DE69611140T2

DE69611140T2 - Fasermaterial für Bremsbelag, dass Aramidfasern mit niedrigem Fibrillationsgrad und synthetisches Graphit enthält

Info

Publication number: DE69611140T2
Application number: DE1996611140
Authority: DE
Inventors: Yih-Fang Chen; Robert Chi-Chiu Lam; Marc A. Yesnik
Original assignee: Borg Warner Automotive Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 1995-09-28
Filing date: 1996-09-02
Publication date: 2001-04-05
Anticipated expiration: 2016-09-03
Also published as: KR100446027B1; EP0766019A1; JPH09176333A; EP0766019B1; CA2184342A1; DE69611140D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich zum Tel auf ein Faserbasismaterial, das weniger fibrillierte Aramidfasern besitzt, auf hergestellten oder synthetischen Graphit und auf ein Füllmaterial, wie beispielsweise Diatomeenerde. Die Erfindung betrifft ferner ein Verbundreibmaterial, das das vorstehend genannte Faserbasismaterial enthält, das mit einem Phenolharz oder einem modifizierten Phenolharzgemisch imprägniert ist. Bei bestimmten Ausführungsformen ist mindestens ein Silikonharz mit mindestens einem Phenolharz für den Einsatz zum Imprägnieren eines Faserbasismateriales vermischt.
Das Reibmaterial der vorliegenden Erfindung hat eine verbesserte Festigkeit, Porosität und Verschleißfestigkeit. Das Reibmaterial der vorliegenden Erfindung hat ferner eine höhere Reibbeständigkeit und ein höheres thermisches Vermögen als herkömmliche Reibmaterialien. Das Reibmaterial ist besonders geeignet für Hochenergieanwendungen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich des weiteren teilweise auf ein Reibmaterial, das ein Faserbasismaterial enthält, bei dem Kohlenstoffpartikel auf der Oberfläche des Faserbasismateriales während des Reibpapierherstellprozesses abgelagert werden. Das Faserbasismaterial umfaßt eine Primärschicht aus weniger fibrillierten Aramidfasern, hergestelltem oder synthetischen Graphit und mindestens einem Füllmaterial, wie Diatomeenerde, und eine Sekundärschicht mit Kohlenstoffpartikeln. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verbundreibmaterial, das das vorstehend genannte Faserbasismaterial enthält, das mit einem Phenolharz oder einem modifizierten Phenolharzgemisch imprägniert ist. Bei bestimmten Ausführungsformen ist mindestens ein Silikonharz mit mindestens einem Phenolharz zum Imprägnieren des Faserbasismateriales vermischt.
Das Reibmaterial der vorliegenden Erfindung hat ein besseres "Eindringverhalten" (break-in) und stabilere Reibungskoeffizienten in den Anfangsstadien als herkömmliche Reibmaterialien. Ferner ist das Reibmaterial besonders geeignet für Hochenergieanwendungen.
Von der Automobilindustrie werden laufend neue und fortgeschrittene Getriebesysteme und Bremssysteme entwickelt. Diese neuen Systeme sind oft mit Hochenergieanforderungen verbunden. Daher muß auch die Reibmaterialtechnologie weiterentwickelt werden, um den ansteigenden Energieanforderungen dieser fortgeschrittenen Systeme gerecht zu werden.
Das Reibmaterial muß in der Lage sein, hohe Drehzahlen auszuhalten, wobei Oberflächengeschwindigkeiten von bis zu etwa 65 m/sec auftreten. Das Reibmaterial muß ferner in der Lage sein, hohe Belagdrücke bis zu etwa 103 bar auszuhalten. Es ist des weiteren wichtig, daß das Reibmaterial auch bei begrenzter Schmierung geeignet ist.
Ferner muß das Reibmaterial haltbar sein und eine hohe Hitzefestigkeit besitzen, damit es in den fortgeschrittenen Getriebe- und Bremssystemen verwendet werden kann. Das Reibmaterial muß nicht nur bei hohen Temperaturen stabil bleiben, sonderen es muß auch in der Lage sein, die große Hitze, die während den Betriebsbedingungen erzeugt wird, rasch zu vernichten.
Die während des Einrückens und Ausrückens der neuartigen Getriebe- und Bremssysteme erzeugten hohen Geschwindigkeiten bedeuten, daß ein Reibmaterial in der Lage sein muß, über die Einrückphase eine relativ konstante Reibung aufrechtzuerhalten. Es ist wichtig, daß der Reibeingriff über einen großen Bereich von Geschwindigkeiten und Temperaturen realtiv konstant ist, um das "Zittern" von Materialien während des Bremsens oder während des Schaltens im Getriebesystem von einem Gang zum anderen zu minimieren. Insbesondere darf das Reibmaterial während der Anfangszyklen oder der "Eindring-Betriebsphase" (break-in) nicht zittern.
Bisher wurden aus Temperaturbeständigkeitsgründen Asbestfasern in das Reibmaterial eingearbeitet. Beispielsweise werden in der US-PS 3 270 846 Phenolharze und phenolmodifizierte Harze beschrieben, die zusammen mit Asbest verwendet werden. Aufgrund von Gesundheits- und Umweltproblemen wird jedoch Asbest nicht mehr verwendet. Bei neueren Reibmaterialien hat man versucht, das Fehlen von Asbest im Reibmaterial dadurch zu überwinden, daß man Imprägnierpapier oder Fasermaterialien mit Phenolharz oder phenolmodifizierten Harzen modifiziert hat. Diese Reibmaterialien vernichten jedoch die erzeugte hohe Hitze nicht rasch genug und haben nicht die erforderliche Hitzefestigkeit und einen zufriedenstellenden hohen Reibungskoeffizient, die zur Verwendung in Hochgeschwindigkeitssystemen, welche gegenwärtig entwickelt werden, benötigt werden.
Obwohl Phenolharze in Reibmaterialien für Naßkupplungen Verwendung gefunden haben, sind sie diversen Beschränkungen ausgesetzt. Die Phenolharzreibmaterialien haben nicht die hohe Hitzefestigkeit, die für die neuen Hochenergiegetriebesysteme erforderlich ist. Insbesondere verkohlen die Phenolharze bei einer Temperatur von etwa 450-500ºC, die für Hochenergieanwendungen zu gering ist. Des weiteren sind Phenolharze steife Materialien. Wenn sie in einem Reibmaterial verwendet werden, resultieren ein ungleichmäßiger Belagverschleiß sowie "heiße Flecken" (hot spots) der Trennplatte.
Versuche, die Beschränkungen und Nachteile von Phenolharzreibmaterialien zu überwinden, umfassen den Ersatz von Phenolharzen durch andere duroplastische Harze. Ein Versuch zur Herstellung von Reibmaterialien betrifft die Modifikation eines Phenolharzes mit verschiedenartigen Kunstharzen. Ein in der US-PS 4 657 951 beschriebenes Beispiel ist ein Phenolharz, das mit einem Organopolysiloxan modifiziert ist, das formgepreßt wird, um ein Reibmaterial herzustellen. Das Phenolharz und das Organopolysiloxan läßt man miteinander reagieren, um eine Kondensationreaktion zu bewirken, wonach das Produkt destilliert, durch Abkühlen verfestigt und pulverisiert wird, um ein pulverisiertes modifiziertes Phenolharz zu erhalten. Das pulverisierte modifizierte Phenolharz wurde zur Herstellung eines preßgeformten Reibmateriales verwendet.
Soweit bekannt, gibt es keinerlei Veröffentlichungen über ein Reibmaterial zur Verwendung in Getriebesystemen, das ein mit einem Phenolmaterial vermischtes Silikonmaterial umfaßt und zum Imprägnieren eines Reibpapieres verwendet wird.
Obwohl die US-PS 3 911 045 ein Silikonmaterial offenbart, das mit Phenolharzen vermischt wird, um als Preßformzusammensetzung verwendet zu werden, enthält diese Veröffentlichung keinen Hinweis oder Vorschlag, daß ein Silikonmaterial in erfolgreicher Weise mit einem Harzmaterial vermischt und zum Imprägnieren eines Reibbelagmateriales verwendet werden kann. Vielmehr haben bisherige Versuche zur Verwendung von Silikonharzen in Reibmaterialien zu nicht akzeptablen Ergebnissen geführt. Ein Reibbelag, der mit einem Silikonharz imprägniert oder gesättigt wurde, hat in der Vergangenheit eine schlechte Scherfestigkeit und einen schlechten Delaminationswiderstand besessen. Des weiteren waren mit Silikonharz gesättigte Reibmaterialien üblicherweise zu elastisch, so daß unerwünschte Reib- und Verschleißeigenschaften resultierten. Es ist nicht überraschend, daß vollständig aus einem Phenol-Foimaldehydharz- Polysiloxanharz hergestellte Reibbelagzusammensetzungen nicht eingesetzt wurden, obwohl sie bekannt sind, da derartige Formzusammensetzungen nicht den erforderlichen konstanten Reibungskoeffizienten besitzen und da derartige Reibmaterialien unter Bedingungen hoher Energie und hoher Hitze versagen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung gegenüber dem Gegenstand der US-PS 5 083 650 dar, der einen Mehrschrittimprägnier- und Aushärtungsprozeß betrifft. Hierbei wird ein Papier mit einer Überzugszusammensetzung imprägniert, es werden Kohlenstoffpartikel auf dem Papier angeordnet, die Überzugszusammensetzung im Papier wird teilweise ausgehärtet, eine zweite Überzugszusammensetzung wird auf das teilweise ausgehärtete Papier aufgebracht, und schließlich werden beide Überzugszusammensetzungen ausgehärtet.
Obwohl die EP-A-637 698 ein Faserbasismaterial zur Verwendung in einem asbestfreien Reibmaterial offenbart, das eine Vielzahl von weniger fibrillierten Aramidfasern, synthetischen Graphit und mindestens ein Füllmaterial enthält, kann man dieser Veröffentlichung keinen Hinweis darauf entnehmen, daß das Faserbasismaterial mit einer zweiten Schicht aus Kohlenstoffpartikeln versehen werden kann. Vielmehr basieren bekannte Reibmaterialien darauf, daß allein die Bestandteile des Faserbasismateriales für die Reibeigenschaften des Reibmateriales ursächlich sind.
Damit Reibmaterialien für "Naßanwendungen" geeignet sind, muß das Reibmaterial eine große Vielzahl von akzeptablen Eigenschaften besitzen. Das Reibmaterial muß elastisch, jedoch gegenüber einer Druckverformung, Abrasion und Beanspruchungen widerstandsfähig sein, eine hohe Hitzefestigkeit besitzen und in der Lage sein, die Hitze rasch abzuführen, und muß ein lang andauerndes, beständiges und konsistentes Reibungsverhalten besitzen. Wenn eine dieser Eigenschaften nicht vorhanden ist, ist ein optimales Verhalten des Reibmateriales nicht erreichbar.
Es ist somit wichtig, daß das Imprägnierharz zusammen mit einem geeigneten Reibbelag- oder Faserbasismaterial verwendet wird, um ein Reibmaterial für Hochenergieanwendungen vorzusehen. Das Reibmaterial muß eine gute Scherfestigkeit besitzen, sowohl wenn es mit dem nassen Harz während der Imprägnierung gesättigt wird als auch wenn es im Gebrauch mit Bremsmittel oder Getriebeöl gesättigt wird.
Es ist ferner bei bestimmten Anwendungsfällen wichtig, daß das Reibmaterial eine hohe Porosität besitzt, so daß während des Gebrauchs ein hohes Strömungsmittelpermeationsvermögen vorhanden ist. Daher ist es wichtig, daß das Reibmaterial nicht nur porös, sondern auch kompressibel ist. Die in das Reibmaterial eingedrungenen Strömungsmittel müssen unter den während des Betriebes der Bremse oder des Getriebes aufgebrachten Drücken rasch aus dem Reibmaterial gequetscht oder freigegeben werden können, wobei jedoch das Reibmaterial nicht zusammenfallen darf. Es ist ferner von Bedeutung, daß das Reibmaterial eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, um zur raschen Vernichtung der während des Betriebes der Bremse oder des Getriebes erzeugten Wärme beizutragen.
Bei anderen neuartigen Reibmaterialien hat man versucht, das Fehlen von Asbestfasern durch den Einbau von Pulpe oder Fasern vom Zellulose- oder Aramidtyp zu überwinden. Diese Fasern vom Aramidtyp haben jedoch relativ stark fibrillierte Oberflächen, wodurch die Fasern sich in einem Reibpapier fest verfangen können. Die verfangenen Fasern bewirken jedoch, daß das entstandene Reibpapier dicht wird und nicht mehr die gewünschte Porosität aufweist, die für die neuartigen Hochenergiegetriebesysteme erforderlich ist.
Soweit bekannt gibt es keine Veröffentlichung über ein Reibmaterial zur Verwendung in Getriebesystemen, das eine Faser vom Aramidtyp aufweist, die weniger fibrilliert ist als gegenwärtig erhältliche Aramidfasern.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Reibmaterial mit zuverlässigen und im Vergleich zu den Reibmaterialien des Standes der Technik verbesserten Eigenschaften zu schaffen.
Ein weiters Ziel der Erfindung betrifft die Schaffung von Reibmaterialien mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, Porosität und Festigkeit.
Ein weiteres Ziel der Erfindung betrifft die Schaffung von Reibmaterialien mit einem guten Antizitterverhalten, einer guten Haltbarkeit bei hoher Geschwindigkeit und hoher Energie, einer hohen Porosität und einer großen Festigkeit.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Faserbasismaterial zur Verwendung in einem asbestfreien Reibmaterial geschaffen, das eine Primärschicht aus einer Vielzahl von fibrillierten Aramidfasern mit einem Entwässerungsgrad von mindestens etwa 450 auf dem Canadian Standard Freeness (CSF) Index, synthetischem Graphit und mindestens einem Füllmaterial aufweist und durch eine Sekundärschicht gekennzeichnet ist, die Kohlenstoffpartikel auf mindestens einer Oberfläche des Faserbasismateriales umfaßt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein asbestfreies Reibmaterial zur Verfügung gestellt, das ein Faserbasismaterial gemäß der Erfindung aufweist, das mit einem Phenolharz oder einem modifizierten Phenolharz imprägniert ist.
Die vorliegende Erfindung stellt des weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines asbestfreien Reibmateriales gemäß der Erfindung zur Verfügung, das die folgenden Schritte umfaßt: Beschichten von mindestens einer Oberfläche eines Faserbasismateriales mit Kohlenstoffpartikeln, Imprägnieren des Faserbasismateriales mit mindestens einem Phenolharz oder modifiziertem Phenolharz und danach Aushärten des imprägnierten Faserbasismateriales bei einer vorgegebenen Temperatur über eine vorgegebene Zeitdauer.
Ein Reibmaterial gemäß der Erfindung ist besonders geeignet für Anwendungsfälle, bei denen das Reibmaterial rauhen "Eindringbedingungen" während des Gebrauchs ausgesetzt ist.
Das vorliegende nasse Reibmaterial ist geeignet für "Naßanwendungen", bei denen das Reibmaterial mit einer Flüssigkeit, wie beispielsweise einem Bremsmittel oder mit einem Mittel für ein automatisches Getriebe, während des Gebrauchs "befeuchtet" oder imprägniert wird. Während des Gebrauchs des "nassen" Reibmateriales wird das Strömungsmittel letztendlich aus dem Reibmaterial herausgequetscht, oder es imprägniert dieses. Nasse Reibmaterialien unterscheiden sich sowohl in bezug auf ihre Zusammensetzung als auch in bezug auf ihre physikalischen Eigenschaften stark von "trocknen" Reibmaterialien.
Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet für einen Einsatz in Bremsen und Kupplungen.
Das Faserbasismaterial kann unter Verwendung von unterschiedlichen Harzsystemen imprägniert werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung wird ein Silikonharz mit einem Phenolharz in kompatiblen Lösungsmitteln vermischt, und dieses Silikonharz-Phenolharz-Gemisch wird dazu verwendet, um das Faserbasismaterial der vorliegenden Erfindung zu imprägnieren, wodurch ein Hochenergiereibmaterial erzeugt wird. Ein derartiges Hochenergiereibmaterial hat eine hohe Reibbeständigkeit und eine hohe Hitzefestigkeit.
Das Reibmaterial der vorliegenden Erfindung verhindert einen ungleichmäßigen Belagverschleiß und daher die Ausbildung von "heißen Flecken" auf der Trennplatte, die sich während der nutzbaren Lebensdauer des Reibmateriales entwickeln. Wenn es wenig ungleichmäßigen Verschleiß auf dem Reibmaterial gibt, existiert eine größere Wahrscheinlichkeit zur Aufrechterhaltung eines "stetigen Zustandes" der Kupplungs- oder Bremskomponente, so daß sich auf diese Weise ein konsistenteres Verhalten der Kupplung und Bremse ergibt. Des weiteren hat das Reibmaterial der vorliegenden Erfindung eine gute Scherfestigkeit, so daß es einer Delamination während des Gebrauchs Widerstand leistet.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nunmehr einige Ausführungsformen derselben, die lediglich beispielhafter Natur sind, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben. Hiervon zeigen:
Fig. 1A ein Rasterelektronenmikroskopmikrophoto eines mit einer Silikon-Phenolmischung imprägnierten Faserbasismateriales (Beispiel C);
Fig. 1B ein Rasterelektronenmikroskopmikrophoto eines herkömmlichen Fasermateriales, das mit einem Phenolharz imprägniert ist (herkömmliche Ausführungsform-1);
Fig. 2 ein Thermogravimetrie(TGA)-Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Prozentsatz der Gewichtsänderung und Temperaturerhöhungen für ein mit einem Phenolharz imprägniertes Faserbasismaterial (Beispiel A) oder ein mit einem Silikon-Phenolharzgemisch imprägniertes Faserbasismaterial (Beispiel B) zeigt;
Fig. 3 ein TGA-Diagramm, das den Prozentsatz des Gewichtsverlustes bei einem Temperaturanstieg, die Änderung im Derivativgewicht (%/ºC) und die Menge und den Prozentsatz von Restbestandteilen für das in Fig. 2 gezeigte Beispiel A zeigt;
Fig. 4 ein TGA-Diagramm, das den Prozentsatz des Gewichtsverlustes bei einem Temperaturanstieg, die Änderung des Derivativgewichtes und die Menge und den Prozentsatz für das in Fig. 2 gezeigte Beispiel B zeigt;
Fig. 5 ein Diagramm, das die Stoppzeit in sec bei einem Anstieg der Zykluszahl für ein mit einem Butadienphenolharz imprägniertes herkömmliches Material (herkömmliches Material-1) im Vergleich zu einem Faserbasismaterial, das mit einem Silikon-Phenolharzgemisch (Beispiel C) imprägniert ist, und einem Faserbasismaterial, das mit unterschiedlichen Epoxy-Phenolharzen imprägniert ist (Beispiel D, 0,016 Zoll dünner Belag, und Beispiel F, 0,020 Zoll dicker Belag), zeigt;
Fig. 6 ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen dem statischen und dem dynamischen Reibungskoeffizienten bei einem Anstieg der Zykluszahl für das herkömmliche Material-1 im Vergleich zu den Materialien der Beispiele C, D und F zeigt;
Fig. 7 ein Diagramm, das den dynamischen Reibungskoeffizienten bei einem Anstieg der Zykluszahl für das herkömmliche Material-1 im Vergleich zu den Materialien der Beispiele C, D und F zeigt;
Fig. 8 ein Diagramm, das den dynamischen Mittelpunkt-Reibungskoeffizienten bei einem Anstieg der Zykluszahl für das herkömmliche Material- 1 im Vergleich zu den Materialien der Beispiele B, D und einem Faserbasismaterial, das mit einem anderen Epoxy-Phenolharz (Beispiel E) imprägniert ist, zeigt;
Fig. 9 ein Diagramm, das die Stoppzeit zeigt, wenn die Zykluszahl ansteigt, und zwar für das herkömmliche Material-1 im Vergleich zu den Materialien der Beispiele B, D und E;
Fig. 10 ein Diagramm, das Hochenergiereibtestzyklen für ein mit einem Phenolharz imprägniertes herkömmliches Material (herkömmliches Material-1) im Vergleich zu einem mit einem Epoxy-Phenolharz imprägnierten Faserbasismaterial (Beispiel D) zeigt;
Fig. 11 ein Diagramm, das einen Hochgeschwindigkeitshaltbarkeitstest bei 7.000 UpM, 0,3 LPM Ölfluß, 1,5 kg cm sec² Trägheit zeigt, wobei der dynamische Reibungskoeffizient bei einem Anstieg der Zykluszahl für ein Faserbasisreibmaterial, das mit einem Epoxy-Phenolharz (Beispiel D) imprägniert ist, und das herkömmliche Material-1 sowie ein mit einem Phenolharz imprägniertes herkömmliches Reibmaterial (herkömmliches Material-2) dargestellt ist;
Fig. 12 ein Diagramm, das den Hochenergiehaltbarkeitstest bei 3.600 UpM, einem Belagdruck von 8,0 kg/cm² und einer Trägheit von 5,0 kg cm sec² zeigt, wobei der dynamische Reibungskoeffizient bei einem Anstieg der Zykluszahl für Beispiel D und die beiden herkömmlichen Materialien, nämlich herkömmliches Material-1 und herkömmliches Material-2, dargestellt ist;
Fig. 13 ein Diagramm, das den Motordynamometer 4-3- Herunterschalthaltbarkeitstest bei einem 2.000 cm³ IG/FE-Motor und 5.800 UpM zeigt, wobei die Schaltzeit in sec für das 4-3-Herunterschalten für Beispiel D und die beiden herkömmlichen Reibmaterialien, nämlich herkömmliches Material-1 und herkömmliches Material-2, dargestellt ist;
Fig. 14 ein Diagramm, in dem die Scherfestigkeit (psi) für ein Faserbasismaterial, das mit einem Epoxy-Phenolharz imprägniert ist (Beispiel E), und ein herkömmliches Material (herkömmliches Material-2) verglichen ist;
Fig. 15 ein Diagramm, das die Porengröße (in um) für ein mit einem Epoxy-Phenolharz imprägniertes Basismaterial (Beispiel E) und ein herkömmliches Material (herkömmliches Material-2) zeigt;
Fig. 16 ein Diagramm, in dem die Flüssigkeitsdurchlässigkeit (cm² · 10&supmin;³) für ein mit einem Epoxy-Phenolharz imprägniertes Faserbasismaterial (Beispiel E) und ein herkömmliches Material (herkömmliches Material-2) verglichen ist;
Fig. 17 ein Diagramm, das die Geschwindigkeit, das Drehmoment, die Temperatur und den angelegten Druck für Beispiel E bei einer Grenzflächentemperatur von etwa 695ºF (368,6ºC) für 500 Zyklen zeigt;
Fig. 18 ein Diagramm, das die Geschwindigkeit, das Drehmoment, die Temperatur und den angelegten Druck für Beispiel E bei einer Grenzflächentemperatur von etwa 896ºF (480,4ºC) für 10.500 Zyklen zeigt;
Fig. 19 ein Diagramm, das den dynamischen Mittelpunkt-Reibungskoeffizienten für Beispiel E bei einem Anstieg der Zykluszahl zeigt;
Fig. 20 ein Diagramm, das die Hochgeschwindigkeitshaltbarkeit zeigt, wobei der Mittelpunkt-Reibungskoeffizient bei einem Anstieg der Zykluszahl für die Beispiele C und E im Vergleich zum herkömmlichen Material-1 dargestellt ist;
Fig. 21 ein Diagramm, das die Hochgeschwindigkeitshaltbarkeit bei 6.000 UpM unter Verwendung eines Exxon 1975 Mittels zeigt, wobei das Verhältnis zwischen dem statischen und dem dynamischen Reibungskoeffizient bei einem Anstieg der Zykluszahl für die Beispiele C und E im Vergleich zum herkömmlichen Material-1 dargestellt ist;
Fig. 22 ein Diagramm, das einen Hochgeschwindigkeitshaltbarkeitstest bei 6.000 UpM unter Verwendung eines Mittels JWS2318K für ein automatisches Getriebe zeigt, wobei der Reibungskoeffizient bei einem Anstieg der Zykluszahl für die Beispiels C, D und F im Vergleich zum herkömmlichen Material-1 dargestellt ist;
Fig. 23 ein Rasterelektronenmikroskopmikrophoto eines Faserbasismateriales, das etwa 45% weniger fibrillierte Aramidfasern (CSF etwa 450-500), etwa 23% synthetischen Graphit, etwa 27% Diatomeenerde und etwa 5% Aramidfaserpulpe enthält (Beispiel L);
Fig. 24 ein Rasterelektronenmikroskopmikrophoto eines Faserbasismateriales, das etwa 45% weniger fibrillierte Aramidfasern (CSF etwa 580-640), etwa 23% synthetischen Graphit, etwa 27% Diatomeenerde und etwa 5% Aramidfaserpulpe enthält (Beispiel K);
Fig. 25 ein neues Trennplattenprofil, das keinen Kohlenstoff als Sekundärschicht aufweist;
Fig. 26 ein Trennplattenoberflächenprofil für Beispiel S mit keinem Kohlenstoff als Sekundärschicht;
Fig. 27 ein Trennplattenoberflächenprofil für Beispiel T mit einer Sekundärschicht, die etwa 5 % Kohlenstoff enthält;
Fig. 28 ein Trennplattenoberflächenprofil für Beispiel U mit einer Sekundärschicht, die etwa 10% Kohlenstoffmaterial enthält;
Fig. 29 ein Trennplattenoberflächenprofil für Beispiel V mit einer Sekundärschicht, die etwa 15% Kohlenstoffmaterial enthält;
Fig. 30 ein Trennplattenoberflächenprofil für Beispiel W mit einer Sekundärschicht, die etwa 20% Kohlenstoffmaterial enthält;
Fig. 31 ein Diagramm, das den Prozentsatz der Stoppzeitänderung in Abhängigkeit von der Kohlenstoffbedeckung der Oberfläche (Flächenprozent) für die Beispiele S, T, U, V und W zeigt;
Fig. 32 ein Diagramm, das den Prozentsatz der ud-Änderung in Abhängigkeit von der Kohlenstoffbedeckung der Oberfläche (Flächenprozent) für die Beispiele S, T, U, V und W zeigt;
Fig. 33 ein Diagramm, das die anfängliche Reibungskoeffizientänderung bei einem Anstieg der Zyklen für die Beispiele X, T und Y zeigt;
Fig. 34 ein Diagramm, das die anfängliche Stoppzeit in Sekunden in Abhängigkeit von den Zyklen für die Beispiele X, T und Y zeigt;
Fig. 35 ein Diagramm, das einen Hochenergiehaltbarkeitstest zeigt, wobei die Stoppzeit für tausende von Zyklen für die Beispiele Z, T und AA dargestellt ist;
Fig. 36 ein Diagramm, das die Kurve für Beispiel X, das mit einem Phenolharz bei einer Aufnahme von 35% bis 40% imprägniert ist, bei Niveau B und 70 Zyklen zeigt;
Fig. 37 ein Diagramm, das die Kurve für Beispiel X, das mit einem Phenolharz bei einer Aufnahme von 35% bis 40% imprägniert ist, bei Niveau C und 95 Zyklen zeigt;
Fig. 38 ein Diagramm, das den dynamischen Reibungskoeffizienten für die Niveaus A, B, C und D für Beispiel X zeigt, wobei der anfängliche, mittlere und letzte Reibungskoeffizient dargestellt sind;
Fig. 39 ein Diagramm, das die Kurve für Beispiel T, das mit einem Phenolharz bei einer Aufnahme von 35% bis 40% imprägniert ist, bei Niveau B und 70 Zyklen zeigt;
Fig. 40 ein Diagramm, das die Kurve für Beispiel T, das mit einem Phenolharz bei einer Aufnahme von 35% bis 40% imprägniert ist, bei Niveau C und 95 Zyklen zeigt;
Fig. 41 ein Diagramm, das den dynamischen Reibungskoeffizienten für die Niveaus A, B, C und D für Beispiel T zeigt, wobei der anfängliche, mittlere und letzte Reibungskoeffizient dargestellt sind; und
Fig. 42 ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines Reibmateriales gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Verschiedenartige Harze, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, umfassen Phenolharze und Harze auf Phenolbasis. Es versteht sich, daß verschiedene Harze auf Phenolbasis, die im Harzgemisch andere modifizierende Bestandteile enthalten, wie Epoxid, Butadien, Silikon, Tungöl, Benzol, Cashewnußöl u. ä., enthalten, für die vorliegende Erfindung geeignet sind. In den Phenol-modifizierten Harzen ist das Phenolharz allgemein mit etwa 50 Gew.-% oder mehr des Harzgemisches (ausschließlich der vorhandenen Lösungsmittel) vorhanden. Es wurde jedoch festgestellt, daß Reibmaterialien in bestimmten Ausführungsformen verbessert werden können, wenn das Imprägnierharzgemisch etwa 5 bis etwa 80 Gew.-% und für bestimmte Zwecke etwa 15 bis etwa 55 Gew.-% sowie bei bestimmten Ausführungsformen etwa 15 bis etwa 25 Gew.-% Silikonharz auf der Basis des Gewichtes des Silikon- Phenol-Gemisches enthält (ausschließlich Lösungsmitteln und anderen Prozeßsäuren).
Die für die vorliegende Erfindung geeigneten Silikonharze umfassen beispielsweise thermisch härtende Silikondichtungsmittel und Silikonkautschuke. Für die vorliegende Erfindung sind verschiedenartigeSilikonharze geeignet. Ein Harz enthält insbesondere Xylol und Acetylaceton (2,4-Pentandion). Das Silikonharz hat einen Siedepunkt von etwa 362 ºF (183ºC), einen Dampfdruck bei 68ºF (20ºC) mm Hg von 21, eine Dampfdichte (Luft = 1) von 4,8, eine vernachlässigbar kleine Löslichkeit in Wasser, ein spezifisches Gewicht von etwa 1,09, einen Gewichtsprozentanteil von flüchtigen Substanzen von 5%, eine Verdampfungsrate (Äther = 1) von weniger als 0,1 und einen Flammpunkt von etwa 149ºF (65ºC) unter Anwendung des Pensky-Martens-Verfahrens. Es können natürlich auch andere Silikonharze bei der vorliegenden Erfindung Verwendung finden. Andere geeignete Harzgemische umfassen beispielsweise ein geeignetes Phenolharz und haben folgende Zusammensetzung (in GewA): etwa 55 bis etwa 60% Phenolharz, etwa 20 bis etwa 25% Ethylalkohol, etwa 10 bis etwa 14% Phenol, etwa 3 bis etwa 4% Methylalkohol, etwa 0,3 bis etwa 0,8% Formaldehyd und etwa 10 bis etwa 20% Wasser. Ein anderes geeignetes Harz auf Phenolbasis enthält (in Gew.-%): etwa 50 bis etwa 55% Phenol/Formaldehydharz, etwa 0,5% Formaldehyd, etwa 11% Phenol, etwa 30 bis etwa 35% Isopropanol und etwa 1 bis etwa 5% Wasser.
Es wurde festgestellt, daß ein weiteres geeignetes Harz ein Epoxy-modifiziertes Phenolharz ist, das etwa 5 bis etwa 25 Gew.-% und vorzugsweise etwa 10 bis etwa 15 Gew.-% einer Epoxid-Verbindung enthält, wobei der Rest Phenolharz ist (ausschließlich Lösungsmitteln und anderen Prozeßhilfen). Die Epoxy-Phenolharzverbindung sorgt bei bestimmten Ausführungsformen für eine höhere Hitzefestigkeit des Reibmateriales als das Phenolharz allein.
Es wird ferner vorgeschlagen, daß andere Bestandteile und Prozeßhilfen, die sowohl in bezug auf die Herstellung von Harzgemischen als auch in bezug auf das Imprägnieren von Faserbasismaterialien als geeignet bekannt sind, in die Reibmaterialien eingearbeitet werden können.
Bei den Ausführungsformen, bei denen ein Phenalharz und ein Silikonharz Verwendung finden, wird keine neue Verbindung gebildet, wenn das Silikonharz und das Phenolharz miteinander vermischt werden. Tabelle 1 zeigt die vorstehenden FT- IR Peaks in der Wellenzahl für ein ausgehärtetes Silikonharz, ein ausgehärtetes Phenolharz und ein etwa 50/50-Gemisch eines Silikonharzes und Phenolharzes, das ausgehärtet wurde. Wie man erkennen kann, sind im 50/50-Silikon-Phenolharz-Gemisch keine neuen Peaks vorhanden, und die Peaks, die vorhanden sind, geben sowohl das Vorhandensein von Silikonharz als auch das Vorhandensein von Phenolharz wieder. Damit ist klar, daß die Harze getrennt aushärten und keine neue Verbindung gebildet wird. Tabelle 1 Vorstehende FT-IR-Peaks in Wellenzahlen
Sowohl das Silikonharz als auch das Phenolharz sind in Lösungsmitteln vorhanden, die miteinander kompatibel sind. Diese Harze werden miteinander vermischt (bei bevorzugten Ausführungsformen), um ein homogenes Gemisch auszubilden, und dann zum Imprägnieren eines Faserbasismateriales verwendet. Es gibt dabei nicht den gleichen Effekt, wenn ein Faserbasismaterial mit einem Phenolharz imprägniert und danach ein Silikonharz zugesetzt wird oder umgekehrt. Es ist ferner ein Unterschied zwischen einem Gemisch aus einer Silikon-Phenolharzlösung und Emulsionen von Silkonharzpulver und/oder Phenolharzpulver. Wenn sich Silikonharze und Phenolharze in Lösung befinden, härten sie überhaupt nicht aus. Im Gegensatz dazu härten die Pulverpartikel der Silikonharze und Phenolharze teilweise aus. Die teilweise Aushärtung der Silikonharze und Phenolharze verhindert eine gute Imprägnierung des Faserbasismateriales.
Daher wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung das Faserbasismaterial mit einem Gemisch eines Silikonharzes in einem Lösungsmittel, das mit dem Phenolharz und seinem Lösungsmittel kompatibel ist, imprägniert. Bei einer Ausführungsform wurde festgestellt, daß Isopropanol ein besonders geeignetes Lösungsmittel ist. Es versteht sich jedoch, daß verschiedene andere geeignete Lösungsmittel, wie Ethanol, Methyl-Ethyl-Keton, Butanol, Isopropanol, Toluol u. ä., bei der Durchführung der Erfindung verwendet werden können. Erfindungsgemäß bewirkt das Vorhandensein eines Silikonharzes im Gemisch mit einem Phenolharz zum Imprägnieren eines Faserbasismateriales, daß die entstandenen Reibmaterialien elastischer sind als Faserbasismaterialien, die nur mit einem Phenolharz imprägniert sind. Wenn das mit dem Silikon-Phenolharzgemisch imprägnierte Reibmaterial der vorliegenden Erfindung mit Drücken beaufschlagt wird, gibt es eine gleichmäßigere Druckverteilung, die wiederum die Wahrscheinlichkeit eines ungleichen Belagverschleißes verringert. Nach dem Vermischen des Silikonharzes und Phenolharzes wird das Gemisch dazu verwendet, um ein Faserbasismaterial zu imprägnieren.
Verschiedene Verfahren zum Imprägnieren von Materialien können bei der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. Das Faserbasismaterial wird mit dem Phenolharz oder dem modifizierten Phenolharz vorzugsweise so imprägniert, daß das Imprägnierharzmaterial etwa 45 bis etwa 65 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des Reibmateriales umfaßt. Nach dem Imprägnieren des Faserbasismateriales mit dem Harz wird das imprägnierte Faserbasismaterial über eine vorgegebene Zeitdauer auf eine gewünschte Temperatur erhitzt, um das Reibmaterial auszubilden. Durch das Erhitzen wird das Phenolharz bei einer Temperatur von etwa 300ºF (149ºC) ausgehärtet. Wenn andere Harze vorhanden sind, wie beispielsweise ein Silikonharz, wird das Silikonharz durch das Erhitzen bei einer Temperatur von etwa 400ºF (205ºC) ausgehärtet. Danach wird das imprägnierte und ausgehärtete Reibmaterial über geeignete Mittel mit dem gewünschten Substrat verbunden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Faserbasismaterial, das weniger fibrillierte Aramidfasern, synthetischen Graphit und mindestens ein Füllmaterial enthält, die zur Ausbildung eines papierförmigen Faserbasismateriales miteinander kombiniert werden. Es versteht sich, daß verschiedene Verfahren zum Ausbilden von Faserbasismaterialien zur Herstellung des Faserbasismateriales der vorliegenden Erfindung geeignet sind. Es wurde von den Erfindern festgestellt, daß durch die Verwendung von weniger fibrillierten Aramidfasern und synthetischem Graphit in einem Faserbasismaterial die Fähigkeit des Reibmateriales, hohe Temperaturen auszuhalten, verbessert wird.
Obwohl verschiedene Reibbelagmaterialien die Verwendung von Aramidfasern offenbaren, ist es bis zur vorliegenden Erfindung nicht bekannt gewesen, ein Reibmaterial vorzusehen, das weniger fibrillierte Aramidfasern enthält, die allgemein nur wenige an einer Kernfaser fixierte Fibrillen besitzen. Durch die Verwendung der weniger fibrillierten Aramidfasern wird ein Reibmaterial mit einer poröseren Struktur zur Verfügung gestellt, d. h. es gibt mehr und größere Poren als bei Verwendung einer typischen fibrillierten Aramidfaser. Die poröse Struktur wird allgemein durch die Porengröße und die Flüssigkeitsdurchlässigkeit bestimmt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat das Faserbasismaterial Poren, deren mittlere Größe von etwa 2,0 bis etwa 15 um im Durchmesser reicht. Die Länge der weniger fibrillierten Faser reicht von etwa 0,5 bis etwa 6 mm, und die Fasern haben eine Entwässerungsneigung gemäß Canadian Standard Freeness (CSF) von mehr als etwa 450, bei bestimmten Ausführungsformen von etwa 500 bis etwa 550, bei anderen bestimmten Ausführungsformen von etwa 580-640 und am bevorzugtesten von etwa 620-640. Im Gegensatz dazu haben mehr fibrillierte Fasern, beispielsweise Aramidpulpe, eine Ent wässerungsneigung von etwa 285-290.
Der Begriff "Canadian Standard Freeness" (T227 om-85) bedeutet, daß der Grad der Fibrillierung der Fasern als Maß der Entwässerungsneigung der Fasern beschrieben werden kann. Bei dem CSF-Test handelt es sich um ein empirisches Verfahren, das ein willkürliches Maß für die Geschwindigkeit liefert, mit der eine Suspension von 3 g Fasern in einem Liter Wasser entwässert werden kann. Daher haben die weniger fibrillierten Aramidfasern eine höhere Entwässerungsneigung in bezug auf ein Fluid des Reibmateriales als andere Aramidfasern oder Pulpe. Es wurde nunmehr überraschenderweise festgestellt, daß Reibmaterialien mit Aramidfasern mit einem CSF von mindestens 450, vorzugsweise von etwa 530-650, bevorzugter von etwa 580-640 und am bevorzugtesten von etwa 620-640, ein besseres Reibverhalten und bessere Materialeigenschaften besitzen als Reibmaterialien, die auf herkömmliche Weise mehr fibrillierte Aramidfasern aufweisen. Es wurde überraschenderweise festgestellt, daß durch die größere Faserlänge zusammen mit der hohen Entwässerungsneigung ein Reibmaterial mit einer hohen Festigkeit, hohen Porosität und guten Verschleißfestigkeit zur Verfügung gestellt wird. Wie in den nachfolgenden Beispielen beschrieben ist, führten Hochenergietests mit Materialien, die beispielsweise die weniger fibrillierten Aramidfasern (CSF etwa 580-640 und am bevorzugtesten etwa 620- 640) enthielten, zu einer guten Langzeithaltbarkeit und stabilen Reibungskoeffizienten.
Je poröser die Struktur des Reibmateriales ist, desto wirksamer ist die Wärmevernichtung. Während des Eingriffes des Reibmateriales fließt das Öl schneller in dieses hinein und aus diesem wieder hinaus, wenn das Reibmaterial porös ist.
Es wurde ferner festgestellt, daß die weniger fibrillierten Fasern, der synthetische Graphit und das Füllmaterial die Porenstruktur des Faserbasismateriales so verbessern, daß über das gesamte Faserbasismaterial mehr Porenöffnungen vorhanden sind. Die erhöhte Porösität steigert ferner die Elastizität des Reibmateriales. Ein niedrigerer Fibrillierungsgrad der weniger fibrillierten Aramidfasern führt zu einem Reibmaterial mit einer poröseren Struktur.
Bis zur vorliegenden Erfindung war es nicht bekannt, synthetischen Graphit in ein Faserbasismaterial einzuarbeiten, das weniger fibrillierte Aramidfasern enthält. Durch die Verwendung von synthetischem Graphit im Faserbasismaterial wird ein dreidimensionalere Struktur des Faserbasismateriales aufgebaut als bei anderen Arten von Graphitmaterial. Der synthetische Graphit wird durch Graphitisierung eines Rohmateriales, wie Petroleumkoks und eines Kohlenteerpechbindemittels, gewonnen. Die Rohmaterialien werden vermischt und auf Temperaturen von etwa 2.800 bis etwa 3.000ºC in speziellen Graphitisierungsöfen erhitzt, die den gebrannten Kohlenstoffkörper in einen polykristallinen Graphitgegenstand umwandeln. Der synthetische Graphit (der eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt) stattet das Reibmaterial mit der Fähigkeit aus, Wärme rascher zu vernichten als andere Graphitarten. Bei bestimmten Ausführungsformen wird bevorzugt, daß die Größe und Geometrie des synthetischen Graphites in einem Größenbereich von etwa 20 bis etwa 50 um liegen. Bei diesen speziellen Ausführungsformen wurde festgestellt, daß dann, wenn die Graphitpartikelgröße zu groß oder zu klein ist, keine optimale dreidimensionale Struktur vorhanden und somit die Hitzefestigkeit nicht optimal ist.
Im Faserbasismaterial der vorliegenden Erfindung finden auch verschiedene Füllmaterialien Verwendung. Insbesondere sind Siliciumdioxidfüllmaterialien, wie Diatomeenerde, geeignet. Es können jedoch auch andere Arten von Füllmateria lien bei der vorliegenden Erfindung Verwendung finden, und die Auswahl des Füllmateriales hängt von den speziellen Anforderungen des Reibmateriales ab. Auch andere Bestandteile können dem Faserbasismaterial der vorliegenden Erfindung zugesetzt werden, beispielsweise Baumwollfasern, die zugesetzt werden können, um dem Fasermaterial höhere Reibungskoeffizienten zu verleihen. Bei bestimmten Ausführungsformen können auch etwa 0 bis etwa 20%, bei gewissen Ausführungsformen etwa 5 bis etwa 15%, von anderen Füllmaterialien, wie Aramidpulpe und/oder Aramidflocken, dem Faserbasismaterial zugesetzt werden.
Ein Beispiel einer Formulierung eines Faserbasismateriales umfaßt etwa 10 bis etwa 50 Gew.-% weniger fibrillierte Aramidfasern, etwa 10 bis etwa 35 Gew.-% synthetischen Graphit und etwa 20 bis etwa 45 Gew.-% Füllmaterial. Bei bestimmten Ausführungsformen wurde eine spezielle Formulierung als besonders geeignet gefunden, die etwa 45 bis etwa 50 Gew.-% weniger fibrillierte Aramidfasern, etwa 15 bis etwa 25 Gew.-% synthetischen Graphit und etwa 20 bis etwa 30 Gew.-%- Füllmaterial enthält. Eine andere geeignete Formulierung umfaßt etwa 20 bis etwa 30% weniger fibrillierte Aramidfasern, etwa 15 bis etwa 25% synthetischen Graphit, etwa 20 bis etwa 30% Füllmaterial und wahlweise etwa 0 bis etwa 40 % Baumwollfasern. Bei weiteren Ausführungsformen können die Baumwollfasern mit etwa 20 bis etwa 40 Gew.-% oder etwa 25 bis etwa 35 Gew.-% vorhanden sein.
Die nachfolgenden Beispiele liefern einen weiteren Beweis dafür, daß das Faserbasismaterial und das Reibmaterial der vorliegenden Erfindung eine Verbesserung gegenüber dem herkömmlichen Reibmaterial darstellen. Verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den nachfolgenden Beispielen beschrieben, die jedoch in keiner Weise den Schutzumfang der Erfindung beschränken.
Bei den Beispielen A und B handelt es sich jeweils um ein Faserbasismaterial, das etwa 45 Gew.-% weniger fibrillierte Aramidfasern, etwa 23 Gew.-% synthetischen Graphit, etwa 27 % Diatomeenerdefüllmaterial und etwa 5% ein wahlweises Füllmaterial enthaltend Aramidpulpe umfaßt. Beispiel A ist mit einem Phenolmaterial imprägniert, während Beispiel B mit einem Silikon-Phenolharzgemisch imprägniert ist, das etwa 20% Silikon und etwa 80% Phenolharze enthält.
Beispiel C ist ein Faserbasismaterial, das etwa 35 Gew.-% weniger fibrillierte Aramidfasern, etwa 25 Gew.-% synthetischen Graphit, etwa 25% Diatomeenerdefüllmaterial und andere wahlweise Füllmaterialien von etwa 5 Gew.-% Aramidpulpe und etwa 10 Gew.-% Aramidflocken enthält. Dieses Material ist mit einem Silikon-Phenolhärzgemisch imprägniert.
Beispiel D ist ein Faserbasismaterial, das etwa 25 Gew.-% weniger fibrillierte Aramidfasern, etwa 20 Gew.-% synthetischen Graphit, etwa 25% Diatomeenerde und etwa 30% Baumwollfasern enthält und mit einem ersten Epoxy-Phenolharzgemisch imprägniert ist, das etwa 10% Epoxid- und etwa 90% Phenolharze enthält.
Beispiel E ist ein Faserbasismaterial, das etwa 25% weniger fibrillierte Aramidfasern, etwa 20% synthetischen Graphit, etwa 25% Diatomeenerde und etwa 30% Baumwollfasern enthält und mit einem zweiten Epoxy-Phenolharz imprägniert ist.
Beispiel F ist ein Faserbasismaterial, das etwa 25 Gew.-% weniger fibrillierte Aramidfasern, etwa 20 Gew.-% synthetischen Graphit, etwa 25 Gew.-% Diatomeenerde und etwa 30 Gew.-% Baumwollfasern enthält und mit dem zweiten Epoxy-Phe nolharzgemisch emprägniert ist.

Beispiel 1

Fig. 1A zeigt ein Rasterelektronenmikroskop(SEM)Photo von Beispiel C, das wiedergibt, daß sich ein Dünnfilm aus einem Silikonharz zwischen den Fasern während der Imprägnierung bildet. Beispiel C besitzt eine erhöhte Porengröße gegenüber Reibmaterialien, die mit einem Silikonhart oder einem Phenolharz allein imprägniert sind. Da die Silikonharze und Phenolharze bei unterschiedlichen Temperaturen aushärten, härtet das Phenolharz zuerst, während das Silikonharz später aushärtet. Ein Dünnfilm aus Silikonharzen bildet sich zwischen den Fasern während des Aushärtens. Es wird angenommen, daß dieser Dünnfilm aus Silikonharz zwischen den Fasern zu der hohen Reibungsstabilität des Reibmateriales beiträgt. Der Silikonharzfilm verlangsamt die Qualitätsverschlechterung des Reibmateriales und ermöglicht, daß das Reibmaterial eine hohe Hitzefestigkeit bei hohen Temperaturen besitzt.
Die in Fig. 1A gezeigten SEM-Photos geben eine viel größere Porenstruktur wieder als sie das mit dem Phenolharz imprägnierte Reibmaterial, ein herkömmliches Material (herkömmliches Material-1) besitzt, das keine weniger fibrillierten Aramidfasern und keinen synthetischen Graphit aufweist, wie in Fig. 1B gezeigt.
Wie man Fig. 1A entnehmen kann, führt das Gemisch aus Silikon- und Phenolharz zu einer Faser-Harz-Wechselwirkung, die ein flexibles und offenes Fasernetzwerk erzeugt. Bei dem mit dem Phenol-Silikonharzgemisch imprägnierten Reibmaterial wurde eine um bis zu etwa 50% größere Porengröße festgestellt als bei einem mit Phenolharz allein imprä gnierten Reibmaterial. Bei bestimmten Ausführungsformen reichte die mittlere Porengröße von etwa 2,5 bis etwa 4 um im Durchmesser, und das Reibmaterial hatte ohne weiteres zugängliche Lufträume von mindestens etwa 50%, bei bestimmten Ausführungsformen von mindestens etwa 50% oder mehr.

Beispiel 2

Die Kapillarströmungs- und Durchlässigkeitstests sind in der nachfolgenden Tabelle 2 für die Beispiele B, D, E und ein Vergleichsmaterial mit natürlichem Graphit, jedoch keinem synthetischen Graphit aufgeführt. Der höhere mittlere Strömungsporendurchmesser und die Darcy'sche Permeabilität zeigen, daß das Reibmaterial in einem Getriebe durch einen besseren Durchfluß des Fluides für das automatische Getriebe durch die poröse Struktur des Reibmateriales kälter läuft oder daß hierbei weniger Wärme erzeugt wird. Während des Betriebes eines Gebriebesystemes besteht die Neigung, daß sich Ölablagerungen auf der Oberfläche eines Reibmateriales durch einen Ausfall des Fluides für das automatische Getriebe, insbesondere bei hohen Temperaturen, mit der Zeit bilden. Diese Ölablagerungen auf den Fasern verringern die Porenöffnungen. Wenn daher ein Reibmaterial anfangs mit größeren Poren beginnt, gibt es mehr offene Poren, die während der nutzbaren Betriebsdauer des Reibmateriales verbleiben. Ferner ermöglicht das Silikonharz infolge seiner elastischen Eigenschaften, daß die Fasern im Reibbelag eine offenere Struktur besitzen. Tabelle 2 Kapillarströmung und Permeabilität

Beispiel 3

Glätteanalysen der Rasterelektronenmikroskopphotos zeigen, daß das Silikon-Phenolharzgemisch eine geringfügige Faserkompression auf der Oberfläche aufweist, während das Phenolharz allein eine bedeutende Faserkompression auf der Oberfläche für nichtbenutzte Platten besitzt. Wie man ferner Tabelle 3 entnehmen kann, gibt es in benutzten Plattten bei einem Silikon-Phenolharzgemisch verbleibende offene Poren, während im Phenolharzmaterial allein sehr wenige offene Poren vorhanden sind.

Tabelle 3

Glätteanalyse (glaze) Rasterelektronenmikroskopie

Nichtbenutzte Platten

Beispiel C Herkömmliches Material-1

* Geringfügige Faserkompres- * Deutliche Faserkompression auf der Oberfläche sion auf der Oberfläche
* Keine Faserkompression * Keine Faserkompression intern intern
* Das Harz bildet einen * Das Harz bedeckt nur Film zwischen den Fasern die Fasern

Benutzte Platten

Beispiel C Herkömmliches Material-1

* Oberfläche glänzt * Oberfläche glänzt
* Offene Poren * Sehr wenig offene Poren

Beispiel 4

Bisher wurden nichtreagierte Silikonharze zur Verwendung in einem Reibmaterial nicht als geeignet angesehen, da das Silikonharz eine geringe Festigkeit besitzt. Es wurde jedoch nunmehr festgestellt, daß die Scherfestigkeit der Silikon- Phenolharzgemische wesentlich höher ist als die für Phenolharz allein. Der Zug-Scherfestigkeitstest wurde am Instron- Zugfestigkeitstestgerät durchgeführt. Eine modifizierte Überlappungsscherform wurde verwendet, wobei eine 2 Quadratzoll (12,9 cm²) große Fläche aus Reibmaterial auf beiden Seiten mit Stahlplatten verbunden wurde. Diese Einheit wurde dann einer Zugbeanspruchung ausgesetzt, bis das Papier abscherte. Die Werte der nachfolgenden Tabelle 4 zeigen die innere Scherfestigkeit des Papiers unter trockenen Bedingungen bei Raumtemperatur für die Beispiele B, E und D.
Je höher die Scherfestigkeit ist, desto besser ist die mechanische Festigkeit des Reibmateriales, was bedeutet, daß ein größerer Druck benötigt wird, um den Reibbelag abzuscheren.

Tabelle 4

Scherfestigkeit PSI (kg/cm²)

Beispiel B 382,5 (26,9) 382,5 (26,9)
Beispiel E 325,0 (22,8) 290,0 (20,4)
Beispiel D 352,5 (24,8) 385,0 (27,1)

Beispiel 5

Das Silikon-Phenolharzgemisch sorgt für einen Anstieg der "Abbrenntemperatur" des Reibmateriales von mindestens etwa 50%. Diese hohe Reibungsstabilität ist ein Vorteil gegenüber den gegenwärtig erhältlichen Reibmaterialien. Die in Fig. 2 gezeigte thermogravimetrische Analyse (TGA), bei der die TGA-Kurve in Richtung auf höhere Temperaturen verschoben ist, zeigt eine erhöhte Hitzefestigkeit des Silikon-Phenolharzgemisches gegenüber dem Phenolmaterial an.
Beide Beispiele A und B haben eine verbesserte Hitzefestigkeit gegenüber herkömmlichen Materialien, und Beispiel B ist besonders geeignet für Reibmaterialien für den Endgebrauch, bei denen die Hitzefestigkeit einen kritischen Faktor darstellt.
In den Fig. 3 und 4 sind die in Fig. 2 gezeigten TGA- Kurven und die Änderung des abgeleiteten Gewichtes (%/ºC) für das Phenolharz, Beispiel A in Fig. 2 (Fig. 3), und das Silikon-Phenolharzgemisch, Beispiel B in Fig. 2 (Fig. 4), verglichen. Die prozentuale Gewichtsänderung für das Phenolharz betrug 69,41%, während die prozentuale Gewichtsänderung für das Silikon-Phenolharzgemisch 61,87% betrug. Wie man den Fig. 3-4 entnehmen kann, hat das Reibmaterial eine um so geringere Hitzefestigkeit, je schneller der Gewichtsverlust vonstatten geht.

Beispiel 6

Fig. 5 zeigt die Stoppzeit bei einem Anstieg der Zykluszahl für verschiedene Materialien: Beispiele C, D und F im Vergleich zum herkömmlichen Material-1, das mit einem Butadien-Phenolharz imprägniert ist. Die Fasermaterialien (Beispiele C, D und F) hielten eine relativ gleichmäßige Stoppzeit aufrecht, während die Stoppzeit für das herkömmliche Material rasch auf nichtakzeptierbare Werte anstieg.
Das Verhältnis zwischen dem statischen Reibungskoeffizienten und dem dynamischen Reibungskoeffizienten bei einem Anstieg der Zykluszahl wurde für die Beispiele C, D und F und für das herkömmliche Material-1 verglichen. Wie man Fig. 6 entnehmen kann, verhält sich das Faserbasismaterial, das mit dem Silikon-Phenolharzgemisch imprägniert wurde (Beispiel C), auf konsistente Weise besser als das herkömmliche Material, während sich das mit dem Epoxy-Phenolharzen (Beispiele D und F) imprägnierte Faserbasismaterial vergleichsweise gut verhielt.
Der dynamische Reibungskoeffizient bei einem Anstieg der Zykluszahl wurde für die Beispiele C, D und F und für das herkömmliche Material (herkömmliches Material-1) verglichen. Fig. 7 zeigt, daß der dynamische Reibungskoeffizient für die Reibmaterialien (Beispiele C, D und F) bei einem Anstieg der Zykluszahl relativ stetig blieb. Somit zeigen die Faserbasismaterialien ein viel besseres Verhalten bei hoher Geschwindigkeit als das herkömmliche Material. Es ist wichtig darauf hinzuweisen, daß kein "Abfall" des Reibungskoeffizienten der Faserbasismaterialien auftrat, als die Zahl der Zyklen erhöht wurde.
Es wurde eine Materialauswertung für einen Kupplungslauf bei 6.600 UpM (65 m/sec) mit begrenzter Schmierung von 0,2 gpm für die Beispiele B, D und E und für das herkömmliche Material-1 durchgeführt. Die Diagramme des mittleren dynamischen Reibungskoeffizienten der Fig. 8 zeigen, daß das herkömmliche Material völlig unakzeptabel war, während die Reibmaterialien der Beispiele B, D und E einen relativ stetigen Reibungskoeffizienten besaßen, der anzeigt, daß das System sehr stabil war. Wie man Fig. 9 entnehmen kann, stieg die Stoppzeit für das herkömmliche Material rasch auf nichtakzeptierbare Werte an, während die Reibmaterialien (Beispiele B, D und E) eine akzeptierbar kurze Stoppzeit von etwa 0,52 bis etwa 0,58 sec über den Test aufrechterhielten.

Beispiel 7

Bei bestimmten Ausführungsformen wird bevorzugt, daß die Sollaufnahme des Harzes durch das Reibmaterial von etwa 40 bis etwa 65 Gew.-% und bei gewissen Ausführungsformen von etwa 60 bis mindestens 65 Gew.-% des gesamten Silikon-Phenolharzes reicht. Nach dem Imprägnieren des Faserbasismateriales mit dem Harz wird das Faserbasismaterial über eine bestimmte Zeitdauer (bei bestimmten Ausführungsformen etwa eine halbe Stunde) bei Temperaturen ausgehärtet, die zwischen 300-400ºC liegen, um das Harzbindemittel im Reibmaterial zu härten. Die endgültige Dicke des Reibmateriales hängt von der Anfangsdicke des Faserbasismateriales ab und reicht bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise von etwa 0,014 Zoll (0,0356 cm) bis etwa 0,040 Zoll (0,102 cm).
In der nachfolgenden Tabelle 5 wurde ein Reibmaterial, das das Faserbasismaterial aufwies, welches mit einem Silikon- Phenolharz (Beispiel C) bei einer Harzaufnahme (P. U.) von etwa 60% imprägniert war, mit einem Reibmaterial verglichen, das das gleiche Faserbasismaterial wie in Beispiel C aufwies, jedoch mit einem Phenolharz bei einer Harzaufnahme (P. U.) von etwa 60% (Beispiel C-1) imprägniert war, und mit dem herkömmlichen Material-1, das mit einem Phenolharz mit etwa 49% P. U. imprägniert war (herkömmliches Material- 1). Kernplatten wurden mit Reibmaterialien beschichtet, die mit den getesteten Harzen imprägniert waren, um eine Packung für Testzwecke auszubilden. Der dynamische Reibungskoeffizient blieb stetig (bei einem Verlust von nur 5 %), als die Zykluszahl für die Silikon-Phenolharzreibmaterialien anstieg. Es gab keinen Belagverschleiß auf den Platten, bei denen das Silikon-Phenolharzreibmaterial verwendet wurde. Der Belagzustand des Reibmateriales aus dem Silikon-Phenolharzgemisch blieb gut, ohne daß Ausfälle, Abrasion oder Glazing auftraten. Des weiteren zeigte der Zustand des Stahles der Trennplatten keine heißen Flecken für die Reibmaterialien aus dem Silikon-Phenolharzgemisch. Tabelle 5 Auswirkung der Harzänderung Mittlerer dynamischer Reibungskoeffizient Stoppzeit

Beispiel 8

Die nachfolgende Tabelle 6 zeigt Druck/Entspannungs-Versuche, die an einer MTS-Maschine durchgeführt wurden. Dieser Test gibt den Effekt auf die Papierdicke wieder, der durch wiederholtes Bremsen und Entlasten einer Probe mit einer Reihe von unterschiedlichen Drücken erhalten wird. Diese Ergebnisse liefern einen Anzeige in Bezug auf den Innenwiderstand gegenüber einem Setzen oder Kompaktieren durch Pressen. Das Material von Beispiel B zeigt eine größere Elastizität als das in der obigen Tabelle 2 aufgeführte Vergleichsbeispiel. Diese größere Elastizität sorgt für eine gleichmäßigere Wärmevernichtung während des Einsatzes des Reibmateriales, da das Getriebe- oder Bremsfluid sich rasch durch die poröse Struktur bewegen kann. Des weiteren sorgt die erhöhte Elastizität für einen gleichmäßigeren Druck oder eine gleichmäßigere Druckverteilung am Reibmaterial derart, daß ein ungleichmäßiger Belagverschleiß oder "heiße Flecken" auf der Trennplatte eliminiert werden. Tabelle 6 Durchbiegung in Abhängigkeit von der Last Druck/Druckverformung

Beispiel 9

Ein Reibmaterial, das weniger fibrillierte Aramidfasern und synthetischen Graphit enthielt und mit einem Epoxy-modifizierten Phenolharz imprägniert war (Beispiel D), wurde mit dem herkömmlichen Material (herkömmliches Material-1) verglichen. Ein Hochgeschwindigkeitsreibzyklustest ist in Fig. 10 gezeigt. Hierin wurden die Testlebensdauer und die Hochenergiereibtestzyklen verglichen. Das Reibmaterial der vorliegenden Erfindung zeigte in jeglicher Hizrsicht ein besseres Verhalten als das herkömmliche Reibmaterial.
Fig. 11 zeigt die Ergebnisse eines Hochgeschwindigkeitshaltbarkeitstest bei 7.000 UpM, 0,3 LPM Ölfluß mit einer Trägheit von 1,5 kg cm sec². Beim Anstieg der Zykluszahl blieb der dynamische Reibungskoeffizient für das Reibmaterial (Beispiel D) relativ gleich, während ein herkömmliches Material (herkömmliches Material-2) zu Beginn des Testes ausfiel und das Verhalten eines weiteren herkömmlichen Materiales, das mit einem Harz auf Phenolbasis imprägniert war (herkömmliches Material-1), nach etwa 3.000 Zyklen rasch abfiel.
Fig. 12 zeigt die Ergebnisse eines Hochenergiehaltbarkeitstests bei 3.600 UpM, 8,0 kg/cm² Belagdruck und einer Trägheit von 5,0 kg cm sec². Der dynamische Reibungskoeffizient für das Reibmaterial (Beispiel D) blieb über den gesamten Haltbarkeitstest im wesentlichen beständig. Im Vergleich dazu fielen die herkömmlichen Materialien nach einem nichtakzeptablen kurzen Zyklus der nutzbaren Lebensdauer aus.
Fig. 13 gibt die Ergebnisse eines Motordynamometer 4-3 Herunterschalthaltbarkeitstests für einen 2.000 cm³ IG/FE- Motor bei 5.800 UpM wieder. Wie man erkennen kann, blieb die Schaltzeit in sec für das 4-3-Herunterschalten bei dem Reibmaterial (Beispiel D) über mindestens 40.000 Herunterschaltvorgänge relativ konstant. Demgegenüber stieg bei den herkömmlichen Materialien die Schaltzeit bereits bei einer geringen Zahl von Schaltzyklen rasch an.

Beispiel 10

Das Reibmaterial der vorliegenden Erfindung hat eine gute Haltbarkeit und einen hohen Schichtentrennungswiderstand (Delaminationswiderstand). Die Scherfestigkeit (psi) für das Reibmaterial der vorliegenden Erfindung ist größer als die der herkömmlichen Materialien, wie in Fig. 14 gezeigt. Durch die Verwendung der weniger fibrillierten Fasern und die hieraus resultierende Porenstruktur des Reibmateriales besitzt das Reibmaterial eine erhöhte Hitzefestigkeit. Die Fasergeometrie sorgt nicht nur für eine erhöhte Hitzefestigkeit, sondern auch für einen verbesserten Delaminationswiderstand und Quietschwiderstand. Durch die Anwesenheit der synthetischen Graphitpartikel und von mindestens einem Füllmaterial wird die Hitzefestigkeit erhöht, ein beständiger Reibungskoeffizient aufrechterhalten und der Quietschwiderstand erhöht.

Beispiel 11

Die durchschnittliche Porengröße des Reibmateriales der vorliegenden Erfindung im Vergleich zur Porengröße eines herkömmlichen, mit einem Harz imprägnierten Reibmateriales ist in Fig. 15 gezeigt. Die durchschnittliche Porengröße des Reibbelages der vorliegenden Erfindung reicht von etwa 2,0 bis 15 um und ist um etwa 20 bis etwa 100% größer als die von herkömmlichen Reibmaterialien.

Beispiel 12

Die Flüssigkeitsdurchlässigkeit für das Reibmaterial der vorliegenden Erfindung wurde mit einem herkömmlichen Material verglichen, das mit einem Phenolharz imprägniert war (herkömmliches Material-2). Wie in Fig. 16 gezeigt, hat das Reibmaterial der vorliegenden Erfindung eine um etwa 20 % größere Flüssigkeitsdurchlässigkeit gegenüber den herkömmlichen Materialien.

Beispiel 13

Fig. 17 zeigt ein Reibmaterial (Beispiel D), das einen etwa 0,02 Zoll (0,0508 cm) dicken Belag mit etwa 44% Aufnahme eines Phenol-Epoxidharzes bei etwa 380ºF (193ºC) nach einer halben Stunde Aushärtung bei einer Grenzflächentemperatur von etwa 695ºF (386ºC) aufweist. In Fig. 17 werden die Geschwindigkeit, das Drehmoment, die Temperatur und der aufgebrachte Druck des Materiales bei 500 Laufzyklen verglichen, wobei die hohe Reibungsstabilität des Reibmateriales der vorliegenden Erfindung deutlich wird.
Fig. 18 zeigt die hohe Reibungsstabilität des Reibmateriales (Beispiel D), das einen 0,02 Zoll-Belag mit einer Harzaufnahme von etwa 44% eines anderen Harzes auf Phenolbasis, ausgehärtet bei 380ºF (193ºC) über eine halbe Stunde, bei einer Grenzflächentemperatur von 895ºF (386 ºC) aufweist. Fig. 18 zeigt die Geschwindigkeit, das Drehmoment, die Temperatur und den aufgebrachten Druck des Materiales bei 10.500 Laufzyklen.
Die nachfolgende Tabelle 7 zeigt den mittleren Reibungsko effizienten für das in den Fig. 17 und 18 dargestellte Reibmaterial (Beispiel D). Der Reibungskoeffizient bleibt bei einem Anstieg der Zyklen relativ stetig, wodurch die hohe Reibungsstabilität des Reibmateriales verdeutlicht wird. Wie in Fig. 19 gezeigt, blieb auch der mittlere dynamische Reibungskoeffizient für die vorstehend beschriebenen Reibmaterialien der Fig. 17 und 18 bei einem Anstieg der Zykluszahl relativ stetig. Die Form der Drehmomentkurve zeigt, daß das Reibmaterial der vorliegenden Erfindung besonders geeignet ist für Anwendungsfälle mit hoher Geschwindigkeit, hoher Energie und hoher Temperatur. Der Gesamtverlust an Reibmaterial betrug nur etwa 0,0077 Zoll (0,01956 cm), und der Verlust pro Platte betrug etwa 0,0039 Zoll (0,00099 cm). Das Reibmaterial zeigte einen mittleren Glanz (glaze), und die Trennplatte war nur geringfügig durch Hitzeeinwirkung verunreinigt. Es lag somit ein Reibmaterial mit hoher Qualität vor, das über eine lange Zeitdauer beständig ist.

Tabelle 7 - Beispiel D

Zyklen Mittlerer Koeffizient

50 .132
100 .135
300 .135
500 .131
550 .131
600 .129
900 .124
1200 .122
1500 .121
2500 .121
4500 .122
6500 .121
8500 .123
10500 .126

Beispiel 14

Fig. 20 zeigt einen Hochgeschwindigkeitshaltbarkeitstest, bei dem ein herkömmliches Material auf Phenolbasis, mit dem ein herkömmlicher Reibbelag imprägniert ist, mit einer Ausführungsform des Reibmateriales der vorliegenden Erfindung, das mit einem Silikon-Phenolharzgemisch (Beispiel C) imprägniert ist, und einer anderen Ausführungsform des Reibmateriales der Erfindung, das mit einem Phenol-Epoxidharzmaterial imprägniert ist (Beispiel D), verglichen wird. Beide Reibmaterialien der vorliegenden Erfindung hatten stabilere mittlere Reibungskoeffizienten als das herkömmliche Reibmaterial.
Es wurde ein Hochgeschwindigkeitshaltbarkeitstest bei 6.000, UpM durchgeführt, wobei der statische Reibungskoeffizient mit dem dynamischen Reibungskoeffizient (S/D) über eine ansteigende Zykluszahl verglichen wurde. Wie in Fig. 21 gezeigt, wurde das herkömmoliche, mit Phenolharz imprägnierte Reibmaterial mit einem mit Silikon-Phenolharz imprägnierten Reibmaterial der vorliegenden Erfindung (Beispiel C) und einem mit Epoxy-Phenolharz imprägnierten Reibmaterial (Beispiel D) der vorliegenden Erfindung verglichen. Die Materialien der vorliegenden Erfindung hatten gegenüber dem herkömmlichen Material gute Verhältniswerte zwischen dem statischen und dem dynamischen Reibungskoeffizienten.
Der Reibungskoeffizient bei einem Zyklusanstieg auf 6.000 UpM wurde für drei Proben des Faserbasismateriales der vorliegenden Erfindung getestet, die jeweils mit einem nachfolgend aufgeführten Harz imprägniert waren: mit Phenol- Epoxidharz imprägniertes, 0,016 Zoll (0,0406 cm) dünnes Faserbasismaterial (Beispiel D), mit Harz auf Phenolbasis imprägniertes, 0,020 Zoll (0,0508 cm) dickes Faserbasismaterial (Beispiel F) und Silikon-Phenolharz (Beispiel C). Wie man Fig. 22 entnehmen kann, waren diese mit den verschiedenen Harzen imprägnierten Faserbasismaterialien besser als ein herkömmliches Reibmaterial, das ein schlechteres Verhalten aufwies als jedes Reibmaterial der vorliegenden Erfindung.
Die nachfolgenden weiteren Beispiele liefern einen weiteren Beweis dafür, daß ein Faserbasismaterial, das mindestens einen Typ einer Aramidfaser mit einem CSF von mehr als etwa 530, vorzugsweise etwa 580-640 und am bevorzugtesten etwa 620-640, enthält, besonders geeignet ist in Reibmaterialien. Derartige Faserbasismaterialien stellen eine Verbesserung gegenüber anderen Arten von Faserbasismaterialien dar. Verschiedene Vergleichsbeispiele und verschiedene bevorzugte Ausführungsformen werden in den nachfolgenden Beispielen beschrieben, die jedoch den Schutzumfang der Erfindung nicht beschränken. Jedes der nachfolgenden Beispiele, Vergleichsbeispiel 3, Vergleichsbeispiel 4 und die Beispiele G, H, I und J, enthalten eine Formulierung, bei der es sich um ein Faserbasismaterial handelt, das etwa 20 Gew.-% synthetischen Graphit, etwa 25 Gew.-% Diatomeenerde, etwa 30 Gew.-% Baumwollfasern und verschiedene Arten von Fasern enthält:
Vergleichsbeispiel 3 etwa 25% mit Epoxidharz beschichtete Aramidfasern (1 mm Länge);
Vergleichsbeispiel 4 etwa 25% mit Epoxidharz beschichtete Aramidfasern (3 mm Länge);
Beispiel 6 etwa 25% Aramidfasern - CSF etwa 540;
Beispiel H etwa 25% Aramidfasern - CSF etwa 585;
Beispiel I etwa 25% Aramidfasern - CSF etwa 620-640;
und
Beispiel J etwa 25% Aramidfasern - CSF etwa 450-500.

Beispiel 15

Der mittlere Porendurchmesser und die Darcy'sche Permeabilität für Vergleichsbeispiel 3, Vergleichsbeispiel 4 und die Beispiele G, H und I sind in der nachfolgenden Tabelle 8 sowohl für mit Harz gesättigte Faserbasismaterialien als auch für Rohpapiere (ungesättigt) wiedergegeben.
Der höhere mittlere Strömungsporendurchmesser bedeutet, daß das Reibmaterial eher dazu neigt, eine niedrigere Grenzflächentemperatur mit einer wirksameren Wärmevernichtung in einem Getriebe durch einen besseren automatischen Durchfluß des Getriebefluides durch die poröse Struktur des Reibmateriales zu haben. Während des Betriebes eines Getriebesystems besteht die Neigung, daß sich Ölablagerungen auf der Oberfläche eines Reibmateriales infolge eines Ausfalles des Fluides für das automatische Getriebe im Laufe der Zeit bilden, insbesondere bei hohen Temperaturen. Die Ölablagerungen auf den Fasern verringern die Porenöffnungen. Wenn daher ein Reibmaterial anfangs mit größeren Poren beginnt, verbleiben mehr offene Poren während der nutzbaren Lebensdauer des Reibmateriales. Beispiel I (das weniger fibrillierte Aramidfasern besitzt (CSF etwa 620-640)) hat besonders wünschenswerte mittlere Porendurchmesser. Tabelle 8 ROHPAPIER

Beispiel 16

Die nachfolgende Tabelle 9 gibt die Druck-, Druckverformungs- und Scherfestigkeitswerte für Vergleichsbeispiel 3, Vergleichsbeispiel 4 und die Beispiele G, Hund I wieder. Man erkennt insbesondere, daß die Beispiele G, H und I akzeptable Druck- und Druckverformungswerte besitzen und daß die Scherfestigkeit viel größer ist als bei den Vergleichsbeispielen 3 und 4. Tabelle 9

Beispiel 17

Tabelle 10 zeigt eine verbesserte Hitzefestigkeit gegenüber den Vergleichsbeispielen und enthält Daten, die die TMA-, Differentialscanningkalorimetrie(DSC)-, und Thermogravimetrieanalyse(TGA)-Daten für die Vergleichsbeispiele 3 und 4 sowie die Beispiele G, H und I enthalten. Tabelle 10
Tabelle 11 enthält eine Zusammenfassung von Testbedingungen für die Hochgeschwindigkeitshaltbarkeitstests 5004C aund 5004A, den Brucheigenschaftstest 5004D, die Hochenergiehaltbarkeitstests 5003A und 5030C und den u-v-p-t-Charakteristik-Test 5010A für die in den nachfolgenden Beispielen 18-23 enthaltenen Materialien. Tabelle 11
Bemerkung: *Auf Niveau B, Einstellung des aufgebrachten Drucks, um eine Stoppzeit von 0,8 sec innerhalb der ersten 10 Zyklen aufrechtzuerhalten.
**Auf Niveau B, Einstellung des aufgrebrachten Drucks, um eine Stoppzeit von 0,8 sec innerhalb der ersten 10 Zyklen aufrechtzuerhalten.
***Auf Niveau B, Beginn des Pressens bei 140 kPa, Einstellung des Drucks, um eine Stoppzeit von 0,95 sec beim 90sten Zyklus aufrechtzuerhalten.

Beispiel 18

In der nachfolgenden Tabelle 12 ist die Hochgeschwindigkeitshaltbarkeit für die Vergleichsbeispiele 3 und 4 und die Beispiele G, H, I und J gezeigt. Das Reibmaterial wurde mit einem Epoxy-modifizierten Phenolharz bei einer Aufnahme von etwa 37% imprägniert. Die Scherfestigkeit der Beispiele G, H und I waren mit Beispiel J vergleichbar. Die Druckbeanspruchung und Druckverformung führten zu einer akzeptablen Festigkeit und Elastizität, die eine gleichmäßigere Wärmeuernichtung während des Gebrauchs des Reibmateriales ermöglicht, da das Getriebe- oder Bremsfluid sich rasch durch die poröse Struktur bewegen kann. Die erhöhte Elastizität sorgt ferner für einen gleichmäßigeren Druck oder eine gleichmäßige Druckverteilung am Reibmaterial, so daß ein ungleichmäßiger Belagverschleiß oder "heiße Flecken" auf der Trennplatte eliminiert und minimiert werden.
Die nachfolgende Tabelle 13 zeigt den Hochgeschwindigkeitshaltbarkeitstest, wobei der Reibplattenzustand, der Trennplattenzustand und der Gesamtzustand einer jeden Probe dargestellt sind. Beispiel I hatte nur ein geringfügiges Gla zing und eine geringfügige Lochbildung, und der Gesamtzustand war befriedigend ohne Materialverlust.
Die nachfolgende Tabelle 14 zeigt den Hochgeschwindigkeitshaltbarkeitstest, wobei der Reibungskoeffizient auf den Energieniveaus A, B und C, die Stoppzeit und der Prozentsatz des Fadings dargestellt sind. Das Vergleichsbeispiel 4, Beispiel G und Beispiel J hatten einen Ausbruch, so daß der Test gestoppt wurde. Das Faserbasismaterial der Beispiele H und I hatte ein gutes Verhalten bei hohen Drehzahlen. Es trat kein "Abfall" des Reibungskoeffizienten bei einer Erhöhung der Zykluszahl für das Faserbasismaterial von Beispiel I auf. Tabelle 12 Hochgeschwindigkeitshaltbarkeitstest (Verfahren 5004A) Tabelle 13 Hochgeschwindigkeitshaltbarkeitstest (Verfahren 5004A) Tabelle 14 Hochgeschwindigkeitshaltbarkeitstest (Verfahren 5004A)

Beispiel 19

Die Hochenergiehaltbarkeitstests sind in den nachfolgenden Tabellen 15, 16 und 17 für die Vergleichsbeispiele 3 und 4 und Beispiele G, H, I und J gezeigt, die mit dem Epoxy-modifizierten Phenolharz imprägniert sind. Es versteht sich, daß die Menge der Harzaufnahme für unterschiedliche Beispiele variiert. In Tabelle 15 zeigen die Druck- und Druckverformungsdaten akzeptable Werte für die Beispiele G, H, I und J.
Tabelle 16 zeigt den Reibplattenzustand, den Trennplattenzustand und den Gesamtzustand. Beispiel I zeigte nur eine geringe Abrasion, einen geringen Glanz und einen geringen Lochfraß, und die Trennplatte hatte wenige heiße Flecken oder Wärmeverformungen.
Die nachfolgende Tabelle 17 zeigt den Reibungskoeffizienten für die Pegel A, B und C, die Stoppzeit und den Prozentsatz. Wie man erkennen kann, zeigen die Beispiele der vorliegenden Erfindung ein dauerhaft besseres Verhalten als die Vergleichsmaterialien. Die Faserbasismaterialien der vorliegenden Erfindung verhielten sich viel besser bei höheren Drehzahlen als die Vergleichsmaterialien. Es ist ferner wichtig, daß für die Faserbasismaterialien von Beispiel I der Reibungskoeffizient bei einem Anstieg der Zykluszahl nicht abfällt. Ferner zeigt der relativ beständige Reibungskoeffizient, daß die Reibmaterialien sehr stabil sind. Tabelle 15 Hochgeschwindigkeitshaltbarkeitstest (Verfahren 5003A) Tabelle 16 Hochgeschwindigkeitshaltbarkeitstest (Verfahren 5003A) Tabelle 17 Hochgeschwindigkeitshaltbarkeitstest (Verfahren 5003A)

Beispiel 20

Hochenergiehaltbarkeitstests wurden auch für die Beispiele I und J unter Verwendung von unterschiedlichen Harzen und unterschiedlichen Harzanteilen durchgeführt. Dabei variieren die Scherfestigkeiten geringfügig mit dem Harztyp, sind jedoch dauerhaft akzeptabel. Die Druck- und Druckverformungsdaten geben ein besseres Verhalten von Beispiel I gegenüber Beispiel J wieder. Was das Niveau des Reibungskoeffizienten anbetrifft, so zeigt beispielsweise I, das mit einem Phenolharz imprägniert war, bessere Ergebnisse als die anderen getesteten Beispiele. In Tabelle 18 ist wiederum kein "Abfall" für Beispiel I aufgeführt. Tabelle 18 Hochenergiehaltbarkeitstest (Verfahren 5030A)
In den nachfolgenden Beispielen 21-23 ist jede der nachfolgenden Faserbasismaterialien eine Formulierung, die in Gew.-% etwa 23% synthetischen Graphit, etwa 27% Diatomeenerde, etwa 5% Aramidfaserpulpe und verschiedene Arten von Fasern aufweist:
Beispiel K etwa 45% Aramidfasern - (CSF zwischen 580-640);
Beispiel L etwa 45% Aramidfasern - (CSF zwischen etwa 450-500);
Beispiel M etwa 45% Aramidfasern - (CSF zwischen etwa 580-640);
Beispiel N etwa 45% Aramidfasern - (CSF zwischen etwa 450-500); und
Beispiel O etwa 45% Aramidfasern - (CSF zwischen etwa (580-640).

Beispiel 21

Die in der nachfolgenden Tabelle 19 aufgeführten Beispiele K und L waren mit einer Harzaufnahme von etwa 48% und 46% gesättigt, wobei es sich um ein Harzgemisch aus 50% Silikon und etwa 50% Phenolharz handelte. Die Scherfestigkeits- und Druck- und Druckverformungsdaten geben wieder, daß Beispiel K, das die weniger fibrillierten Aramidfasern (CSF 580-640) aufweist, mit Beispiel L vergleichbar ist. Die TGA-, DSC- und TMA-Daten für Beispiel K zeigen eine hohe Reibungsstabilität und eine gute Hitzefestigkeit.
Fig. 23 zeigt die Porengröße von Beispiel L, während Fig. 24 die Porengröße für Beispiel K zeigt. Tabelle 19

Beispiel 22

Der Hochgeschwindigkeitshaltbarkeitstest gemäß Verfahren 5004C für die Beispiele K, L, M und N ist in den nachfolgenden Tabellen 20 und 21 aufgeführt. Der Reibplattenzustand zeigte nur einen mittleren bis leichten Glanz, während der Trennplattenzustand mittlere Wärmeverfärbungen für das Faserbasismaterial, das weniger fibrillierte Aramidfasern enthielt (CSF etwa 580-640), zeigte. Der Reibungskoeffizient für die Pegel A, B und C gibt wieder, daß sich die Faserbasismaterialien konsistent verhalten. Die Stoppzeit und der Fading-Prozentsatz waren etwa 3 bis 4 mal besser für Beispiel H als für Beispiel L. Die Stoppzeit für Beispiel M war mindestens etwa 4 mal besser als für Beispiel N, während der Fading-Prozentsatz mehr als zweimal besser für Beispiel M als für Beispiel N war. Tabelle 20 Hochgeschwindigkeitshaltbarkeitstest (Verfahren 5004C) Tabelle 21 Hochgeschwindigkeitshaltbarkeitstest (Verfahren 5004C)

Beispiel 23

Die Break-in-Charakteristika sind in der nachfolgenden Tabelle 22 für die Beispiele K, L und O aufgeführt. Sie geben eine gute Verhaltenscharakteristik und einen geringen Verschleiß wieder. Tabelle 22 Break-in-Charakteristiktest (Verfahren 5004D)
Die Beispiele 15-23 zeigen, daß ein Anstieg des Entwässerungsgrades (Canadian Standard Freeness) der Aramidfasern zu Faserbasismaterialien mit einer verbesserten Haltbarkeit führt. Des weiteren besitzen Faserbasismaterialien, die Aramidfasern mit einem CSF-Wert von mindestens etwa 580- 640, vorzugsweise von etwa 600-640 und am bevorzugtesten von etwa 620-640 aufweisen, größere Porengrößen als andere Arten von Aramidfasern. Die hohe Trägheitshaltbarkeit der Faserbasismaterialien mit derartigen weniger fibrillierten Aramidfasern wird verbessert, und es wird einbesserer Widerstand gegenüber Fading erreicht.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sorgen Reibmaterialien, die ein Zweischicht-Faserbasismaterial aufweisen, das mit einem geeigneten Phenolharz, Epoxy-modifizierten Phenolharz oder Phenol/Silikonharzgemisch imprägniert ist, für ein besseres Reibungsverhalten und eine bessere Einbrechcharakteristik als Reibmaterialien, die herkömmliche Materialien enthalten. Das Faserbasismaterial umfaßt eine Primärschicht aus einer weniger fibrillierten Aramidfaser, synthetischem Graphit, Füllmaterialien, wie Diatomeenerde, und in bestimmten Ausführungsformen Baumwoll- und/oder Aramidpulpe, sowie andere wahlweise Bestandteile. Die Sekundärschicht umfaßt eine Ablagerung von Kohlenstoffpartikeln auf der Oberfläche des Fasermateriales während des Faserbasismaterialherstellprozesses.
Die Haftung der Kohlenstoffpartikel auf der Oberfläche des Faserbasismateriales kann unter Verwendung von Retentionshilfen und/oder Bindemitteln, wie beispielsweise einer geeigneten Menge von Materialien vom Latextyp, die in der Primärschicht oder unteren Schicht vorhanden sind, verbessert werden.
Die Gleichmäßigkeit der Schicht aus den Kohlenstoffparti keln auf der Oberfläche der Faserbasismaterialien kann verbessert werden, indem ein Bereich und eine Größe der Kohlenstoffpartikel verwendet werden, die vorzugsweise von etwa 0,5 bis etwa 80 um reichen. Es können aber auch andere Größen von Kohlenstoffpartikeln als Sekundärschicht auf dem Faserbasismaterial der vorliegenden Erfindung Verwendung finden.
Eine bevorzugte Ausführungsform zur Herstellung eines Reibmateriales 10 unter Verwendung eines mit Kohlenstoff beschichteten Faserbasismateriales 12 der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 42 gezeigt. Das Faserbasismaterial 12 umfaßt eine untere Schicht 14 mit einer Oberfläche oder Deckfläche 16 und einer unteren oder Grundfläche 18. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die untere Schicht 14 die weniger fibrillierte Aramidfaser, synthetischen Graphit, Füllmaterial, wahlweise Baumwoll- und/oder Aramidpulpe. Während die untere Schicht 14 naß ist, werden Kohlenstoffpartikel 20 auf der Oberfläche 16 der nassen unteren Schicht 14 abgelagert. Bei bestimmten Ausführungsformen umfaßt die untere Schicht 14 des weiteren eine geeignete Menge von mindestens einem Typ eines Bindemittels, so daß die Kohlenstoffpartikel durch das in der unteren feuchten Schicht 14 vorhandene Bindemittel mit der nassen Schicht 14 verklebt werden. Geeignete Bindemittel sind ein Bindemittel vom Latextyp und/oder ein Material auf Alaunbasis mit einem pH-Wert von ewa 4,5 oder weniger.
Bei einer anderen Ausführungsform ist es von Vorteil, eine Unterdruckeinrichtung 30 auf der Unterseite der nassen Schicht 14 vor der Abscheidung der Kohlenstoffpartikel 20 auf der gegenüberliegenden Grundfläche 18 der Schicht 14 zu verwenden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform reicht die Menge der Kohlenstoffpartikel von etwa 0,2 ibs etwa 20 Gew.-%, bei bestimmten Ausführungsformen von etwa 15 bis etwa 5 Gew.-% und bei anderen Ausführungsformen von etwa 2 bis etwa 20 Gew.-% des Reibpapiers. Bei bevorzugten Ausführungsformen nimmt die Abdeckungsfläche der Kohlenstoffpartikel auf der Oberfläche der Primärschicht einen Bereich von etwa 3 bis etwa 90% der Oberfläche ein.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des asbestfreien Reibmateriales umfaßt das Vermischen der weniger fibrillierten Aramidfasern mit synthetischem Graphit und mindestens einem Füllmittel, um ein Faserbasismaterial auszubilden. Mindestens eine Fläche des Faserbasismateriales wird mit den Kohlenstoffpartikeln beschichtet. Das Faserbasismaterial mit den darauf befindlichen, die Beschichtung bildenden Kohlenstoffpartikeln wird mit mindestens einem Phenolharz oder modifiziertem Phenolharz imprägniert. Das imprägnierte, beschichtete Faserbasismaterial wird bei einer vorgegebenen Temperatur über eine vorgegebene Zeitdauer ausgehärtet.
Bei einer anderen Ausführungsform kann ein Phenolharz mit einem Silikonharz vermischt werden, um das Faserbasismaterial zu imprägnieren, wie in der schwebenden amerikanischen Patentanmeldung Nr. 08/126 000 vom 23. September 1993 offenbart ist. Der gesamte Ihnhalt dieser Anmeldung wird hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Offenbarung eingearbeitet.
Es wurde festgestellt, daß die größere Faserlänge zusammen mit dem höheren Entwässerungsgrad und der Schicht der Kohlenstoffpartikel für ein Reibmaterial sorgt, das eine hohe Haltbarkeit, eine gute Verschleißfestigkeit und eine verbesserte Break-in-Charakteristik besitzt. Wie in den nachfolgenden Beispielen gezeigt, ist die Änderung des Rei bungskoeffizienten des schichtweise aufgebauten Reibmateriales mit der Kohlenstoffablagerung in den Anfangsstadien viel geringer als bei Reibmaterialien mit keiner Kohlenstoffablagerung.
Tabelle 23 ist eine Zusammenfassung von Testbedingungen für den Break-in-Charakteristiktest 5004DN, die Hochgeschwindigkeitshaltbarkeitstests 5004CN, die Hochenergiehaltbarkeitstests 5030CN und den u-v-p-t-Charakteristiktest 491 N- 494 N für die Materialien der nachfolgenden Beispiele 24-28. Tabelle 23 Testverfahrensbedingungen (nicht eingetauchte Modifikation)
Bemerkung: *Bei Niveau. B wurde der aufgebrachte Druck eingestellt, um eine Stoppzeit von 0,8 sec innerhalb des 175sten Zyklus aufrechtzuerhalten.
**Bei Niveau B wurde mit einem Druck von 140 kPa begonnen und der Druck eingestellt, um im 175sten Zyklus eine Stoppzeit von 0,95 sec aufrechtzuerhalten.

Beispiel 24

Die nachfolgenden Faserbasismaterialien wurden in den nachfolgenden Beispielen verwendet (in Gew.-%).
Beispiel P ist ein aus zwei Schichten bestehendes Faserbasismaterial, das eine Primärschicht von etwa 45% fibrillierten Aramidfasern (CSF etwa 450-500), etwa 10% synthetischen Graphit, etwa 40% Diatomeenerde und wahlweise etwa 5% optionales Füllmittel, wie Aramidpulpe, und eine Sekundärschicht von etwa 3-5% Kohlenstoffpartikeln umfaßt. Bei bestimmten Ausführungsformen ist es wünschenswert, eine Retentionshilfe zu verwenden, um zur Haftung der Kohlenstoffpartikel auf der Oberfläche des Faserbasismateriales beizutragen.
Beispiel Q ist ein aus zwei Schichten bestehendes Faserbasismaterial mit einer Primärschicht von etwa 45% fibrillierten Aramidfasern (CSF etwa 450-500), etwa 23% synthetischem Graphit, etwa 27% Diatomeenerde und wahlweise etwa 5% optionalem Füllmittel, wie Aramidpulpe, und einer sekundären Schicht von, etwa 3-5% Kohlenstoffpartikeln.
Beispiel R ist ein aus zwei Schichten bestehendes Faserbasismaterial mit einer Primärschicht aus etwa 25% weniger fibrillierten Aramidfasern (CSF etwa 450-500), etwa 45%- Kohlenstoffpartikeln und etwa 30% Baumwollfasern und einer Sekundärschicht aus etwa 20% Kohlenstoffpartikeln. Bei bestimmten Ausführungsformen ist es wünschenswert, eine Retentionshilfe bis zu etwa 20% Alaun auf einen pH-Wert von 4,5 zu verwenden, um zur Haftung der Kohlenstoffpartikel auf der Oberfläche des Faserbasismateriales beizutragen.
Die nachfolgende Tabelle 24 zeigt die Ergebnisse eines Break-in-Tests unter Verwendung eines Phenolharzes für jedes der Faserbasismaterialien der Beispiele P, Q und R, wobei die prozentuale Harzaufnahme für jedes Faserbasismaterial aufgeführt ist.
Die nachfolgende Tabelle 25 zeigt die Einbrecheigenschaften der Faserbasismaterialien der Beispiele P, Q und R, die mit einem Silikonharz B gesättigt sind, wobei jedes Faserbasismaterial die angegebene prozentuale Harzaufnahme besitzt. Tabelle 24 Break-in-Test Tabelle 25 Break-in-Test
Bei den Faserbasismaterialien (Beispiel R), die mit Phenolharz und phenolfreiem Harz gesättigt sind, mit der großen Ablagerung von Kohlenstoffpartikeln änderten sich der dynamische Reibungskoeffizient und die Stoppzeit nach dem 200- Zyklen-Test nicht.
Für Papiere mit einem niedrigem Prozentsatz an Kohlenstoffpartikeln auf dem Faserbasismaterial (Beispiele P und Q) tragen die Silikonharze dazu bei, den dynamischen Reibungskoeffizienten innerhalb von 20 Zyklen zu stabilisieren. Bei nichtgezeigten Daten benötigte man 50 Zyklen für ein Phenol/Silikonharz zur Stabilisierung und etwa 80 Zyklen für ein Phenolharz sowie 100 Zyklen für das Phenolharzsystem zum Stabilisieren.
Die Stoppzeit wurde konstant nach 20 Zyklen für die reinen Silikonharze, während 80 Zyklen bei dem Silikonharzgemisch benötigt wurden, um die konstante Stoppzeit zu erreichen (Daten sind nicht gezeigt). Die in Tabelle 24 gezeigten Phenolharzbeispiele benötigten etwa 100 Zyklen, um die Stoppzeit anzugleichen.
Bei bestimmten Ausführungsformen hängt das Einbrechverhalten vom Grad der Kohlenstoffabdeckung auf der Oberfläche des Faserbasismateriales und von den Zusammensetzungen der Primärschichtformulierung ab (bei diversen Ausführungsformen wird manchmal der Harztyp auch als Mittel zur Steuerung des Einbrechverhaltens (break-in) angesehen).

Beispiel 25

Die nachfolgenden Faserbasismaterialien wurden in den nachfolgenden Beispielen verwendet (in Gew.-%). Jedes Beispiel umfaßte etwa 20% weniger fibrillierte Aramidfasern (CSF etwa 580-640), etwa 20% synthetischen Graphit, etwa 20% Diatomeenerde, etwa 35% Baumwollfasern und wahlweise etwa 2% Latex. Eine Sekundärschicht für jedes der nachfolgenden Beispiele enthielt diverse Gew.-%-Anteile von Kohlenstoffpartikeln.
Beispiel S - 0% Kohlenstoffpartikel;
Beispiel T - 5% Kohlenstoffpartikel;
Beispiel U - 10% Kohlenstoffpartikel;
Beispiel V - 15% Partikel; und
Beispiel W - 20% Kohlenstoffpartikel.
Tabelle 26 zeigt Break-in-Testdaten für die Beispiele S, T, U, V und W, die mit einem Phenolharz gesättigt und bei 350 ºF (176,8ºC) über 30 Minuten ausgehärtet wurden. Dabei ist der mittlere, anfängliche und letzte Reibungskoeffizient aufgeführt. Auch die Stoppzeit ist aufgeführt. Tabelle 27 zeigt die Kohlenstoffbedeckung der Oberfläche als Prozent der Fläche sowie die gesättigte Papierporengröße und Flüssigkeitsdurchlässigkeit. Der höhere mittlere Fließporendurchmesser zeigt an, daß das Reibmaterial wahrscheinlich eine geringere Grenzflächentemperatur besitzt, da eine wirksamere Wärmevernichtung bei der Wärmeübertragung durch eine bessere automatische Übertragung des Fluidmaterialflusses aus dem Porenaufbau des Reibmateriales stattfindet. Wenn daher ein Reibmaterial anfangs mit größeren Poren beginnt, verbleiben mehr offene Poren während der nutzbaren Lebensdauer des Reibmateriales. Tabelle 26 Break-in-Test (Verfahren 5004D)
Tabelle 27 zeigt die Scherfestigkeit für die Beispiele T, U, V und W. Je höher die Scherfestigkeit ist, desto besser ist die mechanische Festigkeit des Reibmateriales, was bedeutet, daß ein größerer Druck benötigt wird, um den Reibbelag abzuscheren.
Die Scherfestigkeit der Reibmaterialien der vorliegenden Erfindung ist größer als die von herkömmlichen Materialien. Durch die Verwendung der weniger fibrillierten Fasern und durch die resultierende poröse Struktur des Reibmateriales wird ein erhöhter thermischer Widerstand des Reibmateriales erreicht. Die Fasergeometrie erhöht nicht nur den thermischen Widerstand, sondern auch den Entschichtungswiderstand und Quietschwiderstand. Ferner trägt die Gegenwart der Partikel aus synthetischen Graphit und von mindestens einem Füllmittel zur Erhöhung des thermischen Widerstandes, zur Aufrechterhaltung eines stetigen Reibungskoeffizienten und zur Erhöhung des Quietschwiderstandes bei. Ferner reicht die durchschnittliche Porengröße für das Reibmaterial der vorliegenden Erfindung von etwa 0,5 um bis etwa 120 um im Durchmesser und bei bestimmten Ausführungsformen von etwa 6 um bis etwa 50 um.
Tabelle 27 zeigt Kompressions/Entspannungsuntersuchungen. Diese Tests geben den Effekt auf das Papiermaß wieder, der durch wiederholtes Pressen einer Probe und Freigeben der Probe über eine Reihe von unterschiedlichen Drücken verursacht wird. Diese Ablesungen stellen eine Anzeige dar für den inneren Widerstand gegenüber einer Druckaufbringung oder Kompaktierung während der Verarbeitung. Die Beispiele zeigen eine gute Elastizität, die eine gleichmäßigere Wärmevernichtung während des Einsatzes der Reibmaterialien ermöglicht, da das Fluid im Getriebe oder in der Bremse sich rasch durch die poröse Struktur bewegen kann. Des weiteren führt der Anstieg in der Elastizität zu einem gleichmäßige ren Druck oder zu einer gleichmäßigen Druckverteilung auf das Reibmaterial, so daß ein ungleichmäßiger Belagverschleiß oder "heiße Flecken" der Trennplatte eliminiert oder minimiert werden. Tabelle 27 Zweischichtkohlenstoffmaterialien
In den Fig. 25-30 sind Oberflächenprofile von Trennplatten gezeigt. Fig. 25 zeigt eine neuartige Trennplatte mit einer Oberflächenrauhigket von etwa Ra 6,0 u Zoll (15,24 ucm).
Fig. 26 zeigt Beispiel 5 mit 0% Kohlenstoffmaterial und einer Oberflächenrauhigkeit Ra von etwa 7,6 u Zoll (19,3 ucm).
Fig. 27 zeigt Beispiel T mit etwa 5% Kohlenstoffmaterial und einer Oberlfächenrauhigkeit Ra von etwa 6,0 u Zoll (15,24 ucm)
Fig. 28 zeigt Beispiel U mit etwa 10% Kohlenstoffmaterial und einer Oberflächenrauhigkeit Ra von etwa 5,6 u Zoll (14,22 ucm).
Fig. 29 zeigt Beispiel V mit etwa 15% Kohlenstoffmaterial und einer Oberflächenrauhigkeit Ra von etwa 11,5 u Zoll (29,21 ucm) mit einem darauf befindlichen Ritz.
Fig. 30 zeigt Beispiel W mit etwa 20% Kohlenstoffmaterial und einer Oberflächenrauhigkeit Ra von etwa 11,7 u Zoll (29,72 ucm) und zwei Ritzen darauf.
Tabelle 28 zeigt den Flächenprozentanteil des Kohlenstoffs für die Beispiele S, T, U, V und W vor den Tests und nach den Tests. Tabelle 28
Die obigen Daten der Tabellen 26 und 27 sowie die Fig. 25-30 geben eine Reihe von Faserbasismaterialien mit einem unterschiedlichen Prozentsatz der Kohlenstoffabdeckung auf der Oberfläche wieder, die in bezug auf ihr Einbrechverhalten getestet wurden. Die Beispiele T und U mit einer Kohlenstoffbedeckung von 5 Gew.-% und 10 Gew.-% besitzen ein besseres Einbrechverhalten als Beispiel S mit einer Kohlenstoffbedeckung von 0 Gew.-%. Beide Beispiele T und U besitzen einen ähnlichen mittleren dynamischen Reibungskoeffizient wie Beispiel S bei Zyklus 200.
Beispiel W mit einer Kohlenstoffbedeckung von 20 Gew.-% hatte einen großen Abfall des dynamischen Koeffizienten und ferner einen niedrigeren dynamischen Reibungskoeffizient als Beispiel S mit einer Kohlenstoffbedeckung von 0 Gew.-% bei Zyklus 200.
Es existiert eine Beziehung zwischen der prozentualen Änderung des dynamischen Reibungskoeffizienten und der Kohlenstoffbedeckung der Oberfläche (Flächenprozent). Es gibt ferner eine Beziehung zwischen der prozentualen Änderung der Stoppzeit und der Kohlenstoffbedeckung der Oberfläche (Flächenprozent). Diese Beziehungen sind in den Fig. 31 und 32 wiedergegeben.

Beispiel 26

Beispiel 26 zeigt den Effekt der Kohlenstoffbedeckung auf Faserbasismaterialien in Langzeithaltbarkeitstests. Beispiel X enthält etwa 25% Aramidfasern (CSF etwa 450-500), etwa 30% Baumwollfasern, etwa 20% synthetischen Graphit und etwa 25% Diatomeenerde.
Beispiel Y enthält etwa 25% Aramidfasern (CSF etwa 580- 640), 20-30% Baumwollfasern, etwa 20-25% synthetischen Graphit und etwa 20-25% Diatomeenerde. Beispiel T ist wie oben ausgebildet, und Beispiel Z enthält etwa 40-50% Aramidfasern (CSF etwa 450-500), etwa 20-25% synthetischen Graphit, etwa 25-30% Diatomeenerde und wahlweise etwa 0-7 %- Aramidpulpe.
Das Harz von Beispiel T hat ein sehr gutes Break-in-Verhalten und eine sehr gute Hochgeschwindigkeitshaltbarkeit. Beispiel Y hatte auch eine bessere Haltbarkeit als Beispiel X, obwohl weder Beispiel Y noch X Kohlenstoffpartikel enthielten.
Fig. 33 zeigt die Änderung des anfänglichen Reibungskoeffizienten für die Beispiele X, T und Y. Fig. 34 zeigt die Änderung der anfänglichen Stoppzeit für die Beispiele X, T und Y.

Beispiel 27

Der Hochenergiehaltbarkeitstest gemäß Verfahren 5030CN ist in Fig. 35 gezeigt.
Fig. 35 zeigt das Stoppzeitfading für die Beispiele T, Z und AA. Beispiel T hatte ein Stoppzeitfading von nahezu 4.000 Zyklen, während Beispiel AA ein Stoppzeitfading von mehr als 2.500 Zyklen besaß, wobei die Stoppzeit geringer war als etwa 1,05 sec. Beispiel T hatte die beste Haltbarkeit von sämtlichen gemäß Verfahren 5030CN getesteten Materialien und zeigte eine hohe Trägheitshaltbarkeit. Beispiel T ist das Material mit Kohlenstoffablagerung (5% Kohlenstoffablagerung). Die Beispiele AA und Z besitzen keine Kohlenstoffablagerungen (0% Kohlenstoffablagerung).

Beispiel 28

Wie aus der nachfolgenden Tabelle 29 deutlich wird, zeigt Beispiel T, das eine Sekundärschicht mit etwa 5% Kohlenstoffpartikeln besitzt, ein gutes Reibverhalten einschließlich einer guten Kurvenform und guten Reibkoeffizienten im Vergleich zu den Beispielen X und Y.
Die Fig. 36, 37 und 38 zeigen Kurvenformen des Reibungskoeffizienten für Beispiel X, das keine Kohlenstoffablagerung enthält, für die Niveaus A, B, C und D, wobei der anfängliche, mittlere und letzte Reibungskoeffizient dargestellt sind.
Die Fig. 39, 40 und 41 zeigen die Kurvenformen für Beispiel T, das ein Faserbasismaterial mit weniger fibrillierten Aramidfasern (CSF etwa 580-640) und einer Sekundärschicht von etwa 5% umfaßt. Beispiel T ist mit einem Phenolharz einer Harzaufnahme von etwa 35% bis 40% imprägniert. Die Fig. 39, 40 und 41 zeigen den anfänglichen und mittleren Reibungskoeffizienten für die Niveaus A, B, C und D.
Die Fig. 36-41 zeigen, daß Beispiel T eine gute Kurvenform und gute Reibungskoeffizienten besitzt. Das Faserbasismaterial mit einer Sekundärschicht aus einer Kohlenstoffablagerung besitzt eine höhere Reibungshaltbarkeit infolge einer höheren thermischen Leitfähigkeit, einer größeren Porengröße und einer größeren Flüssigkeitsdurchlässigkeit der Primärschicht. Tabelle 29 Drehmomentkurvenformauswertung

Industrielle Anwendbarkeit

Die vorliegende Erfindung ist geeignet als Hochenergiereibmaterial zur Verwendung mit Kupplungsscheiben, Getriebebändern, Bremsschuhen, Synchronisierringen, Reibscheiben oder Systemplatten.
Die obige Beschreibung der bevorzugten und anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist lediglich beispielhaft und stellt in keiner Weise eine Beschränkung des Schutzumfanges der Erfindung und des Inhalts der nachfolgenden Patentansprüche dar.

Claims

1. Material auf Faserbasis zur Verwendung in einem asbestfreien Reibmaterial mit einer Primärschicht aus einer Vielzahl von fibrillierten Aramidfasern mit einer Entwässerungsneigung von mindestens etwa 450 auf dem Canadian Standard Freeness (CSF) Index, synthetischem Graphit und mindestens einem Füllmaterial, gekennzeichnet durch eine Sekundärschicht, die Kohlenstoffpartikel umfaßt, auf mindestens einer Oberfläche des Materiales auf Faserbasis.

2. Material auf Faserbasis nach Anspruch 1, bei dem die fibrillierten Aramidfasern eine Entwässerungsneigung von 580-640 auf dem Canadian Standard Freeness Index besitzen.

3. Material auf Faserbasis nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der synthetische Graphit durch Graphitisierung bei Temperaturen von etwa 2.800-3.000ºC hergestellt ist und eine Größe in einem Bereich von 20 bis 50 um im Durchmesser aufweist.

4. Material auf Faserbasis nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die fibrillierten Aramidfasern durchschnittliche Faserlängen in einem Bereich von 0,5 mm bis 6 mm haben.

5. Material auf Faserbasis nach einem der vorangehenden Ansprüche mit etwa 10 bis etwa 50 Gew.-% fibrillierter Aramidfaser, etwa 10 bis etwa 35 Gew.-% synthetischem Graphit und etwa 20 bis etwa 45 Gew.-% Füllmaterial.

6. Material auf Faserbasis nach einem der vorangehenden Ansprüche mit etwa 20 bis etwa 30 Gew.-% fibrillierten Aramidfasern, etwa 10 bis etwa 35 Gew.-% synthetischem Graphit, etwa 20 bis etwa 30 Gew.-% Füllmaterial und etwa 0 bis etwa 40% Baumwollfasern.

7. Material auf Faserbasis nach Anspruch 6 mit etwa 15 bis 35 Gew.-% synthetischem Graphit.

8. Material auf Faserbasis nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Material etwa 20% bis etwa 40% Baumwollfasern enthält.

9. Material auf Faserbasis nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Sekundärschicht etwa 0,2 bis etwa 20 Gew.-% Kohlenstoffpartikel auf der Basis des Gewichtes des Materiales auf Faserbasis enthält.

10. Material auf Faserbasis nach Anspruch 9, das etwa 2 bis etwa 20 Gew.-% Kohlenstoffpartikel enthält.

11. Material auf Faserbasis nach Anspruch 10, bei dem die Sekundärschicht etwa 5 bis etwa 15 Gew.-% Kohlenstoffpartikel auf der Basis des Gewichtes des Materiales auf Faserbasis enthält.

12. Material auf Faserbasis nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Größe der Kohlenstoffpartikel von etwa 0,5 bis etwa 120 um reicht.

13. Material auf Faserbasis nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Kohlenstoffpartikel auf der Primärschicht etwa 3 bis etwa 90% der Fläche der Primärschicht umfassen.

14. Asbestfreies Reibmaterial mit einem Material auf Faserbasis nach einem der vorangehenden Ansprüche, das mit einem Phenolharz oder einem modifizierten Phenolharz imprägniert ist.

15. Asbestfreies Reibmaterial nach Anspruch 14, bei dem das Material auf Faserbasis mit einem Gemisch aus einem Phenolharz und einem Silikonharz imprägniert ist, wobei die Menge des Silikonharzes im Gemisch von etwa 5 bis etwa 80 Gew.-% auf der Basis des Gewichtes des Gemisches reicht.

16. Asbestfreies Reibmaterial nach Anspruch 15, bei dem das Phenolharz in einem Lösungsmittel und das Silikonharz in einem Lösungsmittel vorhanden ist, das mit dem Lösungsmittel des Phenolharzes kompatibel ist.

17. Verfahren zur Herstellung eines asbestfreien Reibmateriales nach einem der Ansprüche 14 bis 16 mit den folgenden Schritten: Beschichten von mindestens einer Oberfläche eines Materiales auf Faserbasis mit Kohlenstoffpartikeln, Imprägnieren des Materiales auf Faserbasis mit mindestens einem Phenolharz oder modifizierten Phenolharz und danach Aushärten des imprägnierten Materiales auf Faserbasis bei einer vorgegebenen Temperatur über eine vorgegebene Zeitdauer.

18. Verfahren zur Herstellung eines asbestfreien Reibmate riales nach Anspruch 17, das die weiteren Schritte des Vermischens von fibrillierten Aramidfasern mit synthetischem Graphit und mindestens einem Füllmaterial zur Ausbildung des Materiales auf Faserbasis umfaßt.

19. Verfahren zur Herstellung eines asbestfreien Reibmateriales nach Anspruch 18, bei dem die fibrillierten Aramidfasern eine Entwässerungsneigung von mindestens 450 auf dem Canadian Standard Freeness (CSF) Index besitzen.

20. Verfahren zur Herstellung eines asbestfreien Reibmateriales nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem das Phenolharz mit einem Silikonharz vermischt, das Material auf Faserbasis mit dem Silikonharz-Phenolharz- Gemisch imprägniert und danach erhitzt wird, um das Phenolharz und Silikonharz auszuhärten.