CN110325756A - 具有增加的压力循环寿命的湿摩擦材料 - Google Patents

Abstract

一种用于离合器垫的摩擦材料，该摩擦材料包括纤维材料和填充材料。纤维材料包括第一表面、与第一表面相反的第二表面、以及第一表面与第二表面之间的厚度。填充材料包括桐油和酚醛树脂。桐油在纤维材料内从第一表面穿过厚度的第一部分达到饱和，而酚醛树脂在纤维材料内从第二表面穿过厚度的第二部分达到饱和。

Description

具有增加的压力循环寿命的湿摩擦材料

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年3月16日提交的美国申请No.15/460,588的优先权，该申请的全部公开内容通过参引并入本文中。

技术领域

本公开涉及摩擦材料，更具体地涉及用于动力总成的摩擦材料，并且更具体地涉及用于具有布置成提高摩擦材料的性能同时增加压力循环疲劳寿命的多个层的动力总成的摩擦材料。

背景技术

摩擦材料——特别是用于车辆动力总成中的摩擦材料——通常由例如纤维纸的基材形成，该基材用例如酚醛树脂的树脂饱和并随后固化。由于树脂充当将纤维纸保持在一起的胶状材料，因而固化的摩擦材料比基材本身更耐久。该组合可以是相当坚固的。例如，这样的摩擦材料可以用在车辆变速器中，其中，该摩擦材料将暴露于恶劣环境条件，比如通常在从180℃至200℃的范围内的高温。暴露于高于约220℃的温度可能导致一些酚醛树脂的分解。

将桐油添加至酚醛树脂，因为这增加了固化树脂的柔性并改善了摩擦材料在较高温度下的压力循环中的耐久性。然而，在添加桐油时摩擦材料性能降低，例如，低速摩擦系数和静摩擦系数增加并且动摩擦系数降低，这导致更高的操作温度。前述结果导致离合器应用中的性能降低。

一些已知的摩擦材料在侵蚀性条件下发生分层，例如层的剪切。另外，一些已知的摩擦材料破裂或磨损。

发明内容

根据本文中所示的方面，提供了一种包括纤维材料和填充材料的摩擦材料。纤维材料包括第一表面、与第一表面相反的第二表面、以及第一表面与第二表面之间的厚度。填充材料包括桐油和酚醛树脂。桐油在纤维材料内从第一表面穿过厚度的第一部分达到饱和，而酚醛树脂在纤维材料内从第二表面穿过厚度的第二部分达到饱和。

根据本文中所示的方面，提供了一种包括纤维材料、填充材料和摩擦层的摩擦材料。纤维材料包括第一表面、与第一表面相反的第二表面、以及第一表面与第二表面之间的厚度。填充材料包括在纤维材料内从第一表面穿过厚度的第一部分达到饱和的桐油。摩擦层包括在纤维材料内从第二表面穿过厚度的第二部分达到饱和的酚醛树脂。

根据本文中所示的方面，提供了一种变矩器，该变矩器包括：盖；叶轮，该叶轮连接至盖；涡轮，该涡轮与叶轮流体连通；输出毂，该输出毂布置成以不可旋转的方式连接至用于变速器的输入轴；以及变矩器离合器。变矩器离合器包括纤维材料、填充材料和活塞。纤维材料包括第一表面、与第一表面相反的第二表面以及第一表面与第二表面之间的厚度。填充材料包括桐油和酚醛树脂。桐油在纤维材料内从第一表面穿过厚度的第一部分达到饱和，而酚醛树脂在纤维材料内从第二表面穿过厚度的第二部分达到饱和。活塞可移位以使摩擦材料与活塞和盖接合，以通过摩擦材料和活塞将扭矩从盖传递至输出毂。

附图说明

仅通过示例的方式参照所附示意图公开了不同的实施方式，在所附示意图中对应的附图标记指示对应的部件，在所附示意图中：

图1是包含桐油和酚醛树脂的摩擦材料的示例实施方式的示意性横截面图；

图2是包括图1中所示的摩擦材料的示例变矩器的局部横截面图；以及，

图3是绘制了对于已知的摩擦材料和包含桐油和酚醛树脂的摩擦材料而言的相应厚度损失百分比与循环的图表。

具体实施方式

首先，应当理解的是，相同的附图标记在不同的附图视图上指示本公开的相同或功能类似的结构元件。应当理解的是，要求保护的本公开不限于所公开的方面。

此外，可以理解的是，本公开不限于所描述的特定方法、材料和改型，并且因此当然可以改变。还可以理解的是，本文中所使用的术语仅用于描述特定方面的目的，并不意在限制本公开的范围。

除非另外定义，否则本文中所使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域中的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。应当理解是的，术语“大致”与比如“几乎”、“非常接近”、“约”、“近似”、“大约”、“近乎于”、“接近”、“基本上”、“在……附近”、“在……上下”等术语同义，并且这样的术语可以互换使用，如说明书和权利要求书中表现出的那样。应当理解的是，术语“邻近”与比如“附近”、“接近”、“相邻”、“与……相邻”、“紧邻”、“邻接”等术语同义，并且这样的术语可以互换使用，如说明书和权利要求书中表现出的那样。应当理解的是，可以在本公开的实践或测试中使用与本文中所描述的方法、装置或材料类似或等同的任何方法、装置或材料。

通过“以不可旋转的方式连接”的第一部件和第二部件，我们意指的是：第一部件连接至第二部件，使得在第一部件旋转的任何时间，第二部件与第一部件一起旋转，并且在第二部件旋转的任何时间，第一部件与第二部件一起旋转。第一部件与第二部件之间的轴向移位是可能的。

图1是包含桐油和酚醛树脂的摩擦材料100的示意性横截面图。摩擦材料100可以用在本领域中已知的任何离合器板102上。在示例实施方式中，摩擦材料100牢固地固定至板102。摩擦材料100包括纤维材料104和填充材料106，填充材料106包含桐油和酚醛树脂。纤维材料104可以是本领域中已知的任何有机或无机纤维，例如包括但不限于纤维素纤维或碳纤维。

在示例实施方式中，摩擦材料100包括纤维材料104。纤维材料104包括第一表面108、与第一表面108相反的第二表面110以及相应地在第一表面108与第二表面110之间的厚度112。填充材料106包含桐油和酚醛树脂。桐油在纤维材料104内从第一表面108穿过厚度112的第一部分114达到饱和，并且酚醛树脂在纤维材料104内从第二表面110穿过厚度112的第二部分116达到饱和。

在示例实施方式中，摩擦材料100包括纤维材料104，纤维材料104包括第一表面108、与第一表面108相反的第二表面110以及相应地在第一表面108与第二表面110之间的厚度112。填充层118包括在纤维材料104内从第一表面108穿过厚度112的第一部分114达到饱和的桐油。摩擦层120包括在纤维材料104内从第二表面110穿过厚度112的第二部分116达到饱和的酚醛树脂。

在示例实施方式中，将桐油仅施加至第一表面108，以避免将桐油引入酚醛树脂中，酚醛树脂在如下所述的后续操作中施加。然而，应当理解的是，假如酚醛树脂的暴露表面——即，第二表面110——不与桐油混合或融合，则桐油和酚醛树脂的混合或融合并不对较高温度下的压力循环寿命产生不利影响并且不导致摩擦材料100的性能损失。因此，在示例实施方式中，桐油施加至第一表面108并且仅影响纤维材料104的第一部分114的特性。在示例实施方式中，第一表面108由桐油构成。换句话说，在第一表面108处不存在桐油和酚醛树脂的混合或融合。在示例实施方式中，厚度112的第一部分114的范围在厚度112的25％与99％之间。已经发现，厚度112的包含桐油的百分比越高，则摩擦材料100的强度越大。然而，桐油的量——即厚度112的包含桐油的百分比——不能太高以至于桐油穿过厚度112中的全部厚度出现，即，出现在第二表面110处。

在示例实施方式中，将酚醛树脂仅施加至第二表面110，以避免将酚醛树脂引入桐油中，桐油在如上所述并在下文中进一步详细描述的在先操作中施加。因此，在示例实施方式中，第二表面110由酚醛树脂构成。酚醛树脂使厚度112的第二部分116饱和并且在完全固化之后特别是在温度、剪切和压力下向摩擦材料100提供强度。合适的酚醛树脂的示例包括由亚什兰化学品公司(Ashland Chemical)(卡温顿，肯塔基州)以名称“Arofene 1166”销售的腈酚醛材料。

在示例实施方式中，第一表面108由桐油构成，第二表面110由酚醛树脂构成。在示例实施方式中，桐油和酚醛树脂的融合相应地仅发生在厚度112的第一部分114与第二部分116之间的界面122附近。

除了上面所讨论的摩擦材料的实施方式之外，下文还讨论了形成本摩擦材料的方法的不同实施方式。在示例实施方式中，摩擦材料100部分地通过使桐油在纤维材料104中饱和而形成。可以通过不同的方法使纤维材料104以桐油饱和。在示例实施方式中，将桐油溶解或稀释在乙醇或者具有降低桐油的密度或稀释桐油的能力的任何其他合适的挥发性溶剂——例如甲醇——中。随后，将稀释的桐油施加至第一表面108并且允许稀释的桐油芯吸到纤维材料104的第一部分114中并使纤维材料104的第一部分114饱和。在示例实施方式中，通过喷涂、辊涂、刮涂、替代性地通过使纤维材料与稀释桐油池接触或者本领域中已知的任何其他涂覆方法来施加稀释的桐油。已经发现，饱和穿透深度可以通过不同的技术来控制。在示例实施方式中，通过调节桐油的密度来控制厚度112的桐油饱和百分比，即，密度越低，则饱和百分比越大。在示例实施方式中，已经发现包含重量百分比为约20％至约55％的桐油且余量为比如乙醇的溶剂的溶液提供可接受的厚度112的桐油饱和百分比，同时防止桐油在第二表面110处出现。然而，必须理解的是，合适的组分量不单单仅取决于桐油。例如，第一类型的纤维材料可能需要包含重量百分比为约25％的桐油的溶液，而第二类型的纤维材料可能需要包含重量百分比为35％的桐油的溶液以产生相同的饱和百分比。此外，可以在材料处于其原始形式例如未切割的纤维材料卷时将桐油施加至纤维材料104，或者可以在材料被切割成最终形式例如盘之后施加桐油。在示例实施方式中，在将桐油溶液施加至纤维材料104之后，通过在环境温度或高温下空气干燥并且可选地以对流空气流来蒸发溶剂。应当理解的是，在执行引入酚醛树脂的后续步骤之前不必完全蒸发溶剂。

接下来，在示例实施方式中，将酚醛树脂施加至纤维材料104。可以通过不同的方法使纤维材料104以酚醛树脂饱和。在示例实施方式中，将酚醛树脂溶解或稀释在乙醇或具有降低酚醛树脂的密度或稀释酚醛树脂的能力的任何其他合适的挥发性溶剂例如甲醇中。随后，将稀释的酚醛树脂施加至第二表面110并允许稀释的酚醛树脂芯吸到纤维材料104的第二部分116中并使纤维材料104的第二部分116饱和。在示例实施方式中，通过喷涂、辊涂、刮涂、替代性地通过使纤维材料与稀释酚醛树脂池接触、通过将纤维材料104浸渍在稀释的酚醛树脂内或者本领域中已知的任何其他涂覆方法来施加稀释的酚醛树脂。已经发现，饱和穿透深度可以通过不同的技术来控制。在示例实施方式中，通过调节酚醛树脂的密度来控制厚度112的酚醛树脂饱和百分比，即，密度越低，则饱和百分比越大。在示例实施方式中，已经发现包含重量百分比为约15％至约40％的酚醛树脂且余量为比如乙醇的溶剂的溶液提供可接受的厚度112的酚醛树脂饱和百分比，即，使第二部分116的整个厚度完全饱和。然而，必须理解的是，合适的组分量不单单仅取决于酚醛树脂。例如，第一类型的纤维材料可能需要包含重量百分比为约25％的酚醛树脂的溶液，而第二类型的纤维材料可能需要包含重量百分比为35％的酚醛树脂的溶液以产生相同的饱和百分比。在示例实施方式中，在将酚醛树脂溶液施加至纤维材料104之后，通过在环境温度或高温下空气干燥并且可选地以对流空气流来蒸发溶剂。应当理解的是，在执行后续步骤之前不必完全蒸发溶剂。

在示例实施方式中，例如通过使被涂覆的纤维材料104通过干燥炉而使包含桐油和酚醛树脂的纤维材料104部分地固化。部分固化从桐油溶液和酚醛树脂溶液两者中除去溶剂和粘性。酚醛树脂在该操作期间部分地固化。

如上所述，纤维材料104可以在未改型的形式——例如大卷——下以桐油和酚醛树脂饱和或者可以在改型——例如冲压成盘的形式——之后饱和。因此，在示例实施方式中，部分固化的纤维材料104被改型成替代形式，例如盘形。

随后，在示例实施方式中，将部分固化并改型的纤维材料104结合至基底结构，例如板102。将粘合剂施加至第一表面108和板102的表面124中的任一者或两者。可以使用各种粘合剂类型以用于该操作，例如酚醛基粘合剂。应当理解的是，酚醛基粘合剂与在填充材料和摩擦层中使用的酚醛树脂不同。在示例实施方式中，在将部分固化并改型的纤维材料104固定至基底结构之后，将组件定位在热压机内，其中，向组件施加压力和热量从而使桐油固化、使酚醛树脂熔化并固化并且将摩擦材料100完全结合至板102，即，使粘合剂完全固化。在示例实施方式中，热压机保持处于约400°F至约425°F的温度下。在示例实施方式中，将组件保持在热压机内以用于持续约30秒至约3分钟的固化操作。

图2是包括图1中所示的摩擦材料100的示例变矩器200的局部横截面图。变矩器200包括：盖202；叶轮204，该叶轮204连接至盖；涡轮206，该涡轮206与叶轮流体连通；定子208；输出毂210，该输出毂210布置成以不可旋转的方式连接至用于变速器的输入轴(未示出)；变矩器离合器212；以及减振器214。离合器212包括摩擦材料100和活塞216。如本领域中所已知的，活塞216能够移位以使摩擦材料100与活塞216和盖202接合，以通过摩擦材料100和活塞216将扭矩从盖202传递至输出毂210。流体218用于操作离合器212。

尽管在图2中示出了变矩器200的特定示例构型，但是应当理解的是，变矩器中的摩擦材料100的使用不限于如图2中构造的变矩器。也就是说，材料100能够用于使用摩擦材料的任何离合器装置中，以用于本领域中已知的任何变矩器构型。此外，摩擦材料100还可以用于任何湿式离合器系统或应用中，例如离合器组件、变速器等。此外，摩擦材料100可以粘附至板——例如离合器板——的一侧或两侧。

图3是绘制了对于已知的摩擦材料和根据本发明的包含桐油和酚醛树脂的摩擦材料而言的相应厚度损失百分比(Y轴)与循环次数(X轴)的图表。每个样品经受周期性压力循环测试。每个循环包括施加9.9MPa的压力的2秒周期、随后不施加压力的3秒。测试在120℃下进行。样品在施加压力期间压缩。测量压缩的程度以用于确定厚度损失百分比。较低的厚度损失百分比表明样品保持其完整性并且表明保持的性能。线300描绘了已知的摩擦材料的若干示例的性能，而线302描绘了根据本公开的包含桐油和酚醛树脂的摩擦材料的若干示例的性能。已经发现，本摩擦材料相比于已知的摩擦材料显示出改进的循环压力循环测试结果。例如，一些测试导致已知材料的厚度损失百分比是本申请材料的五倍和六倍。

本公开摩擦材料及其制造方法改善了在较高温度下的压力循环而没有性能损失的缺点。已经发现，外表面或暴露表面——即仅具有酚醛树脂的表面——是摩擦材料性能水平的原因，因为外表面或暴露表面是暴露于相邻反应板并接触相邻反应板的唯一表面。内表面——即仅具有桐油的表面——结合至例如离合器板的板并且不影响性能。然而，存在于纤维材料中的桐油约束纤维材料从而增加纤维材料的强度，特别是在较高温度下的压力循环下增加摩擦材料强度。此外，摩擦材料中桐油的存在增加了摩擦材料的柔性，从而进一步改善了在较高温度下的压力循环，同时保持了在暴露表面或外表面处仅包含酚醛树脂的性能益处。

将理解的是，可以将各种上面所公开的特征和功能以及其他特征和功能或其替代按期望组合到许多其他不同的系统或应用中。随后可以由本领域技术人员在其中做出各种目前无法预料或未预料到的替代、改型、变型或改进，所述替代、改型、变型或改进也意在由所附权利要求涵盖。

Claims (6)

1.一种摩擦材料，包括：

纤维材料，所述纤维材料包括第一表面、与所述第一表面相反的第二表面以及所述第一表面与所述第二表面之间的厚度；以及，

填充材料，所述填充材料包括桐油和酚醛树脂，所述桐油在所述纤维材料内从所述第一表面穿过所述厚度的第一部分达到饱和，并且所述酚醛树脂在所述纤维材料内从所述第二表面穿过所述厚度的第二部分达到饱和。

2.根据权利要求1所述的摩擦材料，其中，所述第一表面由所述桐油构成。

3.根据权利要求1所述的摩擦材料，其中，所述第二表面由所述酚醛树脂构成。

4.根据权利要求1所述的摩擦材料，其中，所述第一表面由所述桐油构成，并且所述第二表面由所述酚醛树脂构成。

5.根据权利要求1所述的摩擦材料，其中，所述桐油和所述酚醛树脂的融合仅发生在所述厚度的所述第一部分与所述第二部分之间的界面附近。

6.根据权利要求1所述的摩擦材料，其中，所述厚度的所述第一部分的范围在所述厚度的25％与99％之间。