CN103717937B - 湿式摩擦材料 - Google Patents

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Abstract

一种用于湿式离合器中的湿式摩擦材料包括一个摩擦接界表面，用于在一种润滑剂的存在下与一个相对的表面进行摩擦接合。该摩擦接界表面的至少一个部分包括限定了一个纳米纤维网的原纤化纳米纤维以及由该纳米纤维网把持的多个摩擦调节颗粒。一种固化的树脂可以粘附这些原纤化纳米纤维和摩擦调节颗粒以对该摩擦材料提供结构支撑。

Description

湿式摩擦材料
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年8月8日提交的美国申请序列号13/205,339的权益。
技术领域
本披露的技术领域总体上涉及用于湿式离合器中的摩擦材料，该湿式离合器被结合在车辆变速器或者其他经润滑的动力传动系部件中。
背景
机动车辆动力传动系的几个部件可以采用湿式离合器来促进动力从该车辆的动力发生器(即，内燃机、电动机、燃料电池等)传递给驱动轮。位于该动力发生器下游的并且能够实现车辆启动、换档、以及其他扭矩传递事件的变速器是一种这样的部件。在目前可用于机动车辆操作的许多不同类型的变速器中可以找到某种形式的湿式离合器。湿式离合器可以用于自动变速器的变矩器中、自动变速器或者半自动双离合器变速器(DCT)的多片式湿式离合器组件中、以及湿式起动离合器中，该湿式起动离合器可以结合到装备有多达七个到九个齿轮的运动型(sportier)自动变速器中作为变矩器的替代物，在此仅列举了数例。类似的湿式离合器可以在车辆动力传动系中除变速器之外的其他地方找到。
湿式离合器是这样的组件：该组件将两个或更多个相对的旋转表面在润滑剂的存在下进行互锁，这是通过在这些表面之间强制进行选择性的界面摩擦接合。摩擦离合器片、带、同步器环、或者提供这些可接合的旋转表面之一的某个其他部件典型地支撑一种摩擦材料来完成既定的互锁性摩擦接合。该摩擦界面处润滑剂的存在冷却了该摩擦材料并且减少了该摩擦材料的磨损并且允许发生些许初始滑行，这样使得扭矩传递逐渐地(但非常快地)进行，试图避免可能伴随着突然的扭矩转换事件(即，换档冲击)而产生的不适。但是在该摩擦界面处维持该润滑剂对燃料效率具有不利的影响。这些因为用于将润滑剂以一定流速(该流速使该摩擦材料的表面保持低于某一温度)泵送(通常在压力下)至该摩擦界面并且从该摩擦界面上泵送走所需的动力最终是从动力发生器虹吸得到。
常规的摩擦材料一般无法在高于300℃-350℃的表面温度下可靠地起作用。高于这些温度时，此类摩擦材料趋向于遭受润滑剂热降解和上釉(glazing)-该摩擦材料的表面累积起热降解的润滑剂添加剂从而形成基本上不可透过的淤渣沉积物的一个过程。表面上釉的摩擦材料可能促成各种难题，包括震动和跨越该摩擦界面不一致的摩擦系数。为了维持足够低的表面温度而准确地需要多少润滑剂在该摩擦材料上循环，这取决于该湿式离合器的配置以及这些相对的旋转表面之间的摩擦界面的表面积。
发明概述
一种用于湿式离合器中的湿式摩擦材料包括一个摩擦接界表面，用于在一种润滑剂的存在下与一个相对的表面进行摩擦接合。该摩擦接界表面的至少一部分包括限定了一个纳米纤维网的原纤化纳米纤维以及由该纳米纤维网把持的摩擦调节颗粒。一种固化的树脂可以粘附这些原纤化纳米纤维和这些摩擦调节颗粒以提供结构支撑。
附图的简要说明
图1描绘了一种湿式摩擦材料的截面图示，其中该湿式摩擦材料的摩擦接界表面包括原纤化纳米纤维，这些原纤化纳米纤维在一个由这些原纤化纳米纤维形成的纳米纤维网中支撑了摩擦调节颗粒。图1所示的湿式摩擦材料是一个理想化的图示，意图帮助将其组成结构概念化。它不是按比例绘制的并且并非旨在表现这些原纤化纳米纤维和这些摩擦调节颗粒的相对尺寸。
图2描绘了粘结到一个基底上的湿式摩擦材料的截面图示，其中该湿式摩擦材料包括与该摩擦材料的摩擦接界表面相邻的一个摩擦稳定区域。该摩擦稳定区域包括原纤化纳米纤维以及被这些原纤化纳米纤维所形成的一个纳米纤维网把持的摩擦调节颗粒。图2所示的湿式摩擦材料是一个理想化的图示，意图帮助将其组成结构概念化。它不是按比例绘制的并且并非旨在表现这些原纤化纳米纤维和这些摩擦调节颗粒的相对尺寸。
图3描绘了粘结到一个基底上的湿式摩擦材料的截面图示，其中该湿式摩擦材料包括与该摩擦材料的摩擦接界表面相邻的一个摩擦稳定区域。该摩擦稳定区域包括原纤化纳米纤维以及被这些原纤化纳米纤维所形成的一个纳米纤维网把持的摩擦调节颗粒。图3所示的湿式摩擦材料是一个理想化的图示，意图帮助将其组成结构概念化。它不是按比例绘制的并且并非旨在表现这些基础结构纤维、这些原纤化纤维素纳米纤维、以及这些摩擦调节颗粒的相对尺寸。
图4是一个图表，该图表针对一种常规摩擦材料(410)和一种具有摩擦稳定区域的摩擦材料(400)将摩擦扭矩梯度(在500rpm和200rmp转速下该摩擦材料的摩擦系数的差异)相对于摩擦材料接合/脱接合循环的数目绘成曲线。
图5是一个图表，该图表针对几种常规摩擦材料(510，520，530)和一种具有摩擦稳定区域的摩擦材料(500)将动态摩擦系数相对于摩擦材料接合/脱接合的数目绘成曲线。
图6是一个图表，该图表针对一种常规摩擦材料(610)和一种具有摩擦稳定区域的摩擦材料(600)将摩擦系数相对于滑行速度绘成曲线。
详细说明
用于湿式离合器中的湿式摩擦材料的不同实施例在图1中表示为数字10。湿式摩擦材料10包括一个摩擦接界表面12，该摩擦接界表面在一种润滑剂的存在下与一种相对的配合表面(未示出)进行界面式摩擦接合。位于该摩擦接界表面12之处以及附近的是原纤化纳米纤维14以及摩擦调节颗粒16，它们可以通过一种固化的树脂18而粘附。这些原纤化纳米纤维14和它们的许多散发出的原纤维形成了一个互连的纳米纤维网20，该纳米纤维网把持着这些摩擦调节颗粒16并且将它们保持在该摩擦接界表面12之处或者附近。这些原纤化纳米纤维14和摩擦调节颗粒16中的一些在摩擦接界表面12处被暴露出，以在摩擦接合过程中与该相对的配合表面相接触。纳米纤维网20的将这些摩擦调节颗粒16保持在摩擦接界表面12之处或附近的能力为摩擦材料10提供了稳定的摩擦稀释以及正的μ-v关系。此外，在一些例子中，这些原纤化纳米纤维14可以具有抗上釉的作用，如果它们易发生热分解的话。这些原纤化纳米纤维14的热分解可以通过将表面沉积的釉材料从摩擦接界表面12上剥离并且不断地暴露出新鲜的原纤化纳米纤维来帮助抵抗上釉。
摩擦材料10可以具有一个厚度，该厚度是由摩擦接界表面12与一个朝向相反的粘结表面(图1中未示出)之间的距离来定义的。该朝向相反的粘结表面是摩擦材料10的、意图在此处完成与下面的基础基底或者其他材料的粘结的该表面。从摩擦接界表面12延伸且向该朝向相反的粘结表面延伸的一个摩擦稳定区域22可以包括这些原纤化纳米纤维14和这些摩擦调节颗粒16的一个平衡量。摩擦稳定区域22可以从该摩擦接界表面延伸至高达该摩擦材料10的厚度的约40％、高达约20％、高达约10％、或高达约5％的一个深度。例如，如果摩擦材料10为约0.25mm到约2mm厚，这对于涂敷到变速器中的离合器板上的湿式摩擦材料是典型的，则摩擦稳定区域22可以从摩擦接界表面12向内延伸至高达约0.0125mm(0.25mm的5％)至约0.80mm(2mm的40％)的一个深度。在摩擦稳定区域22下面的其余摩擦材料10可以具有与摩擦稳定区域22相同的总体构造或者具有一种不同的构造。即，摩擦材料10可以(1)完全由这些原纤化纳米纤维14和这些摩擦调节颗粒16构成并且通过固化的树脂18进行粘附；(2)由一种基础纤维材料(如图2和图3所示)构成并且由固化的树脂18进行粘附，其中这些原纤化纳米纤维14和这些摩擦调节颗粒16是存在于该基础纤维材料的顶部之处或者附近；或者(3)由某种其他构造来构成，其中在摩擦稳定区域22中存在平衡量的原纤化纳米纤维14和摩擦调节颗粒16。
这些原纤化纳米纤维14可以具有范围从约20nm到约800nm、从约30nm到约600nm、或者从约50nm到约500nm的直径，以及范围从约1mm到约10mm、从约2mm到约8mm、或者从约4mm到约6mm的长度。此外，这些原纤化纳米纤维14的原纤化程度，如通过加拿大标准游离度(CSF)测量的，其范围可以是从约5ml CSF到约300ml CSF、从约10ml CSF到约200ml CSF、或从约10ml CSF到约100ml CSF。该CSF是一个实验程序，该实验程序测量了将1升水中的3克纤维纸浆材料排出时可以达到的速率(测试标准请参见TAPPIT227)。更多地原纤化的纤维纸浆材料将具有更低的水排出速率并且因此具有更低的“ml CSF”值，而更少地原纤化的纤维纸浆材料将具有更高的“ml CSF”值。这些原纤化纳米纤维14的物理特征帮助实现了在摩擦稳定区域22处形成纳米纤维网20并且促进了对摩擦调节颗粒16的强烈的束缚性支撑。
这些原纤化纳米纤维14可以由纤维素、芳族聚酰胺、或丙烯酸类树脂中的至少一种来构成。一种原纤化纤维素纳米纤维包括至少50wt.％、在另一个实施例中至少75wt.％、并且在另一个实施例中至少90wt.％的纤维素和/或纤维素衍生物。该纤维素可以是天然纤维素或者再生(人造)纤维素。天然纤维素是一种直链多糖，该直链多糖包括重复的β(1-→4)-糖苷连接的葡萄糖单元并且具有聚合物通式(C6H10O5)n，其中重复单元的数目(“n”)的范围通常是从100到10,000。再生纤维素具有与天然纤维相同的化学式并且是用天然存在的聚合物(即，木浆或竹)从以下几种方法之一制得的，这些方法包括：黏胶法、铜铵法、以及有机溶剂纺丝法。再生纤维素的一些实例是人造纤维、莫代尔(modal)、以及莱奥赛尔。纤维素衍生物是一种改性的纤维素，其中葡萄糖单元上的羟基基团全部或者部分地被例如一种有机(-O-CO-R)酯基团所取代。纤维素衍生物的一些实例是乙酸纤维素以及三乙酸纤维素。原纤化芳族聚酰胺纳米纤维包括任何合成的芳香族聚酰胺，包括对-芳香族聚酰胺，例如1，4-苯二胺和对苯二甲酰氯的缩合产物，以及间-芳香族聚酰胺，例如间-苯二胺和间苯二甲酰氯的缩合产物。原纤化丙烯酸类纳米纤维包括由至少85wt.％的丙烯腈单体形成的任何合成的丙烯酸类聚合物。
被把持在纳米纤维网20中的摩擦调节颗粒16可以由任何在低于400℃的温度下不熔化、不软化、或者不分解的材料构成。广泛的陶瓷材料和橡胶材料是可获得的，这些材料可以被制成摩擦调节颗粒16。适合的材料的一个非穷尽的清单包括：硅石(SiO2)、碳、石墨、氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、二氧化钛(TiO2)、二氧化铈(CeO2)、二氧化锆(ZrO2)、堇青石(Mg/Fe/Al硅酸盐)、莫来石(硅酸铝)、矽线石(硅酸铝)、锂辉石(硅酸锂铝)、透锂长石(硅酸锂铝)、锆石(ZrSiO4)、碳化硅(SiC)、碳化钛(TiC)、碳化硼(B4C)、碳化铪(HfC)、氮化硅(Si3N4)、氮化钛(TiN)、硼化钛(TiB2)、腰果粉(cashew dust)、固化的酚醛树脂、以及它们的混合物。这些摩擦调节颗粒16的直径的范围可以是从约100nm到约80μm、从约500nm到约30μm、或者从约800nm到约20μm。
在一个实施例中，这些摩擦调节颗粒16可以由硅藻土(一种类型的硅石材料)构成。硅藻土是一种便宜的磨料材料，这种材料展示出相对高的摩擦系数并且容易陷入由这些原纤化纳米纤维14形成的纳米纤维网20中。所有这些摩擦调节颗粒16可以由硅藻土构成，或者可替代地，这些摩擦调节颗粒16中的一些可以是硅藻土而其他可以是碳、石墨、和/或氧化铝，这取决于在摩擦材料10的摩擦接界表面12处寻求的摩擦特征。这几种其他材料当然可以与硅藻土组合使用以构成这些摩擦调节颗粒16。使用单独的硅藻土或者与碳、石墨、或者氧化铝中的一种或多种的组合作为摩擦调节颗粒16只是一种具体方法。
存在于摩擦稳定区域22处的这些原纤化纳米纤维14和被支撑的摩擦调节颗粒16的量可以根据摩擦接界表面12处的所希望的表面特征而改变。从约1lb到约15lbs的任何量的原纤化纳米纤维14和从约21bs到约20lb的任何量的摩擦调节颗粒16(这些摩擦调节颗粒被把持在由这些原纤化纳米纤维14形成的纤维网20中)可以存在于每3000ft2摩擦材料的摩擦稳定区域22中。“lbs/3000ft2”克重单位通常在造纸工业中用作重量的度量，是基于一个薄的纤维层的表面积(无论是否被浸渍)。在此，它表示了对于每3000ft2的摩擦接界表面12而言被包含在湿式摩擦材料10中的原纤化纳米纤维14和摩擦调节颗粒16的重量。在一个具体的实施例中，约4lbs到约9lbs的原纤化纳米纤维16和约12lbs到约17lbs的摩擦调节颗粒16(各自是基于约3000ft2的摩擦材料10)可以存在于摩擦稳定区域22中。原纤化纳米纤维14和摩擦调节颗粒16的量可以被选择以影响摩擦材料10的摩擦特征。摩擦材料10在摩擦接界表面12处的孔隙率是例如与摩擦稳定区域22处存在的原纤化纳米纤维14的量成反比的。并且存在的摩擦调节颗粒16的量影响了在摩擦接界表面12处可以实现的静态摩擦系数和动态摩擦系数两者。较高的摩擦系数一般伴随着较高量的摩擦调节颗粒16，反之亦然。
固化的树脂18可以是适合用于向摩擦材料10提供结构刚性的任何热固性树脂。例如，固化的树脂18可以是酚醛树脂或者基于酚醛的树脂。酚醛树脂是一类热固性树脂，该类热固性树脂是通过将芳族醇(典型地，苯酚)与醛(典型地，甲醛)的缩合来生产的。基于酚醛的树脂是一种热固性树脂共混物，该共混物包括基于所有树脂的、并且排除任何溶剂或者加工助剂在外的总重量而言至少50wt.％的酚醛树脂。可以与酚醛树脂共混的其他热固性树脂的一些实例包括：硅酮树脂、环氧树脂、以及聚丁二烯树脂，在此仅列举数例。固化的树脂18向摩擦材料10赋予了强度和刚性，并且如之前所指出的，将这些原纤化纳米纤维14和这些摩擦调节颗粒16粘附在摩擦稳定区域22而同时在整体摩擦材料10中保持所希望的孔隙率，以获得恰当的润滑流动和截留。
在图3中示出了该湿式摩擦材料(由数字10′表示)的一个实施例，在该图中类似的数字表示与这些要素或特征相关的较早描述是适用的。湿式摩擦材料10′是通过熟练的业内人士所知的任何适合技术而粘结到一个基底24上。基底24的一些实例包括但不限于：离合器片、同步器环、以及变速器制动带。湿式摩擦材料10′包括一个摩擦接界表面12′以及一个朝向相反的粘结表面32。摩擦接界表面12′在一种润滑剂的存在下与一个相对的旋转表面(未示出)进行选择性的界面式摩擦接合，并且该朝向相反的粘结表面32借助于粘合剂或者一些其他适合的粘结技术实现了与该基底的粘结附着。该润滑剂可以是任何适合的润滑流体，例如像自动变速器油。可以对该润滑剂在湿式摩擦材料上10′的流速进行管理以允许摩擦接界表面12处的温度超过350℃而持续延长的时间段，以试图改进燃料效率。尽管湿式摩擦材料上10′在高于350℃、并且高达约500℃时表现令人满意，这不仅仅限于此类高温环境并且可以(如果希望的话)用于一个被设计为保持摩擦接界表面12′处的温度低于350℃的湿式离合器中。
湿式摩擦材料上10′可以包括一种基础纤维材料26，该基础纤维材料支撑着湿式摩擦材料上10′的摩擦稳定区域22′。基础纤维材料26具有一个顶表面28和一个底表面30，它们限定了基础纤维材料26的厚度，该厚度的范围典型地是从约0.25mm到约2mm。形成了摩擦稳定区域22′的这些原纤化纳米纤维14′和这些摩擦调节颗粒16′可以与基础纤维材料26(如本文图3中所示的)高度混合，使得基础纤维材料26的顶表面28总体上与湿式摩擦材料10′的摩擦接界表面12′重合，或者在另一个实施例中，这些原纤化纳米纤维14′和这些摩擦调节颗粒16′可以与基础纤维材料26部分地混合并且形成一个表面层，该表面层高达约70μm、高达约50μm、高达约20μm、或高达约10μm厚，而使得基础纤维材料26的顶表面28不与摩擦接界表面12重合。湿式摩擦材料10′的多种特性可以决定些原纤化纳米纤维14′和这些摩擦调节颗粒16′渗入基础纤维材料26的顶表面28中或在其上累积的程度。这些特征包括基础纤维材料26的孔隙率以及在摩擦稳定区域22′中所含的原纤化纳米纤维14′和摩擦调节颗粒16′的量。基础纤维材料26的底表面30被定位于邻近基底24、并且典型地与湿式摩擦材料10′的该朝向相反的粘结表面32重合。固化的树脂18′可以均匀地分布在整个基础纤维材料26之中以及位于基础纤维材料26的顶表面28上的摩擦稳定区域22′的任何部分中，以提供粘附性、刚性、以及结构支撑。湿式摩擦材料10′中的固化的树脂18′的典型重量百分比通常是范围从约15％到约50％，但或多或少地可以肯定是存在的，这取决于湿式摩擦材料10′的设计规定。
湿式摩擦材料10′的摩擦稳定区域22′可以被构造为允许摩擦接界表面12′的正常再生，这进而允许湿式摩擦材料10′在摩擦界面处的温度超过350℃时维持其预期的摩擦性能而持续延长的时间段。基础纤维材料26的本体结构可以由基础结构纤维34和可选的填充剂的安排来提供。位于摩擦稳定区域22′内的并且与基础结构纤维34相混合的可以是原纤化纤维素纳米纤维，这些纳米纤维可以构成原纤化纳米纤维14′的全部(100wt.％)或者一部分，例如像约10wt.％到约99wt.％、约30wt.％到约90wt.％、约50wt.％到约99wt.％、或者约75wt.％到约99wt.％。这些原纤化纤维素纤维可以例如由再生莱奥赛尔纤维或者再生莱奥赛尔纤维与天然纤维的共混物构成。基础纤维材料26的总重量的范围可以为每3000ft2湿式摩擦材料10′从约95lbs到约400lbs的任何量。可以使用熟练的业内人士所知的标准造纸和造纤维程序来制造基础纤维网状物26。
这些基础结构纤维34可以具有的直径的范围是从约1μm到约500μm并且长度的范围是从2mm到约20mm。这些基础结构纤维34可以是织造的、非织造的、或者任何其他适合的构造。许多不同类型的材料可以构成基础结构纤维34，这取决于湿式摩擦材料10′的希望特性。这些基础结构纤维34可以例如包括芳族聚酰胺(芳香族的聚酰胺)纤维和/或碳纤维，这些的每一种都是不易在低于450℃的温度下发生热分解的，以及棉花纤维、诺沃洛伊德(苯酚-甲醛)纤维、陶瓷纤维、和/或玻璃纤维，这些的每一种对摩擦行为有着不同的影响。这些基础结构纤维34可以存在的量的范围为每3000ft2湿式摩擦材料10′从约95lbs到约400lbs。
包含在这些基础纤维材料26中的这些基础结构纤维34可以在一个实例中是原纤化芳族聚酰胺微纤维以及碳微纤维。这些芳族聚酰胺微纤维可以构成基础结构纤维34的约40wt.％到约80wt.％(每3000ft2湿式摩擦材料10′约38lbs到约320lbs)，并且这些碳微纤维可以构成基础结构纤维34的约20wt.％到约60wt.％(每3000ft2湿式摩擦材料10′约19lbs到约240lbs)。这两种类型的微纤维的组合为这些基础纤维材料26在远高于350℃的情况下提供了热稳定性和化学特定以及高的抗疲劳性。如通过加拿大标准游离度(CSF)测量的，这些芳族聚酰胺微纤维的原纤化程度的范围可以从约250ml CSF(更多地原纤化)到约650ml CSF(较少地原纤化)。与芳族聚酰胺微纤维一起存在的碳微纤维可以是天然的或者合成的。它们可以得自处于单纤维形式的几种不同前体的碳化，包括聚丙烯腈(PAN)、人造纤维、石油沥青、和/或煤焦油沥青。
如以上提及的，原纤化纳米纤维14′和被支撑的摩擦调节颗粒16′可以与基础结构纤维34在摩擦稳定区域22′处进行混合，该摩擦稳定区域从湿式摩擦材料10′的摩擦接界表面12响内延伸。基础结构纤维34是否在摩擦接界表面12′处暴露出取决于该摩擦稳定区域22′中原纤化纳米纤维14′和摩擦调节颗粒16′的量以及基础纤维材料26的孔隙率。当更少量的原纤化纤维素纳米纤维存在于摩擦稳定区域22′中时，例如像每3000ft2湿式摩擦材料10′约1lb到约6lbs，这些基础结构纤维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′处是更加多孔的。相反地，当更大量的原纤化纳米纤维14′存在于摩擦稳定区域中22′中时，例如像每3000ft2湿式摩擦材料10′约8lbs到约15lbs，结构纤维34较不可能被暴露出，因此基本上覆盖了基础纤维材料26的顶表面28处的所有结构纤维34。
湿式摩擦材料10′可以在一种低润滑剂的流动环境中可靠地起作用而持续延长的时间段，在该环境中摩擦接界表面12′处的温度超过了350℃。即，高于350℃时，湿式摩擦材料10′可以包括正的μ-v关系并且抵抗上釉。摩擦材料10′展示出这种类型的高温性能是因为其摩擦接界表面12′能够被反复再生。这种再生可以归因于在摩擦稳定区域22′中原纤化纤维素纳米纤维及其被支撑的摩擦调节颗粒16′分别以其指定的量1-15lbs/3000ft2和2-20lbs/3000ft2存在。这两种材料(原纤化纤维素纳米纤维和摩擦调节颗粒16′)的平衡含量在摩擦接界表面12′之处或附近提供了足够的摩擦调节颗粒16′以在升高的温度下维持正的μ-v关系而同时允许原纤化纤维素纳米纤维最靠近摩擦接界表面12′从而以规律的间隔发生热分解。
这些原纤化纤维素纳米纤维的分解在摩擦接界表面12′处形成了有机分解产物以及所释放的摩擦调节颗粒16′。在频繁的界面式摩擦接合和暴露于润滑剂中的过程中，有机分解产物和松散的摩擦调节颗粒16′的去除随之带走了不希望的表面沉积的釉材料并且促进了摩擦接界表面12′处的孔隙率。随着时间过去，这些原纤化纤维素纳米纤维的规律热分解不断地暴露出一个新鲜的在下面原纤化纤维素纳米纤维和被支撑的摩擦调节颗粒16′批次。这个新鲜批次如原先预期的那样在摩擦接界表面12′处起作用，直到它升温并且这些原纤化纤维素纳米纤维发生热分解等等。以这种方式再生该摩擦接界表面12′通过削弱任何沉积的表面釉材料并且最终将其与这些有机分解产物和松散的摩擦调节颗粒16′一起去除来对抗上釉。这样，当摩擦材料10′的摩擦接界表面12′处的温度超过350℃时，摩擦稳定区域22′能够在该摩擦接界表面12′处保持适合的孔隙率、抵抗可以促成磨损的震动、并且在该摩擦接界表面12′处维持稳定的摩擦系数，该摩擦系数随着转速的增加而增加(正的μ-v关系)。
在图2中示出了该湿式摩擦材料的另一个实施例，用数字10″表示，在该图中类似的数字表示与这些要素或特征相关的较早描述是适用的。摩擦材料10″被粘结到一个基底24″上并且包括一个与基底24″相反的摩擦接界表面12″，用于在一种润滑剂的存在下与一个相对的旋转表面(未示出)进行选择性的界面摩擦接合，类似于图1中所示的摩擦材料10′。一个区别是：用于制造湿式摩擦材料10″的基础纤维材料26″包括原纤化纳米纤维14″而非之前描述的基础结构纤维34的安排。基础纤维材料26″中的原纤化纳米纤维14″可以与被包含在摩擦稳定区域22″中的那些是相同的或者是不同的。原纤化纳米纤维14″的一些实例包括纤维素纳米纤维、原纤化芳族聚酰胺纳米纤维、原纤化丙烯酸类纳米纤维、或者它们的混合物。湿式摩擦材料10″的摩擦稳定区域22″包括被把持在由相互作用的原纤化纳米纤维16″所形成的一个纳米纤维网20″中的摩擦调节颗粒16″。
实例
这个实例展示了包括摩擦稳定区域的一对摩擦材料的摩擦性能(下文被称为“摩擦材料A”和“摩擦材料B”)。使摩擦材料A和无此特征的至少一种常规摩擦材料各自经受一个高温启动耐用性测试(图4)以及一个高温换档离合器耐用性测试(图5)。摩擦材料A是由一种基础纤维材料形成，它在该基础纤维材料的顶表面上包括4lbs的原纤化纤维素纳米纤维，这些纳米纤维在摩擦稳定区域处对于每3000ft2的该摩擦材料支撑了15lbs的硅藻土颗粒。所使用的这些原纤化纤维素纳米纤维是天然纤维与莱奥赛尔再生纤维素的共混物，该共混物具有的直径的范围是从50到500nm，长度是约4mm、并且原纤化程度为约40ml CSF。这些硅藻土颗粒具有的直径的范围是从约2μm到约50μm。酚醛树脂被浸渍到该基础纤维材料中并且被固化。该常规摩擦材料是由不包括可比的摩擦稳定区域的一种基础纤维材料形成的。
该高温启动耐用性测试是在GK II测试台上进行。使用一个生产启动离合器夹具和相应的应用DCT流体来模拟在车辆启动时双离合器变速器的工作环境。该应用DCT流体是以8L/min的流速被供应到这些摩擦材料的摩擦接界表面上。这个流速(意图模仿一种低润滑剂的流动环境)致使在这些摩擦材料与它们相对的配合表面的摩擦接界表面处的温度达到350℃。这个启动测试具有以下另外的测试参数：最大功率73.3KW；能量146.6KJ；比净功率2.36W/mm2；内衬压力(lining pressure)0.85MPa；以及最大转速2500rpm。针对每种摩擦材料将摩擦扭矩梯度(在500rpm和200rmp的转速下，摩擦材料的摩擦系数的差值)的测量结果相对于摩擦材料接合/脱接合循环的数目绘成曲线，如图4中所示。正的摩擦扭矩梯度总体上代表良好的μ-v关系和高品质的摩擦性能。另一方面，负的摩擦扭矩梯度总体上指示了上釉。如可见的，摩擦材料A(编号400)在18,000次循环之后维持正的扭矩梯度，而该常规摩擦材料(编号410)在8,000次循环之后过渡到负的摩擦扭矩梯度。
高温换档离合器耐久性试验是根据SAE程序J2487(等级7)在该应用DCT流体的存在下在SAE编号2的机器上进行。测试了摩擦材料A和几种不同的常规摩擦材料。耐久性试验参数为：能量32.45KJ；比净功率2.68W/mm2；以及转速3600rpm。针对每种摩擦材料将动态摩擦系数的测量结果相对于摩擦材料接合/脱接合循环的数目绘成曲线，如图5中所示。如可见的，摩擦材料A(编号500)在经过14,200次循环之后维持稳定的动态摩擦系数，这将促成正的μ-v关系，而这几种常规摩擦材料(编号510、520、以及530)在测试程序初期在2,000到6,000次循环内就遭受了动态摩擦系数的降低。
使摩擦材料B和无可比的摩擦稳定区域的一种常规摩擦材料各自经受一个高温滑行离合器耐用性测试(图6)，类似于之前所描述的这一个测试(参见图5)。摩擦材料B与摩擦材料A相同，除了对于每3000ft2的该摩擦材料，在该基础纤维材料的顶表面上存在9lbs而非4lbs的原纤化纤维素纳米纤维，以形成该摩擦稳定区域。该高温滑行离合器耐久性试验是在90℃下以高达1.75m/s的不同滑行速度在SAE编号2上进行。内衬压力为1.6MPa并且使用了一种恰当的应用流体润滑剂。如可见的，摩擦材料B(编号600)展示了随着滑行速度增加而增加的摩擦系数，这促成了正的μ-v关系，而该常规摩擦材料(610)在相同条件下总体上遭受了摩擦系数的下降。
以上对展示性实施例和具体实例的说明在性质上仅是描述性的而不旨在限制以下权利要求书的范围。

Claims (32)

1.一种湿式摩擦材料，包括：
一个摩擦接界表面，该摩擦接界表面用于在一种润滑剂的存在下与一个相对的表面进行摩擦接合，该摩擦接界表面的至少一个部分包括限定了一个纳米纤维网的原纤化纳米纤维以及由该纳米纤维网把持的多个摩擦调节颗粒。
2.如权利要求1所述的湿式摩擦材料，进一步包括：
与这些原纤化纳米纤维相混合的基础结构纤维。
3.如权利要求2所述的湿式摩擦材料，其中，这些基础结构纤维与这些原纤化纳米纤维和这些摩擦调节颗粒一起在该摩擦接界表面处被暴露出。
4.如权利要求2所述的湿式摩擦材料，其中，这些基础结构纤维在该摩擦接界表面处没有暴露出。
5.如权利要求1所述的湿式摩擦材料，其中，这些原纤化纳米纤维具有范围从50 nm到500 nm的直径、范围从1 mm 到10 mm的长度、以及通过加拿大标准游离度测量的范围为从10 mL CSF到300 mL CSF的原纤化程度。
6.如权利要求1所述的湿式摩擦材料，其中，这些原纤化纳米纤维包括纤维素、芳族聚酰胺、或者丙烯酸类树脂。
7.如权利要求1所述的湿式摩擦材料，进一步包括由该摩擦接界表面与一个朝向相反的粘结表面之间的距离所限定的一个厚度，并且其中这些原纤化纳米纤维和由该纳米纤维网把持的这些摩擦调节颗粒是存在于该湿式摩擦材料的一个摩擦稳定区域中，该摩擦稳定区域从该摩擦接界表面向着该朝向相反的粘结表面延伸到高达该湿式摩擦材料的厚度的约40%的一个深度。
8.如权利要求1所述的湿式摩擦材料，其中，这些摩擦调节颗粒具有的直径的范围是从100 nm到80 µm、并且是由在低于400°C的温度下不熔化、不软化、或者不分解的材料构成的。
9.如权利要求8所述的湿式摩擦材料，其中，这些摩擦调节颗粒包括以下各项中的至少一项：硅石、碳、氧化铝、氧化镁、氧化钙、二氧化钛、二氧化铈、二氧化锆、堇青石、莫来石、矽线石、锂辉石、透锂长石、锆石、碳化硅、碳化钛、碳化硼、碳化铪、氮化硅、氮化钛、硼化钛、腰果粉、固化的酚醛树脂。
10.如权利要求8所述的湿式摩擦材料，其中，这些摩擦调节颗粒包括以下各项中的至少一项：硅石、石墨、氧化铝、氧化镁、氧化钙、二氧化钛、二氧化铈、二氧化锆、堇青石、莫来石、矽线石、锂辉石、透锂长石、锆石、碳化硅、碳化钛、碳化硼、碳化铪、氮化硅、氮化钛、硼化钛、腰果粉、固化的酚醛树脂。
11.如权利要求9所述的湿式摩擦材料，其中，这些摩擦调节颗粒包括硅藻土。
12.如权利要求10所述的湿式摩擦材料，其中，这些摩擦调节颗粒包括硅藻土。
13.如权利要求1所述的湿式摩擦材料，进一步包括一种固化的树脂，该固化的树脂粘附了这些原纤化纳米纤维和这些摩擦调节颗粒。
14.一种湿式摩擦材料，包括：一个摩擦接界表面，用于在一种润滑剂的存在下与一个相对的表面进行摩擦接合；以及一个朝向相反的粘结表面，用于将该摩擦材料粘结到一种基底材料上，该摩擦材料包括：
一种基础纤维材料，该基础纤维材料包括与该摩擦材料的该摩擦接界表面重合或与之邻近的一个顶表面以及与该朝向相反的粘结表面重合或与之邻近的一个底表面，该基础纤维材料支撑着该湿式摩擦材料的一个摩擦稳定区域，该摩擦稳定区域从该湿式摩擦材料的该摩擦接界表面向该朝向相反的粘结表面延伸，该摩擦稳定区域包括原纤化纳米纤维和被把持在由这些原纤化纳米纤维形成的一个纳米纤维网中的多个摩擦调节颗粒，这些原纤化纳米纤维包括原纤化纤维素纳米纤维；以及
一种固化的树脂，该固化的树脂粘附了该基础纤维材料以及被包括在该摩擦稳定区域中的这些原纤化纤维素纳米纤维和摩擦调节颗粒。
15.如权利要求14所述的湿式摩擦材料，其中，该摩擦接界表面和该朝向相反的粘结表面分隔了一个距离，并且其中该摩擦稳定区域背离该摩擦接界表面向该朝向相反的底表面延伸到高达该摩擦接界表面与该朝向相反的粘结表面之间的距离的约40%的一个深度。
16.如权利要求14所述的湿式摩擦材料，其中，这些原纤化纳米纤维具有范围从50 nm到500 nm的直径、以及通过加拿大标准游离度测量的范围为从10 mL CSF到300 mL CSF的原纤化程度。
17.如权利要求16所述的湿式摩擦材料，其中，这些原纤化纳米纤维具有范围从1 mm到10 mm的长度。
18.如权利要求14所述的湿式摩擦材料，其中，这些原纤化纤维素纳米纤维包括至少50wt. %的天然纤维素、再生纤维素、纤维素衍生物、或者它们的混合物。
19.如权利要求18所述的湿式摩擦材料，其中，这些原纤化纤维素纳米纤维包括再生的莱奥赛尔纤维素。
20.如权利要求18所述的湿式摩擦材料，其中，这些原纤化纤维素纳米纤维包括天然纤维素与再生的莱奥赛尔纤维素的共混物。
21.如权利要求14所述的湿式摩擦材料，其中这些摩擦调节颗粒具有的直径的范围是从100 nm到80 µm、并且是由在低于400°C的温度下不熔化、不软化、或者不分解的材料构成的。
22.如权利要求21所述的湿式摩擦材料，其中，这些摩擦调节颗粒包括以下各项中的至少一项：硅石、碳、氧化铝、氧化镁、氧化钙、二氧化钛、二氧化铈、二氧化锆、堇青石、莫来石、矽线石、锂辉石、透锂长石、锆石、碳化硅、碳化钛、碳化硼、碳化铪、氮化硅、氮化钛、硼化钛、腰果粉、固化的酚醛树脂。
23.如权利要求21所述的湿式摩擦材料，其中，这些摩擦调节颗粒包括以下各项中的至少一项：硅石、石墨、氧化铝、氧化镁、氧化钙、二氧化钛、二氧化铈、二氧化锆、堇青石、莫来石、矽线石、锂辉石、透锂长石、锆石、碳化硅、碳化钛、碳化硼、碳化铪、氮化硅、氮化钛、硼化钛、腰果粉、固化的酚醛树脂。
24.如权利要求21所述的湿式摩擦材料，其中，这些摩擦调节颗粒包括硅藻土。
25.一种在湿式离合器中使用湿式摩擦材料的方法，包括：
提供一个湿式离合器，在该湿式离合器中配置了一种湿式摩擦材料和一个相对的表面以用于选择性的界面摩擦结合，该湿式摩擦材料具有一个摩擦接界表面，该摩擦接界表面包括一个摩擦稳定区域，该摩擦稳定区域从该摩擦接界表面向该摩擦材料延伸，该摩擦稳定区域包括原纤化纳米纤维和被把持在由这些原纤化纳米纤维形成的纳米纤维网中的多个摩擦调节颗粒；
将一个润滑剂流递送越过该摩擦材料的该摩擦接界表面，该摩擦接界表面具有一个摩擦界面温度；
使该摩擦材料的该摩擦接界表面与该相对的表面进行接合以便将该摩擦接界表面和该相对的表面互锁在一起；并且
管理该摩擦接界表面处的该润滑剂流，使得该摩擦界面温度超过350°C并且在与该摩擦接界表面相邻的该摩擦稳定区域处的这些原纤化纳米纤维发生热分解以便不断地暴露出新鲜的在下面的原纤化纳米纤维。
26.如权利要求25所述的方法，其中，这些原纤化纳米纤维包括原纤化纤维素纳米纤维。
27.如权利要求25所述的方法，其中，该湿式摩擦材料进一步包括由该摩擦接界表面与一个朝向相反的粘结表面之间的距离所限定的一个厚度，并且其中该湿式摩擦材料的该摩擦稳定区域从该摩擦接界表面向该朝向相反的粘结表面延伸到高达该湿式摩擦材料的厚度的约40%的一个深度。
28.如权利要求27所述的方法，其中，该摩擦材料包括一种基础纤维材料以及一种固化的树脂，该基础纤维材料支撑着该摩擦稳定区域，并且该固化的树脂粘附了该基础纤维材料以及被包含在该摩擦稳定区域内的这些原纤化纳米纤维和摩擦调节颗粒，该基础纤维材料具有与该摩擦材料的该摩擦接界表面重合或与之邻近的一个顶表面以及与该朝向相反的粘结表面重合或与之邻近的一个底表面。
29.如权利要求28所述的方法，其中，该基础纤维材料包括的基础结构纤维所具有范围从1 µm到500 µm的直径以及范围从2 mm到20 mm的长度。
30.如权利要求27所述的方法，其中，该湿式摩擦材料在该摩擦稳定区域中包括1 lbs到15 lbs的这些原纤化纳米纤维、并且在该摩擦稳定区域中包括2 lbs/ft2到20 lbs/ft2的这些摩擦调节颗粒，所有的量均是基于3000 ft2的该湿式摩擦颗粒。
31.如权利要求25所述的方法，其中，这些原纤化纳米纤维具有范围从50 nm到500 nm的直径、范围从1 mm 到10 mm的长度、以及通过加拿大标准游离度测量的范围为从5 mLCSF到300 mL CSF的原纤化程度，并且其中这些摩擦调节颗粒具有范围从100 nm到80 µm的直径并且包括以下各项中的至少一项：硅石、碳、氧化铝、氧化镁、氧化钙、二氧化钛、二氧化铈、二氧化锆、堇青石、莫来石、矽线石、锂辉石、透锂长石、锆石、碳化硅、碳化钛、碳化硼、碳化铪、氮化硅、氮化钛、硼化钛、腰果粉、固化的酚醛树脂。
32.如权利要求25所述的方法，其中，这些原纤化纳米纤维具有范围从50 nm到500 nm的直径、范围从1 mm 到10 mm的长度、以及通过加拿大标准游离度测量的范围为从5 mLCSF到300 mL CSF的原纤化程度，并且其中这些摩擦调节颗粒具有范围从100 nm到80 µm的直径并且包括以下各项中的至少一项：硅石、石墨、氧化铝、氧化镁、氧化钙、二氧化钛、二氧化铈、二氧化锆、堇青石、莫来石、矽线石、锂辉石、透锂长石、锆石、碳化硅、碳化钛、碳化硼、碳化铪、氮化硅、氮化钛、硼化钛、腰果粉、固化的酚醛树脂。
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