CN1004295B - 非石棉离合器衬片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种非石棉的离合器衬片，其具有的密实度使该衬片可以渗透空气。这种离合器衬片最好是含有增强型短纤维的模制衬片，其真实密实度是理论密实度的７２％至９０％。这种衬片可以用以下方法制得，先准备一个预型件，并用模具把它压实到要求的密实度，然后在不致引起密实度进一步发生实质性变化的压力下把它固化。最后将其研磨和机械加工至所要求的尺寸。

Description

非石棉离合器衬片及其制造方法

本发明涉及非石棉离合器衬片及其制造方法，更具体地说是有关干式运行的离合器衬片的发明。

必须指出，前面提到干式运行的离合器衬片，其目的是为了把它和所谓“湿式传动装置”用的离合器衬片区别开。在湿式传动装置中离合器衬片在“湿润”状况下，即在诸如传动油的液体中工作，而且衬片是做成多孔的以便能吸收这种液体。

将含有粘结剂、增强型纤维、填充剂以及摩擦改进剂的环形预型件放入形状合适的模具中，并使其经受热和压力的作用，粘结剂（通常是热固形树脂或可硬化的弹性材料或它们的混合物）因而变软并流动，以便接触增强型纤维、填料粒子以及摩擦改进剂，然后顺次地加热和加压把粘结剂固化。用上述方法可以制备干式运行的离合器衬片，这样制得的衬片通常叫做“模制衬片”。

另一种可供选择的预型件可以是由浸透了粘结剂、填充剂和摩擦改进剂的混合物的纤维线和纤维带所组成，而且用缠绕的方法，按照螺旋或波浪花纹把纤维线或带缠成环状预型件。用这些预型件制成的离合器衬片通常叫做“缠制衬片”。

无论这两种衬片的哪一种通常都是用模具固化的，典型的固化时间是4～15分钟，然后可以把衬片进一步加热到150～250℃以便粘结剂完全固化并改善摩擦特性。

以石棉、热固性树脂或可硬化的弹性材料或者它们的混合物，颗粒状的填充剂以及摩擦改进剂等的混合物为材料，用模具制成的传统摩擦材料（例如美国专利US-3365041）通常不能压实到混合物的理论密实度，即它们包含许多空隙的部分，即使固化的温度和压力分别提高到160℃和46MN/m²。为了使这些材料在高温操作时能具有优良的阻止摩擦系数降低的能力，空隙的存在（特别是当空隙相互连接起来形成透气构造时）是人们所希望的。现已生产的包含石棉、酚-醛树脂粘结剂、颗粒状填充剂以及摩擦改进剂的模制离合器衬片，其密实度的典型值是理论值的85～95%，相应的空隙体积是15～5%。

当把石棉纤维换成诸如纤维素、玻璃、矿物棉（即玄武岩或矿渣棉）、硅酸铝、聚丙烯腈、聚酰胺、芳基聚酰胺以及碳素纤维等以后，我们发现，当用传统的（老式的）方法挤压时，固化好的材料与石棉基的材料相比，它被压实到其理论密实度的较大的百分数，结果形成了具有低空隙体积的不透气的结构。这样的非石棉的摩擦材料可能具有好的物理强度但阻止摩擦系数下降的能力以及抗磨性比较差。虽然在摩擦材料的工作表面上用模具压出或机械加工出一些沟槽后，可以使阻止摩擦系数降低的能力有所提高，但提高的程度也达不到最好的石棉基的摩擦材料的水平。

本发明的目的在于提供一种具有高透气性和良好抗磨性（例如高温操作时阻止摩擦系数下降）的非石棉离合器衬片以及这种离合器衬片的制造方法。本发明为完成上述目的所提供的这种离合器衬片包括在粘结剂母体中含有增强型纤维，这种衬片具有的真实密实度能使其在一个大气压的压差下渗透空气，而且衬片中增强型纤维的用量为4～60（重量）%。

按照本发明所说的非石棉离合器衬片混合有各种增强型纤维，它们可以是无机的或有机的或者是这两种纤维的混合物。典型的离合器衬片可包括：玻璃，矿物棉，硅酸铝，金属如钢，纤维素，聚酰胺，尤其是芳基聚酰胺，诸如从Dupont公司可以买到的KEVLAR商标的各种聚酰胺、聚丙烯腈以及聚乙烯醇等的各种纤维。所用的纤维最好在形式上是短纤维。虽然对纤维的长度的要求不是很严格的，但是对大多数使用而言，纤维的长度一般是1～10毫米。

然而，如果需要也可使用线状纤维，在这种情况下需要通过将线状纤维浸透粘结剂的方法把纤维和粘结剂混合好，粘结剂中可以加有摩擦和磨损改进剂。需要提供几种特性结合的场合中，有些纤维如硅酸铝，或者加有诸如纤维素，芳基聚酰胺或聚丙烯腈的加工过的矿物棉，以及有机纤维的混合物如芳基聚酰胺和聚丙烯腈的混合物。

衬片中的增强型纤维的用量，最好是10～50（重量）%。

前面提到的用于离合器衬片的粘结材料最好是高聚物的粘结剂，诸如酚-醛树脂和有关的树脂，橡胶如腈橡胶，天然橡胶和丁苯橡胶。树脂和橡胶的混合物也可以使用，至于具体选用什么样的聚合物的配料，则要看成品的特性和要求的加工特点。所用的高聚物粘结剂的用量一般是衬片重量的10～35%。

可以采用常用的摩擦及磨损改进剂和填充剂，例如炭黑、石墨、滑石粉以及金属粉末如黄铜、紫铜、金属硫化物。

衬片的真实密实度是衬片具有实在的空隙量的表示，在本发明的衬片中，其相互连接的空隙至少要达到能透气的程度。用短纤维做成的模制离合器衬片，其真实密实度最好不大于90%，不小于72%的理论密实度。对于用纤维线制备成的缠制离合器衬片，为了获得与短纤维相当的透气性，其衬片的真实密实度要比模制衬片小一些。

本发明非石棉离合器衬片的制造方法包括以下步骤：混合增强型纤维和可固化的粘结材料以及摩擦改进剂（任选）;把上述的混合物做成形状与离合器衬片大致相同的预型件，加热并压制所述的预型件，以便将其压缩，在粘结剂不发生实质性固化的条件下，把预型件压实到衬片具有透气性的真实密实度，在不致进一步引起真实密实度发生任何实质性的变化的压力下，通过加热把粘结剂完全固化。

本发明方法的特点是，在高聚物粘结剂基本保持不固化的条件下，把衬片压实到近似的最终密实度。

与现有技术相比，本发明的优点在于能够生产干式运行的离合器衬片，这种衬片虽含有非石棉增强型纤维，但具有良好的抗磨性。

现通过实施例，结合附图，更详细地说明本发明的方法。

图1A-C是一个离合器衬片在制造过程的三个阶段中的横切面图。

图2是所采用的加工过程的流程图。

图1-A所示的是一个具有一定要求的形状的预型件，它是用一种或几种非石棉纤维和热固性树脂粘结剂以及颗粒状的摩擦改进剂和填充剂所组成的混合物制成，任何一种简便的制备方法都可采用，例如先把各种组分分散在水中调成浆料，然后把浆料装进一个形状适宜的模具中，通过给模具加压，把大部分水分去掉，制成预型件，然后把预型件进行干燥处理，去掉残余的水分。

为了提高预型件的强度，改进摩擦和磨损特性，以及降低粘结剂体系的刚性，预型件还可以含有乳胶形式的弹性材料。将干燥的预型件加热至粘结剂树脂的熔点或软化点以上的温度，加热方式可采用热金属板传导或电磁辐射，然后在密闭的模具内冲压短暂的时间，使预型件在未固化情况下压实至要求的密实度，相当于它的理论密实度的某一比例，如图1B所示。趁热从模具中取出压实过的预型件，置于重物下冷却，以防止变形。在预型件上涂上一层滑石粉作脱模剂，也可用适当的非粘着性材料作隔离层，将预型件隔开，然后将经上述处理过的预型件置于台板之间，用夹具夹住。在高温下加热，温度范围通常是150℃至250℃，以完成粘结剂固化和改进成品摩擦材料的摩擦性质，如图1C所示。根据所用温度而确定的最短烘烤时间对于粘结剂的固化是十分重要的，用这种方法在最短烘烤时间内达到的固化程度和用常规的冲压固化方法在150℃至160℃下以典型的5～10分钟的固化时间所达到的固化程度相一致。假如不采用这个最短烘烤时间，摩擦材料的高温强度将变差，并且如果在高温下使用时将会软化。

在压实步骤中，它包括用一套全密闭的环形模具冲压出环形预型件，模具底座可以与平面的或带凸条纹的冲头相配合，根据需要来生产不带凹槽的或带凹槽的离合器衬片。

本工艺过程是由四个基本步骤组成的，即制备预型件，加热预型件，将预型件在未固化情况下压实至要求的密实度，仅在夹持压力情况下固化，如图2所示。

预型件最好采用上面介绍过的浆料沉积方法和在压力和干燥条件下脱水方法来制备。用这种方法可以制备出易于控制的预型件，同时增强型纤维基本上都平铺在预型件内。为了制备这种类型的预型件，复合材料中的增强型纤维应适合于形成网状结构，以便保存浆料的其他组分和确保其不随水流失。KEVLAR浆状物便是一种达到这个目的的特别有用的纤维。

在预热步骤中，必须将预型件加热到合适的温度，使树脂粘结剂在施加压力前就熔融或软化了。为了测量预型件的温度，可将热电偶端点埋于预型件两个侧面之间的中间位置。对于由熔点为55℃的酚醛树脂、芳基聚酰胺纤维和玻璃纤维组成预型件，在冲压时，我们推荐将预型件加热到90℃至100℃范围内，当然经过适当改变冲压条件，也可采用上述温度范围以外的温度。虽然可以在冲压模具内加热，但在100℃的模具温度下，为使预型件达到模具温度，需要相当长的加热时间，因此对于工业生产来说，生产效率将会很低。例如，对于100℃的模具，为使预型件加工成3.05～3.81mm厚度的衬片，就需要5至7分钟的典型加热时间。当在冲压模具中加热预型件时，为了让模具表面与预型件处于良好的接触状态，而不施加较大的压力在预应件上，应缓慢地关闭模具，模具顶冲的重量通常足以确保充分的热接触。我们推荐在冲压模具之外加热预型件，这样，冲压衬片的生产效率只受到压实和模具加载及卸载所需时间的支配，而与预型件加热时间无关。为了与压实步骤的操作周期协调起来，可以分批加热若干预型件，以便在连续不断地提供所要求温度的预型件。虽然可以用电磁辐射方法（例如高频加热或微波加热）来加热预型件，不过我们推荐在热金属台板之间加热预型件，这种加热方法比较便宜，金属台板的加热可采用任意一种方便的方法，例如电阻加热，只要能精确地控制台板的温度。虽然台板温度可以达到200℃，但为了降低产品局部隆起的可能来，采用150℃左右的温度更为有利。为保证预型件表面平整，台板必须施加足够的压力在预应件上，以达到台板和预应件之间均匀的热接触。对于这一点，在小预型件情况下，台板的重量也许就足够了，但是施加额外的夹持压力的设备也是需要的，例如气动操纵的夹紧气缸。为使预型件加工成3.05～3.81mm最终厚度的衬片，加热预型件至90℃所需的典型时间是1至3分钟。

一旦预型件得到充分加热，以足够的压力冲压预型件，将它压实到要求的密实度，即72%至90%的理论密实度。由于压实所需的压力取决于预型件的配方，预型件的温度和所要求的压实程度，模具面积的典型压力是1.5～77MN/m²。当作用在预型件上要求的压实压力达到后，预型件最好在这个压力下保持一个短的固定时间，典型的时间是5秒钟。这样做法有助于压实程度始终如一，并能确保在这个条件不会使预型件固化。趁热从模具中取出仍保持柔软的产品，并将其放到加有重物的两个平整表面之间进行冷却，以保证产品保持平整。虽然冲压模具可以是凉的，但最好让其维持与热预型件相近的温度，使预型件和模具之间的粘着降至最小程度。为了避免粘着，也可以在模具上涂敷一薄层合适的脱模剂，例如低分子量聚乙烯水悬浮液、冲压模具的固定部件和运动部件之间应保持最小的相容间隙，以避免预型件带过多的毛边和保证模具的部件不粘结在一起。为了生产外径180～254mm的环形离合器衬片，设计了专门的模具，我们已经找到运动部件和固定部件之间的径向间隙在0.076～0.127mm时是令人满意的。在保持产品正确形状又不引起压实程度进一步实质性变化的条件下对已压实的产品进行固化。为了完成粘结剂树脂的固化和改进摩擦及磨损性质，最好将压实的产品放在两个平整的表面之间，用合适的夹具夹住，并加热到150℃至250℃，在200℃下典型的烘烤时间是4小时。为了防止在烘烤夹具中衬片堆成一叠时粘在一起，可以在衬片上涂敷一层滑石粉，也可以用非粘着性隔层，例如涂过聚四氟乙烯的薄玻璃布，将每个衬片隔开。烘烤夹具的台板必须是平整的，以防止在烘烤过程中衬片的变形。每个衬片最好用金属平板隔开，以保持烘烤过的衬片尽可能的平整，然后将衬片研磨和机械加工至要求的最终尺寸。

在工艺试验中，将含有约25（重量）%酚醛树脂、15（重量）%芳基聚酰胺纤维浆和20（重量）%处理过的矿物棉纤维的离合器衬片预型件加热到90℃，然后压实，生产出密实度为80%至86%的理论密实度，即含有20%至14%空隙体积的衬片。这种衬片在固化后具有高脆裂强度，并且在测功计上试验时显示出卓越的阻止摩擦系数降低的能力。衬片材料的匹配性是由填充剂和摩擦及磨损改进剂来调整的。

在一个大气压的压差下进行试验时衬片是能透气的。试验时，在衬片的一侧施加较高的压力，使衬片两侧产生一个大气压的压差，并检测衬片另一侧由于空气透过衬片而引起的压力升高值。

为了显示透气性，通过衬片所需的空气流速并不大，例如通过衬片的一个小面积的空气流速为每分钟1至5毫升，就表明衬片内的空隙是互相连通的。

上述的透气性试验是几种可供采用的方法中最简单的一种。例如在衬片上贴上一片不透气的膜片，就是一种可以用来检测衬片同一表面的两个区域之间透气性的试验方法。

Claims (9)

1、一种干式运行的模制非石棉离合器衬片，在其粘结剂母体中嵌入增强型纤维和具有空隙度，其特征在于所述衬片的真实密实度是理论密实度的72～90%，可在一个大气压的压差下渗透空气，衬片中增强型纤维的含量为4～60（重量）%。

2、按照权利要求1所述的衬片，其中增强型纤维是一些短纤维。

3、按照权利要求2所述的衬片，其中增强型纤维的长度是1～10毫米。

4、按照权利要求1或2或3所述的衬片，其中增强型纤维的用量是衬片重量的10～50%。

5、按照权利要求1～3的任何一个权利要求所述的衬片，其中增强型纤维选自：玻璃、矿物棉、加工过的矿物纤维、硅酸铝、玄武岩、各种金属、纤维素、芳基聚酰胺、聚丙烯腈以及聚乙烯醇。

6、按照权利要求1～3的任何一个权利要求所述的衬片，其中粘结剂材料主要是橡胶或热固性树脂或是它们的混合物。

7、制造按照权利要求1所述非石棉离合器衬片的方法，包括以下步骤：混合增强型纤维和可固化的粘结剂以及任意选用的摩擦及磨损改进剂;把上述的混合物做成形状大致与离合器衬片相同的预型件;加热并挤压所述的预型件，以便把预型件压缩，在粘结剂没有发生实质性固化的条件下，在压模中把预型件挤压到具有透气性的理论密实度的72～90%的真实密实度;在不致引起真实密实度发生任何实质性的进一步变化的压力下，通过加热把粘结剂完全固化;最后将预型件研磨和机加工至要求的尺寸。

8、按照权利要求7所述的方法，预型件是用含有各种成分的浆料的沉淀物做成的，预型件做好后，接着脱水和干燥。

9、按照权利要求7或8所述的方法，预型件被夹在两块热台板中间接触加热压实。