CN103038535B - 摩擦件及其摩擦材料 - Google Patents

Abstract

摩擦材料（18）包括树脂和浸渍有所述树脂的纤维基材。摩擦材料具有单层，并且包括：具有第一量的多根芳族聚酰胺纤维；具有第二量的多根聚丙烯腈基碳纤维，所述第二量小于所述第一量；以及具有第三量的硅藻土，所述第三量大于所述第一量。所述纤维基材基本不含活性碳。用于与被润滑表面（12）可操作地接触的摩擦件，该摩擦件包括基底（16）和摩擦材料（18）。摩擦材料（18）限定出粘合至所述基底（16）的第一表面（20）和构造为与所述被润滑表面（12）可操作地接触的第二表面（22）。

Description

摩擦件及其摩擦材料

技术领域

本发明总体上涉及一种摩擦件及其摩擦材料。

背景技术

摩擦材料经常适用于如下应用：相对的表面接合以传递机械能和/或热能。例如，摩擦材料可在制动器、离合器和扭矩变换应用中被置于相对的表面之间。这种应用经常需要如下的摩擦材料：该摩擦材料具有极好的摩擦稳定性、耐磨性、抗噪性、耐压性以及耐热性。

一种摩擦材料、即湿摩擦材料可特别适用于在机械能和/或热能传递期间需要润滑的应用。例如，湿摩擦材料在工作期间经常被浸入和浸渍有诸如制动流体、自动变速器油液和/或油之类的液体。

发明内容

摩擦材料包括树脂和浸渍（掺杂，impregnate）有所述树脂的纤维基材。所述摩擦材料具有单层并且包括：具有第一量的多根芳族聚酰胺纤维；具有第二量的多根聚丙烯腈基碳纤维；所述第二量小于所述第一量；以及具有第三量的硅藻土，所述第三量大于所述第一量。此外，所述纤维基材基本不含活性碳。

在一个变型中，所述多根聚丙烯腈基碳纤维包括：第一成分，其具有第一平均长度；以及第二成分，其具有长于所述第一平均长度的第二平均长度。

用于与被润滑表面可操作地接触的摩擦件，所述摩擦件包括基底和摩擦材料。所述摩擦材料限定出粘合至所述基底的第一表面以及构造为与所述被润滑表面可操作地接触的第二表面。

当结合附图时，通过下文对用于实现本发明的最优方式的详细说明，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点将显而易见。

附图说明

图1是包括设置在基底上的摩擦材料的摩擦件的示意性截面图；以及

图2是设置在被润滑表面之间的图1的摩擦件的示意性立体图。

具体实施方式

参考附图，其中相似的附图标记指代相似的元件，在图1中以10总体上示出用于与被润滑表面12（图2）可操作地接触的摩擦件。摩擦件10可有益于需要极好的摩擦稳定性、耐磨性、抗噪性、耐压性以及耐热性的应用，如在下文详细说明的。因此，摩擦件10可用于汽车应用，包括但不限于离合器盘、自动变速器摩擦钢带、制动蹄、同步器锁环、摩擦片、系统板、限滑式差速器组件。然而，摩擦件10也可用于非汽车应用，包括但不限于轨道制动块和离合衬片、多盘飞行器制动器、起重机和升降机构件以及其他的运输和工业应用。

现在参考图2，在工作期间，摩擦件10可以与例如诸如限滑式差速器之类的能量传递设备的被润滑表面12可操作地接触。如参照图2以概括说明的方式所描述的那样，限滑式差速器可通过离合器组件（总体上由14表示）的工作使输出轴（未示出）的角速度的差别最小化。离合器组件14可以容纳在壳体（未示出）中并且由润滑剂润滑，其中润滑剂例如但不限于：可从新泽西州的BP Lubricants USA,Inc.of Wayne商购的诸如LS的齿轮油。特别是，离合器组件14可以包括：多个被润滑表面12，例如，彼此分开的隔板；以及多个摩擦件10，例如，交替地布置在多个被润滑表面12之间并且与多个被润滑表面12相对的摩擦片，从而使得摩擦件10可以与被润滑表面12接触并且与被润滑表面12相互作用。也就是说，摩擦件10可以与被润滑表面12以交替的系列设置在离合器组件14中。

在离合器组件14的工作期间，摩擦件10可以与被润滑表面12可操作地接触。例如，摩擦件10可以响应于输入轴角速度的差而摩擦地连接到相邻的被润滑表面12以及与相邻的被润滑表面12分离，从而可以在摩擦件10与相应的相对的被润滑表面12之间传递机械能和/或热能。也就是说，摩擦件10可以挤压和摩擦相对的被润滑表面12，从而经由摩擦来阻碍摩擦件10与被润滑表面12之间的运动。换句话说，在工作条件许可的情况下，摩擦件10可以间歇地与被润滑表面12摩擦地接合和配合，从而可以吸入润滑剂以及将润滑剂从摩擦件10挤出。在其他的非限定性的示例中，摩擦件10可以与盘制动系统的制动盘或传动系统的已润滑齿轮可操作地接触。也就是说，摩擦件10可以构造为制动衬块或者同步器锁环。

现在参考图1，摩擦件10包括基底16。可以根据摩擦件10的期望应用所需的刚度和/或强度性能来选择基底16。例如，如在下文详细说明的，基底16适于向摩擦件10提供强度和刚度，并且可以由抗变形的金属基材料、诸如钢制成。也就是说，基底16可以是金属盘，诸如但不限于钢支撑板。

继续参考图1，摩擦件10还包括摩擦材料18，所述摩擦材料包括树脂和浸渍有该树脂的纤维基材，如在下文详细说明的。在本文中所使用的术语“纤维基材”是指基层，该基层具有用在湿摩擦材料18中的单层。纤维基材可以是在干燥形成湿的、经淤浆法处理的摩擦材料18之前的淤浆组分。并且，术语“湿摩擦材料”是指相对较薄的纤维基层，其中该纤维基层浸渍有树脂或者粘合剂，该粘合剂被干燥并且粘合到刚性或钢基底16或者支撑板上。此外，湿摩擦材料一般在浸入到润滑油中的状态下工作，并且具有从大约0.3mm到大约1.5mm的厚度。相反地，干摩擦材料一般在摩擦材料与相对的摩擦表面之间为干接触的情况下工作，并且具有从大约3mm到大约4.5mm的厚度。

所述纤维基材包括多根芳族聚酰胺纤维。在本文中使用的术语“芳族聚酰胺”是指芳族聚酰亚胺纤维。芳族聚酰胺纤维可以通过胺基与羧酸卤化物基团之间的反应制成。例如，芳族聚酰胺纤维可以是合成的聚酰胺链，其中，合成的聚酰胺链的按体积计的85%的酰胺键、即结合到氮原子（N）上的酰基（R-C=O）被直接附接到两个芳香环上。

所述多根芳族聚酰胺纤维可以被进一步限定为具有小于大约3mm的平均长度的多根对位芳族聚酰胺纤维。也就是说，多根芳族聚酰胺纤维可以是短切对位芳族聚酰胺纤维，其具有大约1.4mm的平均纤维长度和/或大约0.5mm和大约1.4mm的双峰平均纤维长度。在本文中使用的术语“大约”是数量修饰语，其指数量被修整+/-2%。芳族聚酰胺纤维可以是在具有用于占据胺基的氢键的诸如氯化钙的离子成分和用于溶解芳族聚合物的有机成分N-甲基吡咯烷酮（NMP）的共溶剂中，由单体对苯二胺（PPD）和对苯二甲酰氯(TDC)形成的聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)。在聚合物生成之后，得到的芳族聚酰胺可以溶解在不含水的硫酸中并且被纺成丝纱。可以通过在水中剪切和切断丝纱来形成芳族聚酰胺纤维，从而切短和纤化芳族聚酰胺纤维。与其他的纤维类型相比，多根芳族聚酰胺纤维可以具有低度的纤丝化。多根芳族聚酰胺纤维可以具有大约1.44g/cm³的密度。适当的芳族聚酰胺纤维包括可从荷兰的Teijin Aramid GmbH of Arnhem商购的1092和1094。

多根芳族聚酰胺纤维具有第一量。在不意图由理论限制的情况下，多根芳族聚酰胺纤维可存在于纤维基材中以提供具有增加的孔隙率的纤维基材以及提供带有极好的强度、耐磨性和耐热性的摩擦件10。特别是，芳族聚酰胺纤维可具有第一量，所述第一量为纤维基材的按重量计的大约15%至大约35%，例如，按重量计的大约20%至大约30%。当存在于纤维基材中的芳族聚酰胺纤维的量小于按重量计的大约15%时，纤维基材可具有不充分的结构和强度，并且可表现出低耐压性。然而，在该量大于按重量计的大约35%时，纤维基材可难于加工并且表现出过大的孔隙率。

所述纤维基材还包括多根聚丙烯腈基碳纤维。在本文中采用的术语“聚丙烯腈基”是指由聚丙烯腈（PAN）前体形成的碳纤维。通过在大于或等于大约1000℃的温度下在惰性气体中煅烧预氧化的聚丙烯腈纤维来生产聚丙烯腈基碳纤维以获得如下的纤维：该纤维具有纤维的按重量计的至少90%的碳含量和大约1%至大约8%的粘结氮含量。

更加具体地，多根聚丙烯腈基碳纤维可被进一步限定为多根具有小于大约1000微米的第一平均长度的磨碎聚丙烯腈基碳纤维。在本文中使用的术语“磨碎”是指比“短切”碳纤维更短的碳纤维。例如，磨碎聚丙烯腈基碳纤维可具有小于大约1000微米的第一平均长度。比较而言，短切聚丙烯腈基碳纤维可具有大约1000微米至大约25000微米的第二平均长度。聚丙烯腈基碳纤维条可以被磨碎成具有更短长度的、例如具有大约350微米的第一平均长度的聚丙烯腈基碳纤维。此外，聚丙烯腈基碳纤维可以具有大约7微米至大约9微米的平均纤维直径，并且具有大约1.73g/cm³至大约1.79g/cm³的密度。适当的聚丙烯腈基碳纤维包括AGM94聚丙烯腈基碳纤维，其可以标识符AGM94MF350U从新泽西州的Asbury GraphiteMills,Inc.of Asbury商购。

多根聚丙烯腈基碳纤维具有小于所述第一量的第二量。也就是，所述纤维基材包括的芳族聚酰胺纤维多于聚丙烯腈基碳纤维。在不意图由理论限制的情况下，多根聚丙烯腈基碳纤维可存在于纤维基材中以提供如下的摩擦件10：该摩擦件10具有在工作期间表现出的极好的摩擦稳定性、即稳定的摩擦系数，并且具有增大的强度、增大的弹性回复力以及期望的耐热性和抗噪性。也就是说，包括聚丙烯腈基碳纤维的摩擦材料18可以与相对的被润滑表面12维持期望的摩擦接合，从而降低能量传递设备在工作期间的颤动，并且降低“损耗”、即减小高温工作条件下的摩擦系数（μ）。

特别是，聚丙烯腈基碳纤维可具有第二量，所述第二量为所述纤维基材的按重量计的大约5%至大约25%，例如，按重量计的大约10%至大约20%。当存在于纤维基材中的聚丙烯腈基碳纤维的量小于按重量计的大约5%时，纤维基材可具有不充分的结构和强度，并且摩擦件10可表现出低摩擦稳定性和低耐压性。然而，当该量大于按重量计的大约25%时，纤维基材可难于加工，并且摩擦件10可表现为耐压性降低。

在一变型中，所述多根聚丙烯腈基碳纤维可包括：第一成分，其具有第一平均长度；和第二成分，其具有长于第一平均长度的第二平均长度。所述第一成分可以是具有如上所述的大约350微米的第一平均长度的多根磨碎聚丙烯腈基碳纤维。所述第二成分可以是具有大约3mm、即大约3000微米的第二平均长度的多根短切聚丙烯腈基碳纤维。适当的短切聚丙烯腈基碳纤维包括AGM94聚丙烯腈基碳纤维，其可以标识符AGM94CF3从新泽西州的Asbury Graphite Mills,Inc.of Asbury商购。

对于这个变型，所述第一成分和第二成分中的至少一者具有所述纤维基材的按重量计的大约1%至大约10%。例如，所述第一成分和第二成分中的每一者均可具有所述纤维基材的按重量计的5%的量。所述第二成分可以存在于纤维基材中以提供带有增强的耐压性的摩擦材料18（图1）。也就是，所述第二成分可以提供具有极好的多孔性的摩擦材料18，从而使得润滑剂可以在能量传递设备的工作期间穿透摩擦材料18，并且在工作期间还表现出极好的压缩设置和抗永久变形性。包含所述第二成分的摩擦材料18可以被适当地压缩，从而可以在由能量传递设备的相对的被润滑表面12所施加的压力的作用下快速地将润滑剂挤进或挤出摩擦材料18。然而，在该量大于所述纤维基材的按重量计的大约10%的情况下，由于由较长的短切聚丙烯腈基碳纤维造成的缠绕，所述纤维基材可能难于加工。

所述纤维基材还包括硅藻土，其具有大于所述第一量的第三量。也就是说，所述纤维基材可包含多于芳族聚酰胺纤维或者聚丙烯腈基碳纤维的硅藻土。特别是，所述硅藻土可以是煅烧硅藻土，其具有大约10微米至大约15微米的平均颗粒尺寸。在本文中使用的术语“煅烧硅藻土”是指已经过热处理——例如，在大于大约800℃的温度下——以使得单体硅藻土颗粒的锐角变得圆滑并且由淡水浮游物种形成的硅藻土、即沉积矿石。因此，煅烧硅藻土与天然的未煅烧硅藻土相比可具有减小的表面积，但硬度增加。由此，在纤维基材中存在煅烧硅藻土通常使得摩擦材料18（图1）具有极好的耐压性。

所述硅藻土具有大约0.1微米至大约1微米的孔径，并且可具有大于硅藻土的按体积计的80%的孔隙率。此外，所述硅藻土可具有大约10微米至15微米的平均颗粒尺寸。适当的硅藻土包括281，其可从加州的World Minerals Inc.of Santa Barbara商购。

所述硅藻土可以具有第三量，该第三量大于或等于所述纤维基材的按重量计的大约45%。也就是说，所述第三量可大于所述第一量和第二量中的任一者。例如，所述硅藻土可以具有如下的第三量：该第三量是所述纤维基材的按重量计的大约45%至大约65%。

在另一个变型中，所述硅藻土可以是天然的无定形硅藻土。也就是说，所述天然的无定形硅藻土可未被煅烧或者干燥。所述天然的无定形硅藻土使纤维基材具有极好的孔隙率。适当的天然的无定形硅藻土包括230，其可从加州的World Minerals Inc.of Santa Barbara商购。在该变型中，所述硅藻土可以具有如下的第三量：该第三量为所述纤维基材的按重量计的大约55%至大约65%。

所述硅藻土使得摩擦件10具有极好的抗噪性。此外，硅藻土可有助于树脂吸收，如在下文详细说明的，并且可以促进润滑剂流过摩擦材料18（图1）。也就是，即使当硅藻土以大于所述纤维基材的按重量计的大约45%的第三量存在时，所述硅藻土也出乎意料地使纤维基层具有极好的抗噪性，而不会对纤维基材的结构和强度造成不利影响。特别是，当硅藻土在纤维基材中以大于所述纤维基材的按重量计的45%的第三量存在时，该硅藻土增加了摩擦件10的动力学摩擦系数并减小了其静态摩擦系数。因此，包括具有上述第三量的硅藻土的摩擦件10具有优化的μ-v曲线的斜率。特别是，μ-v曲线的斜率表示摩擦系数（μ）的变化与滑动速度（v）的变化之比。对于摩擦应用而言，期望在由摩擦件10控制的速度范围内获得正斜率，以便降低能量传递设备中的颤动，即摩擦振动。例如，摩擦件10可以降低刹车或者换挡期间的颤动。

换句话说，包括摩擦材料18的摩擦件10具有增强的抗噪性。也就是说，摩擦材料18产生期望的扭矩曲线，该曲线具有由正的μ-v斜率限定的形状，从而使摩擦材料18在工作期间基本上不产生噪音或者不发出尖声。

所述纤维基材还可以包括乳胶。乳胶可以作为饱和剂和加工助剂存在于纤维基材中，并且通常可使纤维基材具有柔韧性。乳胶也可以涂覆芳族聚酰胺纤维和/或聚丙烯腈基纤维，以使纤维基材具有用于加工性的足够的湿强度，即网纹强度。该乳胶可以是水分散体的形式，例如，中丙烯腈，由乳液聚合作用形成的二烯-丙烯腈共聚物。也就是说，乳胶可以是聚丙烯腈基丁腈橡胶乳液。此外，乳胶在25℃下可以具有大约15cP的Brookfield粘度。乳胶可具有如下的量，该量为纤维基材的按重量计的大约1%至大约6%，例如3%。适当的乳胶可包括1562x117乳胶，其可从俄亥俄州的Emerald Performance Materials LLC of Akron商购。

在一个变型中，所述纤维基材还可以包括多根纤维素纤维。所述纤维素纤维包括高α-纤维素棉、木浆、亚麻、碎片以及它们的组合。纤维素纤维可以具有大约2mm至大约4mm的平均长度，并且具有大约25微米至大约35微米的平均直径。纤维素纤维通常使纤维基材具有结构和强度。多根纤维素纤维可具有如下的量：该量为所述纤维基材的按重量计的大约5%至大约15%。对于该变型，当该量小于按重量计的大约5%时，可降低纤维基材的结构整体性，并且当该量大于按重量计的大约15%时，纤维基材可表现出低耐热性。适当的纤维素纤维包括225HS纤维素纤维，其可从田纳西州的Buckeye Technologies Inc.of Memphis商购。

所述纤维基材基本上不含活性碳。在本文中使用的术语“活性碳”是指通过物理反应和/或化学反应处理以具有极好的孔隙率和大表面积的任意形式的碳。活性碳可指但不限于粉末状活性碳、颗粒状活性碳、挤压活性碳、浸渍碳、热解碳以及它们的组合。也就是说，活性碳可以指热解碳，即经受热解的任意碳。此外，活性碳一般指活性碳颗粒，而不是碳纤维。活性碳例如热解碳通常昂贵，可产生噪音，并且可产生磨损碎片和使润滑剂褪色和/或降解。

因此，由于纤维基材基本不含活性碳，所以包含摩擦材料18的摩擦件10具有提高的耐磨性并且制造经济。也即是说，摩擦件10表现出使由于能量传递设备的工作期间的摩擦以及剪切应力而产生的降解减少，并且当由润滑剂润湿时适当地执行工作。

如前所述，纤维基材浸渍有树脂。树脂浸渍纤维基材，以使摩擦材料18具有机械剪切强度、耐热性以及摩擦稳定性。树脂还平衡摩擦材料18中出现的硅藻土并且有助于增强摩擦材料18的摩擦稳定性。因此，树脂可以是饱和剂和/或粘合剂，并且在25℃下可以具有大约90cP至大约160cP的粘度。树脂可以是根据摩擦材料18的期望应用而选择的任意适当的树脂。例如，树脂可以是酚树脂。在另一变型中，树脂可以是聚酰亚胺树脂。在另外的变型中，树脂可以是环氧或油改性酚醛树脂、硅氧烷树脂、树脂的混合物、多树脂系统以及它们的组合。

纤维基材可以浸渍有树脂，其中树脂浸渍量为所述纤维基材的按重量计的大约20%至大约60%，例如按重量计的大约35%至大约50%。也就是说，由纤维基材获取的树脂的百分比，即树脂占干纤维基材的重量百分比可以从大约20%至大约60%变化。在树脂量低于按重量计的大约20%时，纤维基材可表现为不充分的强度，并且当树脂量高于按重量计的大约60%时，纤维基材可过饱和从而使摩擦材料18表现为差的孔隙率以及差的润滑剂吸收性，这造成了釉化和噪音、振动以及硬度（NVH）敏感性。此外，前述的树脂浸渍量通过对纤维基材进行涂覆而有助于使摩擦材料18获得极好的抗噪性以及耐压性。适当的树脂可以包括ASKOFEN295E60，其可从德国的Ashland-Südchemie-Kernfest GmbH(ASK Chemicals)ofHilden商购。

可以经由任何能够混合多根芳族聚酰胺纤维、多根聚丙烯腈基碳纤维和硅藻土的处理系统来形成摩擦材料18。例如，可以经由干法、无尘法、共成法或者湿法纤维处理以及涂覆、浸透以及淤浆浸润的树脂添加处理来形成摩擦材料18。此外，可以在本领域技术人员可知的造纸机和树脂浸透设备上生产摩擦材料18。

以非限定性的示例的方式，用于形成摩擦材料18的工艺可包括将多根芳族聚酰胺纤维、多根聚丙烯腈基碳纤维、硅藻土以及可选的乳胶和多根纤维素纤维与水结合以形成淤浆。该淤浆可以被泵送到造纸机的成型网。一般地，成型网可限定多个用于排放淤浆中的水的开口。在处理期间，淤浆中的水经开口排放，剩下的湿纸被运送到造纸机的干燥区段，从而通过干燥而去除剩余的水以由此形成干纸，即纤维基材。

然后纤维基材可以例如通过浸入、表面涂覆或者喷雾浸透等方法被树脂浸渍和浸透。该被浸渍的纤维基材、即摩擦材料18被干燥成“B”阶段的半固化状态，被卷在卷轴上并被碾压成期望的尺寸。形成的摩擦材料18可以具有大约60lbs/3000ft²至大约400lbs/3000ft²的基本重量。例如，摩擦材料18可以具有大约125lbs/3000ft²至大约200lbs/3000ft²的基本重量。摩擦材料18可具有大约12密耳（mils）至大约60密耳的厚度，例如，大约21密耳至大约32密耳，其中1密耳等于0.0254mm。此外，摩擦材料18可以具有大约5.5lbs/3000ft²/0.001in至大约6.5lbs/3000ft²/0.001in的密度，例如大约5.9lbs/3000ft²/0.001in至大约6.3lbs/3000ft²/0.001in。

摩擦材料18具有单层。在本文中使用的术语“层”是指摩擦材料18的单层。也就是说，摩擦材料18不是多层的并且不包括两层或两层以上的层。更确切地，摩擦材料18可以是具有单层的片体的形式。因此，摩擦材料18有利地表现为在工作期间与基底16的分层减少，并且因此有助于获得摩擦件10的极好的耐磨性。

再次参考图1，对于摩擦件10而言，摩擦材料18限定出粘合至基底16的第一表面20以及构造为与被润滑表面12（图2）可操作地接触的第二表面22。摩擦材料18的第一表面20可以通过如下的方式粘合至基底16：例如，酚醛胶粘板和/或使被浸渍的摩擦材料18承受压力和/或温度，以通过树脂将摩擦材料18粘合至基底16。并且，在工作期间，第二表面22可以与相邻的被润滑表面12可操作地、例如摩擦地连接和分离，以便挤压和摩擦相对的被润滑表面12。也就是说，摩擦件10在操作条件许可时可以间歇地与被润滑表面12摩擦地接合和协作，从而使可吸入润滑剂和将润滑剂从摩擦件10挤出。

因此，摩擦材料18在工作期间可以由前述的润滑剂渗透。但是，摩擦材料18可以与任何适合的润滑剂兼容，该润滑剂包括油和配比有添加剂以使润滑剂的热击穿最小化的传输流体。

此外，如图1所示，摩擦材料18可以粘合至基底16的多个表面。也就是说，以非限定的示例的方式，摩擦材料18可以粘合至基底16的相对的表面或侧面，从而用于与两个相邻的被润滑表面12可操作地接触。例如，虽然在图2中并未示出，但是摩擦材料18可以被布置和粘合至基底16的两个表面，例如，基底16的“前”和“后”，以使摩擦材料18被夹置在两个相邻的被润滑表面12中间并且与两个相邻的被润滑表面12可操作地接触。或者，摩擦材料18可以只粘合至基底16的单个表面上。

此外，对于包括图2的离合器组件14的应用来说，希望可以在离合器组件14中以任意构造来设置多个摩擦件10。另外，多个摩擦件10、例如摩擦片中的每一个以及多个被润滑表面12、例如隔板中的每一个可以包括粘合至基底16的摩擦材料18。也就是说，虽然在图2中并未示出，但是多个被润滑表面12也可以包括摩擦材料18。

摩擦材料18可以具有任意适当的尺寸和/或形状。例如，摩擦材料18可以具有如图2所示的环形或全环形状。或者，虽然并未示出，但摩擦材料18可以被分割成如下形状，所述形状包括但不限于弧形、条形、楔形以及它们的组合。摩擦材料18也可以在其中限定出多个模制的和/或切削的槽（未示出），从而优化工作期间润滑剂的流动。

以下的示例意图对本发明进行说明，并且不应被视为是以任何为了限制本发明的范围的方式。

示例

为了形成示例1-3中的每一个的摩擦材料，将成分A-J以表1中列出的量与水混合以形成淤浆。在表1中列出的成分A-J的量是所述纤维基材按重量计为100份时其按重量计的份额。该淤浆被泵送到造纸机的成型网，并且通过由成型网限定的开口排放淤浆中的水以形成湿纸。该湿纸被运送到造纸机的干燥区段，从而通过干燥进一步去除水，由此形成干纸，即示例1-3中的每一个的纤维基材。各纤维基材然后以表1中列出的树脂浸渍量来浸透树脂K，以形成示例1-3中的每一个的摩擦材料。

表1摩擦材料组分

	示例1	示例2	示例3
				成分A	30	-	20
成分B	-	30	-
				成分C	10	20	5
成分D	-	-	5
				成分E	57	47	-
成分F	-	-	57
				成分G	3	3	3
成分H	-	-	10
				成分J	-	-	-
总计	100	100	100
树脂K	40	40	40

成分A是可从荷兰的Teijin Aramid GmbH of Arnhem商购的1092芳族聚酰胺纤维。

成分B是可从荷兰的Teijin Aramid GmbH of Arnhem商购的1094芳族聚酰胺纤维。

成分C是具有350微米的第一平均长度的AGM94磨碎聚丙烯腈基碳纤维，并且可以标识符AGM94MF350U从新泽西州的Asbury GraphiteMills,Inc.ofAsbury商购。

成分D是具有3mm的第二平均长度的AGM94磨碎聚丙烯腈基碳纤维，并且可以标识符AGMCF3从新泽西州的Asbury Graphite Mills,Inc.ofAsbury商购。

成分E是281煅烧硅藻土，其可从加州的World Minerals Inc.of Santa Barbara商购。

成分F是230天然的无定形硅藻土，其可从加州的WorldMinerals Inc.of Santa Barbara商购。

成分G是1562x117乳胶，其可从俄亥俄州的EmeraldPerformance Materials LLC of Akron商购。

成分H是225HS纤维素纤维，其可从田纳西州的BuckeyeTechnologies Inc.of Memphis商购。

成分J是5500系列活性碳，其可从新泽西州的Asbury Graphite Mills,Inc.ofAsbury商购。

树脂K是ASKOFEN295E60酚树脂，其可从德国的Ashland-Südchemie-Kernfest GmbH（ASK Chemicals）of Hilden商购。

对照示例4的摩擦材料是碳纤维强化塑料摩擦材料。对照示例4的摩擦材料包括纤维基材，该纤维基材包括嵌入到合成基体中的编织碳纤维。此外，对照示例4的摩擦材料包括作为粘合成分的热固性塑料。

对照示例5的摩擦材料是碳纤维强化塑料摩擦材料。对照示例5的摩擦材料包括纤维基材，该纤维基材包括编织碳纤维和由烃气体的化学蒸气沉积而生成的热解碳。

示例1-3中的每一个所形成的摩擦材料和对照示例4和5所形成的摩擦材料均具有16密耳的厚度。在232℃的温度下用1分钟的时间利用酚醛树脂氯丁橡胶胶粘剂将各摩擦材料粘合至各自的钢支撑板基底上，从而形成示例1-3和对照示例4和5的摩擦件。

竖直摩擦试验

在竖直摩擦试验机上对示例1-3中的各摩擦材料和对照示例4和5的各摩擦材料进行抗噪性评估。对于示例1-3和对照示例4和5的各摩擦材料，将包括离合器预加载机构的限滑式差速器与多个相应的摩擦件装配在一起。各摩擦件在负载作用下在100℃的齿轮油M和齿轮油N中的任一者中以恒定的滑动速度40rpm（转每分）抵靠静止的钢隔板转动与各限滑式差速器的主要寿命相对应的一段时间。在周期性的间歇中，各摩擦件从0rmp转动到20rmp并且被进行抗噪性评估。对于各摩擦材料而言，摩擦系数也作为滑动速度的函数进行测量。此外，为各个摩擦材料建立μ-v曲线，计算各μ-v曲线的斜率，即摩擦斜率，并如在表2中总结的那样，将斜率标注有正方向或负方向。

各摩擦材料的摩擦斜率定义为摩擦系数（即delta摩擦系数）的变化与动态摩擦系数之比。此外，delta摩擦系数定义为各摩擦材料的动态摩擦系数与静态摩擦系数之差。当动态摩擦系数大于静态摩擦系数时，μ-v曲线的斜率是正的。相反地，当静态摩擦系数大于动态摩擦系数时，μ-v曲线的斜率是负的。与具有相对较小的正斜率或负斜率的摩擦材料相比，具有相对较大的正斜率的摩擦材料表现出更好的抗噪性。

齿轮油M是LS75W-90齿轮油，其可从密歇根州的GeneralMotors of Detroit商购；和

齿轮油N是2276齿轮油，其可从加州的Chevron ProductsCompany of San Ramon商购。

表2摩擦材料的摩擦斜率

如在表2中列出的结果所示，当根据上述步骤在齿轮油M或齿轮油N中进行试验时，示例1和3的各摩擦材料——包括大于纤维基材的按重量计的45%的硅藻土并且基本不含活性碳——具有正的摩擦斜率方向，并因此表现出没有噪音。相反地，对照示例4和5的各摩擦材料——不含任何硅藻土但含有热解碳——当在齿轮油M中进行试验时具有正的摩擦斜率，当在齿轮油N中进行试验时具有负的摩擦斜率。此外，当在齿轮油M或齿轮油N中进行试验时，示例1和3的各摩擦材料的摩擦斜率值大于对照示例4和5的各摩擦材料的摩擦斜率值。因此，与对照示例4和5的各摩擦材料相比，示例1和3的各摩擦材料表现出更高的抗噪性。

通过将各摩擦材料的初始厚度与各摩擦材料的最终厚度进行比较，可以评估示例1和3的各摩擦材料和对照示例4和5的各摩擦材料的厚度损耗。对于根据上述竖直摩擦试验步骤试验的各摩擦材料而言，可接受的最大厚度损耗是各初始厚度的15%。下面在表3中总结了厚度损耗的评估结果。

表3摩擦材料厚度损耗

如表3列出的结果所示，示例1和3和对照示例4和5的各摩擦材料的厚度损耗小于各摩擦材料的初始厚度的15%。因此，当根据上述竖直摩擦试验步骤进行试验时，各摩擦材料表现为可接受的厚度损耗和耐磨性。

μPvT试验

根据SAE J2490试验方法在SAE2号通用湿摩擦试验机上对示例1-3以及对照示例4和5的各摩擦材料进行24小时的抗噪性试验。对于试验方法而言，润滑油是齿轮油，并且作用板、即被润滑表面是钢离合器盘。为各摩擦材料建立μ-v曲线，并且如表4总结的那样，将各μ-v曲线的斜率标注为正或负。具有正的μ-v曲线斜率的摩擦材料通过上述的μP v T试验。也就是说，期望较高的摩擦系数和下行的μ-v曲线形状，并且与摩擦材料的较高的抗噪性相关联，即摩擦材料更安静地工作。

表4摩擦材料的抗噪性和耐热性

	示例1	示例2	示例3	对照示例4	对照示例5
						μ-v曲线斜率	正	正	正	负	负
抗噪性	可接受	可接受	可接受	不可接受	不可接受

如表4中的结果所示，示例1-3的摩擦材料的各μ-v曲线具有正的斜率。因此，示例1-3的各摩擦材料——包括大于纤维基材的按重量计的45%的硅藻土并且基本不含活性碳——通过上述试验。也就是说，与对照示例4和5的摩擦材料相比，示例1-3的摩擦材料具有较高的摩擦系数和下行的μ-v曲线斜率。相反地，对照示例4和5的摩擦材料的各μ-v曲线具有负的斜率。因此，对照示例4和5的各摩擦材料——不含任何硅藻土但含有热解碳——没有通过上述试验。因此，与对照示例4和5的摩擦材料相比，示例1-3的摩擦材料表现出增强的抗噪性，并且具有随滑动速度的增加而增加的摩擦系数。

虽然已经详细描述了实现本方面的最优方式，但是熟悉本发明所涉及的领域的技术人员能够认识到在所附权利要求的范围内的、用于实现本发明的各种替代设计和实施例。

Claims (14)

1.一种摩擦材料(18)，所述摩擦材料包括：

树脂；以及

纤维基材，其浸渍有所述树脂并且具有单层，所述纤维基材包括：

具有第一量的多根芳族聚酰胺纤维；

具有第二量的多根聚丙烯腈基碳纤维；所述第二量小于所述第一量；以及

具有第三量的硅藻土，所述第三量大于所述第一量；

其中，所述纤维基材不含活性碳，所述第三量大于或等于所述纤维基材的按重量计的45％。

2.如权利要求1所述的摩擦材料(18)，其特征在于，所述硅藻土是煅烧硅藻土，所述煅烧硅藻土具有从10微米至15微米的平均颗粒尺寸。

3.如权利要求2所述的摩擦材料(18)，其特征在于，所述第三量是所述纤维基材的按重量计的45％至65％。

4.如权利要求1所述的摩擦材料(18)，其特征在于，所述第一量是所述纤维基材的按重量计的15％至35％。

5.如权利要求1所述的摩擦材料(18)，其特征在于，所述多根聚丙烯腈基碳纤维被进一步限定为多根磨碎聚丙烯腈基碳纤维，所述多根磨碎聚丙烯腈基碳纤维具有小于1000微米的第一平均长度。

6.如权利要求1所述的摩擦材料(18)，其特征在于，所述第二量是所述纤维基材的按重量计的5％至25％。

7.如权利要求1所述的摩擦材料(18)，其特征在于，所述纤维基材浸渍有树脂，其中树脂浸渍量是所述纤维基材的按重量计的20％至60％。

8.一种摩擦材料(18)，所述摩擦材料包括：

树脂；以及

纤维基材，其浸渍有所述树脂并且具有单层，所述纤维基材包括：具有第一量的多根芳族聚酰胺纤维；

具有第二量的多根聚丙烯腈基碳纤维；所述第二量小于所述第一量，所述多根聚丙烯腈基碳纤维包括：

具有第一平均长度的第一成分；和

具有第二平均长度的第二成分，所述第二平均长度大于所述第一平均长度；以及

具有第三量的硅藻土，所述第三量大于所述第一量；

其中，所述纤维基材不含活性碳，所述第三量大于或等于所述纤维基材的按重量计的45％。

9.如权利要求8所述的摩擦材料(18)，其特征在于，所述硅藻土是天然无定形硅藻土。

10.如权利要求8所述的摩擦材料(18)，其特征在于，所述第三量是所述纤维基材的按重量计的55％至65％。

11.如权利要求8所述的摩擦材料(18)，其特征在于，所述第一成分是多根磨碎聚丙烯腈基碳纤维，所述多根磨碎聚丙烯腈基碳纤维具有大约350微米的第一平均长度。

12.如权利要求11所述的摩擦材料(18)，其特征在于，所述第二成分是多根短切聚丙烯腈基碳纤维，所述多根短切聚丙烯腈基碳纤维具有大约3mm的第二平均长度。

13.如权利要求10所述的摩擦材料(18)，其特征在于，所述摩擦材料还包括多根纤维素纤维，所述多根纤维素纤维的量是所述纤维基材的按重量计的5％至15％。

14.用于与被润滑表面(12)可操作地接触的摩擦件，所述摩擦件包括：

基底(16)；以及

摩擦材料(18)，所述摩擦材料限定粘合至所述基底(16)的第一表面(20)以及构造为与所述被润滑表面(12)可操作地接触的第二表面(22)，所述摩擦材料(18)包括：

树脂；和

纤维基材，其浸渍有所述树脂并且具有单层，所述纤维基材包括：

具有第一量的多根芳族聚酰胺纤维；

具有第二量的多根聚丙烯腈基碳纤维，所述第二量小于所述第一量；和

具有第三量的硅藻土，所述第三量大于所述第一量；

其中，所述纤维基材不含活性碳，所述第三量大于或等于所述纤维基材的按重量计的45％。