個摩擦接界表面，該摩擦接界表面用于在一種潤滑劑的存在下與一個相對的表面進行摩擦接合，該摩擦接界表面的至少一個部分包括限定了一個納米纖維網的原纖化納米纖維以及由該納米纖維網把持的多個摩擦調節顆粒。
2.如權利要求1所述的濕式摩擦材料,進一步包括: 與這些原纖化納米纖維相混合的基礎結構纖維。
3.如權利要求2所述的濕式摩擦材料，其中，這些基礎結構纖維與這些原纖化納米纖維和這些摩擦調節顆粒一起在該摩擦接界表面處被暴露出。
4.如權利要求2 所述的濕式摩擦材料，其中，這些基礎結構纖維在該摩擦接界表面處沒有暴露出。
5.如權利要求1所述的濕式摩擦材料，其中，這些原纖化納米纖維具有范圍從約50nm到約500nm的直徑、范圍從約Imm到約IOmm的長度、以及通過加拿大標準游離度測量的范圍為從約IOmL CSF到約300mL CSF的原纖化程度。
6.如權利要求1所述的濕式摩擦材料，其中，這些原纖化納米纖維包括纖維素、芳族聚酰胺、或者丙烯酸類樹脂。
7.如權利要求1所述的濕式摩擦材料，進一步包括由該摩擦接界表面與一個朝向相反的粘結表面之間的距離所限定的一個厚度，并且其中這些原纖化納米纖維和由該納米纖維網把持的這些摩擦調節顆粒是存在于該濕式摩擦材料的一個摩擦穩定區域中，該摩擦穩定區域從該摩擦接界表面向著該朝向相反的粘結表面延伸到高達該濕式摩擦材料的厚度的約40%的一個深度。
8.如權利要求1所述的濕式摩擦材料，其中，這些摩擦調節顆粒具有的直徑的范圍是從約IOOnm到約80nm、并且是由在低于400°C的溫度下不熔化、不軟化、或者不分解的材料構成的。
9.如權利要求8所述的濕式摩擦材料，其中，這些摩擦調節顆粒包括以下各項中的至少一項:硅石、碳、石墨、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣、二氧化鈦、二氧化鈰、二氧化鋯、堇青石、莫來石、矽線石、鋰輝石、透鋰長石、鋯石、碳化硅、碳化鈦、碳化硼、碳化鉿、氮化硅、氮化鈦、硼化鈦、腰果粉、固化的酚醛樹脂、或它們的混合物。
10.如權利要求9所述的濕式摩擦材料，其中，這些摩擦調節顆粒包括硅藻土。
11.如權利要求1所述的濕式摩擦材料，進一步包括一種固化的樹脂，該固化的樹脂粘附了這些原纖化納米纖維和這些摩擦調節顆粒。
12.—種濕式摩擦材料，包括:一個摩擦接界表面，用于在一種潤滑劑的存在下與一個相對的表面進行摩擦接合；以及一個朝向相反的粘結表面，用于將該摩擦材料粘結到一種基底材料上，該摩擦材料包括: 一種基礎纖維材料，該基礎纖維材料包括與該摩擦材料的該摩擦接界表面重合或與之鄰近的一個頂表面以及與該朝向相反的粘結表面重合或與之鄰近的一個底表面，該基礎纖維材料支撐著該濕式摩擦材料的一個摩擦穩定區域，該摩擦穩定區域從該濕式摩擦材料的該摩擦接界表面向該朝向相反的粘結表面延伸，該摩擦穩定區域包括原纖化納米纖維和被把持在由這些原纖化納米纖維形成的一個納米纖維網中的多個摩擦調節顆粒，這些原纖化納米纖維包括原纖化纖維素納米纖維；以及一種固化的樹脂，該固化的樹脂粘附了該基礎纖維材料以及被包括在該摩擦穩定區域中的這些原纖化纖維素納米纖維和摩擦調節顆粒。
13.如權利要求12所述的濕式摩擦材料，其中，該摩擦接界表面和該朝向相反的粘結表面分隔了一個距離，并且其中該摩擦穩定區域背離該摩擦接界表面向該朝向相反的底表面延伸到高達該摩擦接界表面與該朝向相反的粘結表面之間的距離的約40%的一個深度。
14.如權利要求12所述的濕式摩擦材料，其中，這些原纖化納米纖維具有范圍從約50nm到約500nm的直徑、以及通過加拿大標準游離度測量的范圍為從約IOmL CSF到約300mL CSF的原纖化程度。
15.如權利要求14所述的濕式摩擦材料，其中，這些原纖化納米纖維具有范圍從約Imm到約IOmm的長度。
16.如權利要求12所述的濕式摩擦材料，其中，這些原纖化纖維素納米纖維包括至少50wt.%的天然纖維素、再生纖維素、纖維素衍生物、或者它們的混合物。
17.如權利要求16所述的濕式摩擦材料，其中，這些原纖化纖維素納米纖維包括再生的萊奧賽爾纖維素。
18.如權利要求16所述的濕式摩擦材料，其中，這些原纖化纖維素納米纖維包括天然纖維素與再生的萊奧賽爾纖維素的共混物。
19.如權利要求12所述的濕式摩擦材料，其中這些摩擦調節顆粒具有的直徑的范圍是從約IOOnm到約80nm、并且是由在低于400°C的溫度下不熔化、不軟化、或者不分解的材料構成的。
20.如權利要求19所述的濕式摩擦材料，其中，這些摩擦調節顆粒包括以下各項中的至少一項:硅石、碳、石墨、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣、二氧化鈦、二氧化鈰、二氧化鋯、堇青石、莫來石、矽線石、鋰輝石、透鋰長石、鋯石、碳化硅、碳化鈦、碳化硼、碳化鉿、氮化硅、氮化鈦、硼化鈦、腰果粉、固化的酚醛樹脂、或它們的混合物。
21.如權利要求19所述的濕式摩擦材料，其中，這些摩擦調節顆粒包括硅藻土。
22.—種方法,包括: 提供一個濕式離合器，在該濕式離合器中配置了一種濕式摩擦材料和一個相對的表面以用于選擇性的界面摩擦結合，該濕式摩擦材料具有一個摩擦接界表面，該摩擦接界表面包括一個摩擦穩定區域，該摩擦穩定區域從該摩擦接界表面向該摩擦材料延伸，該摩擦穩定區域包括原纖化納米纖維和被把持在由這些原纖化納米纖維形成的納米纖維網中的多個摩擦調節顆粒； 將一個潤滑劑流遞送越過該摩擦材料的該摩擦接界表面，該摩擦接界表面具有一個摩擦界面溫度； 使該摩擦材料的該摩擦接界表面與該相對的表面進行接合以便將該摩擦接界表面和該相對的表面互鎖在一起；并且 管理該摩擦接界表面處的該潤滑劑流，使得該摩擦界面溫度超過350°C并且在與該摩擦接界表面相鄰的該摩擦穩定區域處的這些原纖化納米纖維發生熱分解以便不斷地暴露出新鮮的在下面的原纖化納米纖維。
23.如權利要求22所述的方法，其中，這些原纖化納米纖維包括原纖化纖維素納米纖維。
24.如權利要求22所述的方法，其中，該濕式摩擦材料進一步包括由該摩擦接界表面與一個朝向相反的粘結表面之間的距離所限定的一個厚度，并且其中該濕式摩擦材料的該摩擦穩定區域從該摩擦接界表面向該朝向相反的粘結表面延伸到高達該濕式摩擦材料的厚度的約40%的一個深度。
25.如權利要求24所述的方法，其中，該摩擦材料包括一種基礎纖維材料以及一種固化的樹脂，該基礎纖維材料支撐著該摩擦穩定區域，并且該固化的樹脂粘附了該基礎纖維材料以及被包含在該摩擦穩定區域內的這些原纖化納米纖維和摩擦調節顆粒，該基礎纖維材料具有與該摩擦材料的該摩擦接界表面重合或與之鄰近的一個頂表面以及與該朝向相反的粘結表面重合或與之鄰近的一個底表面。
26.如權利要求25所述的方法，其中，該基礎纖維材料包括的基礎結構纖維所具有范圍從約Iym到約500 μ m的直徑以及范圍從約2mm到約20mm的長度。
27.如權利要求24所述的方法，其中，該濕式摩擦材料在該摩擦穩定區域中包括約Ilbs到約151bs的這些原纖化納米纖維、并且在該摩擦穩定區域中包括約21bs/ft2到約201bs/ft2的這些摩擦調節顆粒，所有的量均是基于3000ft2的該濕式摩擦顆粒。
28.如權利要求22所述的方法，其中，這些原纖化納米纖維具有范圍從約50nm到約500nm的直徑、范圍從約Imm到約IOmm的長度、以及通過加拿大標準游離度測量的范圍為從約5mL CSF到約300mL CSF的原纖化程度，并且其中這些摩擦調節顆粒具有范圍從IOOnm到約80μπι的直徑并且包括以下各項中的至少一項:硅石、碳、石墨、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣、二氧化鈦、二氧化鈰、二氧化鋯、堇青石、莫來石、矽線石、鋰輝石、透鋰長石、鋯石、碳化硅、碳化鈦、碳化硼、碳化鉿、氮化硅、氮化鈦、硼化鈦、腰果粉、固化的酚醛樹脂、或它們的混合物。`
【文檔編號】F16D69/02GK103717937SQ201280036450
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年8月6日 優先權日:2011年8月8日
【發明者】F·董, R·C·拉姆, T·P·紐柯布 申請人:博格華納公司