BR112012018600B1

BR112012018600B1 - material de fricção e membro de fricção

Info

Publication number: BR112012018600B1
Application number: BR112012018600-0A
Authority: BR
Inventors: Bulent Chavdar
Original assignee: Eaton Intelligent Power Limited
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2021-05-18
Also published as: BR112012018600A2; WO2011092585A3; CN103003591A; WO2011092585A2; CN103003591B; US20110189460A1; DE112011100368T5; US8563448B2

Abstract

MATERIAL DE FRICÇÃO E MEMBRO DE FRICÇÃO Um material de fricção (18) inclui uma resina e um material base fibroso impregnando com a resina. O material base fibroso tem uma única camada e inclui uma pluralidade de fibras aramida presente em uma primeira quantidade, uma pluralidade de fibras de carbono presente em uma segunda quantidade menor que a primeira quantidade, uma pluralidade de partículas de carbono presente em uma terceira quantidade menor ou igual à segunda quantidade, e terra diatomácea presente em uma quinta quantidade, maior que a primeira quantidade. Um membro de fricção (10) para contatar operativamente uma superfície lubrificada (120 inclui um substrato (16) e material de fricção (18). O material de fricção (18) define uma primeira superfície (20) colada ao substrato (16) e uma segunda superfície (22), configurada para contatar operativamente a superfície lubrificada (12).

Description

Campo Técnico

[0001] A presente invenção se relaciona geralmente a um membro de fricção e ao material de fricção do mesmo.

Histórico da Invenção

[0002] Materiais de fricção são freqüentemente úteis para aplicações onde superfícies opostas se contatam para transmitir energia térmica ou mecânica. Por exemplo, materiais de fricção podem ser dispostos entre superfícies opostas para aplicações de freios, embreagens, e conversores de torque.

[0003] Um tipo de material de fricção, um material de fricção parcialmente molhado, pode ser especificamente útil para aplicações que requeiram lubrificação reduzida durante uma transmissão de energia mecânica e/ou térmica. Por exemplo, materiais de fricção parcialmente molhados são, freqüentemente, pelo menos parcialmente, submersos e impregnados com líquido, tal como fluido de freio, fluido de transmissão automática, e/ou óleo, durante operação.

Sumário da Invenção

[0004] Um material de fricção inclui uma resina e material fibroso impregnado com a resina. O material fibroso tem uma única camada e inclui uma pluralidade de fibras aramida presente em uma primeira quantidade. O material fibroso também inclui uma pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila, presente em uma segunda quantidade, menor que a primeira quantidade, uma pluralidade de partículas de carbono presente em uma terceira quantidade, menor ou igual que a segunda quantidade, e uma pluralidade de fibras minerais presente em uma quarta quantidade, menor que ou igual à segunda quantidade. Ademais, o material base fibroso inclui uma terra diatomácea presente em uma quinta quantidade, maior que a primeira quantidade.

[0005] Em uma variação, uma pluralidade de fibras aramida inclui um primeiro componente, incluindo uma pluralidade de fibras aramida fibriladas e um segundo componente incluindo uma pluralidade fibras aramidas não-fibriladas. Em adição, a pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila inclui um terceiro componente tendo um terceiro comprimento médio, e um quarto componente tendo um quarto comprimento médio, maior que o terceiro comprimento médio.

[0006] Um membro de fricção para contatar operativamente uma superfície lubrificada inclui um substrato e um material de fricção. O material de fricção define uma primeira superfície colada ao substrato, e uma segunda superfície configurada para contatar operativamente a superfície lubrificada.

[0007] Os componentes e vantagens acima, e outros aspectos e vantagens da presente invenção, serão prontamente aparentes àqueles habilitados na técnica, a partir da descrição detalhada que se segue dos melhores modos de executar a invenção em conexão com os desenhos anexos.

Descrição Resumida dos Desenhos

[0008] A figura 1 é uma ilustração esquemática, em seção transversal, de um membro de fricção, incluindo um material de fricção disposto sobre um substrato; e

[0009] A figura 2 é uma ilustração esquemática explodida em perspectiva do membro de fricção da figura 1, disposto entre superfícies lubrificadas.

Descrição Detalhada das Configurações

[0010] Referindo-se às figuras, onde os mesmos números de referência se referem a elementos iguais ou similares, um membro de fricção para contatar operativamente uma superfície lubrificada 12 (figura 2) é mostrado geralmente com o número de referência 10 na figura 1. O membro de fricção 10 pode ser útil para aplicações que requeiram estabilidade de fricção, excelente resistência ao desgaste, resistência a ruído, resistência à pressão, e resistência à temperatura, como será mostrado em mais detalhes a seguir. Portanto, um membro de fricção 10 pode ser útil para aplicações automotivas, incluindo, mas não se limitando a placas de embreagem, correias de transmissão, sapatas de freio, anéis sincronizadores, discos de fricção, placas de sistema, e componentes de diferencial de deslizamento limitado. Contudo, o membro de fricção 10 também pode ser útil para aplicações não automotivas, incluindo, mas não se limitando a blocos de freio ferroviários, placas de embreagem, freios multi-disco de aviões, componentes de guindaste e elevadores, e outras aplicações industriais e de transporte.

[0011] Referindo-se agora à figura 2, durante operação, o membro de fricção 10 pode contatar operativamente a superfície lubrificada 12, por exemplo, de um dispositivo de transmissão de energia, tal como um diferencial de deslizamento limitado. Por meio de uma explicação de caráter geral, como descrito com referência à figura 2, um diferencial de deslizamento limitado pode minimizar a diferença de velocidade angular dos semi- eixos (não mostrados) com a operação de um conjunto de embreagem, mostrado geralmente em 14. O conjunto de embreagem 14 pode ser alojado em um alojamento (não mostrado) e lubrificado com um lubrificante, tal como, mas não se limitando ao Dexron® da BP lubrificantes Inc, USA, Wayne, New Jersey. Em particular, o conjunto de embreagem 14 inclui uma pluralidade de superfícies lubrificadas 12 i.e. placas separadoras espaçadas, e uma pluralidade de membros de fricção 10, i.e. placas de fricção dispostas alternadas entre si e opostas à pluralidade de superfícies lubrificadas 12, de modo que os membros de fricção 10 interfaceiem e interajam com as superfícies lubrificadas 12. Ou seja, os membros de fricção 10 podem ser arranjados alternados com as superfícies lubrificadas 12 no conjunto de embreagem 14.

[0012] Durante operação do conjunto de embreagem 14, os membros de fricção 10 podem contatar operativamente as superfícies lubrificadas 12. Por exemplo, os membros de fricção 10 podem conectar e desconectar friccionalmente das superfícies lubrificadas adjacentes 12, em resposta à diferença de velocidade angular dos semi-eixos, de modo que a energia mecânica e/ou térmica seja transmitida entre o membro de fricção 10 e a correspondente superfície lubrificada 12. Ou seja, o membro de fricção 10 pode compreender comprimir e esfregar uma superfície lubrificada oposta 12, de modo a retardar por fricção o movimento entre o membro de fricção 10 e a superfície lubrificada 12. Em outras palavras, o membro de fricção 10 engata e coopera friccionalmente com a superfície lubrificada 12, de modo intermitente, na condição de operação, de modo a espremer e extrair o lubrificante do membro de fricção 10. Em outros exemplos não-limitantes, o membro de fricção 10 pode contatar operativamente um rotor de um sistema de freio de disco ou engrenagem lubrificada de uma transmissão. Ou seja, o membro de fricção 10 pode ser configurado como sapata de freio ou anel sincronizador.

[0013] Referindo-se agora à figura 1, o membro de fricção 10 inclui um substrato 16. O substrato 16 pode ser selecionado de acordo com propriedades requeridas de rigidez e resistência para a aplicação desejada do membro de fricção 10. Por exemplo, o substrato 16 pode ser adequado para conferir resistência e rigidez ao membro de fricção 10, como será mostrado em detalhes mais adiante, e pode ser formado a partir de um material metálico resistente à deformação, tal como aço. Ou seja, o substrato 16 pode ser uma placa metálica, tal como, mas não se limitando a uma placa suporte de aço.

[0014] Ainda com referência à figura 1, o membro de fricção 10 também inclui um material de fricção 18, incluindo resina e material base fibroso impregnado de resina, como será mostrado com mais detalhes mais adiante. Como usado nesta, o termo “material base fibroso” se refere a uma camada base tendo uma única camada, para ser usada com material de fricção parcialmente molhado 18. O material base fibroso é uma composição de pasta (antes de secar) para formar um material de fricção em pasta molhada 18. Também, como usado nesta, o termo “material de fricção parcialmente molhado” se refere a uma camada base relativamente fina, impregnada de resina ou aglutinante, secada e colada a um substrato rígido ou a um substrato de aço 16. Ademais, materiais de fricção parcialmente molhados geralmente operam, pelo menos parcialmente, submersos em lubrificante, com espessura de cerca de 0,3 mm a cerca de 1,5 mm. Em contraste, materiais de fricção secos geralmente operam em contato seco com uma superfície de fricção oposta, e têm uma espessura de cerca de 3 mm a cerca de 4,5 mm. Materiais de fricção parcialmente molhados também são chamados “materiais de fricção úmidos ou semi-molhados” e podem ser úteis para aplicações onde é requerida uma lubrificação reduzida ou mínima. Em comparação, materiais de fricção molhados geralmente operam substancialmente imersos em lubrificante. Materiais de fricção parcialmente molhados também aceitam temperaturas de cerca de 100oC acima da temperatura de operação de materiais de fricção molhados, e geralmente operam em um ambiente com uma taxa de lubrificação relativamente mais baixa para resfriamento, em comparação com os materiais de fricção molhados. Assim, a capacidade de absorção de óleo e resistência à temperatura pode ser particularmente importante para materiais de fricção parcialmente molhados, em comparação com materiais de fricção molhados.

[0015] O material base fibroso do material de fricção 18 (figura 1) inclui uma pluralidade de fibras aramida. Como usado nesta, o termo “aramida” se refere a fibras poliamida aromática. As fibras aramida podem ser produzidas por reação entre um grupo amina e um grupo haleto de ácido carboxílico. Por exemplo, as fibras aramida podem ser uma cadeia poliamida sintética, na qual pelo menos 85 partes em volume de ligações amida - grupo acila (R-C=O) — conectadas a um átomo de Nitrogênio (N), baseado em 100 partes em volume de cadeia poliamida sintética, ligada diretamente a dois anéis aromáticos.

[0016] A pluralidade de fibras aramida pode ser adicionalmente descrita como sendo uma pluralidade de fibras para-aramida tendo um comprimento médio menor ou igual a cerca de 5 mm. Por exemplo, a pluralidade de fibras aramida pode ser fibras para-aramida, tendo um comprimento de fibra médio de cerca de 1,4 mm e/ou um comprimento de fibra bimodal de cerca de 0,5 mm a cerca de 1,4 mm. Como usado nesta, o termo “cerca de” é um modificador de quantidade e significa ± 2% da quantidade modificada. As fibras aramida podem ser poli-(p- fenileno tereftalamida) (PPTA) produzidas a partir de monômeros p-fenileno diamina (PPD) e dicloreto de tereftaloila (TDC) em um co-solvente com um componente iônico, tal como cloreto de cálcio, para ocupar as ligações de hidrogênio dos grupos amida, e um componente orgânico N-metilpirrolidona (NMP) para dissolver o polímero aromático. A pluralidade de fibras aramida tem uma densidade de cerca de 1,44 g/cm3. Fibras aramida adequadas são providas pela Teijin Aramid GmbH, Arnhem, The Netherlands com a marca Twaron®.

[0017] Em uma variação, a pluralidade de fibras aramida inclui um primeiro componente, incluindo uma pluralidade de fibras aramida fibriladas, e um segundo componente incluindo uma pluralidade de fibras aramida não-fibriladas. Como usado nesta, o termo “fibrilado” se refere a uma fibra tendo uma haste, e uma pluralidade de fibrilas se estendendo da haste, onde a haste tem geralmente a forma de coluna e as fibrilas são membros comparativamente mais finos, com uma forma de fio capilar, ligados à haste. Ou seja, a haste é substancialmente mais grossa que cada uma das fibrilas.

[0018] O primeiro componente pode incluir fibras aramida providas em forma de polpa, com alto grau de fibrilaçao em comparação com outros tipos de fibras, por exemplo, com as fibras aramida do segundo componente. As fibras aramida do primeiro componente podem ser cortadas curtas. Ou seja, depois da produção de polímero, como definido acima, a aramida resultante pode ser dissolvida em ácido sulfúrico sem água, e fiada em filamento. O primeiro componente pode ser formado cisalhando e cortando o filamento em água, de modo que as fibras aramida resultem curtas e fibriladas. A pluralidade de fibras aramida fibriladas do primeiro componente pode ter um comprimento médio menor que cerca de 3 mm. Um primeiro componente adequado é provido pela Teijin Aramid GmbH, Arnhem, The Netherlands, com a marca Twaron® 1094.

[0019] Para comparação, as fibras aramida do segundo componente são não-fibriladas. Ou seja, o segundo componente tem um grau mínimo de fibrilaçao, em comparação com o primeiro componente. As fibras de aramida não-fibriladas do segundo componente geralmente não têm fibrilas no primeiro componente. As fibras de aramida do segundo componente podem estar presentes em forma cortada tendo um comprimento médio de cerca de 3 mm. Por conseguinte, o segundo componente pode ter um comprimento médio maior que o primeiro componente. Um segundo componente adequado é provido pela Teijin Aramid GmbH, Arnhem, The Netherlands com a marca Twaron® 1588.

[0020] O primeiro e segundo componentes podem estar presentes no material base fibroso em uma razão de cerca de 2:1. Por exemplo, o primeiro componente pode estar presente no material base fibroso em uma quantidade de cerca de 20 partes em peso, baseado em 100 partes em peso do material base fibroso, e o segundo componente pode estar presente em cerca de 10 partes em peso, baseado em 100 partes em peso do material base fibroso. O primeiro e segundo componentes podem estar presentes na razão acima mencionada para prover a porosidade desejada do material base fibroso. Por exemplo, o segundo componente não-fibrilado pode definir uma superfície porosa no material base fibroso tendo um tamanho relativamente grande. Tais poros podem ser difíceis de obstruir e fechar, e, assim, o segundo componente pode permitir que produtos de degradação produzidos durante operação do membro de fricção 10 sejam retirados no material de fricção 18, que pode prover um material de fricção 18 com excelente resistência a vitrificação e declínio (fade).

[0021] O segundo componente também pode induzir uma aglomeração de material base fibroso. Portanto, o primeiro componente pode estar presente no material base fibroso para compensar os poros abertos definidos pelo segundo componente. Ou seja, o primeiro componente fibrilado pode conter ou reter melhor outros componentes do material base fibroso que o segundo componente não-fibrilado, especialmente outros componentes presentes no material base fibroso em forma de particulado. Juntos primeiro e segundo componentes, portanto, podem conferir a desejada porosidade ao material base fibroso.

[0022] A pluralidade de fibras aramida está presente em uma primeira quantidade. Sem se limitar à teoria, a pluralidade de fibras aramida pode estar presente no material base fibroso para conferir ao material base fibroso maior porosidade e conferir ao membro de fricção 10 excelente dureza, resistência ao desgaste, e resistência à temperatura. Ou seja, como mencionado acima, a pluralidade de fibras aramida pode suportar outros componentes relativamente menores do material base fibroso, especialmente componentes em forma particulada. A pluralidade de fibras aramida pode estar presente em uma primeira quantidade de cerca de 20 partes em peso a cerca de 34 partes em peso, por exemplo, cerca de 25 partes em peso a cerca de 30 partes em peso, baseado em 100 partes em peso do material base fibroso. Quando as fibras aramida estão presentes no material base fibroso em quantidades menores que cerca de 20 partes em peso, o material base fibroso pode apresentar estrutura e resistência insuficiente, e baixa resistência à pressão. No entanto, em quantidades maiores que cerca de 34 partes em peso, o material base fibroso é difícil de processar, e apresenta um nível excessivo de porosidade.

[0023] O material base fibroso também inclui uma pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila. Como usado nesta, o termo “baseado em poliacrilonitrila” se refere a pluralidade de fibras de carbono produzida a partir de um precursor de poliacrilonitrila (PAN) a pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila podem ser produzidas calcinando fibras de poliacrilonitrila pré-oxidadas em uma temperatura maior ou igual a cerca de 1000oC em uma atmosfera de gás inerte, para obter um conteúdo de carbono de pelo menos 90 partes em peso, e um conteúdo de ligação nitrogênio de cerca de 1 parte em peso a cerca de 8 partes em peso, baseado em 100 partes em peso de fibra.

[0024] Em uma variação, a pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila inclui um terceiro componente tendo um terceiro comprimento médio, e um quarto componente tendo um quarto comprimento médio, maior que o terceiro comprimento médio. Mais especificamente, o terceiro componente pode ser adicionalmente definido como sendo uma pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila, e o terceiro comprimento médio pode ser menor que cerca de 500 micra. Em contraste, o quarto componente pode ser adicionalmente definido como uma pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila cortadas, e o quarto comprimento médio pode variar de cerca de 2500 micra a cerca de 4000 micra, por exemplo, ter cerca de 3000 micra. Como usado nesta, o termo moído se refere a uma fibra de carbono mais curta que a fibra de carbono cortada. Por exemplo, a pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila moídas podem ter um terceiro comprimento médio, menor que cerca de 1000 micra. Em comparação, a pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila cortadas podem ter um quarto comprimento médio de cerca de 1000 micra a cerca de 2500 micra. A pluralidade de fios de fibra de carbono baseados em poliacrilonitrila pode ser moída em uma pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila, tendo um terceiro comprimento médio de cerca de 350 micra, por exemplo. Ademais, a pluralidade fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila podem ter um diâmetro médio de fibra de cerca de 7 micra a cerca de 9 micra e densidade de cerca de 1,73 g/cm3 a cerca de 1,79 g/cm3. A pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila inclui fibras de carbono baseadas em poliacrilonitrila AGM 94 providas pela Asbury Mills Inc, Asbury, New Jersey. Mais especificamente, exemplos adequados de fibras de carbono baseadas em poliacrilonitrila moídas e cortadas são disponíveis com identificadores AGM94MF350U e AGM94CF3.

[0025] A pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila está presente em uma segunda quantidade, menor que a primeira quantidade. Ou seja, o material base fibroso comparativamente inclui mais fibras aramida que fibras de carbono baseadas em poliacrilonitrila. Sem se limitar à teoria, a pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila pode estar presente no material base fibroso para conferir ao membro de fricção 10 uma excelente estabilidade à fricção, i.e. um coeficiente de fricção estável em operação, maior resistência à recuperação de elasticidade, maior resistência à temperatura, e maior rigidez. Ou seja, o material de fricção 18, incluindo a pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila, mantém um engate friccional desejado com as superfície lubrificada 12 (figura 12), diminuindo a ocorrência de vibrações no dispositivo de transmissão de energia em operação, e o “declínio” (fading), i.e. redução do coeficiente de fricção (μ) em altas temperaturas.

[0026] Ademais, a pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila pode conferir ao material de fricção 18 excelente resistência a temperatura. Em particular, a pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila apresenta a condutividade térmica desejada, e resfria qualquer lubrificante depositado nos poros do material de fricção 18.

[0027] Em adição, a pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila pode conferir ao material de fricção 18 excelente recuperação elástica no engate friccional do membro de fricção 10 com a superfície lubrificada 12. Em particular, a pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila 10 têm maior módulo de elasticidade, i.e. rigidez, e melhor característica de retorno elástico, quando tensionadas na faixa elástica, em comparação com outras fibras.

[0028] A pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila podem estar presentes em uma segunda quantidade, de cerca de 5 partes em peso a cerca de 15 partes em peso, i.e. cerca de 10 partes em peso, baseado em 100 partes em peso de material base fibroso. Quando a pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila estão presentes no material base fibroso em quantidades menores que cerca de 5 partes em peso, o material base fibroso pode ter estrutura e rigidez insuficientes, e o membro de fricção 10 apresentar baixa estabilidade de fricção, resistência à temperatura, e resistência à pressão. No entanto, em quantidades maiores que cerca de 15 partes em peso, o material base fibroso é difícil de processar e o membro de fricção 10 apresenta reduzida resistência à pressão, e resistência à temperatura.

[0029] Para variações incluindo ambos, terceiro e quarto componentes, os terceiro e quarto componentes podem estar presentes no material base fibroso em uma razão de cerca de 1:1. Por exemplo, o terceiro componente pode estar presente no material base fibroso em uma quantidade de cerca de 5 partes em peso, baseado em 100 partes em peso do material base fibroso, e o quarto componente também pode estar presente em uma quantidade de cerca de 5 partes em peso, baseado em 100 partes em peso do material base fibroso. O quarto componente pode estar presente no material base fibroso para conferir ao material de fricção 18 (figura 1) uma maior resistência à pressão. Ou seja, o quarto componente pode conferir ao material de fricção 18 uma excelente porosidade, permitindo que o lubrificante penetre no material de fricção 18 durante operação do dispositivo de transmissão de energia, e, ainda, o quarto material também contribui para um excelente ajuste de compressão e resistência à deformação permanente durante operação do material de fricção 18. Ou seja, como descrito com referência à figura 2, o material de fricção 18, incluindo o quarto componente, pode ser adequadamente compressível, de modo que o lubrificante seja espremido dentro do material de fricção 18 sob a pressão aplicada pela superfície lubrificada 12 do dispositivo de transmissão de energia. No entanto, em quantidades maiores que 10 partes em peso, baseado em 100 partes em peso do material base fibroso, o material base fibroso é difícil de processar por causa do entrelaçamento das fibras de carbono baseadas em poliacrilonitrila relativamente longas.

[0030] Geralmente, o terceiro componente pode estar presente no material base fibroso para compensar poros abertos definidos pelo quarto componente do material base fibroso. Ou seja, como as fibras de carbono cortadas baseadas em poliacrilonitrila do quarto componente são mais longas que as fibras de carbono moídas baseadas em poliacrilonitrila do terceiro componente, o quarto componente não contém ou retém outros componentes do material base fibroso, assim como o terceiro componente, especialmente outros componentes presentes em forma particulada. Portanto, os terceiro e quarto componentes podem estar presentes de acordo com a razão acima mencionada, para conferir ao material de fricção 18 a desejada porosidade e resistência à temperatura.

[0031] O material base fibroso também inclui uma pluralidade de partículas de carbono. Como usado nesta, o termo “partículas de carbono” é diferente do termo “fibras de carbono”, e se refere a um carbono presente em forma não- fibrosa. Por exemplo, a pluralidade de partículas de carbono pode ter a forma de carbono processado por reativação física e/ou química, e tem excelente porosidade e alta área superficial, i.e. área superficial Brunauer-Emmett-Teller (BET), maior ou igual a 250 m2/g. As partículas de carbono p incluem, mas não se limitam a negro de fumo, carbono ativado em pó granulado, carbono ativado extrudado, carbono impregnado, carbono pirolizado, e combinações deste. Ou seja, as partículas de carbono podem ser formadas a partir de um carbono que tenha sofrido pirólise.

[0032] A pluralidade de partículas de carbono pode ser definida adicionalmente como partículas primárias, agregados, ou aglomerados. As partículas primárias podem ter forma esférica e se ligar para formar agregados, que, por sua vez, podem se juntar, e formar aglomerados. Partículas de carbono incluem negro de fumo, tendo o nome Colour Black F101 provido por Evonick Degussa Corp, Parsippany, New Jersey.

[0033] A pluralidade de partículas de carbono está presente em uma terceira quantidade, menor ou igual à primeira quantidade. Ou seja, o material base fibroso pode incluir quantidades iguais de partículas de carbono e fibras de carbono baseadas em poliacrilonitrila, ou comparativamente menos partículas de carbono que fibras de carbono baseadas em poliacrilonitrila. Em particular, a pluralidade de partículas de carbono pode estar presente em uma terceira quantidade, de cerca de 3 partes em peso a cerca de 15 partes em peso, i.e. cerca de 5 partes em peso a cerca de 10 partes em peso, baseado em 100 partes em peso do material base fibroso. Sem se limitar à teoria, a pluralidade de partículas de carbono pode estar presente no material base fibroso para conferir ao membro de fricção 10 excelente resistência à temperatura e pressão durante operação. Em particular, a pluralidade de partículas de carbono apresenta a desejada condutividade térmica e resfria o lubrificante depositado nos poros do material de fricção 18.

[0034] Ademais, a pluralidade de partículas de carbono aumenta o coeficiente dinâmico de fricção e reduz o coeficiente estático de fricção do membro de fricção 10 e, assim contribui para conferir ao membro de fricção 10 excelente resistência a ruído. O membro de fricção 10, incluindo a pluralidade de partículas de carbono, presente na acima mencionada terceira quantidade, apresenta uma inclinação ótima da curva μ-v. Em particular, a inclinação da curva μ-v representa uma variação no coeficiente de fricção μ em comparação com a variação na velocidade de deslizamento (v). Para aplicações friccionais, é desejada uma inclinação positiva na gama de velocidades, a ser controlada pelo membro de fricção 10, para diminuir as vibrações friccionais no dispositivo de transmissão de energia. Por exemplo, o membro de fricção 10 pode diminuir vibrações na frenagem ou troca de marchas. Portanto, o material de fricção 18, incluindo a pluralidade de partículas de carbono mantém um desejado engate friccional com a superfície lubrificada oposta 12 para diminuir vibrações no dispositivo de transmissão de energia, durante operação, ou diminuir o declínio (fade) no coeficiente de fricção (μ) em altas temperaturas. Em adição, a pluralidade de partículas de carbono pode prover uma cor ao material de fricção 18, por exemplo a cor verde, para prover um aspecto distingüível para reconhecer o membro de fricção 10.

[0035] O material base fibroso também pode incluir uma pluralidade de fibras minerais. As fibras minerais podem ser formadas a partir de uma fusão vítrea, tal como rocha, escória, vidro, e outros fundidos de minerais. O fundido vítreo pode ser formado misturando rochas e minerais selecionados para prover a desejada composição ao fundido vítreo. A pluralidade de fibras minerais pode ser classificada como fibras minerais de engenharia, e incluir um tratamento superficial, tal como, mas não se limitando a silano ou tenso-ativo. Em um exemplo não-limitante, cada fibra mineral da pluralidade de fibras minerais pode incluir, baseado em 100 partes em peso de fibra mineral, SiO2 em uma quantidade de cerca de 38 partes em peso a cerca de 43 partes em peso, Al2O3 em uma quantidade de 18 partes em peso a cerca de 23 partes em peso, CAO+MgO em uma quantidade de cerca de 23 partes em peso a cerca de 28 partes em peso, FeO em uma quantidade de cerca de 4,5 partes em peso a cerca de 8 partes em peso, K2O+Na2O em uma quantidade de cerca de 4,5 partes em peso, e outros ingredientes, em uma quantidade menor que cerca de 6 partes em peso.

[0036] Cada fibra mineral da pluralidade de fibras minerais pode ter um diâmetro menor ou igual a cerca de 20 micra, i.e. menor que cerca de 10 micra, e um quinto comprimento médio maior que o terceiro comprimento médio e menor que o quarto comprimento médio. Ou seja, em um exemplo não-limitante, o quinto comprimento médio pode ser de cerca de 500 micra a menos que a cerca de 2500 micra. Em um exemplo não-limitante, o quinto comprimento médio pode ser de cerca de 500 micra a cerca de 800 micra, tal como cerca de 650 micra. Fibras minerais, tendo o comprimento médio acima mencionado, podem contribuir para obter a desejada porosidade controlada do material de fricção 10. Ou seja, a pluralidade de fibras minerais pode compensar as fibras de carbono baseadas em poliacrilonitrila moídas relativamente curtas e fibras aramida relativamente longas no material base fibroso, conferir ao material base fibroso uma excelente porosidade.

[0037] Ademais, a pluralidade de fibras minerais pode ser comparativamente mais dura que cada fibra de carbono da pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila e da pluralidade de fibras aramida do material base fibroso. Por exemplo, a pluralidade de fibras minerais tem uma dureza 6 na escala Moh. Portanto, a pluralidade de fibras minerais pode conferir ao membro de fricção 10 excelente resistência ao desgaste e excelente resistência à temperatura.

[0038] Em adição, como a pluralidade de fibras minerais é comparativamente longa, dura, e resistente à temperatura, o material de fricção 10 tem uma maior dureza superficial e apresenta uma excelente resistência à vitrificação. Ou seja, a combinação de substrato forte e rígido 16 e excelente rugosidade superficial do material de fricção 10 minimiza o excessivo alisamento do material de fricção 10 e confere ao membro de fricção 10 uma excelente resistência à vitrificação.

[0039] A pluralidade de fibras minerais está presente no material base fibroso em uma quarta quantidade, menor que a segunda quantidade. Ou seja, o material base fibroso inclui comparativamente mais fibras de carbono baseadas em poliacrilonitrila que fibras minerais. Mais especificamente, a pluralidade de fibras minerais pode estar presente de uma quarta quantidade, de cerca de 5 partes em peso a cerca de 10 partes em peso, i.e. 7 partes em peso baseado em 100 partes em peso do material base fibroso. Um exemplo adequado de fibras minerais é Rockbrake® RB280-Roxul® provida pela Lapinus Fibers BV, Roermond, The Netherlands.

[0040] O material base fibroso também inclui terra diatomácea, presente em uma quinta quantidade, maior que a primeira quantidade. Ou seja, o material base fibroso pode incluir mais terra diatomácea que qualquer outro componente do material base fibroso, i.e. fibras aramida, fibras de carbono baseadas em poliacrilonitrila, partículas de carbono, ou fibras minerais. Em particular, a terra diatomácea pode ser uma terra diatomácea calcinada, tendo um tamanho de partícula médio de cerca de 10 micra a cerca de 15 micra. Como usado nesta, o termo “terra diatomácea” se refere a uma terra diatomácea, i.e. mineral sedimentar determinado a partir de espécies planctônicas, tratadas termicamente em temperaturas maiores que cerca de 800oC, para arredondar cantos vivos de partículas individuais de terra diatomácea. Portanto, terra diatomácea calcinada pode ter uma área superficial reduzida e maior dureza, em comparação com uma terra diatomácea não- calcinada natural. Assim, a presença de terra diatomácea calcinada no material base fibroso, geralmente confere ao material de fricção 18 (figura 1) uma excelente resistência a pressão.

[0041] A terra diatomácea pode ter um tamanho de poro de cerca de 0,1 mícron a cerca de 1,0 mícron, e uma porosidade maior que 80 partes em volume, baseado em 100 partes em volume da terra diatomácea. Uma terra diatomácea adequada é Celit®28 provida pela World Minerals Inc, Santa Bárbara, Califórnia.

[0042] A terra diatomácea pode estar presente em uma quinta quantidade, maior ou igual a cerca de 35 partes em peso, baseado em 100 partes em peso de material base fibroso. Ou seja, a quinta quantidade pode ser maior que quer primeira, segunda, terceira, e quarta quantidades. Por exemplo, a terra diatomácea pode estar presente em uma quinta quantidade, de cerca de 40 partes em peso a cerca de 50 partes em peso, baseado em 100 partes em peso do material base fibroso. Em um exemplo não-limitante, em tal variação de material base fibroso incluindo primeiro, segundo, terceiro, e quarto componentes, como indicado, a terra diatomácea pode estar presente em uma quinta quantidade, de cerca de 40 partes em peso a cerca de 47 partes em peso de material base fibroso.

[0043] A terra diatomácea pode conferir ao membro de fricção 10 uma excelente resistência a ruído, e complementar a pluralidade de partículas de carbono. Adicionalmente, a terra diatomácea pode ajudar a absorver resina, como indicado em mais detalhes mais adiante, e promover o fluxo de lubrificante através do material de fricção 18 (figura 1). Ou seja, mesmo quando presente em uma quinta quantidade, maior que cerca de 35 partes em peso, baseado em 100 partes em peso de material base fibroso, a terra diatomácea inesperadamente confere ao material base fibroso uma excelente resistência a ruído, sem prejudicar estrutura e resistência do material base fibroso. Em particular, quando presente no material base fibroso em uma quinta quantidade, maior que cerca de 35 partes em peso, a terra diatomácea aumenta o coeficiente dinâmico e reduz o coeficiente estático de fricção do membro de fricção 10. Portanto, o membro de fricção 10, incluindo terra diatomácea presente em uma quinta quantidade, tem a curva μ-v com inclinação otimizada. Em particular, a inclinação da curva μ- v representa uma variação no coeficiente de fricção μ em comparação com a variação da velocidade de deslizamento (v). Para aplicações friccionais, é desejável uma inclinação positiva em uma gama de velocidades controlada pelo membro de fricção 10 para diminuir vibrações friccionais no dispositivo de transmissão de energia. Por exemplo, o membro de fricção 10 diminui vibrações na frenagem ou na troca de marchas.

[0044] Em outras palavras, o membro de fricção 10, incluindo material de fricção 18, apresenta uma resistência ao ruído superior. Ou seja, o material de fricção 18 gera a desejada curva de torque tendo a forma definida por uma inclinação μ-v positiva, de modo que o material de fricção 18 substancialmente não produza ruídos ou grasnidos durante operação.

[0045] O material base fibroso, adicionalmente, pode incluir látex. O látex pode estar presente no material base fibroso para ajudar a saturar e processar e geralmente conferir flexibilidade ao material base fibroso. O látex também pode revestir fibras aramida, fibras de carbono baseadas em poliacrilonitrila, e/ou fibras minerais, para conferir ao material base fibroso uma suficiente resistência molhada, i.e. resistência de trama (web) com vista à processabilidade. O látex pode estar na forma de dispersão aquosa, i.e. meio acrilonitrila, copolímero acrilonitrila-butadieno formado por polimerização de emulsão. Ou seja, o látex pode ser uma emulsão de nitrila látex baseada em acrilonitrila. Ademais, o látex pode ter uma viscosidade Brookfield de cerca de 15 cP a 25oC. O látex pode estar presente em uma quantidade de cerca de 1 parte em peso a cerca de 6 partes em peso, i.e. 3 partes em peso, baseado em 100 partes em peso de material base fibroso. O látex adequado inclui Látex 1562x117 Hycar® provido pela Emerald Performance Materials LLC, Akron, Ohio.

[0046] Para obter a desejada resistência à temperatura para o membro de fricção 10, o material base fibroso deve ser substancialmente isento de fibras e enchimentos de baixa resistência ao calor, tal como cânhamo, celulose, fibras homo- acrílicas, de caju e casca de noz, partículas de borracha curadas a baixa temperatura, etc.. Similarmente, o material base fibroso geralmente não sofre impregnação de resinas epóxi, modificadas por epóxi/ óleo, para manter características de excelente resistência à temperatura da resina e material de fricção 18.

[0047] Em adição, para evitar o inchamento do material de fricção 18 durante a operação do membro de fricção 10, em contato com o lubrificante, o material base fibroso pode ser substancialmente isento de fibras de celulose, que podem reagir com aditivos de fósforo e enxofre do lubrificante.

[0048] Portanto, como mencionado acima, o membro de fricção 10, incluindo o material de fricção 18, apresenta uma maior resistência ao desgaste, ruído, pressão, e temperatura e sua produção é economicamente vantajosa. Ou seja, o membro de fricção 10 apresenta nível de degradação e tensão de cisalhamento reduzidos durante operação do dispositivo de transmissão de energia, e desempenha adequadamente, quando molhado parcialmente com lubrificante.

[0049] Como definido acima, o material base fibroso é impregnado com resina. A resina impregna o material base fibroso para conferir ao material de fricção 18 resistência ao cisalhamento, resistência à temperatura, e estabilidade de fricção. A resina também compensa a presença de terra diatomácea no material de fricção 18, e contribui para conseguir uma maior estabilidade de fricção no material de fricção 18. Portanto, a resina pode ser saturante ou aglutinante, e ter viscosidade de cerca de 2500 cP a cerca de 7000 cP a 25OC. A resina pode ser qualquer resina adequada selecionada de acordo com a aplicação do material de fricção 18. Por exemplo, a resina pode ser termocurável. Ademais, a resina pode ser modificada para aumentar sua resistência à temperatura por modificação de nitrila ou dispersão de nanopartículas.

[0050] Em um exemplo não-limitante, a resina pode ser poliimida. Neste exemplo, a resina poliimida pode ser combinada com solvente, tal como etanol, para facilitar processamento. A resina poliimida pode ser endurecida para aumentar resistência à fratura, combinando a resina poliimida com resina fenol. Por exemplo, a resina pode incluir resina poliimida e resina fenol na proporção de cerca de 9:1, i.e. de 90 partes em peso de resina poliimida a cerca de 10 partes em peso de resina fenol, baseado em 100 partes em peso de resina. A combinação de resina poliimida e resina fenol pode conferir ao material de fricção 18 maior dureza e coeficiente de fricção, que, por sua vez, confere ao membro de fricção 10 uma excelente resistência ao desgaste e ruído. A resina poliimida também pode ser combinada com outras resinas. Em outras variações, a resina pode ser selecionada dentre resinas fenólicas, resinas silicone, misturas de resina, múltiplos sistemas de resina, e combinações destes. Geralmente, evita-se o uso de resinas fenólicas modificadas, para manter a excelente resistência à temperatura da resina e material de fricção 18.

[0051] O material base fibroso pode ser impregnado com resina com um resina de escolha de cerca de 20 partes em peso a cerca de 100 partes em peso, i.e. de cerca de 40 partes em peso a cerca de 75 partes em peso, baseado em 100 partes em peso do material base fibroso. Ou seja, a porcentagem da resina de escolha pelo material base fibroso, i.e. uma porcentagem em peso da resina baseada no peso do material base fibroso seco pode variar de cerca de 20% a cerca de 100%. Em uma quantidade de resina abaixo de cerca de 20 partes em peso, o material base fibroso pode não apresentar resistência suficiente, e, em uma quantidade de resina maior que cerca de 100 partes em peso, o material base fibroso pode ser supersaturado, fazendo o material de fricção 18 apresentar porosidade e absorção de lubrificante ruins, resultando em vitrificação, ruído, vibrações, e sensitividade a aspereza (NVH). Ademais, o revestimento do material base fibroso com a resina de escolha, acima mencionada, contribui para conferir ao material de fricção 18 excelente resistência ao ruído e pressão. Uma resina adequada é a SKYBOND® provida pela Industrial Summit Technology Corp, Parlin, New Jersey.

[0052] O material de fricção 18 pode ser formado via qualquer sistema de processamento, capaz de misturar a pluralidade de fibras aramida, a pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila, a pluralidade de partículas de carbono, a pluralidade de partículas minerais, e terra diatomácea. Por exemplo, o material de fricção 18 pode ser formado via processos de fibra deposição seca (drylaid), deposição por ar, (airlaid), coformação (coform), e deposição molhada (wetlaid), e por processos de adição de resina revestida, saturada, impregnada de pasta. Ademais, o material de fricção 18 pode ser produzida em máquinas de papel e em equipamentos de saturação de resina, como bem conhecido por aqueles habilitados na técnica.

[0053] Em um exemplo não-limitante, um processo para formar materiais de fricção 18 pode incluir combinar uma pluralidade de fibras aramida, uma pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila, uma pluralidade de partículas de carbono, uma pluralidade de fibras minerais, terra diatomácea, e látex (em caráter opcional), com água para formar uma pasta. A pasta pode ser bombeada para um formador de fio de uma máquina de papel. Geralmente, o formador de fio pode definir uma pluralidade de aberturas da máquina de papel, para drenar da pasta a água remanescente pelas aberturas, e a umidade remanescente ainda pode ser removida por secagem, obtendo papel seco - i.e., o material base fibroso.

[0054] O material base fibroso, então, pode ser impregnado e saturado com resina, por exemplo, por imersão, revestimento, saturação, spray. O material base fibroso i.e. o material de fricção 18, é secado para um estado semi-curado em um estágio B, e laminado para as dimensões desejadas. O material de fricção 18 formado tem peso específico de cerca de 27,21 kg/278,7 m2 (60 lbs/3000 pés2) a cerca de 181 kg/278,7 m2 (400 lbs/3000 pé2). Ou seja, o material de fricção 18 pode ter um peso específico de cerca de 68 kg/278,7 m2 (150/3000 pé2) a cerca de 113,4 kg/278,7 m2 (250/3000 pé2), i.e. cerca de 90,71 kg/278,7 m2 (200/3000 pé2). O material de fricção 18 pode ter uma espessura de cerca de 304,8 μ m (12 mils) a cerca de 1524 μ m (60 mils), i.e. de cerca de 635 μ m (25 mils) a cerca de 889 μ m (35 mils) (1 mil (milésimo de polegada) equivale a 0,0254 mm). Ademais, o material de fricção 18 pode ter densidade de cerca de 2,41 kg/278,7 m2/0,025 mm (4,5 lbs/3000 pé2/0,001 pol) a cerca de 3,62 kg/278,7 m2/0,025 mm (8,0 lbs/3000 pé2/0,001 pol), i.e. de cerca de 2,67 kg/278,7 m2/0,025 mm (5,9 lbs/3000 pé2/0,001 pol) a cerca de 2,99 kg/278,7 m2/0,025 mm (6,6 lbs/3000 pé2/0,001 pol).

[0055] O material de fricção 18 tem uma única camada. Como usado nesta, o termo “camada” se refere a uma única camada do material de fricção 18. Ou seja, o material de fricção 18 não é multicamada, e não inclui duas ou mais camadas. Ao invés, o material de fricção 18 pode ter a forma de folha de camada única. Portanto, o material de fricção 18 vantajosamente apresenta reduzida delaminação do substrato em operação, contribuindo para conferir ao membro de fricção 10 excelente resistência ao desgaste.

[0056] Referindo-se de novo à figura 1, com respeito ao membro de fricção 10, o material de fricção 18 define uma primeira superfície 20 colada à superfície lubrificada 12 (figura 2). A primeira superfície 20 do material de fricção 18 pode ser colada ao substrato 16 através de, por exemplo, uma folha adesiva fenólica e/ou aplicando pressão e temperatura ao material de fricção 18 impregnado para colar o material de fricção 18 ao substrato 16. Ademais, a resina pode ser curada antes e depois de o material de fricção 18 colado ao substrato. A espessura e densidade, acima mencionadas, do material de fricção 18 podem ser conseguidas aplicando uma pressão ao material de fricção 18, maior ou igual à pressão de operação do membro de fricção 10, i.e. cerca de 20 MPa. Tal pressão de operação pode tensionar e/ou fraturar a pluralidade de fibras de carbono no material base fibroso, e daí minimizando uma posterior fragmentação adicional da pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila, e ajuste de compressão do material de fricção 18 na operação.

[0057] Assim, ainda com referência às figuras 1 e 2, em operação, a segunda superfície 22 pode contatar operativamente, i.e. conectar/ desconectar friccionalmente de superfícies lubrificadas adjacentes 12, para comprimir e esfregar na superfície adjacente 12. Ou seja, o membro de fricção 10 pode engatar e cooperar friccionalmente com a superfície lubrificada 12, de modo intermitente, para espremer e extrair o lubrificante do membro de fricção 10.

[0058] Assim, o material de fricção 18 pode ser penetrável pelo lubrificante, acima mencionado, em operação. No entanto, o material de fricção 18 pode ser compatível com qualquer lubrificante adequado, incluindo óleos e fluidos de transmissão formulados com aditivos para minimizar degradação térmica do lubrificante.

[0059] Ademais, como mostrado na figura 1, o material de fricção 18 pode ser colado a múltiplas superfícies do substrato 16. Ou seja, por meio de exemplos não-limitantes, o material de fricção 18 pode ser colado a superfícies ou lados opostos do substrato 16, para contatar operativamente duas superfícies lubrificadas adjacentes 12. Por exemplo, embora não mostrado na figura 2, o material de fricção 18 pode ser disposto e colado a duas superfícies do substrato 16, i.e. frente e trás do substrato 16, sanduichado e operativamente contatando as duas superfícies lubrificadas adjacentes 12. Alternativamente, o material de fricção 18 pode ser colado apenas a uma única superfície do substrato 16. Ademais, o material de fricção 18 pode ser colado apenas a uma única superfície do substrato 16.

[0060] Ademais, para aplicações incluindo o conjunto de embreagem 14 da figura 2, deve ser apreciado que a pluralidade de membros de fricção 10 pode ser arranjada em qualquer configuração no conjunto de embreagem 14. Em adição, cada membro da pluralidade de membros de fricção 10, i.e. placas de fricção e a pluralidade de superfícies lubrificadas 12, i.e. placas separadoras, pode incluir o material de fricção 18 colado ao substrato 16. Ou seja, a pluralidade de superfícies lubrificadas 12 também pode incluir o material de fricção 18 (embora não mostrado na figura 2).

[0061] O material de fricção 18 pode ter qualquer tamanho e/ou forma adequada. Por exemplo, o material de fricção 18 pode ter forma de anel como mostrado na figura 2. Alternativamente, embora não mostrado, o material de fricção 18 pode ser segmentado em formas incluindo arcos, tiras, cunhas, e combinações destes. O material de fricção 18 também pode definir uma pluralidade de ranhuras coladas ou cortadas, i.e. canais não-mostrados para otimizar o fluxo de lubrificante durante operação.

[0062] Os exemplos a seguir são providos meramente com propósito ilustrativo e não devem ser tomados, de nenhuma forma, como limitantes para a presente invenção.

xemplos

[0063] Para formar os materiais de fricção dos Exemplos 1 e 2, os componentes A-H são combinados com água nas quantidades listadas na Tabela 1, para formar uma pasta. As quantidades de Componentes A-H listadas na Tabela 1 se referem a partes em peso baseado em 100 partes em peso do material base fibroso. A pasta é bombeada para o formador de fio na máquina de papel, e a água na pasta é drenada por aberturas definidas no formador de fio para formar um papel molhado. O papel molhado é levado para uma seção de secagem da máquina de pape, para remover a água por secagem e formar o papel seco, i.e. o material base fibroso dos Exemplos 1 e 2. Os materiais base fibrosos, então, foram saturados com Resina J e resinas listadas na Tabela 1, para formar o material de fricção dos Exemplos 1 e 2. Tabela 1 - Composições de Material de Fricção

[0064] O componente A consiste de fibras de aramida fibriladas Twaron® 1094 da Teijin Aramid GmbH Arnhem, The Netherlands.

[0065] O componente B consiste de fibras aramida não- ibriladas Twarom® 1588 da Teijin Aramid de GmbH, Arnhem, The Netherlands;

[0066] O componente C consiste de de fibras de carbono de poliacrilonitrila moídas AGM tendo terceiro comprimento médio de 350 micra, provido com identificador AGM 94MF35U da Asbury Mills Inc, Asbury, New Jersey.

[0067] O componente D consiste de de fibras de carbono poliacrilonitrila cortados AGM 94 tendo quarto comprimento de 3 mm, provido com identificador AGM CF3 da Asbury Mills Inc, Asbury, New Jersey.

[0068] O componente E de partículas de carbono Colour Black F101 da Evonik Degussa Corp, de Pasippany, New Jersey.

[0069] O componente F consiste de de terra diatomácea calcinada Celite® da World Minerals Inc, Santa Bárbara, Califórnia.

[0070] O componente G consiste de Rockbrake® RB280-Roxul® da Lapinus Fibers BV, Roermond, The Netherlands;

[0071] O componente H consiste de Látex 1562x117 Hycar® da Emerald Performance Materials LLC, Akron, Ohio; e

[0072] A resina J consiste da resina poliimida SKYBOND® da Industrial Summit Technology Corp, Parlin, New Jersey.

[0073] Os materiais de fricção dos Exemplos 1 e 2 são comparados aos materiais de fricção dos Exemplos Comparativos 3 e 4, com respeito ao desempenho de fricção, e os resultados mostrados sumarizados nas Tabela 2 e 3. O material de fricção do Exemplo Comparativo 3 é um material de fricção de plástico reforçado com fibra de carbono. O material de fricção do Exemplo Comparativo 3 inclui material base fibroso incluindo fibras de carbono entrelaçadas incorporadas em uma matriz sintética e carbono pirolítico produzido por deposição de vapor químico de gás hidrocarboneto. Em adição, o material de fricção do Exemplo Comparativo 3 inclui plásticos termocuráveis, e não inclui fibras minerais.

[0074] O material de fricção do Exemplo Comparativo 4 é um material de fricção reforçado com fibras de carbono. O material de fricção do Exemplo Comparativo 4 inclui material base fibroso incluindo fibras de carbono entrelaçadas, e carbono pirolítico produzido por deposição de vapor química de hidrocarbonetos. O material de fricção do Exemplo Comparativo 4 também não inclui fibras minerais.

[0075] O material de fricção resultante dos Exemplos 1 e 2 e Exemplos Comparativos 3 e 4 tem espessura de 812,8 μ m (32 milésimos de polegada (32 mils)). Cada material de fricção é colado à respectiva placa suporte de aço sob uma pressão de cerca de 20 MPa em 232oC durante um minuto para formar os membros de fricção dos Exemplos 1 e 2 e Exemplos Comparativos 3 e 4.

Teste de Durabilidade Falex

[0076] Os membros de fricção dos Exemplos 1 e 2 e Exemplos Comparativos 3 e 4 são avaliados quanto a resistência ao desgaste em uma máquina de teste multi-amostra Falex. Os membros de fricção são girados sob carga em óleo de engrenagem K a 118oC contra superfície de aço estacionária por um certo período de tempo. O óleo de engrenagem K é o Dexron® 75 W-90 da General Motors, Detroit, Michigan. Taxa de desgaste, coeficiente de fricção, e pressão (P MPa) na área de contato e velocidade superficial (V, m/s) são medidas à medida que o membro de fricção avança em uma matriz de pressão e velocidade superficial, onde a velocidade é constante (10,9 m/s), e pressão aumenta de 0,5 MPa a 3,6 MPa em 14 etapas em cargas de 63,50 kg (140 lbs) a 358, 33 (790 lbs) em deslizamento contínuo por 10 minutos em cada etapa de carga. A faixa PV, i.e. pressão- velocidade, de 5,9 a 33,2 MPa m/s. Um membro de fricção que sobreviva sem degradação e/ou falha além de 24 MPa m/s, i.e. além de 140 minutos, é aprovado teste. Ou seja, um membro de fricção que não apresente desgaste e/ou destruição além de 24 MPa m/s, é considerado aceitável. Os resultados estão na Tabela 2. Tabela 2 Resultado de Teste de Durabilidade Falex

[0077] Como mostrado, os membros de fricção dos Exemplos 1 e 2, tendo mais que 45 partes em peso de terra diatomácea baseadas em 10 partes em peso de material de fricção, e fibras aramida, fibras de carbono poliacrilonitrila partículas de carbono, e fibras minerais não apresentaram um nível de desgaste acima de 24 MPa m/s e portanto, passaram no teste. Ao invés, os membros de fricção dos Exemplos Comparativos 3 e 4, incluindo aqueles com menos que 45 partes em peso de terra diatomácea, baseadas em 100 partes em peso de material de fricção sem fibras minerais, apresentaram desgaste acima de 24 m/s, portanto não passaram no teste de durabilidade Falex. Em adição, a perda de espessura em 140 minutos de teste foi aceitável para os membros de fricção dos Exemplos 1 e 2 e inaceitável para os membros de fricção dos Exemplos Comparativos 3 e 4. Ademais, ocorreu a destruição ou descolagem do substrato do material de fricção para os membros de fricção dos Exemplos Comparativos 3 e 4, e não ocorreu para os membros de fricção dos Exemplos 1 e 2.

Teste μP v T

[0078] Os materiais de teste dos Exemplos 1 e 2 e Exemplos Comparativos 3 e 4 foram avaliados quanto à resistência ao ruído, com a Máquina de Teste de Fricção Molhado Universal SAE No 2 de acordo com o Método de Resistência SAE J2490 por 24 horas. No método de teste, lubrificante é um óleo de engrenagem, e as placas de reação, i.e. superfícies lubrificadas, são placas de embreagem de aço. A curva μ-v foi gerada para cada material de fricção, e a inclinação das curvas μ-v notada como positiva ou negativa na Tabela 3. Um material de fricção tendo uma inclinação curva μ-v positiva passou no teste μP v T. Ou seja, são desejáveis coeficientes de fricção mais altos e formas descendentes de curva μ-v, que se correlacionam a maior resistência ao ruído, i.e. provêem uma operação mais silenciosa do material de fricção. Tabela 3 Resistência ao ruído, e resistência térmica de materiais de fricção

[0079] Como mostrado nos resultados da Tabela 3, as curvas μ-v de materiais de fricção dos Exemplos 1 e 2 têm inclinação positiva. Portanto, os materiais de fricção dos Exemplos 1 e 2 incluindo aqueles com mais que 45 partes em peso de terra diatomácea baseadas em 100 partes em peso de material de fricção, e fibras aramida, fibras de carbono poliacrilonitrila, partículas de carbono e fibras minerais passaram no teste. Ou seja, os materiais de fricção dos Exemplos 1 e 2 têm coeficientes de fricção mais altos e inclinações descendentes de curva μ-v em relação aos materiais dos Exemplos Comparativos 3 e 4. Ao contrário, as curvas μ-v dos materiais de fricção dos Exemplos Comparativos 3 e 4, que não incluíam terra diatomácea dos Exemplos 1 e 2 apresentaram uma maior resistência ao ruído em comparação com os materiais de fricção dos Exemplos Comparativos 3 e 4, e o coeficiente de fricção aumentou com a velocidade de deslizamento.

[0080] Conquanto os melhores modos de executar a presente invenção tenham sido descritos em detalhes, aqueles habilitados na técnica deverão reconhecer que vários outros desenhos e configurações alternativos serão possíveis dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. Material de fricção, caracterizado pelo fato de compreender: - uma resina; e - um material base fibroso impregnado com resina e tendo uma única camada, o material base fibroso incluindo: - uma pluralidade de fibras aramida presente em uma primeira quantidade e incluindo: - um primeiro componente incluindo uma pluralidade de fibras aramida fibriladas; e - um segundo componente incluindo uma pluralidade de fibras aramida não-fibriladas; sendo que o primeiro componente e o segundo componente estão presentes no material base fibroso em uma razão de 2:1; - uma pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila presente em uma segunda quantidade que é menor que a primeira quantidade e incluindo: - um terceiro componente tendo um terceiro comprimento, sendo que o terceiro componente é adicionalmente definido como uma pluralidade de fibras de carbono moídas baseada em poliacrilonitrila, e o terceiro comprimento ser menor que 500 micra; e - um quarto componente tendo um quarto comprimento mais longo que o terceiro comprimento; sendo que o terceiro componente e o quarto componentes estarem presentes no material base fibroso em uma razão de 1:1; - uma pluralidade de partículas de carbono presente em uma terceira quantidade que é menor ou igual à segunda quantidade; - uma pluralidade de fibras minerais presente em uma quarta quantidade que é menor ou igual à segunda quantidade; e - terra diatomácea presente em uma quinta quantidade que é maior que a primeira quantidade, sendo que a quinta quantidade é de 40 partes em peso a 47 partes em peso, baseado em 100 partes em peso do material base fibroso.

2. Material, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o quarto componente ser adicionalmente definido como uma pluralidade de fibras de carbono cortadas baseada em poliacrilonitrila e o quarto comprimento ser de 2500 micra a 4000 micra.

3. Material, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de a segunda quantidade ser de 5 partes em peso a 15 partes em peso baseado em 100 partes em peso do material base fibroso.

4. Material, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pluralidade de fibras minerais ter um quinto comprimento que é maior que o terceiro comprimento e menor que o quarto comprimento.

5. Material, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a terra diatomácea ser terra diatomácea calcinada tendo um tamanho de partícula de 10 micra a 15 micra.

6. Material, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de a primeira quantidade ser de 20 partes em peso a 34 partes em peso, baseado em 100 partes em peso do material base fibroso.

7. Material, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a primeira quantidade ser de 20 partes em peso a 34 partes em peso baseado em 100 partes em peso do material base fibroso.

8. Material, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de a segunda quantidade ser de 5 partes em peso a 15 partes em peso baseado em 100 partes em peso do material base fibroso.

9. Material, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de a terceira quantidade ser de 3 partes em peso a 15 partes em peso baseado em 100 partes em peso do material base fibroso.

10. Material, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de a quarta quantidade ser 5 partes em peso a 10 partes em peso, baseado em 100 partes em peso do material base fibroso.

11. Material, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a segunda quantidade ser de 5 partes em peso a 15 partes em peso baseado em 100 partes em peso do material base fibroso.

12. Material, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a terceira quantidade ser de 3 partes em peso a 15 partes em peso baseado em 100 partes em peso do material base fibroso.

13. Material, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a terceira quantidade ser de 3 partes em peso a 15 partes em peso baseado em 100 partes em peso do material base fibroso.

14. Material, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a quarta quantidade ser 5 partes em peso a 10 partes em peso, baseado em 100 partes em peso do material base fibroso.

15. Material, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o material base fibroso ser impregnado com a resina em uma resina de escolha de 20 partes em peso a 100 partes em peso, baseado em 100 partes em peso do material base fibroso.

16. Membro de fricção, para operativamente contatar uma superfície lubrificada, caracterizadopelo fato de compreender: - um substrato (16); e - um material de fricção (18) definindo uma primeira superfície (20) colada ao substrato (16), e uma segunda superfície (22) configurada para operativamente contatar a superfície lubrificada (12), o material de fricção (18) incluindo: - uma resina; e - um material base fibroso impregnado com a resina e tendo uma única camada, o material base fibroso incluindo: - uma pluralidade de fibras aramida presente em uma primeira quantidade e incluindo: - um primeiro componente incluindo uma pluralidade de fibras aramida fibriladas; e - um segundo componente incluindo uma pluralidade de fibras aramida não-fibriladas; sendo que o primeiro componente e o segundo componente estarem presentes no material base fibroso em uma razão de 2:1; - uma pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila presente em uma segunda quantidade que é menor que a primeira quantidade e incluindo: - um terceiro componente tendo um terceiro comprimento, sendo que o terceiro componente é adicionalmente definido como uma pluralidade de fibras de carbono moídas baseada em poliacrilonitrila, e o terceiro comprimento ser menor que 500 micra; e - um quarto componente tendo um quarto comprimento mais longo que o terceiro comprimento; sendo que o terceiro componente e o quarto componentes estarem presentes no material base fibroso em uma razão de 1:1; - uma pluralidade de partículas de carbono presente em uma terceira quantidade que é menor que ou igual à segunda quantidade; - uma pluralidade de fibras minerais presente em uma quarta quantidade, que é menor que ou igual à segunda quantidade; e - terra diatomácea presente em uma quinta quantidade que é maior que a primeira quantidade, sendo que a quinta quantidade e de 40 partes em peso a 47 partes em peso, baseado em 100 partes em peso do material base fibroso.

17. Membro de fricção, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de o quarto componente ser adicionalmente definido como uma pluralidade de fibras de carbono cortadas baseada em poliacrilonitrila e o quarto comprimento ser de 2500 micra a 4000 micra.

18. Membro de fricção, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de a pluralidade de fibras minerais ter um quinto comprimento que é maior que o terceiro comprimento e menor que o quarto comprimento.

19. Membro de fricção, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de o material base fibroso ser impregnado com a resina em uma resina de escolha de 20 partes em peso a 100 partes em peso, baseado em 100 partes em peso do material base fibroso.

20. Material de fricção, caracterizadopelo fato de compreender: - uma resina; e - um material base fibroso impregnado com a resina e tendo uma única camada, o material base fibroso incluindo: - uma pluralidade de fibras aramida presente em uma primeira quantidade de 20 partes por peso a 34 partes por peso baseado em 100 partes em peso do material base fibroso e incluindo: - um primeiro componente incluindo uma pluralidade de fibras aramida fibriladas; e - um segundo componente incluindo uma pluralidade de fibras aramida não-fibriladas; sendo que o primeiro componente e o segundo componente estão presentes no material base fibroso em uma razão de 2:1; - uma pluralidade de fibras de carbono baseada em poliacrilonitrila presente em uma segunda quantidade que é menor que a primeira quantidade e incluindo: - um terceiro componente tendo um terceiro comprimento, sendo que o terceiro componente é adicionalmente definido como uma pluralidade de fibras de carbono moídas baseada em poliacrilonitrila, e o terceiro comprimento ser menor que 500 micra; e - um quarto componente tendo um quarto comprimento mais longo que o terceiro comprimento, sendo que o quarto componente é adicionalmente definido como uma pluralidade de fibras de carbono cortadas baseada em poliacrilonitrila e o quarto comprimento ser de 2500 micra a 4000 micra; sendo que o terceiro componente e o quarto componentes estão presentes no material base fibroso em uma razão de 1:1; sendo que a segunda quantidade é de 5 partes em peso a 15 partes em peso baseado em 100 partes em peso do material base fibroso; - uma pluralidade de partículas de carbono presente em uma terceira quantidade que é menor ou igual à segunda quantidade, sendo que a terceira quantidade é de 3 partes em peso a 15 partes em peso baseado em 100 partes em peso do material base fibroso; - uma pluralidade de fibras minerais presente em uma quarta quantidade que é menor que ou igual à segunda quantidade, sendo que a quarta quantidade é de 5 partes em peso a 10 partes em peso, baseado em 100 partes em peso do material base fibroso; e - terra diatomácea calcinada tendo um tamanho de partícula de 10 micra a 15 micra e presente em uma quinta quantidade que é maior que a primeira quantidade, sendo que a quinta quantidade é de 40 partes em peso a 47 partes em peso, baseado em 100 partes em peso do material base fibroso; sendo que o material base fibroso é impregnado com a resina em uma resina de escolha de 20 partes em peso a 100 partes em peso, baseado em 100 partes em peso do material base fibroso.