CN108350966B

CN108350966B - 包含方石英作为填料材料的湿摩擦材料

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Publication number: CN108350966B
Application number: CN201680064548.XA
Authority: CN
Inventors: 穆拉特·巴坎; 拉希德·法拉哈蒂
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2020-06-16
Anticipated expiration: 2036-11-04
Also published as: US9771994B2; WO2017079565A1; CN108350966A; JP6820330B2; KR20180066056A; DE112016005103T5; US20170130793A1; JP2019500549A

Abstract

用于离合器的摩擦材料，其包含多根纤维和含有结晶二氧化硅的填料材料。在一个示例性方面中，结晶二氧化硅是方石英。用于离合器的摩擦材料包含：多根纤维；以及填料组合物，所述填料组合物包括含无定形二氧化硅的材料；和多个结晶二氧化硅颗粒，所述颗粒具有至少6的莫氏硬度并且特征在于圆形形貌。用于离合器的摩擦材料包含：多根纤维；填料组合物，所述填料组合物包含硅藻土；和包含特征在于中值粒径在约0.5μm至约5μm的范围内的多个颗粒的方石英；以及树脂；并且，所述摩擦材料包含基于摩擦材料的总重量的在约2重量％至约20重量％的范围内的方石英，并且具有至少0.115的静摩擦系数。

Description

包含方石英作为填料材料的湿摩擦材料

技术领域

本公开内容一般性地涉及用于离合器垫的湿摩擦材料，特别是具有较高摩擦系数的湿摩擦材料。

背景技术

已知的用于离合器的摩擦材料由纤维材料和填料材料构成。纤维材料形成摩擦材料的结构并且填料材料产生摩擦。已知的摩擦材料使用硅藻土作为填料材料。通常，硅藻土由80％至90％的二氧化硅构成。期望增加摩擦材料的静摩擦系数和动摩擦系数两者。特别期望增加动摩擦系数。

发明内容

示例性方面概括地包括用于离合器的摩擦材料，其包含多根纤维；和含有结晶二氧化硅的填料材料。在一个示例性方面中，结晶二氧化硅是方石英。在一个示例性方面中，方石英包含特征在于圆形形貌的多个颗粒。在一个示例性方面中，所述颗粒的中值粒径为至多8μm。在一个示例性方面中，所述颗粒的中值粒径在约0.5μm至约5μm的范围内。在一个示例性方面中，所述颗粒的中值粒径在约1μm至约3μm的范围内。在一个示例性方面中，填料材料包含除了结晶二氧化硅之外的含二氧化硅材料。在一个示例性方面中，基于填料的总重量，填料包含至多60重量％的结晶二氧化硅。在一个示例性方面中，基于填料的总重量，填料包含在约1重量％至约60重量％范围内的结晶二氧化硅。在一个示例性方面中，基于填料的总重量，填料包含在约5％重量至约45重量％范围内的结晶二氧化硅。在一个示例性方面中，基于填料的总重量，填料包含在约5重量％至约15重量％范围内的结晶二氧化硅。在一个示例性方面中，摩擦材料还包含树脂。在一个示例性方面中，基于摩擦材料的总重量，摩擦材料包含至多20重量％的方石英。在一个示例性方面中，基于摩擦材料的总重量，摩擦材料包含在约1重量％至约20重量％范围内的方石英。在一个示例性方面中，基于摩擦材料的总重量，摩擦材料包含在约2重量％至约17重量％范围内的方石英。在一个示例性方面中，基于摩擦材料的总重量，摩擦材料包含在约2重量％至约5重量％范围内的方石英。

另一些示例性方面概括地包括用于离合器的摩擦材料，其包含：多根纤维；和填料组合物，所述填料组合物包括含无定形二氧化硅的材料；和多个结晶二氧化硅颗粒，所述颗粒具有至少6的莫氏硬度并且特征在于圆形形貌。在一个示例性方面中，所述颗粒的中值粒径在约0.5μm至约5μm的范围内。在一个示例性方面中，基于填料的总重量，填料组合物包含至少40重量％的无定形二氧化硅材料和至多60重量％的结晶二氧化硅。

另一些示例性方面概括地包括用于离合器的摩擦材料，其包含：多根纤维；填料组合物，所述填料组合物包括硅藻土；和含有特征在于中值粒径在约0.5μm至约5μm的范围内的多个颗粒的方石英；和树脂；并且，所述摩擦材料包含基于所述摩擦材料的总重量的在约2重量％至约20重量％范围内的方石英，并且具有至少0.115的静摩擦系数。

附图说明

现在将在以下连同附图的本发明详细描述中更全面地描述本发明的性质和操作模式，其中：

图1是包括结晶二氧化硅的摩擦材料的示意性截面图；

图2是用作填料材料的方石英的圆形颗粒的示意图；和，

图3是根据一个示例性方面的具有摩擦材料的变矩器的截面图；和，

图4是绘制已知摩擦材料和包含方石英的摩擦材料各自的摩擦系数相对于速度的图。

具体实施方式

首先，应认识到，不同的附图中出现的相同附图标记指示相同或功能相似的结构元件。此外，应理解，本发明不仅限于本文所述的特定实施方案、方法、材料和修改，并因此，当然可以改变。还应理解，本文使用的术语仅用于描述特定方面的目的，并不旨在限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附权利要求限制。

除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。应认识到，术语“基本上”与术语例如“接近”、“非常接近”、“约”、“大约”、“左右”、“近似于”、“近似”、“基本”、“在……附近”、“邻近”等同义，并且这样的术语在说明书和权利要求中出现时可以交换使用。虽然在本发明的实践或测试中可以使用与本文描述的那些类似或等同的任何方法、装置或材料，但现在描述以下的示例性方法、装置和材料。

下面的描述参照图1至图4进行。

在一个示例性方面中，用于离合器的摩擦材料包含多根纤维和含有结晶二氧化硅的填料材料。图1是包含结晶二氧化硅的摩擦材料100的示意性截面图。在一个示例性方面中，结晶二氧化硅是方石英。摩擦材料100可以用在本领域已知的任何离合器盘106上。在一个示例性实施方案中，摩擦材料牢固地固定至盘106。摩擦材料100包含纤维材料102和含有方石英的填料材料104。摩擦材料100还包含粘合剂(未示出)，例如酚树脂或胶乳。纤维材料102可以是本领域已知的任何有机纤维或无机纤维，例如包括但不限于纤维素、棉或碳纤维。

在一个示例性方面中，填料材料104包含至少一种含二氧化硅材料。在一个示例性方面中，填料材料104还包含除了结晶二氧化硅或方石英之外的至少一种含二氧化硅材料。可以使用本领域已知的任何含二氧化硅材料。在一个示例性实施方案中，含二氧化硅材料包括但不限于：

硅藻土或二氧化硅。通常，硅藻土是无定形的并且包含痕量的(如果有的话)结晶二氧化硅。

在一个示例性方面中，为了增加湿摩擦材料的动摩擦系数，向湿摩擦材料中添加结晶二氧化硅如方石英作为填料组分。结晶二氧化硅是土壤、沙、花岗岩和许多其他矿物的基本组分。石英是结晶二氧化硅的最常见形式。方石英和鳞石英是结晶二氧化硅的两种其他形式。当工人对包含结晶二氧化硅的物体进行破碎、切割、钻取或研磨时，所有的三种形式都可以变为可吸入尺寸的颗粒；因此，需要小心处理。方石英二氧化硅是这样的二氧化硅形式：其是天然存在的，也可以通过在窑中加热石英砂来人工生产。

方石英二氧化硅是石英的多晶型物。换言之，方石英具有与石英相同的化学式SiO₂，但是具有不同的晶体结构。方石英通常是指具有四方对称性的α方石英。被称为β方石英的高温相也是已知的，其特征在于八面体晶体，但在冷却时容易转化为α方石英。方石英二氧化硅在本文中可交换地被称为‘方石英’、‘方石英二氧化硅’、‘α方石英’，并且更一般地被称为‘结晶二氧化硅’或‘SiO₂’。方石英二氧化硅是可商购的，例如，来自美国俄亥俄州亚克朗市的C.E.D.Process Minerals,Inc.,的

或“CristolBrite^TM”。可用作湿摩擦材料中的填料的方石英的特征包括以下特性和特征：低折射率(即，1.48)，晶体表面经硅氧烷基团封端，圆形颗粒几何结构，高莫氏硬度(即，6.5)，高的热膨胀系数，不反应性或惰性，低吸油量和低含水量。已知方石英二氧化硅具有与其他形式的二氧化硅不同的晶体结构、折射率、密度、硬度、热膨胀系数和表面组成。认为该表面组成使得方石英二氧化硅与其他矿物粉末相比吸收更少的水分。在一个示例性实施方案中，方石英的含水量为按重量或体积计小于1％。

在一个示例性方面中，结晶二氧化硅或方石英包含特征在于圆形形貌的多个颗粒。圆形颗粒几何结构，在本文中也被称为圆形颗粒形状或圆形形貌，意指方石英颗粒具有至少一个圆形表面或者大部分的整体形式看起来是圆形的。图2是填料材料104的圆形颗粒108的示意图。在一个示例性实施方案中，填料材料104的至少一部分是圆形颗粒108的形式。例如，填料材料104包含圆形颗粒108形式的方石英。在一个示例性实施方案中，填料材料104中的大多数方石英是圆形颗粒108的形式。在一个示例性实施方案中，填料材料104中的所有方石英是圆形颗粒108的形式。

每个圆形颗粒108是基本上圆形的并且具有边界110。例如，边界110可以是圆形的或半圆形的或光滑弧的形式。圆形颗粒的形状可以是至少部分不规则的，换言之，圆形颗粒不需要是规则的或球形的。纵横比表示X轴与Y轴之比。其中球形颗粒的纵横比为1(或1:1)，纤维的纵横比大于约20(或20:1)，例如，可用作填料材料104的圆形颗粒的纵横比在约1至约4(或约1:1至约4:1)的范围内。

方石英二氧化硅可作为各种各样粒径分布的粉末商购获得。适当的方石英二氧化硅粉末可以足够细，使得98重量％或更多的粉末将穿过100-目筛；如由美国材料试验协会(American Society for Testing and Materials)公布的规范E-11-01中所公开的，100目筛的标称开口尺寸为150微米(μm)。在一个示例性方面中，使用95％或更多穿过标称开口尺寸为45μm的325-目筛的方石英二氧化硅粉末。在一个示例性方面中，使用中值粒径为至多8μm且最大粒径为35μm或更小的粉末；在一个示例性方面中，使用中值粒径为0.5μm至5μm且最大粒径为25μm或更小的粉末；在又一个示例性方面中，使用中值粒径为1μm至3μm且最大粒径为10μm或更小的粉末。换言之，在一个示例性方面中，所述颗粒的中值粒径在约0.5μm至约5μm的范围内；在另一个示例性方面中，所述颗粒的中值粒径在约1μm至约3μm的范围内。

方石英的粒径分布(PSD)可以由下端点D10、平均粒径、中值粒径D50和上端点D90来限定。D50(中值)被定义为群体的一半低于该值的直径。类似地，分布的90％低于D90，群体的10％低于D10。关系(D90-D10)/D50通常被称为跨度，并且D值通过筛分粒度测定或本领域已知的其他方法来测量。在一个示例性方面中，使用D值跨度在约2.0至约2.4的范围内的方石英作为填料材料。

在一个示例性方面中，方石英颗粒的PSD的上端点D90为约6.2μm，方石英颗粒的中值粒径D50等于或大于约2.4μm，并且方石英颗粒的PSD的下端点D10等于或大于约1.0μm。本领域技术人员通常按照等效球形直径(ESD)来理解不规则形状的颗粒的粒径。换言之，非球形或不规则形状的颗粒的ESD等于等效体积的球的直径。在一个示例性方面中，大多数结晶二氧化硅或方石英颗粒的粒径在约1.0μm至约6.2μm的范围内，如由D10和D90端点所限定的。

在一个示例性方面中，基于填料的总重量，填料104包含至多60重量％的结晶二氧化硅。在一个示例性方面中，基于填料材料104的总重量，填料材料104包含1重量％至60重量％的方石英。在另一个示例性方面中，基于摩擦材料100的总重量，摩擦材料100包含1重量％至20重量％的方石英。在一个示例性方面中，包含富二氧化硅材料如硅藻土填料的填料材料至少部分地被基于填料材料的总重量在约1重量％至约60重量％的范围内的作为用于摩擦材料的填料材料的方石英替代。不期望用方石英完全替代硅藻土填料，因为填料的整体孔隙度将降低，造成不利影响。另外，因为结晶二氧化硅需要特殊处理来确保操作者的健康和安全，因此期望使用最小量来产生有效结果。基于填料材料的总重量，结晶二氧化硅或方石英的合适量为在一个示例性方面中至少1重量％至最多60重量％，在另一个示例性方面中至少5重量％至最多60重量％，在另一示例性方面中至少5重量％至最多45重量％，在另一个示例性方面中至少5重量％至最多30重量％，在另一个示例性方面中至少5重量％至最多15重量％，在又一个示例性方面中至少5重量％至最多10重量％。

在一个示例性方面中，基于摩擦材料的总重量，填料材料100包含至多20重量％的方石英。在用于摩擦材料的示例性制剂包含按重量计等量的纤维、填料和树脂组分中，基于摩擦材料的总重量，摩擦材料中的方石英含量在约1重量％至约20重量％的范围内。基于摩擦材料的总重量，方石英的合适量为在一个示例性方面中至少1重量％至最多20重量％，在另一个示例性方面中至少2重量％至最多20重量％，在另一个示例性方面中至少2重量％至最多17重量％，在另一个示例性方面中至少2重量％至最多15重量％，在另一个示例性方面中至少2重量％至最多10重量％，在又一个示例性方面中至少2重量％至最多5重量％。

在一个示例性方面中，用于离合器的摩擦材料100包含：多根纤维102；以及填料组合物104，所述填料组合物104包括含无定形二氧化硅的材料；和多个结晶二氧化硅颗粒，所述颗粒具有至少6的莫氏硬度并且特征在于圆形形貌。在一个示例性方面中，所述颗粒的中值粒径在约0.5μm至约5μm的范围内。在一个示例性方面中，基于填料的总重量，填料组合物104包含至少40重量％的无定形二氧化硅材料和至多60重量％的结晶二氧化硅。

在一个示例性方面中，其中一半或50％的常规用作填料的硅藻土填料被方石英添加物替代的样品组合物产生这样的摩擦材料：基于摩擦材料的总重量，所述摩擦材料的结晶二氧化硅或方石英含量为约17重量％。在本文的一个示例性方面中，使用非限制性的方石英实例

210作为用于摩擦材料的填料中的组分材料。

实例1：材料100包含50％的填料、50％的纤维素纤维、和胶乳粘合剂。％是按重量计的。填料是100％硅藻土，如本领域已知的。

实例2：材料100包含25％的方石英、25％的硅藻土、50％的纤维素纤维、和胶乳粘合剂。％是按重量计的。换言之，实例2的填料材料包含50％的方石英和50％的硅藻土。

图3是包含图1所示摩擦材料100的示例性变矩器200的部分截面图。变矩器200包括盖202、连接至盖的叶轮204、与叶轮流体连通的涡轮206、定子208、布置成不可旋转地连接至变速器的输入轴(未示出)的输出毂210、变矩器离合器212和减震器214。离合器212包括摩擦材料100和活塞216。如本领域已知的，活塞216是可移位的以使摩擦材料100与活塞216和盖200接合，从而通过摩擦材料100和活塞216将扭矩从盖202传递至输出毂210。流体218用于使离合器212运行。

虽然图3中示出了变矩器200的特定示例性配置，但应理解，摩擦材料100在变矩器中的使用并不限于如图3中配置的变矩器。也就是说，材料100可用于使用摩擦材料的任何离合器装置，用于本领域已知的任何变矩器配置。

图4是绘制已知摩擦材料和如以上实例2中所配制的摩擦材料100各自的摩擦系数相对于速度的图。图中x方向上的速度是摩擦材料相对于摩擦材料所接触的盘的速度。例如，该速度是摩擦材料与盘之间的滑动速度。图302是以上实例2中所配制的材料100，其中相对于填料材料的总重量，该填料材料包含50重量％的方石英。图304是已知的如以上实例1中的包含纤维和硅藻土填料的摩擦材料。图302和304基于已知摩擦材料和摩擦材料100在90℃和2960kPa下的实际测试。如上所述，期望使用于离合器的摩擦材料的静摩擦和动摩擦均最大化。

有利地，与已知的用于离合器的摩擦材料相比，材料100增大了静摩擦系数。例如，材料100的静摩擦系数306为至少0.118，已知材料的静摩擦系数308较小，为约0.113。在一个示例性方面中，材料100的静摩擦系数为至少0.115。

关于动摩擦系数，有利地，图302的摩擦系数从点306持续增加至约1.70m/s处的点310。相比之下，曲线图304的摩擦系数在0.70m/s处的点312与约1.70m/s处的点314之间变平或减小。

在一个示例性方面中，用于离合器的摩擦材料100包含：多根纤维102；填料组合物104，所述填料组合物包含硅藻土；和方石英。在一个示例性方面中，方石英包含特征在于中值粒径在约0.5μm至约5μm的范围内的多个颗粒108。在一个示例性方面中，摩擦材料100还包含树脂。在一个示例性方面中，摩擦材料100包含基于摩擦材料的总重量的在约2重量％至约20重量％的范围内的方石英，并且具有至少0.115的静摩擦系数。

当然，在不偏离所要求保护的本发明的精神或范围的情况下，对本发明的上述实例的改变和修改对于本领域的普通技术人员应该是显而易见的。尽管参照具体的优选和/或示例性实施方案描述了本发明，但很显然可以在不偏离所要求保护的本发明的范围或精神的情况下做出变化。

Claims

1.一种用于离合器的摩擦材料，包含：

多根纤维；和，

含有方石英的填料材料，

其中所述方石英包含特征在于中值粒径为至少0.5μm至最多5μm的多个圆形颗粒。

2.一种用于离合器的摩擦材料，包含：

多根纤维；和，

填料组合物，所述填料组合物包括：

含无定形二氧化硅的材料；和，

多个结晶二氧化硅颗粒，所述颗粒具有至少6的莫氏硬度并且特征在于圆形形貌，

其中所述多个结晶二氧化硅颗粒的特征在于中值粒径为至少0.5μm至最多5μm。

3.一种用于离合器的摩擦材料，包含：

多根纤维；

填料组合物，所述填料组合物包括：

硅藻土；和，

方石英；和，

树脂；以及，

基于所述摩擦材料的总重量，所述摩擦材料包含至少2重量％至最多20重量％的方石英，

4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的摩擦材料，具有至少0.115的静摩擦系数。

5.根据权利要求2所述的摩擦材料，其中基于所述填料的总重量，所述填料组合物包含至少40重量％的无定形二氧化硅材料和至多60重量％的结晶二氧化硅。

6.根据权利要求1所述的摩擦材料，其中基于所述填料的总重量，所述填料包含至少5重量％且至多60重量％的方石英。

7.根据权利要求1或3中任一项所述的摩擦材料，其中基于所述填料的总重量，所述填料包含至少5重量％且至多15重量％的方石英。

8.根据权利要求3所述的摩擦材料，其中基于所述摩擦材料的总重量，所述摩擦材料包含至少2重量％且至多5重量％的方石英。