CN115199665A - 摩擦材料 - Google Patents

Abstract

披露了一种摩擦材料，其呈现摩擦发生表面和与该摩擦发生表面相反的粘结表面。该摩擦材料包含具有从0.5至50µm的直径和从0.2至15 mm的长度的无分支纤维、具有从1至50µm的直径的分支纤维、和布置在整个该摩擦材料中的树脂。该摩擦材料基本上不含颗粒并且限定多个孔，这些孔具有其中D10值为从5至15µm、D50值为从15至30µm、以及D90值为从30至60µm的孔径分布。

Description

摩擦材料

技术领域

本披露总体上涉及一种摩擦材料，其可以用于各种不同的应用中，包括在变速器中的离合器组件中的摩擦片中。

背景技术

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车辆的动力发生器（例如，内燃机、电动机、燃料电池等）传递给机动车辆的驱动轮。位于动力发生器下游的能够实现车辆启动、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通常找到某种形式的湿式离合器。

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。在接合点处，利用摩擦材料来引起界面摩擦接合。摩擦材料由摩擦离合器片、带、同步环、或一些其他零件支撑。摩擦界面处润滑剂的存在冷却了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，这样使得扭矩传递平稳地且快速地进行，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。

在机动车辆动力传动系中发现的各种湿式离合器中使用的摩擦材料必须能够承受典型地在变速器的重复接合和脱离期间产生的重复的力和升高的温度。在使用期间，摩擦材料必须能够在整个接合（即摩擦接合）过程中保持相对恒定的摩擦，同时减少温度积累，并且保持结构完整性和内聚力完整性，以确保此类变速器成千上万次接合和脱离的一致性能。

鉴于上述情况，仍然有机会开发一种在各种各样不同的湿式离合器应用中具有改善的性能特性的摩擦材料。

发明内容

在一个实施例中，摩擦材料呈现摩擦发生表面和与该摩擦发生表面相反的粘结表面。摩擦材料包含具有从0.5至50 µm的直径和从0.2至15 mm的长度的无分支纤维、具有从1至50 µm的直径的分支纤维、和布置在整个该摩擦材料中的树脂。摩擦材料基本上不含颗粒并且限定多个孔，这些孔具有其中D10值为从5至15 µm、D50值为从15至30 µm、以及D90值为从30至60 µm的孔径分布。

在另一个实施例中，摩擦材料限定多个孔并且呈现摩擦发生表面和与该摩擦发生表面相反的粘结表面。摩擦材料包含具有从0.5至50 µm的直径和从0.2至15 mm的长度的无分支纤维、具有从1至50 µm的直径的分支纤维、和布置在整个该摩擦材料中的树脂。无分支纤维和分支纤维以从1 : 5至1 : 1的体积比存在于摩擦材料中，并且以基于摩擦材料中所有非树脂组分的总重量大于90重量百分比的量共同存在于摩擦材料中。

有利地，尽管摩擦材料基本上不含颗粒，但是摩擦材料产生摩擦并且承受典型地在变速器的重复接合和脱离期间产生的重复的力和升高的温度。分支和无分支纤维的组合赋予摩擦材料强度，从而消除了对颗粒的需求，这提供了更大、更一致的孔。这样，摩擦材料可用于各种各样湿式离合器应用中，并且在这些各种各样湿式离合器应用中表现最佳。

附图说明

本披露的其他优点将是容易了解的，因为这些优点通过参照以下详细说明在结合附图考虑时将变得更好理解。附图中的一个或多个中的单独部件可能未按比例示出。

图1是包含无分支纤维、分支纤维、和树脂的摩擦材料的一个实施例的放大截面视图。

图2A是示例性无分支纤维的放大的单独视图。

图2B是放大的单独的示例性无分支纤维的照片。

图3A是示例性分支纤维的放大的单独视图。

图3B是放大的单独的示例性分支纤维的照片。

图4是包含图1的摩擦材料的摩擦片的截面视图。

图5是其上具有沉积物的包含无分支纤维、分支纤维、和树脂的摩擦材料的实施例的放大截面视图。

图6是包含图3的摩擦材料的摩擦片的截面视图。

图7是在变速器中的包括多个摩擦片和隔板的离合器组件的透视图。

图8是实例5和对比实例1的孔径和孔径分布的图形分析。

图9是实例7和对比实例1的动态COF的图形分析。

图10是实例7和对比实例1的剪切强度的图形分析。

图11是实例7和对比实例1的压缩率的图形分析。

图12是实例5-8的摩擦材料的“热点水平”摩擦性能的图形分析，这些摩擦材料包括不同的树脂负载量。

应当理解，附图本质上是说明性的，而不一定按比例绘制。

具体实施方式

参照附图，其中贯穿几个视图，相同的数字指示相应的零件，摩擦材料总体上以10示出。摩擦材料10限定多个孔，并且呈现摩擦发生表面18和与摩擦发生表面18相反朝向的粘结表面20。现在参照图1，摩擦材料10包含无分支纤维12和分支纤维14，以及树脂16，这将在以下依次描述。

应当理解，在贯穿本披露使用时，包含/包括（include、includes和including）与包含/包括（comprise、comprises和comprising）相同。

如图1的截面视图中所示，摩擦材料10包含无分支纤维12。无分支纤维12也可以被称为絮状物纤维。图2A是表示示例性无分支纤维12的放大的单独视图，并且图2B是放大的单独的示例性无分支纤维12的照片。

可以将无分支纤维12可替代地描述为多个纤维或无分支纤维。无分支纤维12可以包括一种或多种不同类型的纤维。因此，无分支纤维12可以选自丙烯酸纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维、纤维素纤维、玻璃纤维、矿物纤维、酚醛纤维、聚乙烯醇纤维、及其组合。在各种实施例中，无分支纤维12包括上述无分支纤维类型中的一种或组合。在各种非限制性实施例中特此明确考虑上述无分支纤维类型的各种组合的所有重量范围和比率。

在各种实施例中，无分支纤维12包括芳族聚酰胺。在其他实施例中，无分支纤维12由芳族聚酰胺组成或基本上由芳族聚酰胺组成。可以使用一种或多种类型的芳族聚酰胺。在一个实施例中，芳族聚酰胺是聚对苯二甲酰对苯二胺。在另一个实施例中，芳族聚酰胺是两种或更多种类型的芳族聚酰胺，例如第一聚对苯二甲酰对苯二胺和不同于第一聚对苯二甲酰对苯二胺的第二聚对苯二甲酰对苯二胺。芳族聚酰胺的各种非限制性实例包括商品名，如KEVLAR^®、NEW STAR^®、NOMEX^®、TEIJINCONEX^®、和TWARON^®。当然，在其他实施例中，可以使用其他商品名的芳族聚酰胺纤维。

在一些实施例中，无分支纤维12包括碳。在其他实施例中，无分支纤维12基本上由碳组成或由碳组成。当然，在各种实施例中，无分支纤维12可以包括芳族聚酰胺纤维和/或碳纤维。

在还其他实施例中，无分支纤维12包括丙烯酸纤维（acrylic）。丙烯酸纤维由一种或多种合成丙烯酸聚合物如由按重量计至少85%丙烯腈单体形成的那些形成。在其他实施例中，无分支纤维12基本上由丙烯酸纤维组成或由丙烯酸纤维组成。

无分支纤维12具有从0.5至50 µm的直径和从0.2至15 mm的长度。在各种实施例中，无分支纤维12具有从0.5至50、从1至25、或从2至20 µm的平均直径，以及从0.2至15 mm、从0.5至10、从1至9、从1至8、从1至7、从2至9、或从2至6 mm的平均长度。在另外的非限制性实施例中，特此明确考虑在上述范围端点之内并包括上述范围端点的直径和长度的所有值和范围。

在许多实施例中，无分支纤维12以基于摩擦材料10中的纤维的总体积按体积计从10%至75%、从15%至50%、从25%至40%、从28%至37%、或从30%至35%的量存在。在另外的非限制性实施例中，特此明确考虑在上述范围端点之内并包括上述范围端点的无分支纤维12量的所有值和值的范围。

如还在图1的截面视图中所示，摩擦材料10还包含分支纤维14。分支纤维14也可以被称为纸浆纤维。

可以将分支纤维14可替代地描述为多个分支纤维或分支纤维。分支纤维14可以包括一种或多种不同类型的纤维。因此，分支纤维14可以选自丙烯酸纤维、芳族聚酰胺纤维、纤维素纤维、及其组合。在各种实施例中，分支纤维14包括上述无分支纤维类型中的一种或组合。在各种非限制性实施例中特此明确考虑上述分支纤维类型的各种组合的所有重量范围和比率。

在一些实施例中，分支纤维14包括丙烯酸纤维。丙烯酸纤维由一种或多种合成丙烯酸聚合物如由按重量计至少85%丙烯腈单体形成的那些形成。在其他实施例中，分支纤维14基本上由丙烯酸纤维组成或由丙烯酸纤维组成。

在许多实施例中，分支纤维14包括芳族聚酰胺。在其他实施例中，分支纤维14由芳族聚酰胺组成或基本上由芳族聚酰胺组成。可以使用一种或多种类型的芳族聚酰胺。在一个实施例中，芳族聚酰胺是聚对苯二甲酰对苯二胺。在另一个实施例中，芳族聚酰胺是两种或更多种类型的芳族聚酰胺，例如第一聚对苯二甲酰对苯二胺和不同于第一聚对苯二甲酰对苯二胺的第二聚对苯二甲酰对苯二胺。在各种优选实施例中，可以使用商品名为KEVLAR^®或TWARON^®的芳族聚酰胺纤维。当然，在其他实施例中，可以使用其他商品名的芳族聚酰胺纤维。

在一些实施例中，分支纤维14包括例如来自木材、棉等的纤维素。在其他实施例中，分支纤维14基本上由纤维素组成或由纤维素组成。纤维素纤维可以选自阿巴卡（abacá）纤维、甘蔗渣纤维、竹纤维、椰壳纤维、棉纤维、菲奎叶纤维、亚麻纤维、亚麻布纤维、大麻纤维、黄麻纤维、木棉纤维、洋麻纤维、菠萝（piña）纤维、松木纤维、酒椰叶纤维、苎麻纤维、藤纤维、剑麻纤维、木纤维、及其组合。在一些具体实施例中，使用了衍生自木材的纤维素纤维，如桦木纤维和/或桉树纤维。在其他实施例中，使用纤维素纤维，如棉纤维。当然，在各种实施例中，分支纤维14可以包括芳族聚酰胺纤维和/或纤维素纤维。

分支纤维14具有从1至50 µm的直径。因此，在各种实施例中，分支纤维14具有从0.5、或从2至20 µm的平均直径。在另外的非限制性实施例中，特此明确考虑在上述范围端点之内并包括上述范围端点的直径的所有值和范围。

在各种实施例中，分支纤维14具有从10至700的加拿大标准游离度（CSF）原纤化程度。在许多实施例中，分支纤维14具有小于700、600、500、400、300、200、或100，但大于10或20的加拿大标准游离度（CSF）原纤化程度。在另外的非限制性实施例中，特此明确考虑在上述范围端点之内并包括上述范围端点的CSF的所有值和值的范围。

术语“加拿大标准游离度”（T227 om-85）描述了可以将纤维的原纤化程度描述为纤维的游离度的量度。CSF测试是经验程序，其给出了可以将三克纤维在一升水中的悬浮液排出时的速率的任意测量值。因此，更少原纤化的纤维具有比其他纤维或纸浆更高的游离度或更高的从摩擦材料10中排出流体的速率。值得注意地，CSF值可以被转化为肖伯尔-瑞格勒（Schopper Riegler）值。CSF可以是表示摩擦材料10中所有分支纤维14的CSF的平均值。这样，应当理解，任意一种特定类型的分支纤维14的CSF可能落在以上提供的范围之外，但平均值将落在这些范围内。

在许多实施例中，分支纤维14以基于摩擦材料10中纤维的总体积按体积计从25%至90%、从50%至85%、从60%至75%、从62%至77%、或从65%至75%的量存在。在另外的非限制性实施例中，特此明确考虑在上述范围端点之内并包括上述范围端点的分支纤维14量的所有值和值的范围。

在一些实施例中，摩擦材料10包含以从1 : 5至1 : 1、从1 : 3至1 : 1、从1 : 3至2 : 3、或从3 : 7至7 : 13的体积比的无分支纤维12和分支纤维14。此外，在许多实施例中，无分支纤维12和分支纤维14以基于摩擦材料10中所有非树脂组分的总体积大于90、91、92、93、94、95、96、97、或98体积百分比的量共同存在于该摩擦材料10中。剩余的10、9、8、7、6、5、4、3、或2体积百分比典型地是各种非微粒状造纸添加剂。可替代地，在许多实施例中，无分支纤维12和分支纤维14以基于摩擦材料10中所有非树脂组分的总重量大于90、91、92、93、94、95、96、97、或98重量百分比的量共同存在于该摩擦材料10中。剩余的10、9、8、7、6、5、4、3、或2重量百分比典型地是非微粒状造纸添加剂。

例如，在一个实施例中，摩擦材料10包含具有从0.5至50 µm的直径和从0.2至15mm的长度的无分支纤维12、具有从1至50 µm的直径的分支纤维14、和树脂16。在此实例中，无分支纤维12和分支纤维14以从1 : 5至1 : 1（或者甚至1 : 3至1 : 1）的体积比存在于摩擦材料10中，并且以基于摩擦材料10中所有非树脂组分的总重量大于90重量百分比的量共同存在于摩擦材料10中。在此实例中，剩余的重量百分比（例如剩余的10重量百分比或更少）包含各种非微粒状造纸添加剂。

在一些实施例中，包含在摩擦材料10中的非树脂组分基本上由无分支纤维12和分支纤维14组成或由其组成。应当理解，如贯穿本披露使用的术语“基本上由......组成”描述这样的实施例，其包括以基于所包含的所有组分的总重量（例如，摩擦材料10中非树脂组分的总重量）大于90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、99.5、99.9、99.95、或99.99重量百分比以及小于10、9、8、7、6、5、4、3、2、1、0.5、0.1、0.05、或0.01重量百分比的量的一种或多种指定组分（例如无分支纤维12和分支纤维14）。

如还在图1的截面视图中所示，摩擦材料10还包含树脂16。在各种实施例中，树脂16均匀地或不均匀地分散在整个摩擦材料10中。树脂16可以是本领域中已知的任何树脂并且可以是可固化的。可替代地，树脂16可以是不固化的类型。在各种实施例中，取决于摩擦材料10的形成阶段，树脂16可以是未固化的、部分固化的、或完全固化的。

树脂16可以是适用于为摩擦材料10提供结构强度的任何热固性树脂。可以使用的各种树脂16包括酚醛树脂和基于酚醛的树脂。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。基于酚醛的树脂是热固性树脂共混物，该共混物典型地包含基于所有树脂的、并且排除任何溶剂或者加工助剂在外的总重量至少50 wt. %的酚醛树脂。应当理解，各种基于酚醛的树脂可以包含改性成分，如环氧物、丁二烯、硅酮、桐油、苯、腰果油等。在一些实施例中，使用硅酮改性的酚醛树脂，其包含5至80重量百分比的硅酮树脂，其余重量百分比归因于酚醛树脂或酚醛树脂和其他不同树脂的组合。在其他实施例中，使用环氧物改性的酚醛树脂，其包含5至80重量百分比的环氧树脂，其余重量百分比归因于酚醛树脂或酚醛树脂和其他不同树脂的组合。

在一些实施例中，树脂16包含硅酮树脂，例如基于所有树脂的、并且排除任何溶剂或者加工助剂在外的总重量5至100或5至80重量百分比的硅酮树脂。可以使用的硅酮树脂可以包括热固化硅酮密封剂和硅酮橡胶。还可以使用各种硅酮树脂，如包含D、T、M、和Q单元的那些（例如，DT树脂、MQ树脂、MDT树脂、MTQ树脂、QDT树脂等）。

在各种实施例中，树脂16以基于摩擦材料10中所有非树脂组分的总重量从45至120、从45至100、从45至80、从50至75、或从50至60重量百分比的量存在。此值可以可替代地描述为树脂“吸收量（pick up）”。在另外的非限制性实施例中，特此明确考虑在上述范围端点之内并包括上述范围端点的树脂量的所有值和值的范围。

一旦固化，固化的树脂17就赋予了摩擦材料10强度和刚性，并且使部件彼此粘附，同时保持希望的孔隙率用于适当的润滑剂流动和保留，并且还将摩擦材料10粘结到基底32上，如下所述。

摩擦材料10可以基本上不含颗粒，或者甚至完全不含颗粒。为了本披露的目的，颗粒通常是物质的球形部分（例如，圆形颗粒、片晶等）。摩擦材料10可以基本上不含或者甚至完全不含的颗粒的非限制性实例包括：硅藻土颗粒、二氧化硅颗粒、碳颗粒、石墨颗粒、氧化铝颗粒、氧化镁颗粒、氧化钙颗粒、二氧化钛颗粒、二氧化铈颗粒、氧化锆颗粒、堇青石颗粒、莫来石颗粒、硅线石颗粒、锂辉石颗粒、透锂长石颗粒、锆石颗粒、碳化硅颗粒、碳化钛颗粒、碳化硼颗粒、碳化铪颗粒、氮化硅颗粒、氮化钛颗粒、硼化钛颗粒、腰果颗粒、和橡胶颗粒。颗粒有时可以被称为填料。应当理解，如贯穿本披露使用的术语“基本上不含”描述了这样的实施例，其包括以基于包含在摩擦材料中的所有组分的总重量（例如，基于摩擦材料10的总重量）小于7、6、5、4、3、2、1、0.5、0.1、0.05、或0.01重量百分比的量的一种或多种指定组分（例如颗粒）。

摩擦材料10可以进一步包含本领域中已知的添加剂。

摩擦材料10的初始厚度T₁典型地是从0.3至4、从0.4至3、从0.4至2、从0.4至1.6、从0.4至1.5、从0.5至1.4、从0.6至1.3、从0.7至1.2、从0.8至1.1、或从0.9至1 mm。此厚度T₁是指在粘结至基底32之前的厚度，并且可以被称为标定厚度（caliper thickness）。此厚度T₁可以指具有未固化树脂16存在的摩擦材料10的厚度，或没有树脂16的原纸的厚度。在另外的非限制性实施例中，特此明确考虑在上述范围端点之内并包括上述范围端点的厚度T₁的所有值和值的范围。

在粘结至基底32并且树脂固化之后，摩擦材料10的总厚度T₂典型地是从0.3至3.75、从0.4至3、从0.4至2、从0.4至1.6、从0.4至1.5、从0.5至1.4、从0.6至1.3、从0.7至1.2、从0.8至1.1、或从0.9至1 mm。典型地在粘结至基底32之后测量此厚度T₂。在另外的非限制性实施例中，特此明确考虑在上述范围端点之内并包括上述范围端点的总厚度T₂的所有值和值的范围。

摩擦材料10包括多个孔（有时简称为孔）。每个孔具有孔径。孔典型地分散在整个摩擦材料10中。孔径可以使用美国材料及试验学会（“ASTM”）测试方法D4404-10来确定。

多个孔可以具有粒径分布，该粒径分布具有：从5至15、从7至15、从7至13、或从9至15 µm的D10值；从15至30、或从15至23 µm的D50值；以及从30至60、或从34至46 µm的D90值。D50描述了在孔分布中（在多个孔内）的孔的中值直径。例如，在摩擦材料10的任何给定样品中，50%的孔具有小于D50的直径，并且其他50%的孔具有大于D50的直径。D10描述了孔分布中最小的10%的孔的直径。例如，在摩擦材料10的任何给定样品中，10%的孔具有小于D10的直径，并且90%的孔具有大于D10的直径。D90描述了孔分布中最大的10%的孔的直径。例如，在摩擦材料10的任何给定样品中，90%的孔具有小于D90的直径，并且10%的孔具有大于D90的直径。

例如，在一个实施例中，摩擦材料10包含具有从0.5至50 µm的直径和从0.2至15mm的长度的无分支纤维12、具有从1至50 µm的直径的分支纤维14、和树脂16。在此实例中，摩擦材料10基本上不含颗粒并且限定多个孔，这些孔具有其中D10值为从5至15 µm、D50值为从15至30 µm、以及D90值为从30至60 µm的孔径分布。

在其他实施例中，摩擦材料10具有如使用ASTM测试方法D4404-10确定的从50%至85%、从55%至80%、或从60%至70%的孔隙率。摩擦材料10的孔隙率可以描述为对空气开放的摩擦材料10的百分比。可替代地，孔隙率可以描述为摩擦材料10的基于体积的百分比，其是空气或不是固体。在另外的非限制性实施例中，特此明确考虑在上述范围端点之内并包括上述范围端点的孔隙率的所有值和值的范围。

摩擦材料10越多孔，则热量消散越高效。当摩擦材料10是多孔时，在使用期间在摩擦材料10的接合期间油流入和流出摩擦材料10发生得更迅速。例如，当摩擦材料10具有更高的平均流动孔直径和孔隙率时，由于自动变速器用油在整个摩擦材料10的孔中更好的流动，该摩擦材料10很可能在较低温度下运行或在变速器中产生较少热量。在变速器的操作期间，在摩擦材料10上的油沉积物由于自动变速器用油的分解（尤其在高温下）而倾向于随时间推移而增多。油沉积物倾向于减小孔的尺寸。因此，当摩擦材料10形成有较大的孔时，油沉积后剩余/所得孔径就越大。

在各种实施例中，摩擦材料10具有高孔隙率，使得在使用期间具有高的流体渗透能力。在此类实施例中，可能重要的是，摩擦材料10不仅是多孔的而且是可压缩的。例如，渗透到摩擦材料10中的流体典型地必须能够在变速器操作期间施加的压力下迅速地从摩擦材料10中挤压或释放，但摩擦材料10典型地必须不得塌陷。

在还其他实施例中，摩擦材料10在2 MPa下具有从2%至30%、从6%至20%、或从10%至16%的压缩率。压缩率是摩擦材料10的材料特性，其可以在将摩擦材料10布置在基底32上时测量（即，当作为以下描述的摩擦片30的一部分时测量），或者在不将摩擦材料10布置在基底32上时测量。典型地，压缩率是摩擦材料10在一定载荷下被压缩的距离（例如，mm）的量度。例如，测量施加载荷之前的摩擦材料10的厚度。然后，将载荷施加到摩擦材料10上。在施加载荷持续指定的时间段之后，测量摩擦材料10的新厚度。值得注意地，在摩擦材料10仍处于载荷下时测量摩擦材料10的此新厚度。如本领域技术人员将理解的，压缩率典型地与弹性有关。摩擦材料10越有弹性，在压缩之后将观察到更多的恢复。这典型地导致较少的衬里损失（lining loss）以及形成较少的热点，这两者都是希望的。在另外的非限制性实施例中，特此明确考虑在上述范围端点之内并包括上述范围端点的压缩率值的所有值和范围。

在一些可替代实施例中，并且参照图5，摩擦材料10还可以包含以40示出的“沉积物”。在一些实施例中，沉积物40布置在摩擦材料10的摩擦发生表面18上，并且作为独特且界限分明的层或沉积物40包括在摩擦材料10中。当然，在其中使用沉积物40的实施例中，沉积物40至少部分地覆盖摩擦发生表面18并且形成沉积物表面以产生摩擦。在其他实施例中，沉积物40可以在摩擦材料10上，并且还可以渗透到摩擦材料10中（朝向粘结表面20），其中沉积物40的浓度在摩擦发生表面18处最大。在其中使用沉积物40的实施例中，沉积物40可被描述为限定新摩擦发生表面18以代替由摩擦材料10限定的先前的摩擦发生表面18。值得注意地，这些实施例的摩擦材料10仅如上所述。

例如，在一些此类实施例中，摩擦材料10包含沉积物40，并且沉积物40限定新的摩擦发生表面18。在此实例中，摩擦材料10包含无分支纤维12（例如具有从0.5至50 µm的直径和从0.2至15 mm的长度）、分支纤维14（例如具有从1至约50 µm的直径）、和树脂16。当然，此实施例的摩擦材料10限定多个孔，这些孔例如具有其中D10值为从5至15 µm、D50值为从15至30 µm、以及D90值为从30至60 µm的孔径分布。

在此类实施例中，沉积物40具有从10 µm至600 µm、从12 µm至450 µm、从12 µm至300 µm、从12 µm至150 µm、或从14 µm至100 µm的厚度T₃。可替代地，沉积物40的厚度T₃小于150 µm、小于125 µm、小于100 µm、或小于75 µm，但大于10 µm。在另外的非限制性实施例中，特此明确考虑在上述范围端点之内并包括上述范围端点的厚度T₃的所有值和值的范围。厚度T₃可以指在树脂16固化之前或之后的沉积物40的厚度。

沉积物40包含摩擦调节颗粒42。在一些实施例中，沉积物40包括摩擦调节纤维，如上述的无分支纤维12和分支纤维14。

摩擦调节颗粒42可以包括一种或多种不同类型的颗粒。摩擦调节颗粒42为摩擦材料10提供高摩擦系数。所使用的摩擦调节颗粒42的一种或多种类型可以根据所寻求的摩擦特征而变化。

在各种实施例中，摩擦调节颗粒42选自硅藻土颗粒、二氧化硅颗粒、碳颗粒、石墨颗粒、氧化铝颗粒、氧化镁颗粒、氧化钙颗粒、二氧化钛颗粒、二氧化铈颗粒、氧化锆颗粒、堇青石颗粒、莫来石颗粒、硅线石颗粒、锂辉石颗粒、透锂长石颗粒、锆石颗粒、碳化硅颗粒、碳化钛颗粒、碳化硼颗粒、碳化铪颗粒、氮化硅颗粒、氮化钛颗粒、硼化钛颗粒、腰果颗粒、橡胶颗粒、及其组合。在一些实施例中，摩擦调节颗粒42选自碳颗粒、硅藻土颗粒、腰果颗粒、及其组合。

在一些实施例中，摩擦调节颗粒42包括硅藻土颗粒。当然，在其他实施例中，摩擦调节颗粒42基本上由硅藻土颗粒组成或由硅藻土颗粒组成。当然，在一些此类实施例中，摩擦材料10基本上由硅藻土颗粒组成或由硅藻土颗粒组成。硅藻土是包含二氧化硅的矿物。硅藻土是廉价的磨料材料，其展现出相对较高的摩擦系数。CELITE^®和CELATOM^®是可以使用的硅藻土的两个商品名。

在各种实施例中，摩擦调节颗粒42具有从100 nm至80 µm、从500 nm至30 µm、或从800 nm至20 µm的平均直径。在另外的非限制性实施例中，特此明确考虑在上述范围端点之内并包括上述范围端点的平均直径的所有值和值的范围。

在各种实施例中，沉积物40的组分（例如摩擦调节颗粒42、摩擦调节纤维、和/或任何添加剂）以以下量使用：从0.5至100 lbs./3000 ft²（0.2至45.4 kg/278.71 m²）的摩擦材料10的表面、从3至80 lbs./3000 f^t2（1.4 kg至36.3 kg/278.71 m²）的摩擦材料10的表面、从3至60 lbs./3000 f^t2（1.4 kg至27.2 kg/278.71 m²）的摩擦材料10的表面、从3至40lbs./3000 f^t2（1.4 kg至18.1 kg/278.71 m²）的摩擦材料10的表面、从3至20 lbs./3000f^t2（1.4 kg至9.1 kg/278.71 m²）的摩擦材料10的表面、从3至12 lbs./3000 f^t2（1.4 kg至5.4 kg/278.71 m²）的摩擦材料10的表面、或从3至9 lbs./3000 f^t2（1.4 kg至4.1 kg/278.71 m²）的摩擦材料10的表面。在另外的非限制性实施例中，特此明确考虑在上述范围端点之内并包括上述范围端点的量的所有值和值的范围。以上才描述的量以lbs./3000ft²为单位，这是造纸行业中作为基于表面面积的重量的量度惯常使用的单位。在以上，该单位表示每3000 ft²的摩擦材料10的表面的沉积物40的重量。

在各种实施例中，将摩擦材料10粘结至基底32上，该基底典型地是金属。基底32的几个实例包括但不限于离合器片、同步器环、以及变速器带。摩擦材料10包括摩擦发生表面18以及相反朝向的粘结表面20。摩擦发生表面18在润滑剂的存在下经历与相对的旋转表面的选择性界面摩擦接合。

如图4和图6所示，本披露还提供了一种如以上首次介绍的摩擦片30，该摩擦片包括摩擦材料10和基底32（例如，金属片）。基底32具有至少两个表面34、36，并且摩擦材料10典型地粘结至这些表面34、36中的一个或两个上。摩擦材料10与一个或两个表面34、36的粘结或粘附可以通过本领域中已知的任何粘附剂或手段，例如上述的酚醛树脂或任何树脂16、17来实现。

现在参照图7，摩擦片30可以与隔板一起形成离合器组或离合器组件52进行使用、出售或提供。离合器组件52可以是在流体存在下起作用的“湿式”离合器组件或“湿式”离合器。本披露还提供了本身包括摩擦材料10和基底32的摩擦片30，以及包括摩擦片30和隔板的离合器组件52。

仍参照图7，本披露的离合器组件52可以包括在变速器50中。变速器50可以是自动变速器或手动变速器。

在一个或多个非限制性实施例中，特此明确考虑贯穿整个披露的上述实施例的所有组合，即使没有在以上单个段落或部分中逐字描述此种披露内容。换句话说，明确考虑的实施例可以包括以上所述从本披露的任何部分中选择和组合的任何一个或多个要素。以下实例旨在说明本发明，而不以任何方式被视为对本发明范围的限制。

实例

形成四个摩擦材料的实例（实例1-4），这些摩擦材料包括无分支纤维、分支纤维、和固化树脂，但不含颗粒，并且代表本披露。还形成了对比实例1，包括纤维和颗粒的常规摩擦材料。形成后，评估实例1-4和对比实例1以确定各种性能特性。

为了制备实例1-4，将无分支纤维和分支纤维共混以形成混合物。然后用混合物形成多孔的无颗粒的纤维基底材料。然后将纤维基底材料用树脂浸渍。用树脂浸渍纤维基底材料，并且然后加热以固化树脂并形成实例1-4的摩擦材料。更具体地，用树脂浸渍纤维基底材料并将混合物在烘箱中在约177°C下预固化约30 min的时间。然后，在烘箱中将摩擦材料在约210°C下粘结至芯片上持续约30 s的时间。

实例1-4的组成在下表1中列出。

表1

纤维基底材料中的组分以基于纤维基底材料的总体积的体积百分比列出。

所使用的酚醛树脂的量被称为“树脂吸收量”。即，表1中列出的树脂的量是基于纤维基底材料的总重量的重量百分比。

无分支纤维是具有12 µm的平均直径和1.5 mm的平均长度的芳族聚酰胺纤维。

分支纤维A是具有从300至680 mL的CSF值的芳族聚酰胺纤维。

酚醛树脂是标准酚醛树脂。

对纤维基底材料实例1-4进行测试。测试结果在下表2中列出。

表2

	实例1	实例2	实例3	实例4
					基础重量（lbs./3000 ft<sup>2</sup>）	183	178	84	86
纤维基底的可加工性	差	差	一般	良好
					湿拉伸ASTM D829-97	1200 g/in	960 g/in	1750 g/in	2434 g/in

根据ASTM D829-97测试湿拉伸，以1 in/min的速率拉动1英寸宽乘10英寸长的用乙醇饱和的摩擦材料样品。

参照上表1和表2，无分支纤维与支化纤维的35 : 65和30 : 70的体积比出乎意料地示出优异的：(1) 基础重量（其积极影响零件重量和成本）；(2) 可加工性；和 (3) 湿式拉伸强度。

形成四个另外的摩擦材料的实例（实例5-8），这些摩擦材料包括无分支纤维、分支纤维、和固化树脂，但不含颗粒，并且代表本披露。为了制备实例5-8，将各种纤维类型共混以形成混合物。然后用混合物形成多孔的无颗粒的纤维基底材料。然后将纤维基底材料用树脂浸渍。用树脂浸渍纤维基底材料，并且然后加热以固化树脂并形成实例5-8的摩擦材料。更具体地，用树脂浸渍纤维基底材料并将混合物在烘箱中在约177°C下预固化约30 min的时间。然后，在烘箱中将摩擦材料在约210°C下粘结至芯片上持续约30 s的时间。

实例5-8的组成在下表3中列出。

表3

分支纤维B是具有690 mL的CSF值的纤维素纤维。

为方便起见，将实例和对比实例中的每个中包含的树脂的量表示为树脂吸收量（“RPU”），其仅是上表1和表2中披露的树脂含量。

一旦制成，就对实例5-8和对比实例1进行测试以确定各种性能特性。测试结果在图8-11中列出。

现在参照图8，根据美国材料及试验学会（“ASTM”）测试方法D4404-10，测试了实例5和对比实例1的孔径和孔径分布。如所示，实例5具有比对比实例1的孔更大且更一致的多个孔。更具体地，实例5具有约13 µm的D10值；约23 µm的D50值；以及约46 µm的D90值。相比之下，对比实例1具有约3 µm的D10值；约9 µm的D50值；以及约28 µm的D90值。

现在参照图9，在SAE 2号机器上测试实例7和对比实例1的摩擦材料的摩擦系数（“COF”）。使用四个双面摩擦片和变速器用油来模拟换档离合器状态的操作环境。在图8中，不含颗粒的实例7的摩擦材料出人意料地示出比包含颗粒的对比实例1更高的COF。

现在参照图10，测试实例7和对比实例1的“剪切强度”。出人意料地，不含颗粒的实例7的摩擦材料展现出与包含颗粒的对比实例1类似的剪切强度。

现在参照图11，测试实例7和对比实例1的“压缩率”。在图11中，实例7在2 MPa下的压缩率是约13%。出人意料地，不含颗粒的实例7的摩擦材料展现出与包含颗粒的对比实例1类似的压缩率。

在SAE 2号机器上测试实例5-8的摩擦材料的摩擦系数（“COF”）。现在参照图12，列出了“热点水平”，其中55%的树脂负载量提供了优异的热点性能。一般而言，实例5-8的热点性能指示良好的摩擦特性和由于实例5-8的孔结构的优异冷却。

上述值中的一个或多个可以变化 ± 5%、± 10%、± 15%、± 20%、± 25%等，只要该变化保持在本披露的范围内。可以从独立于所有其他成员的Markush组的每个成员获得出乎意料的结果。对于在所附权利要求范围内的特定实施例，每个成员可以被单独地或组合地依赖并且提供充分的支持。本文明确地考虑了独立和从属权利要求（单项和多项从属两者）的所有组合的主题。本披露是说明性的，包括描述性而非限制性的词语。鉴于上述传授内容，本披露的许多修改和变化是可能的，并且本披露可以以本文具体描述的方式之外的方式来实施。

还应理解，在描述本披露的各种实施例时所依赖的任何范围和子范围独立地和共同地落入所附权利要求的范围内，并且应理解为描述和考虑了其中包括整数和/或分数值的所有范围，即使本文未明确写明此类值。本领域技术人员容易认识到，所列举的范围和子范围足以描述并且能够实现本披露的各种实施例，并且此类范围和子范围可以进一步描绘为相关的二分之一、三分之一、四分之一、五分之一等。仅作为一个实例，“从0.1至0.9”的范围可以被进一步描绘为较小的三分之一，即从0.1至0.3，中间的三分之一，即从0.4至0.6，以及较大的三分之一，即从0.7至0.9，这些范围单独地和共同地在所附权利要求的范围内，并且对于在所附权利要求范围内的特定实施例，这些范围可以被单独地和/或共同地依赖并且提供充分的支持。此外，关于定义或修改范围的语言，如“至少”，“大于”，“小于”，“不大于”等，应理解为此种语言包括子范围和/或上限或下限。作为另一个实例，“至少10”的范围固有地包括从至少10至35的子范围，从至少10至25的子范围，从25至35的子范围等，并且对于在所附权利要求范围内的特定实施例，每个子范围可以被单独地和/或共同地依赖并且提供充分的支持。最后，对于在所附权利要求范围内的特定实施例，所披露范围内的单独数字可以被依赖并且提供充分的支持。例如，“从1至9”的范围包括各个单独整数（如3）以及包括小数点（或分数）的单独数字（如4.1），对于在所附权利要求范围内的特定实施例，这些可以被依赖并且提供充分的支持。

Claims (24)

1.一种摩擦材料，其呈现摩擦发生表面和与所述摩擦发生表面相反的粘结表面，所述摩擦材料包含：

无分支纤维，其具有从0.5至50 µm的直径和从0.2至15 mm的长度；

分支纤维，其具有从1至50 µm的直径；以及

布置在整个所述摩擦材料中的树脂；

其中所述摩擦材料基本上不含颗粒；并且

其中所述摩擦材料限定多个孔，这些孔具有其中D10值为从5至15 µm、D50值为从15至30 µm、以及D90值为从30至60 µm的孔径分布。

2.如权利要求1所述的摩擦材料，其中，所述多个孔具有其中D10值为从7至13 µm、D50值为从15至23 µm、以及D90值为从34至46 µm的孔径分布。

3.如权利要求1所述的摩擦材料，其中，所述无分支纤维选自丙烯酸纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维、纤维素纤维、玻璃纤维、矿物纤维、酚醛纤维、聚乙烯醇纤维、及其组合。

4.如权利要求1所述的摩擦材料，其中，所述无分支纤维包括芳族聚酰胺纤维和/或碳纤维。

5.如权利要求1所述的摩擦材料，其中，所述分支纤维选自丙烯酸纤维、芳族聚酰胺纤维、纤维素纤维、及其组合。

6.如权利要求1所述的摩擦材料，其中，所述分支纤维包括芳族聚酰胺纤维和/或纤维素纤维。

7.如权利要求6所述的摩擦材料，其中，所述分支纤维具有从10至700的加拿大标准游离度（CSF）原纤化程度。

8.如权利要求1-7中任一项所述的摩擦材料，其中，

所述无分支纤维具有从1至25 µm的直径和从0.5至10 mm的长度；并且

所述分支纤维具有从2至20 µm的直径。

9.如权利要求1-7中任一项所述的摩擦材料，其中，所述无分支纤维和所述分支纤维以从1 : 5至1 : 1的体积比存在于所述摩擦材料中。

10.如权利要求1-7中任一项所述的摩擦材料，其中，所述无分支纤维和所述分支纤维以基于所述摩擦材料中所有非树脂组分的总重量大于90重量百分比的量共同存在于所述摩擦材料中。

11.如权利要求1-7中任一项所述的摩擦材料，其中，所述树脂以基于所述摩擦材料中所有非树脂组分的总重量从45至120重量百分比的量存在于所述摩擦材料中。

12.如权利要求1-7中任一项所述的摩擦材料，其中，所述摩擦材料具有如使用ASTMD4404-10确定的从50%至85%的孔隙率。

13.如任一项前述权利要求所述的摩擦材料，其不含颗粒。

14.一种摩擦片，其包括基底和如权利要求1-7中任一项所述的所述摩擦材料，该摩擦材料被固化并粘结至所述基底。

15.一种湿式离合器组件，其包括如权利要求14所述的所述摩擦片以及隔板。

16.一种变速器，其包括如权利要求15所述的所述湿式离合器组件。

17.一种摩擦材料，其限定多个孔并呈现摩擦发生表面和与所述摩擦发生表面相反的粘结表面，所述摩擦材料包含：

无分支纤维，其具有从0.5至50 µm的直径和从0.2至15 mm的长度；

分支纤维，其具有从1至50 µm的直径；以及

布置在整个所述摩擦材料中的树脂；

其中所述无分支纤维和所述分支纤维以从1 : 5至1 : 1的体积比存在于所述摩擦材料中，并且以基于所述摩擦材料中所有非树脂组分的总重量大于90重量百分比的量共同存在于所述摩擦材料中。

18.如权利要求17所述的摩擦材料，其中，所述树脂以基于所述摩擦材料中所有非树脂组分的总重量从45至120重量百分比的量存在于所述摩擦材料中。

19.如权利要求17所述的摩擦材料，其中，所述多个孔具有其中D10值为从5至15 µm、D50值为从15至30 µm、以及D90值为从30至60 µm的孔径分布。

20.一种摩擦材料，其呈现摩擦发生表面和与所述摩擦发生表面相反的粘结表面，所述摩擦材料包含：

无分支纤维，其具有从0.5至50 µm的直径和从0.2至15 mm的长度；

分支纤维，其具有从1至50 µm的直径；和

布置在整个所述摩擦材料中的树脂；

其中所述摩擦材料限定多个孔，这些孔具有其中D10值为从5至15 µm、D50值为从15至30 µm、以及D90值为从30至60 µm的孔径分布；以及

在所述摩擦材料的所述摩擦发生表面上的沉积物，所述沉积物包含摩擦调节颗粒。

21.如权利要求20所述的摩擦材料，其中，所述分支纤维具有从10至700的加拿大标准游离度（CSF）原纤化程度。

22.如权利要求20所述的摩擦材料，其中，所述无分支纤维和所述分支纤维以基于所述摩擦材料中所有非树脂组分的总重量大于90重量百分比的量共同存在于所述摩擦材料中。

23.如权利要求20-22中任一项所述的摩擦材料，其中，所述无分支纤维和所述分支纤维以从1 : 5至1 : 1的体积比存在于所述摩擦材料中。

24.如权利要求20-22中任一项所述的摩擦材料，其中，所述树脂以基于所述摩擦材料中所有非树脂组分的总重量从45至120重量百分比的量存在。

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