CN106838077B - 用于车辆的湿纸摩擦材料和包含其的车辆部件 - Google Patents

Abstract

本文公开了用于车辆的湿纸摩擦材料和包含其的车辆部件。所述湿纸摩擦材料包含：按重量计约40％至50％的量的包含硬木纸浆的基体；按重量计约16％至21％的量的球形二氧化硅；按重量计约5％或更低但大于按重量计0％的量的摩擦改性剂；和构成所述湿纸摩擦材料的余量的填料，并且所有按重量计的％是基于所述湿纸摩擦材料的总重量。

Description

用于车辆的湿纸摩擦材料和包含其的车辆部件

技术领域

本发明涉及表现出显著改善的耐噪声和振动性能的湿纸摩擦材料。湿纸摩擦材料可以包括包含由于其较低长/宽比而具有良好的平滑性(smoothness)的硬木纸浆的基体，以及可以施加到基体表面以形成均匀油膜的球形二氧化硅。

背景技术

对于用作车辆自动变速装置的离合器部件，要求纸张具有优良的物理性质，包括摩擦和磨损性质、耐用性、和多孔性。具体地，要求自动变速装置离合器表现出优异的高温摩擦性质、耐磨性、和耐用性，甚至是其在变速器油中工作时的浸油状态中。

作为湿式离合器材料，常常使用纸张、烧结铜(Cu)、树脂、或石墨，且通常将纸张用于车辆的摩擦材料。纸张包含其中添加无机填料和热固性树脂(苯酚、环氧树脂、三聚氰胺等)作为补充物(supplement)的纸浆。已知无机填料的种类和量对纸张的摩擦性质具有很大影响。

背景技术部分描述的内容仅旨在增加对本发明的背景的理解，而不应认为是本领域技术人员已知的现有技术。

发明内容

在优选的方面，本发明提供了表现出显著改善的耐噪声和振动性能的湿纸摩擦材料。

一方面，本发明提供了用于车辆的湿纸摩擦材料。该湿纸摩擦材料可以包含：按重量计约40％至50％的量的包含硬木纸浆的基体；按重量计约16％至21％的量的球形二氧化硅；按重量计约5％或更低但大于按重量计0％的量的摩擦改性剂；和构成湿纸摩擦材料的余量的填料。本文描述的所有按重量计的％是基于湿纸摩擦材料的总重量。

基体可以进一步包含芳香族聚酰胺。例如，芳香族聚酰胺纤维可以是增强材料。

球形二氧化硅可以具有约10μm或更小的直径。

摩擦改性剂可以包含焦炭、石墨、或两者。

填料可以是硅藻土。

本文中使用的术语“硅藻土(diatomite)”是指硅藻土(diatomaceous earth)、或天然存在的化石化的岩石或来自水生藻类(硅藻属)的沉积物。例如，硅藻土可以是白色或灰白色岩石或粉末的形式，并一般可以包含二氧化硅、氧化铝和氧化铁等。本发明进一步提供了可以大体由上述组分组成、基本由其组成、或由其组成的湿纸摩擦材料。例如，湿纸摩擦材料可以大体由以下各项组成、基本由其组成、或由其组成：按重量计约40％至50％的量的包含硬木纸浆的基体；按重量计约16％至21％的量的球形二氧化硅；按重量计约5％或更低但大于按重量计0％的量的摩擦改性剂；和构成湿纸摩擦材料的余量的填料。本文描述的所有按重量计的％是基于湿纸摩擦材料的总重量。

进一步提供了包含本文所描述的湿纸摩擦材料的车辆部件。示例性的车辆部件可以包括车辆的离合器部件。

以下公开了本发明的其它方面。

附图说明

将通过以下结合附图的详细描述更清楚地理解本发明的以上和其他目的、特征和优势，其中：

图1示出了根据本发明的示例性实施方式的示例性湿纸摩擦材料的摄影图像；

图2是示出了根据本发明的示例性实施方式的示例性基体与传统基体相比的剪切强度的曲线图。

图3是示出了组分针对温度的重量变化的曲线图；以及

图4举例说明了根据本发明的示例性实施方式包含示例性球形二氧化硅和润滑膜的示例性基体。

具体实施方式

应当理解本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似的术语包括通常的机动车辆如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车的载客汽车，包括各种小船和船舶的水运工具(watercraft)，飞机(aircraft)等，并包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆及其他替代燃料车辆(例如源自除石油之外的资源的燃料)。如本文中提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，汽油动力和电动力车辆。

本文所使用的术语仅是用于描述具体的示例性实施方式的目的，而非旨在限制本发明。除非上下文另外明确指出，否则本文所用的单数形式“一个”、“一种”和“该”也旨在包括复数形式。应该进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises)”和/或“包括了(comprising)”规定了阐述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任一种及全部组合。

除非特别地说明或从上下文中显而易见的，否则本文所使用的术语“约”应理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准差内。“约”可理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非另从上下文中清晰可见，否则本文中所提供的所有数值可被术语“约”修饰。

将参考附图详细描述本发明的实施方式。

本发明提供了用于车辆的湿纸摩擦材料。该湿纸摩擦材料可以包含：按重量计约40％至50％的量的硬木纸浆；按重量计约16％至21％的量的球形二氧化硅；按重量计约5％或更低但大于0％的量的摩擦改性剂；和构成湿纸摩擦材料的余量的填料。除非另外指出，否则以上和下文中所有按重量计的％是基于湿纸摩擦材料的总重量。

作为摩擦材料的基体的主要组分的硬木纸浆可以具有比棉绒浆(linterpulp)更小的长宽比(纤维长度与宽度比)。在相关技术中，当将棉绒浆用于基体时，由于它们的高L/W比，其可在基体中形成许多空隙。与此相反，硬木纸浆不会导致基体中的空隙。因此，可以用填料均匀涂覆基体，从而改善平滑性。

如将在之后描述的，具有大L/W比的棉绒浆可以在基体中形成相对大的空隙，使得可以改善整体油通过其的流动能力，因为油可以被空隙形成的孔吸附和释放。然而，不均匀形式的孔可导致填料从孔中露出(pokeout of)，因此干扰基体表面上均匀形式的润滑油膜110的形成。

当不均匀的润滑油膜110在表面上形成时，由于机械接触，随后产生的噪声、振动和声振粗糙度(harshness)(NVH)，可能发生粘滑(stick-slip)现象。因此，可能另外需要后处理如摩擦面打磨，从而增加生产成本和工艺管理负担。

相反，本文所使用的硬木纸浆通过上述的小L/W比可以具有明显改善的平滑性，使得可以在基体表面上形成均匀的润滑膜110。因此，在噪声和振动方面，硬木纸浆作为摩擦材料可以执行改善功能。

根据示例性的实施方式，基体可以进一步包含作为增强剂的芳香族聚酰胺纤维。尽管硬木纸浆由于它们的低L/W比可以具有高平滑性，但是硬木纸浆在纤维之间可具有低结合力，这可导致机械性质如剪切强度、拉伸强度等降低。因而，可以将芳香族聚酰胺纤维用作增强组分。芳香族聚酰胺纤维可以具有优异的拉伸强度、耐热性、和耐磨性。当将高纤丝化引入到芳香族聚酰胺纤维中时，细纤维可以直接彼此结合，或介导几个结合以在纤维中产生化学交联键。使用高结合力，芳香族聚酰胺纤维可以改善硬木纸浆的物理性质。

图2是分析基体的剪切强度的曲线图，剪切强度由LAP剪切测试测得。仅包含硬木纸浆的基体具有396kgf的内部强度，这低于仅由棉绒浆组成的基体的内部强度。然而，补充有芳香族聚酰胺纤维的基体具有498kgf的内部强度，这在基体中是最高的。

另外，芳香族聚酰胺纤维可以改善耐热性和耐磨性。图3是针对温度绘制的材料组分的曲线图。在图3中，较高程度(重量％)的残留表示更好的耐热性。

如图3所示，在约300至400℃的温度范围内，热诱发的重量损失急剧出现。包含硬木纸浆的基体在约300至400℃的范围内仅保持了约50％或更少的量。添加芳香族聚酰胺纤维到基体中在约300至400℃将残留的程度增加到约70％，表明芳香族聚酰胺纤维对耐热性的积极效果。

然而，用具有平滑性的硬木纸浆替换硬木纸浆的一部分同样可降低耐噪声、振动和声振粗糙度的性能。这通过LVFA测试测量耐噪声、振动性能等得到确定。

dμ/dv表示摩擦系数对滑动速度的斜率。当dμ/dv为正(+)时，粘滑(stick-slip)可以减少，这可指示良好的耐噪声、振动等性能。另一方面，当dμ/dv为负(-)时，粘滑的发生可以增加，这可指示耐噪声、振动等性能劣化。这样，较大的正dμ/dv值可以指示较好的耐噪声、振动等性能。

表1

基于摩擦材料的总重量，可以包含按重量计44％的量的基体。在这点上，当基体包含硬木纸浆和芳香族聚酰胺纤维时，硬木纸浆可以是按重量计摩擦材料的约29％，而芳香族聚酰胺纤维可以是按重量计摩擦材料的约15％。当仅使用硬木纸浆时，其可以是按重量计摩擦材料的约44％。

如表1所示，包含硬木纸浆的基体可以具有比由硬木纸浆和芳香族聚酰胺纤维组成的基体更好的耐噪声、振动等性能。

在减速阶段(例如，100-50km)，可以检测到相等性能。因此，当要求通过添加芳香族聚酰胺纤维得到的效果(机械性质、耐热性等)时，尽管基体由硬木纸浆和芳香族聚酰胺纤维组成，但是其可以在不显著降低耐噪声、振动等性能的情况下用作摩擦材料。

根据一个示例性的实施方式，基于摩擦材料的总重量，可以添加按重量计约13至17％的量的芳香族聚酰胺纤维。当使用按重量计小于约13％的量的芳香族聚酰胺纤维时，不能得到纤维之间的结合力和耐热性的充分效果。另一方面，当添加按重量计大于约17％的量的芳香族聚酰胺纤维时，平滑性可以劣化，随之发生的是耐噪声、振动等性能降低。另外，高价芳香族聚酰胺纤维可以增加生产成本。另外，因为芳香族聚酰胺纤维含有许多细纤维，所以它们可以导致孔堵塞和凝聚。因而，可以将芳香族聚酰胺纤维的量限制到按重量计约17％。

另外，可以将球形二氧化硅100添加到仅包含硬木纸浆或与芳香族聚酰胺纤维组合的基体中。在示例性实施方式中，球形二氧化硅100可以具有约10μm或更小的直径，并可以位于基体表面上。如图4所示，可以将球形二氧化硅颗粒平行布置在基体表面上，且可以将油施加到球形二氧化硅颗粒上以形成均匀的油膜。

因此，可以进一步改善根据各个示例性实施方式的基体的耐噪声、振动等性能。另外，可以将直径为约10μm或更小的球形二氧化硅100适当地定位在基于硬木纸浆的基体上，其中由于硬木纸浆的低L/W比，硬木纸浆之间的间隙较窄。不能将具有大于约10μm的直径的球形二氧化硅布置在基于硬木纸浆的基体的狭窄间隙中，从而不能形成均匀的油膜。

至于摩擦改性剂，可以使用焦炭和石墨。例如，焦炭和石墨可以增加耐磨性并给予摩擦表面合适的粗糙度。

填料可以构成余量的摩擦材料。在一个具体的实施方式中，填料可以是硅藻土。硅藻土可以具有孔并以微米级别粒径排列，整个基体中吸油孔的分布可对形成润滑油膜110有利。当用作填料时，保留这类性质，硅藻土带来耐噪声、振动等性能的改善。

与上述的具有大L/W比的棉绒浆相反，具有低L/W比的硬木纸浆可以提供使基体内的空隙空间最小化并给予更好的平滑性的优势。使用国际检验标准LVFA通过针对耐噪声、振动等性能的测试可以证明该效果，并将结果总结在以下表2中。

表2

在相同条件下测试包含仅由棉绒浆组成的基体的摩擦材料或包含含有硬木纸浆和球形二氧化硅100的基体的摩擦材料。从表2可以看出，在50至100km加速和100至50km减速阶段两者中，采用硬木纸浆和球形二氧化硅100的摩擦材料可以具有显著大于采用棉绒浆的摩擦材料的dμ/dv值。

因此，可以改善本发明的摩擦材料的耐噪声和振动性能，不需要其他的后处理如摩擦面打磨等。

实施例

(制备)

根据一个示例性的实施方式，使用滚筒搅拌机将硬木纸浆、芳香族聚酰胺纤维、球形二氧化硅100、摩擦改性剂、和填料与水混合在一起。

将混合物加载到片材成形器中以除去水，随后由线网(wire mesh)分离脱水的混合物。

在3000psi压力下对脱水的混合物执行按压过程10sec以除去按重量计约90％的水。

进一步地，在150℃下干燥混合物10min，达到按重量计5％或更低的含水量。

此后，使由此得到的湿纸摩擦材料经受一系列处理，包括树脂浸渗、压榨、热固化等。

如以上所描述的，本发明的湿纸摩擦材料可以包含含有硬木纸浆的基体和球形二氧化硅，该硬木纸浆由于其低长/宽比提供良好的平滑性，将球形二氧化硅施加到基体表面以形成均匀的油膜，从而显著改善耐噪声和振动性能。

尽管已经为了说明的目的公开了本发明的多种示例性实施方案，但是本领域技术人员应当理解在不偏离在随附权利要求书中公开的本发明的范围和精神下，各种修改、添加和替代是可能的。

Claims (7)

1.一种用于车辆的湿纸摩擦材料，包含：

按重量计40％至50％的量的包含硬木纸浆的基体；其中，所述基体进一步包含芳香族聚酰胺纤维；

按重量计16％至21％的量的球形二氧化硅；

按重量计5％或更低但大于按重量计0％的量的摩擦改性剂；和

构成所述湿纸摩擦材料的余量的填料，

所有按重量计的％是基于所述湿纸摩擦材料的总重量。

2.根据权利要求1所述的湿纸摩擦材料，其中，所述球形二氧化硅具有10μm或更小的直径。

3.根据权利要求1所述的湿纸摩擦材料，其中，所述摩擦改性剂包含焦炭、或石墨、或两者。

4.根据权利要求1所述的湿纸摩擦材料，其中，所述填料是硅藻土。

5.根据权利要求1所述的用于车辆的湿纸摩擦材料，基本由以下各项组成：

按重量计40％至50％的量的包含硬木纸浆的基体；

按重量计16％至21％的量的球形二氧化硅；

按重量计5％或更低但大于按重量计0％的量的摩擦改性剂；和

构成所述湿纸摩擦材料的余量的填料，

所有按重量计的％是基于所述湿纸摩擦材料的总重量。

6.一种包含权利要求1所述的湿纸摩擦材料的车辆部件。

7.根据权利要求6所述的车辆部件，包括离合器部件。

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