DE69729939T2

DE69729939T2 - Gemustertes reibungsmaterial, kupplungsscheibenelement und verfahren zur herstellung und benutzen desselben

Info

Publication number: DE69729939T2
Application number: DE69729939T
Authority: DE
Inventors: S. David SEITZ; C. Elizabeth EDBLOM; T. Karl MCKEAGUE
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1996-04-08
Filing date: 1997-04-08
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2017-04-09
Also published as: AU2608897A; KR20000005268A; CN1215455A; JP4112621B2; DE69729939D1; EP0892896A1; JP2000509467A; AU726367B2; EP0892896B1; BR9708610A; CA2249621A1; WO1997038236A1

Description

Diese Erfindung betrifft Reibungsmaterialien mit strukturierten Oberflächen zur Verwendung in Kupplungsplattenelementen, Bremsbelägen, Getrieben und dergleichen, und Verfahren zur Herstellung und Verwendung dieser Konstruktionen.
Reibungsmaterialien werden für eine große Vielzahl verschiedener Automobilanwendungen eingesetzt, beispielsweise für Bremsauskleidungen, Bremsbeläge, für Drehmomentwandlerkupplungen in Automatikgetrieben, Synchronisierringen in manuellen Getrieben und in so genannten "Rutschkupplungen" in neueren Automobilen (eine neue Variante einer Drehmomentwandlerkupplung).
Reibungsmaterialien müssen im Allgemeinen bei einer großen Vielzahl von Eigenschaften bestimmte Bedingungen erfüllen. Erwünschte Attribute eines Reibungsmaterials umfassen Belastbarkeit, Festigkeit, Wärmebeständigkeit, gute Reibeigenschaften und eine lange Lebensdauer. Reibungsmaterialien für Kraftübertragungen sollten im Allgemeinen eine flache Drehmomentkurve aufweisen, keine Klebungsdefekte bei Standardbetriebsbedingungen zeigen und die Flachheit der Drehmomentkurve und den Drehmomentumfang bewahren. Wenn ein ruckfreier Betrieb der Kupplung durch Reibungsmodifikatoren im Getriebefluid verbessert wird, sollte das Reibungsmaterial zudem eine angemessene Fluidmenge an der Eingriffsfläche halten oder speichern. Für diese und andere Aufgaben wurden strukturierte oder mit einer Textur versehene Reibfläche für ein Reibungsmaterial vorgeschlagen.
Ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen strukturierten Oberfläche für ein Reibungsmaterial besteht in einem chargenweisen Formungsverfahren mit Thermokompression, wie es beispielsweise in der US-Pat. Nr. 5.004.089 (Hara et al.) offenbart ist, wobei die Form im Wesentlichen die zu der erwünschten, mit Grübchen versehenen Oberfläche inverse Form aufweist. Da die Formungsprozesse im Allgemeinen Chargenprozesse sind, die eine beträchtliche Zeit und Energie erfordern, sind sie für Massenproduktionsanlagen ungeeignet. Die US-Pat. Nr. 3.841.949 (Black) beschreibt eine Verbundreibplatte, die mit einem Belag aus synthetischem Gummi versehen ist, der kleine Inseln aufweist, in denen Reibungsmaterial, wie beispielsweise gesinterte, pulvrige Bronzepartikel eingebettet sind, um die tatsächliche Reibfläche zu bilden. Derartige Partikel oder Auflageflächen sollen vorzugsweise die Form von kreisförmigen Knöpfen haben, die von der dünnen Basis einer Außenbeschichtung vorstehen, wie beispielsweise einem temperaturbeständigen, synthetischen Gummi, und über die Basis hinweg mit Abstand zueinander verteilt sind. Diese Anordnung soll die erforderliche Kühlölmenge reduzieren, die für die Abfuhr einer gegebenen Wärmemenge in der Kupplung oder Bremse notwendig ist.
Schleifartikel haben bekanntlicherweise eine Schleifschicht mit einer konturierten Topographie, die dadurch gekennzeichnet, ist, dass sie eine dreidimensional geformte, durch Strahlung gehärtete Dispersion von Schleifpartikeln in einem organischen Binder ist, wie sie beispielsweise in der US-Pat. Nr. 5.152.917 (Pieper et al.) beschrieben ist. Dieses Patent beschreibt allgemein Schleifmaterialien, die durch Aufbringung eines Breis aus UV aushärtbarem Kunstharz und Schleifpartikeln auf eine strukturierte Oberfläche, In-Kontakt-Bringen der mit Brei beschichteten, strukturierten Oberfläche mit einer Unterschicht, Aushärten des Kunstharzes und Entfernung des fertig gestellten Schleifartikels von der strukturierten Oberfläche hergestellt werden. Die dort beschriebenen Schleifmaterialien sind jedoch ungeeignet zur Verwendung als Reibungsmaterialien, sie weisen nicht die Kombination von Inhaltsstoffen auf, die üblicherweise in Reibungsmaterialien verwendet werden und benötigt werden, um die rigorosen Standardtests für die in Automobilantrieben verwendeten Reibungsmaterialien zu bestehen. Wie in der US-Pat. Nr. 5.234.740 (Reeves et al.) beschrieben ist, weisen Schlupfkontrollbeläge bekanntlicherweise eine Unterschicht mit ersten und zweiten Hauptflächen und mit einer Anordnung von vorstehenden Teilen auf der ersten Hauptfläche auf, die zum Bedecken von z. B. Gymnastikapparaten und Werkzeug- und Ratschengriffen geeignet sind. Die bei Reeves et al. ausgebildeten vorstehenden Teile enthalten keine granulären Kohlenstoff-Reibungspartikel, die unter anderem notwendig sind, um ein für Automobilantriebsanwendungen geeignetes Reibungsmaterial bereitzustellen, wie beispielsweise ein Kupplungsplattenelement.
Die US-Pat. Nr. 5.083.650 (Seitz et al.) offenbart ein Reibungselement mit einer aufgerauten Oberfläche, die zur Verwendung als Reibbelagelement in einer Kraftübertragung geeignet ist. Das Reibungselement von Seitz et al. beinhaltet ein wärmebeständiges Papier, das granuläre Kohlenstoff-Reibungspartikel trägt, die über einen darunter- und darüberliegenden wärmehärtenden Polymerbinder, der Kohlenstoff-Füllstoffpartikel enthält, mit Kunstharz verklebt sind. Auf der Oberfläche des Reibungselements von Seitz et al. ist eine gewellte (aufgeraute) Kontur ausgebildet. Es wäre wünschenswert, eine Reibbelagschicht mit erhöhter Texturkontrolle und ohne die Notwendigkeit für die Durchführung aufeinander folgender Beschichtungen auszubilden, wie sie bei Seitz et al. angewandt werden.
Kurze Darstellung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind Reibungsmaterialien und Kupplungsplattenelemente mit einer strukturierten Reibfläche versehen. Verfahren zur Herstellung und Verwendung der erfinderischen Reibungsmaterialien werden ebenso vorgestellt. Eine Ausführungsform der Erfindung ist ein Reibungsmaterial für ein Reibbelagelement, wobei das Reibungsmaterial Folgendes umfasst: eine Unterschicht mit einer Vorderfläche und einer Rückfläche und eine Vielzahl von präzise geformten Verbundstrukturen, die eine strukturierte Reibungsbeschichtung auf der Vorderfläche der Unterschicht bilden, wobei die präzise geformten Verbundstrukturen eine Vielzahl von in einem Binder dispergierten Reibungspartikeln umfassen.
Die Vielzahl von präzise geformten Reibverbundstruktren definieren eine Topographie der Gesamtreibfläche, die ein dreidimensionales Muster aufweist, wie beispielsweise eine Anordnung, die ein nicht zufälliges Muster aufweist. Diese strukturierte Reibfläche umfasst im Allgemeinen eine Vielzahl von Spitzen oder Schroffheiten, die mit der Form jeder Reibverbundstruktur verknüpft ist, wobei benachbarte Reibverbundstrukturspitzen oder -schroffheiten voneinander getrennt sind. Da die Spitzen voneinander getrennt sind, sind dazwischen Hohlräume ausgebildet. Diese Hohlräume stellen ein Mittel zum dynamischen Halten eines Fluids, z. B. eines Getriebefluids dar. Die präzise geformten Reibverbundstruktren weisen jeweils eine präzise Form auf, die durch eine charakteristische und unterscheidbare Grenzfläche definiert wird. Benachbarte Verbundstrukturen haben vorzugsweise die gleiche Form, obwohl im Rahmen der Erfindung auch unterschiedliche Formen in Betracht kommen. Die Verbundstrukturen sind vorzugsweise gleich beabstandet, obschon auch eine zufällige Beabstandung im Rahmen der Erfindung in Betracht kommt.
Jede der Vielzahl von präzise geformten Reibverbundstruktren umfasst vorzugsweise eine dreidimensionale Form, für die eine parallelepipedische, kubische, konische, pyramidenstumpfförmige, zylindrische, pyramidenförmige Form oder eine Mischung daraus gewählt wird. Jede der Vielzahl von präzise geformten Verbundstrukturen umfasst besonders bevorzugt eine Pyramide mit einer dreieckförmigen Basis; besonders bevorzugt umfasst jede der Vielzahl von präzise geformten Reibverbundstruktren eine Pyramide mit einer quadratförmigen Basis und am bevorzugtesten umfasst jede der Pyramiden flache Oberseiten. Optional können die präzise geformten Verbundstrukturen außerdem ein Additiv umfassen.
Bei weiteren Ausführungsform ist das Reibungsmaterial elastisch, d. h. das Reibungsmaterial weist ein Elastizitätsmodul von etwa 10⁷ Dyn/cm² oder weniger auf, und besonders bevorzugt von etwa 10⁶ Dyn/cm² bis etwa 10⁷ Dyn/cm². Das Elastizitätsmodul wird typischerweise unter Verwendung eines Rheometrics Solids Analyzer Model RSA II von Rheometrics Scientific in Piscataway, NJ ermittelt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Reibungsmaterial außerdem eine Haftvermittlungsschicht auf der Rückfläche der Unterschicht; besonders bevorzugt umfasst die Haftvermittlungsschicht ein Fluorelastomer, und das Elastizitätsmodul beträgt vorzugsweise etwa 3,5 × 10⁶ Dyn/cm². Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform beträgt das Elastizitätsmodul etwa 4,5 × 10⁶ Dyn/cm², wobei die strukturierte Reibungsbeschichtung einen Reibungskoeffizienten von etwa 0,14 oder größer bei einem Energieniveau von etwa 26,62 kJ aufweist.
Das Reibungsmaterial beinhaltet vorzugsweise Reibungspartikel, für die ein organisches Material, ein metallisches Material, ein halbmetallisches Material, ein inorganisches Material oder eine Mischung daraus gewählt wird. Besonders bevorzugt umfassen die Reibungspartikel ein organisches Material, und das organische Material umfasst sogar besonders bevorzugt Ruß, wobei für den Ruß metallurgischer Ruß, Petroleumruß, Kokosschalen-Aktivkohle oder eine Mischung daraus gewählt wird.
Die strukturierte Reibungsbeschichtung wird aus einem zum Beschichten geeigneten Bindervorproduktbrei geformt, der eine Vielzahl von Reibungspartikeln und ein Kunstharz, vorzugsweise ein wärmehärtendes Kunstharz beinhaltet. Solange es Breiform hat, ist das Kunstharz darin nicht polymerisiert oder ausgehärtet. Dies hat zur Folge, dass der Brei in der Lage ist auf die Unterschicht oder in die Hohlräume des Produktionswerkzeugs zu fließen oder aufgebracht zu werden (womit der Begriff "beschichtbar" definiert ist). Der Bindervorproduktbrei wird dann bestimmten Bedingungen ausgesetzt, wie beispielsweise einer Energiequelle, um das Kunstharz in dem Bindervorproduktbrei zu einem Binder auszuhärten oder zu polymerisieren, was zur Folge hat, dass der Bindervorproduktbrei in eine Reibungsbeschichtung umgewandelt wird.
Obschon wie gesagt typischerweise wärmehärtende Kunstharze bevorzugt werden, gehört es zum Schutzumfang dieser Erfindung, wie oben gesagt, thermoplastische Kunstharze als Binder zu verwenden. Bei den Verfahren dieser Erfindung befindet sich das thermoplastische Kunstharz in einem geschmolzenen oder fließfähigen Zustand. Nach dem Kühlen des thermoplastischen Kunstharzes wird es in einen erstarrten Binder umgewandelt und eine Reibverbundstruktur ausgebildet. Bevorzugte wärmegehärtete Binder werden aus durch Zugabe polymerisierbaren Kunstharzen gewonnen und besonders bevorzugt aus mit freien Radikalen aushärtbaren Kunstharzen. Die bevorzugte Energiequelle ist Strahlungsenergie, wie beispielsweise ein Elektronenstrahl. Ein besonders bevorzugter Binder umfasst das polymerisierte Reaktionsprodukt eines Acrylatmonomers und einer Isocyanuratverbindung mit zumindest einer anhängenden Acrylatgruppe. Ein anderer bevorzugter Binder ist ein quervernetztes System, das aus einem Aminoplastkunstharz mit Acrylamidgruppen, vorzugsweise aus einem Gemisch eines Aminoplastkunstharzes mit Acrylamidgruppen und einem Aminoplastkunstharz mit Acrylatgruppen hergestellt wird. Ein anderer bevorzugter Binder ist ein quervernetztes System, das aus einem Gemisch mit einem Aminoplastkunstharz mit Acrylamidgruppen, und einem Aminoplastkunstharz mit Acrylatgruppen und zumindest einem Kunstharz mit zumindest einer anhängenden Acrylatgruppe hergestellt wird. Für das zumindest eine Kunstharz mit zumindest einer anhängenden Acrylatgruppe wird vorzugsweise ein monofunktionales Acrylatmonomer, ein multifunktionales Acrylatmonomer, ein Urethanacrylat, ein Epoxidacrylat, ein Isobornylacrylat, ein Polyesteracrylat, ein acylisiertes Acryl, ein Siliconacrylat, ein Polyetheracrylat oder eine Mischung daraus besonders bevorzugt. Für das zumindest eine Kunstharz mit zumindest einer anhängenden Acrylatgruppe wird Urethanacrylat, Isobornylacrylat, Silikonacrylat oder eine Mischung daraus gewählt. Das Reibungsmaterial weist vorzugsweise ein Elastizitätsmodul von etwa 10⁷ Dyn/cm² oder weniger auf.
Das Reibungsmaterial der Erfindung beinhaltet die Unterschicht, die vorzugsweise ein nicht gewebtes Papier mit einer Vielzahl von Aramidspinnfasern ist, die durch ein Acryllatex miteinander verbunden sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beinhaltet ein Reibungsmaterial für ein Reibbelagelement, das zur Übertragung von Leistung in einem Kraftübertragungsmechanismus geeignet ist, ein nicht gewebtes Papier mit einer Vielzahl von Aramidspinnfasern, die durch ein Acryllatex gebunden sind, wobei das Papier eine Vorder- und Rückfläche aufweist und eine pyramidenförmige strukturierte Reibungsbeschichtung, die an der Vorderfläche der Unterschicht angebracht ist, wobei die strukturierte Reibungsbeschichtung eine Vielzahl von präzise geformten pyramidenförmigen Reibverbundstruktren aufweist, wobei jede Reibverbundstruktur eine Vielzahl von in dem Binder dispergierten Russpartikeln umfasst, wobei der Binder ein polymerisiertes Reaktionsprodukt aus Trimethylolpropantriacrylat und Triacrylat von Tris(hydroxyethyl)isocyanurat umfasst.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, umfasst ein Reibungsmaterial für ein Reibflächenelement eine Unterschicht mit einer Vorderfläche und einer Rückfläche; und eine Vielzahl von präzise geformten Verbundstrukturen, die eine strukturierte Reibungsbeschichtung auf der Vorderfläche der Unterschicht bilden, wobei die präzise geformten Verbundstrukturen eine Vielzahl von in einem Binder dispergierten Reibungspartikeln aufweisen, wobei das Reibungsmaterial ein Elastizitätsmodul von etwa 10⁷ Dyn/cm² oder weniger aufweist. Das Reibungsmaterial weist vorzugsweise einen Reibungskoeffizienten von etwa 0,14 oder größer bei einem Energieniveau von etwa 26,62 kJ bei etwa 200 Umdrehungen auf. Besonders bevorzugt umfasst der Binder ein quervernetztes System, das aus einem Gemisch hergestellt wird, das ein Aminoplastkunstharz mit Acrylamidgruppen und ein Aminoplastkunstharz mit Acrylatgruppen umfasst, und wobei zumindest ein Kunstharz zumindest eine anhängende Acrylatgruppe besitzt, für die ein monofunktionales Acrylatmonomer, ein multifunktionales Acrylatmonomer, ein Urethanacrylat, ein Epoxidacrylat, ein Isobornylacrylat, ein Polyesteracrylat, ein acylisiertes Acryl, ein Siliconacrylat, ein Polyetheracrylat oder eine Mischung daraus und besonders bevorzugt ein Urethanacrylat, ein Isobornylacrylat, ein Siliconacrylat oder eine Mischung daraus gewählt wird.
Die erfinderischen Reibungsmaterialien können an Substraten wie beispielsweise Metallkupplungsplatten, Synchronisierringen, Bremsbelägen, Eisenbahnschienen und dergleichen haften. Ein anderer Aspekt der Erfindung ist daher ein Gegenstand, der eines der erfinderischen Reibungsmaterialien umfasst, das an einem Substrat, vorzugsweise einem Metallsubstrat haftet. Eine Ausführungsform dieser Erfindung betrifft zum Beispiel ein Kupplungsplattenelement zum Betrieb in einem Fluidmedium und zur Übertragung von Drehmoment auf eine Metallwiderlagerfläche, die sich auf einem gegenüberliegenden Kupplungsplattenelement befindet, mit einer Reibbelagschicht, die auf die gleiche Weise wie das oben genannte Reibungsmaterial hergestellt ist und auf eine Metallträgerplatte geklebt wird. Typischerweise wird temperaturbeständiger Klebstoff wie beispielsweise ein Nitrilphenolharz verwendet, um das Reibungsmaterial an Metallplatten zu kleben, obschon dies keine Bedingung ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Übertragung von Drehmoment ein erstes Plattenelement zum Betrieb in einem Fluidmedium und zur Übertragung von Drehmoment auf eine Widerlagerfläche, die sich auf einem gegenüberliegenden zweiten Plattenelement befindet, wobei das erste Plattenelement ein Reibbelagmaterial aufweist, das an eine Trägerplatte geklebt ist, wobei das Reibbelagmaterial Folgendes umfasst: eine Unterschicht mit einer Vorderfläche und einer Rückfläche und eine Vielzahl von präzise geformten Reibverbundstruktren, die eine strukturierte Reibungsbeschichtung definieren, die an der Vorderfläche der Unterschicht angebracht ist, wobei die präzise geformten Reibverbundstruktren eine Vielzahl von in einem Binder dispergierten Reibungspartikeln umfassen, und ein Drehelement in der Lage ist, mit dem ersten Plattenelement an einer Grenzfläche des Reibbelagmaterials in Eingriff zu kommen. Diese Vorrichtung ist bei einer Anzahl von Anwendungen mit Drehmomentübertragung anwendbar: wenn das erste Plattenelement und das gegenüberliegende zweite Plattenelement eine Kupplung umfassen, wenn das erste Plattenelement und das gegenüberliegende zweite Plattenelement einen Bremsmechanismus umfassen oder wenn das erste Plattenelement und das gegenüberliegende zweite Plattenelement einen Drehmomentwandler für ein Automatikgetriebe umfassen.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Änderung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, das die oben beschriebene Drehmomentübertragungsvorrichtung beinhaltet, den Schritt des In-Eingriff-Kommens des ersten Plattenelements in Gegenwart eines Fluids mit dem drehenden Element an einer Grenzfläche des Reibbelagmaterials, so dass ein Reibungskoeffizient zwischen dem Plattenelement und dem drehenden Element erhöht wird, um ein Drehmoment zwischen dem Plattenelement und dem drehenden Element zu übertragen und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu ändern.
Die Reibungsmaterialien der Erfindung können bei einer Vielzahl von Verfahren eingesetzt werden. Ein Verfahren zur Verwendung der Reibungsmaterialien der Erfindung umfasst das Anbringen des Reibungsmaterials an einem ersten Element, das Drehen des ersten Elements in einem Fluid und in Gegenwart eines zweiten Elements, wodurch das zweite Element zum Drehen gebracht wird. Ein weiteres Verfahren zur Verwendung der Reibungsmaterialien der Erfindung besteht darin, ein Fahrzeug zu verlangsamen oder zu stoppen, wobei das Verfahren das Aufbringen des Reibungsmaterials auf einem stationären Element des Fahrzeugs, das Drehen eines zweiten Elements des Fahrzeugs mit Berührung des Reibungsmaterials umfasst, wodurch der Reibungskoeffizient zwischen dem stationären Element und dem zweiten Element erhöht wird und das Verlangsamen des Fahrzeugs unterstützt wird. Ein weiteres Verfahren zur Verwendung der Reibungsmaterialien der Erfindung besteht darin, das Verlangsamen eines Fahrzeugs zu unterstützen, das Schienen befährt, wobei das Verfahren das Aufbringen des Reibungsmaterials auf einen Teil des Fahrzeugs und/oder der Schiene, das Drehen eines Elements des Fahrzeugs mit Berührung des auf die Schienen aufgebrachten Reibungsmaterials umfasst, wodurch der Reibungskoeffizient zwischen der Schiene und dem drehenden Element erhöht wird und das Verlangsamen des Fahrzeugs unterstützt wird.
Weitere Vorteile der Erfindung werden aus den folgenden Zeichnungen und der folgenden Beschreibung hervorgehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1–2 sind vergrößerte Seitenaufrissansichten von Reibungsmaterialien, die gemäß dieser Erfindung hergestellt sind;
3 veranschaulichen in einer Draufsicht das Reibungsmaterial von 1;
4–5 sind Skizzen, die Verfahren zur Herstellung von in den 1–2 dargestellten Reibungsmaterialien veranschaulichen;
6 ist eine vergrößerte Seitenaufrissansicht einer Ausführungsform des in 1 dargestellten und auf einem Metallsubstrat angebrachten Reibungsmaterials; und
7 ist eine vergrößerte Seitenaufrissansicht einer weiteren Ausführungsform des in 1 dargestellten auf einem Metallsubstrat angebrachten Reibungsmaterials.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung sieht Reibungsmaterialien und Kupplungsplattenelemente vor. Wenn die erfinderischen Reibungsmaterialien bei Drehmomentwandlerkupplungen (d. h. nassen Kupplungen) in Automatikgetrieben und Rutschkupplungen verwendet werden, weisen die erfinderischen Materialien die Fähigkeit auf, Automatikgetriebefluid an der Grenzfläche zwischen der Reibfläche und einer Kontaktfläche zu halten. Da das Getriebefluid an der Grenzfläche gehalten wird, erfolgt dann das Schalten beim Gangwechsel einfacher und effizienter. Das Reibungsmaterial der vorliegenden Erfindung ist auch bei Synchronisierringen in manuellen Getrieben einsetzbar. In dieser Synchronisierringumgebung weist die strukturierte Oberfläche die Fähigkeit auf, in den Ölfilm einzudringen, der typischerweise auf den Synchronisierringen vorhanden ist.
Die erfinderischen Reibungsmaterialien zeigen vorzugsweise einen von etwa 150 bis 180 Newtonmeter (Nm) reichenden dynamischen Drehmomentmittelpunkt, ein Delta-Drehmoment weniger als 30 Nm, ein maximales Drehmoment größer als 150 Nm und eine Arretierzeit von etwa 0,40 Sekunden bis etwa 0,60 Sekunden, die alle entsprechend Standardtestverfahren für Reibungsmaterial (siehe den Beispielabschnitt) gemessen werden.
In Bezug auf 1 umfasst das Reibungsmaterial 1 eine Unterschicht 11 mit einer Vorderfläche 12 und einer Rückfläche 13. Die Unterschicht kann optional eine Vielzahl von Verstärkungsfasern 3 umfassen, wie beispielsweise Rohfasern aus einem Aramidpolymer, wie weiter unten erläutert wird. An der Vorderfläche 12 der Unterschicht 11 haftet eine Reibungsbeschichtung 14. Die Reibungsbeschichtung 14 ist hier als derjenige Teil des Reibungspartikel enthaltenden aufbringbaren Bindervorproduktbrei definiert, der nach dem Aushärten auf der Ober- oder Vorderfläche der Unterschicht ruht und nicht in die Unterschicht eindringt. Die Reibungsbeschichtung 14 weist eine Innenfläche 17 und eine strukturierte Reibfläche 18 auf, die durch eine Vielzahl von präzise geformten Reibverbundstruktren 20 definiert wird, die in dieser Darstellung pyramidenförmig sind. Die Reibverbundstruktren 20 umfassen einen Binder 5 und eine Vielzahl von Reibungspartikeln 4, wie sie hier beschrieben werden. Der Binder 5 wirkt als Befestigungsmittel für die Verbundstrukturen an der Vorderfläche 12. Die Reibverbundstruktren 20 haften an der Vorderfläche 12 über eine kontinuierliche Bodenschicht 19 des Reibverbundstrukturmaterials, die sich unter und zwischen den Reibverbundstruktren 20 erstreckt. Die Unterschicht 11 kann in kontinuierlicher Weise mit den Reibverbundstruktren 20 und den Bodenflächen 19 bedeckt sein, so dass die Unterschicht 11 nicht freiliegt. Die Reibverbundstrukturen 20 und die Bodenfläche 19 werden zur gleichen Zeit aus dem gleichen Brei gebildet, wenn dieser mit den hier beschriebenen Produktionswerkzeugen und -techniken auf einer Unterschicht 11 aufgebracht wird. Die Höhe "H" der Verbundstrukturen 20 wird relativ zu der Vorderfläche 12 gemessen. Der Boden 19 weist im Allgemeinen eine vertikale Dicke über der Vorderfläche 12 (oder Vorderfläche plus eine beliebige Grundierschicht) von nicht mehr als 50%, vorzugsweise etwa 1% bis etwa 25%, der vertikalen Höhe H der Verbundstrukturen auf. Der Boden 19 wird typischerweise eine Dicke von weniger als etwa 10 Mikrometer aufweisen, wobei die Höhe der Verbundstrukturen 20 etwa 50 Mikrometer bis etwa 1020 Mikrometer beträgt. Wie in 1 (und 2) zu sehen ist, sickert ein Teil des Binders 5 und der darin dispergierten Reibungspartikel 4 in die Faserunterschicht 11 und 21 und imprägniert einen Teil von deren Dicke.
Der hier verwendete Ausdruck "präzise geformte Reibverbundstruktren" bezeichnet Reibverbundstrukturen mit einer Form, die durch Aushärten der fließfähigen Mischung aus Reibungspartikeln und aushärtbarem Binder geformt wurde, wobei die Mischung sowohl auf einer Unterschicht getragen wird als auch einen Hohlraum auf der Oberfläche eines (hier beschrieben) Produktionswerkzeugs füllt. Eine solche präzise geformte Reibverbundstruktur weist damit genau die gleiche Form wie die Hohlräume auf. Die Vielzahl von derartigen Verbundstrukturen umfassen dreidimensionale Formen, die von der Oberfläche der Unterschicht vorstehen, und Auflageteile in einem nicht-zufälligen Muster, nämlich dem inversen Muster des Produktionswerkzeugs. Jede Verbundstruktur wird durch eine Grenzfläche definiert, wobei der Basisteil der Grenzfläche im Allgemeinen die Grenzfläche zu der Vorderfläche der Unterschicht ist, an der die präzise geformte Verbundstruktur haftet. Der verbleibende Teil der Grenzfläche wird durch den Hohlraum auf der Oberfläche des Produktionswerkzeugs definiert, in dem die Verbundstruktur ausgehärtet wurde.
3 veranschaulicht das Reibungsmaterial von 1 in einer Draufsicht. Ein Muster aus drei sich schneidenden Sätzen paralleler, V-förmiger Grate, die in dem Produktionswerkzeug ausgebildet sind, ergibt die strukturierte Reibfläche 18. Die dreidimensionalen Verbundstrukturen werden durch jeden Satz sich kreuzender Rillen definiert, die durch die Produktionswerkzeuggrate eingeprägt werden und mit a, b, und c bezeichnet sind. Die Basis jeder einzelnen Reibverbundstruktur 20 wird durch eine Rille von jedem der drei Sätze definiert. Die drei Seiten der Basis von jeder dreiseitigen Pyramide haben typischerweise eine vergleichsweise gleiche Länge. Dies kann durch Auswahl des Schnittwinkels zwischen den drei Sätzen von Rillen, d. h. Alpha, Beta und Gamma kontrolliert werden. Jede Seite der Basis einer Reibverbundstruktur und die Spitze dieser Verbundstruktur definieren eine Ebene, die hier als Frontseite der Reibverbundstruktur bezeichnet wird. Die Frontseiten jedes vorstehenden Teils sind vorzugsweise relativ flächengleich. Die Ausbildung von Pyramiden mit quadratischer Basis durch ein komplementäres Muster aus vier sich schneidenden Rillen in dem Produktionswerkzeug kommt im Rahmen der Erfindung in Betracht. Die Querschnittsfläche der Form wird im Allgemeinen von der Unterschicht aus abnehmen.
2 stellt ein zweites Reibungsmaterial 2 dar, das in jeder Hinsicht dem in 1 dargestellten Reibungsmaterial ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass die Form der pyramidenförmigen Reibverbundstruktren 20' aus in dem Binder 5 dispergierten Reibungspartikeln 4 stumpf (abgeflacht) ist. Dies erzeugt Oberflächen 26, die im Großen und Ganzen parallel zur Unterschicht 21 sind. Die Verbundstrukturen 20' weisen Basen 27 auf, die an der Vorderfläche 22 der Unterschicht 21 über Bodenteile 19 angebracht sind. Die Pyramiden mit abgeflachter Spitze können direkt durch komplementäre Abschnitte mit flachem Boden in den Basen der hier beschriebenen Produktionswerkzeughohlräume geformt werden, oder die Pyramiden können alternativ zunächst mit Spitzen geformt werden und durch Abschleifen der Spitze oder durch ein anderes ähnliches mechanisches Verfahren oder Schleifverfahren "abgeflacht" werden.
In Bezug auf 6 haftet das Reibungsmaterial 1 von 1 direkt an einem Substrat 16, wie beispielsweise einem Metallsubstrat. Die Schicht 15 klebt die Unterschicht 11 an das Substrat 16. Die Schicht 15 ist vorzugsweise ein temperaturbeständiger Klebstoff, wie beispielsweise ein Nitrilphenolharz. Wie in 7 gezeigt ist, haftet die Unterschicht 11 alternativ unter Einschluss einer Haftvermittlungsschicht 15' an dem Substrat 16. Das die Haftvermittlungsschicht 15' einschließende Reibungsmaterial weist vorzugsweise ein Elastizitätsmodul von etwa 10⁷ Dyn/cm² oder weniger auf, bevorzugt von etwa 10⁶ Dyn/cm² bis etwa 10⁷ Dyn/cm² und besonders bevorzugt etwa 35 × 10⁶ Dyn/cm². Die Haftvermittlungsschicht 15' wird vorzugsweise aus einem Elastomermaterial geformt und ist auch temperaturbeständig und beständig gegen petrochemische Stoffe, wie beispielsweise Getriebefluid. Die Haftvermittlungsschicht 15' kann zum Beispiel aus einem Mischmaterial hergestellt werden, das ein Fluorpolymer, vorzugsweise ein Fluorelastomer enthält. Obwohl man nicht an eine bestimmte Theorie gebunden ist, wird angenommen, dass entweder das Reibungsmaterial oder eine Kombination des Reibungsmaterials einschließlich einer Haftvermittlungsschicht mit einem Elastizitätsmodul von etwa 10⁷ Dyn/cm² oder weniger die Biegsamkeit, Elastizität und/oder Nachgiebigkeit des Reibungsmaterials erhöhen kann. Es wird außerdem angenommen, dass diese erhöhte Nachgiebigkeit dann die Anformbarkeit des Reibungsmaterials an ein gegenüberliegendes Substrat erhöhen kann, wodurch der Reibungskoeffizient wahrscheinlich erhöht werden kann.
Reibungsbeschichtung
Wie in den 1 und 2 dargestellt ist, weisen die Spitzen jeder benachbarten Reibverbundstruktur 20 (20') unverbundene, von der Unterschicht 11 (21) beabstandete distale Enden auf, während sie an ihren Basen verbunden sind. Diese Beabstandung an den äußeren Teilen der Formen führt zu Einschnitten oder Hohlräumen zwischen benachbarten Reibverbundstruktren. Während 1 an ihren Basen aneinanderstoßende Verbundstrukturen zeigt, ist es auch möglich, die Verbundstrukturen voneinander zu beabstanden, so dass die Bodenfläche zwischen den Verbundstrukturen freiliegt. Es ist auch möglich, die Grenzflächen, die die einzelnen Reibverbundstruktren in den 1 und 2 bilden, als unregelmäßig geformt und nicht gut definiert vorzusehen. Wenn ein Querschnitt des Reibungsmaterials unter einem Mikroskop untersucht wird, wie beispielsweise einem optischen oder Rasterelektronenmikroskop, sind die charakteristischen und unterscheidbaren Grenzflächen ohne weiteres sichtbar und deutlich. Diese charakteristischen und unterscheidbaren Grenzflächen bilden den Umriss oder die Kontur der präzisen Form. Diese Grenzflächen trennen gewissermaßen eine Reibverbundstruktur von einer anderen und unterscheiden auch eine Reibverbundstruktur von einer anderen.
In einigen Fällen sind die die Form bildenden Grenzflächen planar. Für Formen, die Ebenen aufweisen, gibt es zumindest drei Ebenen (ohne die Basis oder eine Spitze der Form). Die Zahl der Ebenen für eine gegebene Form kann abhängig von der erwünschten Geometrie variieren; zum Beispiel kann die Zahl der Ebenen von drei bis über 20 variieren. Im Allgemeinen sind es drei bis zehn Ebenen, vorzugsweise drei bis sechs Ebenen. Diese Ebenen schneiden sich, um die erwünschte Form zu bilden. Die Winkel, unter denen sich diese Ebenen schneiden, bestimmen die Abmessungen der Form.
Die Reibverbundstrukturform kann eine beliebige Form haben, aber es ist vorzugsweise eine geometrische Form, die im Querschnitt oder in drei Dimensionen beispielsweise ein Rechteck, ein Konus, eine abgestumpfte Pyramide, ein Halbkreis, ein Kreis, ein Dreieck, ein Quadrat, ein Hexagon, eine Pyramide, ein Achteck, Gummitropfen, Kegel und dergleichen sein kann. Die bevorzugten Formen sind Pyramiden mit dreieckiger und vierseitiger Basis. Die Querschnittsfläche aller Reibverbundstruktren nehmen bevorzugt in der Richtung von der Unterschicht aus zum distalen Ende hin ab, unabhängig davon, ob sie spitz, abgeflacht oder abgerundet sind. Dieser variable Querschnitt verbessert die Ablöseeigenschaften der ausgehärteten Verbundstrukturen vom Werkzeug. Mit der Abnutzung nimmt die Fläche des variablen Querschnitts zu, wodurch sowohl die Last/Fläche als auch die zugehörige Abnutzung reduziert wird. Im Allgemeinen sind bei Ausführungsformen, wie sie beispielsweise in 1 und 2 dargestellt sind, zumindest 5 Reibverbundstrukturen je Quadratzentimeter vorhanden, in einigen Fällen zumindest 500 Reibverbundstrukturen je Quadratzentimeter. Im Allgemeinen ist ein Umfang von etwa 120 bis etwa 1150 Verbundstrukturen je Quadratzentimeter geeignet, obschon abhängig von den Umständen höhere oder niedrigere Werte optimal sein können. Für Reibungsmaterialanwendungen liegt die Höhe H (siehe z. B. 1) der Reibverbundstruktren im Allgemeinen in dem Bereich von etwa 88 Mikrometer bis etwa 534 Mikrometer.
Bei einem anderen Aspekt dieser Erfindung weist ein Teil der Reibverbundstruktren eine benachbarte Reibverbundstruktur mit einer anderen Abmessung auf. Bei diesem Aspekt der Erfindung weisen zumindest etwa 10%, vorzugsweise zumindest etwa 30%, besonders bevorzugt zumindest etwa 50% und sehr bevorzugt zumindest etwa 60% der Reibverbundstruktren eine benachbarte Reibverbundstruktur auf, die eine andere Abmessung aufweist. Diese unterschiedlichen Abmessungen können die Form der Reibverbundstruktur, den Winkel zwischen planar Grenzflächen oder Abmessungen der Reibverbundstruktur betreffen. Verfahren zur Herstellung dieser Art von Produktionswerkzeugen sind in der Internationalen Publikation WO 95/07797 (Hoopman et al.) beschrieben.
Binder der Reibungsbeschichtung
Die Reibungsbeschichtung ist so zusammengesetzt, dass sie die erwünschten Eigenschaften des erfinderischen Reibungsmaterials für seine beabsichtigte Verwendung ergibt. Die Reibungsbeschichtung zeigt typischerweise einen Reibungskoeffizienten und einen konsistenten Reibungspegel, die für eine große Vielzahl von Anwendungen bei einer Vielzahl von Temperaturen und Drücken geeignet sind, und ist vergleichsweise langlebig. Die Reibungsbeschichtung ist im Allgemeinen zudem kompatibel mit der Widerlagerfläche und mit Fluiden, die mit der Reibungsbeschichtung in Kontakt kommen. Bei der Verwendung in Automobilantrieben und -bremsen, wird die Reibungsbeschichtung vorzugsweise so zusammengesetzt, dass die Reibungsmaterialien während des Betriebs vergleichsweise geräuscharm sind und während des Eingriffs minimales Haftenbleiben und/oder Schlupf (z. B. Ruckeln) zeigen.
Die Reibungsbeschichtung der Erfindung umfasst einen Binder und eine Vielzahl darin dispergierter Reibungspartikel. Die Reibungsbeschichtung ist an die Vorderseite der Unterschicht vorzugsweise mittels des Binders geklebt, obwohl ein dazwischenliegender Kleber verwendet werden kann. Der Binder kann ein beliebiges Material sein, das die notwendigen Eigenschaften bereitstellt, um ein gut funktionierendes, langlebiges Reibungsmaterial herzustellen. Der Binder sollte auch in der Lage sein, der Wärme und den Kräften standzuhalten, denen das Reibungsmaterial ausgesetzt ist.
Die Reibbeschichtung wird aus einem Bindervorproduktbrei gewonnen, der eine Vielzahl von Reibpartikeln und ein Bindervorprodukt beinhaltet. Der Bindervorproduktbrei kann auf die Unterschicht oder ein Produktionswerkzeug aufgebracht werden, wie hier weiter unten erläutert wird, solange das Bindervorprodukt in einem fließfähigen Zustand ist, der fest werden kann. Während der Verarbeitung wird das Kunstharz in dem Bindervorprodukt verfestigt, um ein oligomeres oder polymeres Material zu bilden. Die Verfestigung kann durch Aushärten (d. h. Polymerisieren und/oder Vernetzen) oder durch Trocknen (d. h. Austreiben von Flüssigkeit) und Aushärten erfolgen. Das Bindervorprodukt kann ein organisches Lösungsmittel, Wasser oder 100%-ige Feststoffzusammensetzungen (d. h. im Wesentlichen lösungsmittelfreie) enthalten. Das heißt, der Binder kann aus einer zu 100% festen Zusammensetzung bestehen oder er kann aus einem Lösungsmittel heraus (z. B. ein Keton, THF oder Wasser) mit nachfolgendem Trocknen und Aushärten aufgebracht werden. Wenn ein Lösungsmittel verwendet wird, ist es eines, dass nicht mit den anderen Komponenten des Vorprodukts reagiert aber zum Beispiel durch Wärme ausgetrieben werden kann, obwohl eine vollständige Eliminierung nicht notwendigerweise erforderlich ist. Das Bindervorprodukt ist vorzugsweise eine zu 100 feste Zusammensetzung, die im Wesentlichen frei von Lösungsmittel ist (d. h. weniger als etwa 1 Gewichtsprozent).
Das Bindervorprodukt ist eines, das in der Lage ist, irreversibel ausgehärtetes oligomeres/polymeres Material zu bilden, und wird oft austauschbar mit dem Begriff "wärmehärtendes" Vorprodukt verwendet. Der Begriff "wärmehärtendes" Vorprodukt wird hier so verwendet, dass er reaktive Systeme bezeichnet, die irreversibel nach der Einwirkung von Wärme und/oder anderen Energiequellen, wie beispielsweise E-Strahlen, ultraviolettem Licht, sichtbarem Licht, etc., oder mit der Zeit nach dem Hinzufügen eines chemischen Katalysators, von Feuchtigkeit oder dergleichen aushärten. Der Begriff "reaktiv" meint, dass die Komponenten des Bindervorprodukts bei Verwendung von einem der oben aufgelisteten Mechanismen miteinander entweder durch Polymerisierung, Quervernetzung oder beidem reagieren (oder mit sich selbst reagieren). Diese Komponenten werden oft als Kunstharze bezeichnet. Der hier verwendete Begriff "Kunstharz" bezeichnet polydisperse Systeme, die Monomere, Oligomere, Polymere oder Kombinationen daraus enthalten.
Materialien, die zur Herstellung des Binders geeignet sind, sind somit Bindervorprodukte, die reaktive Komponenten beinhalten, d. h. Materialien, die, durch eine große Vielzahl von Mechanismen quervernetzt und/oder polymerisiert werden können. Beispiele umfassen, ohne aber hierauf beschränkt zu sein, Aminokunstharze wie beispielsweise alkylisierte Harnstoff-Formaldehyd-Kunstharze, Melamin-Formaldehyd-Kunstharze und alkylisierte Benzoguanamin-Formaldehyd-Kunstharze; Acrylatkunstharze (einschließlich Acrylaten und Methacrylaten) wie beispielsweise Acrylate, Alkydkunstharze wie beispielsweise Urethanalkydharze, Polyesterkunstharze, Aminoplastkunstharze; Urethankunstharze; Phenolformaldehydkunstharze (d. h. Phenolkunstharze), wie beispielsweise Resol und Novolak-Kunstharze; Epoxidkunstharze wie beispielsweise Bisphenol-Epoxidharze; Isocyanate, Isocyanurate; Silikonkunstharze; Nussschalenkunstharze aus Cashew-Nussschalen; Polyimidkunstharze und dergleichen. Derartige reaktive Komponenten für Bindervorprodukte sind in der Lage, durch eine Vielzahl von Mechanismen ausgehärtet zu werden (z. B. Kondensations- oder Zugabepolymerisierung), die zum Beispiel Wärmeenergie, Strahlungsenergie, etc. oder eine Kombination der Mechanismen einsetzen.
Bindervorprodukte, die mit schnell wirksamen Formen von Strahlungsenergie (die z. B. die Anwendung für weniger als fünf Minuten und vorzugsweise für weniger als fünf Sekunden erfordern) ausgehärtet werden können, werden besonders bevorzugt. Elektronenstrahlung (E-Strahl) ist wegen ihrer Fähigkeit, in schwer pigmentierte Beschichtungen einzudringen, ihrer Geschwindigkeit und der effizienten Nutzung der eingesetzten Energie und ihrer einfachen Kontrolle besonders erwünscht. Andere brauchbare Formen von Strahlungsenergie umfassen ultraviolettes/sichtbares Licht, Kernstrahlung, Infrarotstrahlung und Mikrowellenstrahlung. Abhängig von dem besonderen Aushärtungsmechanismus kann das Bindervorprodukt außerdem einen Katalysator, einen Initiator oder ein Aushärtmittel umfassen, um die Initialisierung und/oder Beschleunigung der Polymerisierung und/oder des Vernetzungsvorgangs zu unterstützen.
Eine andere Art eines besonders erwünschten Initiatorsystems ist ein thermischer Initiator, d. h. einer der Wärme erfordert, um die Polymerisierung einzuleiten. Ein thermischer Initiator wird auch wegen seiner Fähigkeit, in schwer pigmentierte Beschichtungen einzudringen, seiner Geschwindigkeit und seiner effizienten Nutzung der eingesetzten Energie und seiner einfachen Steuerung bevorzugt. Ein thermischer Initiator kann alleine oder in Kombination mit einem anderen Initiator verwendet werden, wie beispielsweise einem UV-Photoinitiator, der bei einem mit dem thermischen Initiator kompatiblen exothermischen System verwendet werden kann. Bei dieser Art von System kann UV-Strahlung verwendet werden, um die Reaktion einzuleiten, die dann die Wärme liefert, die erforderlich ist, um den thermischen Initiator zu intialisieren. Mit der Zugabe des thermischen Initiators zum System kann jede Notwendigkeit einer Nachhärtung des Materials beseitigt werden. Beispiele für gewerblich erhältliche thermische Initiatoren umfassen VAZO 52 und VAZO 64 FREE RADICAL SOURCES, beide von DuPont, Wilmington, DE, und TRIGONOX 21-C50 (Tert-butylperoxy-2-ethylhexanoat) von Akzo Nobel, Chicago, IL. Der für die Anwendung ausgewählte Initiator hängt natürlich von der Chemie des Systems und der bei der Reaktion verfügbaren Wärmemenge ab.
Reaktive Bindervorproduktkomponenten, die durch Wärmeenergie und/oder im Laufe der Zeit bei Zugabe von Katalysatoren ausgehärtet werden können, umfassen zum Beispiel Phenolharze, wie beispielsweise Resol und Novolak-Kunstharze, Epoxidkunstharze, wie beispielsweise Bisphenol-A-Epoxidkunstharze, und Aminokunstharze, wie beispielsweise alkylisierte Harnstoff-Formaldehyd-Kunstharze, Melamine-Formaldehyd-Kunstharze und alkylisierte Benzoguanamin-Formaldehyd-Kunstharze. Das Bindervorprodukt, das reaktive Komponenten wie diese enthält, kann abhängig von dem Kunstharzsystem thermische Initiatoren mit freien Radikalen, saure Katalysatoren, etc. umfassen. Beispiele für thermische Initiatoren mit freien Radikalen umfassen Peroxide wie beispielsweise Benzoylperoxid, Azoverbindungen, Benzophenone und Quinone. Derartige reaktive Siegelüberzug-Vorproduktkomponenten erfordern zum Aushärten typischerweise Temperaturen höher als die Raumtemperatur (d. h. 25–30°C), obschon bei Raumtemperatur aushärtbare Systeme bekannt sind.
Resol-Phenolharze weisen bezogen auf das Gewicht ein Molekularverhältnis von Formaldehyd zu Phenol größer als oder gleich etwa 1 : 1 auf, typischerweise etwa 1,5 : 1,0 bis etwa 3,0 : 1,0. Novolak-Kunstharze weisen bezogen auf das Gewicht ein Molekularverhältnis von Formaldehyd zu Phenol von weniger als etwa 1 : 1 auf. Beispiele von gewerblich erhältlich Phenolharzen umfassen die unter den Bezeichnungen DUREZ und VARCUM von Occidental Chemical Corp., Dallas, TX; RESINOX von Monsanto, St. Louis, MO; und AEROFENE und AEROTAP von Ashland Chemical Co., Columbus, OH, bekannten.
Epoxidkunstharze weisen ein Oxiran auf und werden durch Ringöffnung polymerisiert. Sie können in der Art ihrer Kernstrukturen und Substitutionsgruppen stark variieren. Die Kernstruktur kann zum Beispiel von einer beliebigen Art sein, die normalerweise mit Epoxidkunstharze assoziiert wird, und die Substitutionsgruppen können jede Gruppe sein, die frei von aktiven Wasserstoffatomen ist, das heißt mit einem Oxiranring bei Raumtemperatur reagieren. Repräsentative Beispiele für akzeptable Substituenten umfassen Halogene, Estergruppen, Äthergruppen, Sulfonatgruppen, Siloxangruppen, Nitrogruppen und Phosphatgruppen. Eines der am üblichsten erhältlichen Epoxidkunstharze ist das Reaktionsprodukt von Diphenylolpropan (d. h. Bisphenol A) und Epichlorhydrin mit der Bildung von 2,2-bis[4-(2,3-Epoxypropoxy)phenyl]propan (ein Diglycidylether von Bisphenol A). Derartige Materialien sind gewerblich unter dem Handelsnamens EPON (z. B. EPON 828, 1004, und 1001F) von Shell Chemical Co. und DER (z. B. DER 331, 332, und 334) von Dow Chemical Co., Midland, MI. erhältlich. Andere geeignete Epoxidkunstharze umfassen Glycidylether von Phenolformaldehyd-Novolak, die unter dem Handelsnamen DEN (z. B. DEN 431 und 428) von Dow Chemical Co. erhältlich sind.
Aminokunstharze sind das Reaktionsprodukt von Formaldehyd und einem Amin. Das Amin ist typischerweise Harnstoff oder Melamin. Die üblichsten Aminokunstharze sind alkylisierte Harnstoff-Formaldehyd-Kunstharze und Melamin-Formaldehyd-Kunstharze, obwohl auch alkylisierte Benzoguanamin-Formaldehyd-Kunstharze bekannt sind. Typischerweise werden Melamin-Formaldehyd-Kunstharze verwendet, wenn Haltbarkeit im Freien und chemische Beständigkeit erwünscht sind. Typischerweise werden jedoch Aminokunstharze nicht allein verwendet, weil sie dazu neigen, spröde zu werden. Sie werden daher oft mit anderen Kunstharzsystemen kombiniert. Sie können zum Beispiel mit Alkyden, Epoxiden, Acrylen oder anderen Kunstharzen kombiniert werden, die funktionale Gruppen enthalten, die mit dem Aminokunstharz reagieren werden, um die Vorteile der guten Eigenschaften beider Kunstharzsysteme zu nutzen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das Bindervorprodukt zumindest ein Kunstharz mit zumindest einer anhängenden Acrylatgruppe. Als geeignetes Kunstharz mit zumindest einer anhängenden Acrylatgruppe wird vorzugsweise ein monofunktionales Acrylatmonomer, ein multifunktionales Acrylatmonomer, ein Urethanacrylat, ein Epoxidacrylat, ein Isobornylacrylat, ein Polyesteracrylat, ein acylisiertes Acryl, ein Siliconacrylat, ein Polyetheracrylat oder eine Mischung daraus gewählt. Für das zumindest eine Kunstharz mit zumindest einer anhängenden Acrylatgruppe wird besonders bevorzugt Urethanacrylat, ein Isobornylacrylat, ein Silikonacrylat oder eine Mischung daraus gewählt. Obschon man nicht durch eine besondere Theorie gebunden sein möchte, wird angenommen, dass durch den Einschluss zumindest eines Kunstharzes mit anhängenden Acrylatgruppen die Flexibilität, Elastizität und/oder Nachgiebigkeit des Reibungsmaterials erhöht werden kann. Es wird angenommen, dass eine erhöhte Elastizität des Reibungsmaterials auch die Formbarkeit des Reibungsmaterials erhöhen kann, die auf ähnliche Weise die Kontaktfläche des Reibungsmaterials mit einem gegenüberliegenden Substrat erhöht. Es wird außerdem angenommen, dass dieses Phänomen wahrscheinlich eine Erhöhung des Reibungskoeffizienten zur Folge hat. Die Erhöhung der Flexibilität, Elastizität und/oder Formbarkeit des Reibungsmaterials ist jedoch nur ein Merkmal. Andere Eigenschaften, die mit der Erhöhung der Reibungskoeffizienten kollidieren können, sind zum Beispiel die chemische Beständigkeit des Reibungsmaterials (z. B. die Beständigkeit gegen petrochemische Stoffe wie beispielsweise Getriebefluide) und die Haltbarkeit des Reibungsmaterials, insbesondere wenn das Reibungsmaterial bei solchen Anwendungen, wie einer Getriebekupplung oder einer Bremsauskleidung, zu verwenden ist. Das Reibungsmaterial, das ein Bindervorprodukt enthält, das zumindest ein Kunstharz mit zumindest einer anhängenden Acrylatgruppe enthält, weist vorzugsweise ein Elastizitätsmodul von etwa 10⁷ Dyn/cm² oder weniger, besonders bevorzugt etwa 10⁶ Dyn/cm² bis etwa 10⁷ Dyn/cm² und besonders bevorzugt etwa 4,5 × 10⁶ Dyn/cm² auf.
Die hier verwendeten Begriffe "Acrylatverbindung" und "funktionale Acrylatverbindung" umfassen sowohl Acrylate als auch Methacrylate, seien es Monomere, Oligomere oder Polymere. Ein Urethanacrylat ist ein Diacrylatester aus mit Hydroxy abgeschlossenem und mit Isocyanat erweitertem Polyester oder Polyether. Es kann aliphatisch oder aromatisch sein. Beispiele von gewerblich erhältlichen Urethanacrylaten umfassen die unter den folgenden Handelsnamen bekannten: PHOTOMER (z. B. PHOTOMER 6010) von Henkel Corp., Hoboken, NJ; EBERCRYL 220 (hexafunktionales aromatisches Urethancrylat mit einem Molekulargewicht von 1000), EBECRYL 284 (aliphatisches Urethandiacrylat mit einem Molekulargewicht von 1200, verdünnt mit 1,6- Hexandioldiacrylat), EBECRYL 4827 (aromatisches Urethandiacrylat mit einem Molekulargewicht von 1600), EBECRYL 4830 (aliphatisches Urethandiacrylat mit einem Molekulargewicht von 1200, verdünnt mit Tetraäthylenglycoldiacrylat), EBECRYL 6602 (trifunktionales aromatisches Urethanacrylat mit einem Molekulargewicht von 1300, verdünnt mit Trimethylolpropanethoxytriacrylat) und EBECRYL 8402 (aliphatisches Urethandiacrylat mit einem Molekulargewicht von 1000), die alle von UCB Chemical, Smyrna, GA erhältlich sind; SARTOMER (z. B. SARTOMER 9635, 9645, 9655, 963-B80, 966-A80, etc.) von Sartomer Co., West Chester, PA, und UVITHANE (z. B. UVITHANE 782) von Morton International, Chicago, IL. Andere brauchbare Kunstharze mit zumindest einer anhängende Acrylatgruppe umfassen die unter den folgenden Handelsnamen erhältlichen: SARTOMER CN 966-J75 (ein difunktionales aliphatisches Urethanacrylatoligomer, gemischt mit 25% Isobornylacrylat) von Sartomer Co., West Chester, PA; und EBECRYL 350 (ein Siliconesteracrylatoligomer) von UCB Chemical, Smyrna, GA; aromatischer, saurer Methacrylathalbester, gemischt mit entweder difunktionalem (SR506) oder trifunktionalem (SR454) Monomer, das unter den Handelsnamen SB570A20 beziehungsweise SB510G35 erhältlich ist; und aromatischer, sauerer Acrylathalbester, gemischt mit entweder monofunktionalem (SR334) oder trifunktionalem (SR454) Monomer, das unter den Handelsnamen SB520E35 beziehungsweise SB520M35 erhältlich ist, die alle gewerblich von Sartomer Co., West Chester, PA, erhältlich sind.
Reibungspartikel
Der hier verwendete Begriff "Reibungspartikel" meint ein beliebiges zur Reibungsbeschichtung hinzugefügtes Material zur Erhöhung, Verrringerung oder anderen Modifizierung des Reibungskoeffizienten. Die Reibungspartikel können die Form von nicht zufällig und zufällig geformten, einzelnen Partikeln, von präzise gestalteten, vorgeformten Partikeln, die aus einzelnen Partikeln bestehen, die durch einen Binder verklebt sind (wie in der US-Pat. Nr. 5.500.273 (Holmes et al.) offenbart), oder von gemahlenen Fasern haben. Die Größe der zufällig geformten, einzelnen Partikel kann von etwa 0,1 Mikrometer bis etwa 1000 Mikrometer, vorzugsweise von etwa 1 Mikrometer bis etwa 500 Mikrometer und besonders bevorzugt von etwa 50 Mikrometer bis etwa 250 Mikrometer reichen. Die präzise gestalteten, vorgeformten Partikel, so sie verwendet werden, besitzen keine Abmessung größer als etwa 2500 Mikrometer und umfassen vorzugsweise eine Vielzahl von zufällig geformten einzelnen Partikeln. Die Länge der gemahlenen Fasern, wenn solche verwendet werden, können von etwa 0,1 Mikrometer bis etwa 1000 Mikrometer, vorzugsweise von etwa 50 Mikrometer bis etwa 500 Mikrometer, reichen. Das Seitenverhältnis der Fasern beträgt vorzugsweise zumindest etwa 1 : 1, vorzugsweise zumindest etwa 2 : 1.
Beispiele von geeigneten Klassen von Reibungspartikeln, die bei dieser Erfindung brauchbar sind, umfassen organische Materialien, metallische Materialien, halbmetallische Materialien und nicht metallische anorganische Materialien. Beispiele von brauchbaren organischen teilchenförmigen Materialien umfassen natürlichen und synthetischen Graphit, Ruß und dergleichen. Beispiele von metallischen Materialien umfassen Metallpartikel und -fasern aus Kohlenstoffstahl, graues Gusseisen, rostfreien Stahl, Kupfer, Aluminium, Titan, Messing, Nickel, Zink und dergleichen. Beispiele von brauchbaren halbmetallischen Materialien umfassen Eisenpulver in Verbindung mit einer geringen Menge von Stahlfasern. Beispiele für brauchbare nicht metallische anorganische Materialien umfassen Keramikmaterialien wie beispielsweise Aluminiumoxid, kalziniertes Aluminiumoxid, Siliziumkarbid, kalziniertes Cyanit und Siliziumoxid. Brauchbare nicht zufällig geformte Partikel sind zum Beispiel die unter den Handelsnamen "MACROLITE" und "ZEEOSPHERES" bekannten, die beide von Minnesota Mining und Manufacturing Co., St. Paul, MN, ("3 M") erhältlich und Keramikpartikel sind. Während der Auswahl der spezifischen Reibungsteilchen sollte darauf geachtet werden, dass sichergestellt ist, dass die Reibungsbeschichtung nicht so "abrasiv" ist, dass es die Widerlagerfläche abschleift und vorzeitig abnutzt.
Ein bevorzugtes Material für Reibungsteilchen ist granulärer Kohlenstoff wie beispielsweise metallurgischer Ruß oder Petroleum-Ruß mit im Allgemeinen unregelmäßigen Formen. Diese Kohlenstoffpartikel sind gewerblich von Lieferanten wie beispielsweise Asbury Graphite Mills, Inc., Asbury, NJ, erhältlich. Besonders bevorzugt werden diejenigen mit den Handelsnamen "4249" und "4349" von Asbury Graphite Mills, Inc. Die Teilchengrößenverteilung dieser Kohlenstoffpartikel ist in den Beispielen angegeben. Die Reibungspartikel bestehen vorzugsweise im Wesentlichen aus Kohlenstoffpartikeln mit einer von etwa 20 Mikrometer bis etwa 50 Mikrometer reichenden mittleren Teilchengröße. Derartige Kohlenstoffpartikel bestehen primär aus elementarem Kohlenstoff, und, obwohl es primär Ruß ist, können sie Kohlenstoffschwarz oder Graphit umfassen. "Ruß" ist eine amorphe Form von Kohlenstoff und wird durch Verkohlung von Kohle oder Petroleumresten unter Ausschluss von Luft hergestellt.
Wie zuvor erwähnt, gibt es verschiedene geeignete Arten von Ruß einschließlich metallurgischem Ruß und Petroleumruß. Aus Kohle gewonnene Ruße enthalten im Allgemeinen etwa 6% bis etwa 16% Asche. Andererseits enthalten Petroleumrusspartikel im Allgemeinen weniger als etwa 5 Gewichtsprozent von verschiedenen anorganische Materialien, die von Kohlenstoff verschieden sind, wie beispielsweise Schwefel und Schwermetalle wie beispielsweise Nickel und Vanadium.
"Kohlenschwarz" ist eine weitere amorphe Form von Kohlenstoff, die durch die thermische oder oxidative Zersetzung von Kohlenwasserstoffen hergestellt wird. Graphit kommt natürlich vor oder kann synthetisch durch Erhitzen von Petroleumruß auf annähernd 2.400°C in einem elektrischen Widerstandsofen hergestellt werden. Auch Kokosschalen-Aktivkohle, wie sie beispielsweise in der US-Pat. Nr. 3.738.901 (Masushima) offenbart wird, ist noch eine andere Form von Kohlenschwarz, die verwendet werden kann.
Präzise gestaltete, vorgeformte Partikel, die ihrerseits Reibungspartikel beinhalten, die in einem Binder dispergiert und gebunden sind, können durch die in der US-Pat. Nr. 5.500.273 (Holmes et al.) beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Für besonders bevorzugte Ausführungsformen reicht das Gewichtsverhältnis von Kohlenstoffpartikel/Binder von etwa einem (1) zu 5 Teilen Kohlenstoffpartikel zu einem (1) Teil Binder, wobei der bevorzugte Bereich von etwa 1,3 bis 2 zu einem (1) Teil Binder reicht.
Unterschicht
Ein Zweck der Unterschicht besteht darin, die Reibungsbeschichtung zu halten und zu tragen. Die Auswahl der besonderen eingesetzten Unterschicht wird von der erwünschten Verwendung des Reibungsmaterials abhängen. Die Unterschicht sollte typischerweise temperaturbeständig und fest sein. Die Wärmebeständigkeits- und Festigkeitseigenschaften sind notwendig, um sicherzustellen, dass das Reibungsmaterial den während der Verwendung erzeugten Kräften und der Wärme standhält. Bei einigen Anwendungen, zum Beispiel, wenn das erfinderische Reibungsmaterial in Synchronisierringen eingesetzt wird, sollte die Unterschicht flexibel sein, um sich dem Blockierring (d. h. dem Synchronisierer) anzupassen. Bei anderen Anwendungen, wie beispielsweise Bremsbelägen für eine Scheibenbremsenbaugruppe, sollte die Unterschicht im Wesentlichen inkompressibel sein (nach dem Kleben), da der Bremsbelag im Wesentlichen starr und nicht verformbar ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen wird die Unterschicht porös sein, um es zu erlauben, dass der Bindervorproduktbrei während der Herstellung des Reibungsmaterials in die Unterschicht in dem Maße eindringt, wie es erforderlich ist, um die Reibungsbeschichtung in der Oberfläche der nicht gewebten Unterschicht zu verankern.
Die Dicke der Unterschicht ist entlang ihrer Breite und Länge bevorzugt sehr konstant oder sehr gleichförmig. Die Dicke sollte an jedem beliebigen Punkt um nicht mehr als etwa 20% variieren, vorzugsweise nicht mehr als etwa 10%. Die Unterschichtdicke kann von etwa 0,05 mm bis etwa 10 mm reichen, typischerweise von etwa 0,05 mm bis etwa 1,0 mm. Eine Unterschichtdicke von etwa 0,13 mm ist für die meisten Anwendungen geeignet. Die Dickenwerte für die Unterschicht der Erfindung können entsprechend dem TAPPI 7411 OM Test-Verfahren gemessen werden. Die für die Unterschicht gewählte Dicke wird durch verschiedene Gesichtspunkte beeinflusst, wie beispielsweise eine ausreichende Dicke für die erwünschte Elastizität, wobei sie aus Gründen der Ökonomie so dünn wie möglich ist, und so dick ist, wie es für die Erfordernisse der besonderen Kupplungsumgebung erforderlich ist.
Die Unterschicht kann ein poröses, gewebtes oder nicht gewebtes Material oder ein Laminat aus einem oder mehreren von ihnen sein. Gewebte Unterschichten werden typischerweise auf einer Textilwebmaschine hergestellt und können zum Beispiel eine Köperbindung (2 über 1) oder eine Satinbindung (4 über 1) aufweisen. Die Unterschicht ist im Allgemeinen vorzugsweise eine nicht gewebte Unterschicht, wie beispielsweise eine Unterschicht, die auf einer Papierherstellungsmaschine hergestellt wird.
Bei der Charakterisierung der Unterschichtgewebe der Erfindung ist mit "porös" gemeint, dass das Bindervorprodukt, wenn es auf die Oberfläche der Unterschicht aufgebracht wird, das Unterschichtgewebe und zumindest einen Teil der Dicke des Unterschichtgewebes bei 250°C durchdringen kann. Das heißt, das Bindervorprodukt verbleibt, wenn es auf die Oberfläche der Unterschicht aufgebracht wird, nicht nur auf der Oberfläche der Unterschicht ohne Durchdringung des Gewebes. Es kann eine Menge oder Beschichtungsquote des Bindervorprodukts (d. h. über den Binderbrei aus Reibungspartikeln) genutzt werden, die die ganze Dicke des Unterschichtgewebes durchtränkt (d. h. durchgeht). Für Zwecke der vorliegenden Erfindung ist es auch akzeptabel, jene Menge des Bindervorproduktbreis aufzubringen, die ausreichend weit in die Unterschichtgewebedicke eindringt, dass der strukturierte Teil des auf der Fläche der Unterschicht ruhenden Reibungsmaterials verankert oder gehalten wird, um einen Klebungsdefekt der beschichteten Reibschicht bei typischen Anwendungen in Getrieben und Kupplungsplatten zu verhindern. Die Beschichtungsmenge für das Erzielen dieser Funktion kann ohne weiteres empirisch ermittelt werden.
Die Unterschicht umfasst typischerweise und vorzugsweise ein Fasermaterial oder ist aus einem Fasermaterial hergestellt. Die Fasern des Fasermaterials können organische (entweder synthetische oder natürliche) oder anorganische Fasern oder Kombination daraus sein. Beispiele von synthetischen Fasern umfassen solche, die aus Polykarbonat, Polyvinylchlorid, Polyetherimid, Polyäthylen, Polyurethan, Polyester, Polysulfon, Polystyren, Acrylonitril-Butadien-Styren-Blockcopolymer, Polypropylen, Acetalpolymeren, Nylon, Aramid, Polyimid-Copolymeren und physikalischen Mischungen daraus hergestellt sind. Beispiele für natürliche organische Fasern umfassen Baumwolle, Wolle, Seide, Zellulose, Rayon, Hanf, Kapok, Flachs, Sisal, Jute, Manila und Kombinationen daraus. Beispiele für geeignete anorganische Fasern umfassen metallische Fasern, Aluminiumoxidfasern, Glasfasern und aus Keramikmaterialien hergestellte Fasern, wie beispielsweise solche, die von 3 M unter dem Handelsnamen "NEXTEL" gewerblich erhältlich sind und die etwa 60–70% Aluminiumoxid, 20–30% Siliziumoxid und 1–0% Boroxid beinhalten. Nicht gewebte Matten, die unter Verwendung dieser Fasern hergestellt wurden, sind unter den Handelsnamen "NEXTEL 312" und "NEXTEL 440" erhältlich. Kohlenstofffasergewebe können ebenso verwendet werden.
Ein besonders bevorzugtes Material, das als Unterschicht in den Reibungsmaterialien der vorliegenden Erfindung brauchbar ist, ist ein nicht gewebtes Papier mit Spinnfasern aus Aramidpolymer, die mit einem Acryllatex verbunden sind, um eine gleichförmig dicke Unterschicht mit gleichförmiger Dichte bereitzustellen. Es hat sich herausgestellt, dass sehr sorgfältig darauf geachtet werden muss, eine gleichförmige Dichte und eine gleichförmige Dicke der nicht verwebten Aramidspinnfasern zu erhalten, um eine geeignete Reibungsmaterialunterschicht bereitzustellen. Die Aramidspinnfasern weisen für diesen Zweck vorzugsweise eine Länge von etwa 0,5 cm bis etwa 2 cm und besonders bevorzugt etwa 1,0 bis etwa 1,5 cm auf. Bei Längen größer als etwa 2 cm (wie beispielsweise 5 cm oder mehr) neigen die Fasern dazu, verdichtete Gebiete zu bilden, die die Unterschicht inakzeptabel dicht machen. Fasern kürzer als etwa 0,5 cm (wie beispielsweise 0,05 cm oder weniger) bilden nicht ohne weiteres Unterschichten mit einer geeigneten Handhabungsfestigkeit. Die Unterschichten weisen vorzugsweise auch ein Gewicht von etwa 5 g/m² bis etwa 50 g/m² (besonders bevorzugt etwa 10 g/m² bis etwa 25 g/m²) auf, um eine ausreichende strukturelle Abstützung für die Reibungsbeschichtung bereitzustellen.
Aramidpolymere, die zur Verwendung bei der Herstellung von Aramidspinnfasern geeignet sind, sind gewerblich erhältlich von I. E. DuPont de Nemours Company, Wilmington, DE unter den Handelsnamen "KEVLAR", "KEVLAR 29", "KEVLAR 49" und "NOMEX". Der hier verwendete Begriff "Aramidpolymer" meint ein synthetisches Polymerkunstharz, das im Stand der Technik allgemein als aromatisches Polycarbonamid bezeichnet wird. Derartige "Aramidpolymere" sind in den US-Pat. Nr. 3.652.510 (Blomberg) und 3.699.085 (Johnson) offenbart und gelten als Polymer mit hohem Molekulargewicht, z. B. mit einer innewohnenden Viskosität von zumindest etwa 0,7, das durch sich wiederholende Einheiten mit der folgenden Formel gekennzeichnet ist:
wobei Ar¹ ein p-Phenylen und/oder chloro-substituiertes p-Phenylen und/oder ein 4,4-substituiertes Diphenylmethan ist, d. h.
und Ar² ein p-Phenylen ist, d. h.,
Illustrative Beispiele für Polycarbonamide mit der oben definierten Formel sind Poly(p-Phenylenterephthalamid), Chlor-substituiertes Poly(p-Phenylenterephthalamid) und Copolymere davon. Die Bezeichnung der Position oder des Ortes der substituierenden Gruppen an den aromatischen Kernen des Aramidpolymers bezeichnet den Ort der Substituenten an den aromatischen Diaminen, Diaciden oder anderen Reaktionspartnern, aus denen das Aramidpolymer hergestellt wird.
Auch wenn das Aramidpolymer oder das aromatische Polycarbonamid primär aus Kohlenstoff-Amid Bindungen (-CONH-) und aromatischen Ringkernen besteht, die der obigen Formel entsprechen, kann das Polymer bis etwa 20 Molprozent und vorzugsweise bis etwa 5 Molprozent nicht konformer Comonomer-Einheiten enthalten, die Einheiten in der Polycarbonamid-Kette bereitstellen, die von den oben aufgelisteten verschieden sind, wie beispielsweise aromatische Kohlenstoffamideinheiten, deren sich die Kette entlang erstreckende Bindungen koaxial oder parallel und entgegengesetzt gerichtet sind, z. B. Meta-Phenylen-Einheiten, nicht aromatische und Nicht-Amidgruppen. Es ist wichtig, dass die Aramidpolymere, die verwendet werden, um die einzigartigen Vorteile der Erfindung zu erhalten, die Spinnform von Aramidfasern sind. Die Länge der Spinnfaser beträgt wie zuvor erwähnt etwa 0,5 cm bis etwa 2 cm.
Die zuvor beschriebenen nicht gewebten Aramidfaserpapiere werden durch herkömmliche Papierherstellungstechniken hergestellt und sind gewerblich von International Papier of Tuxedo, NY unter den Handelsnamen "KEVLAR" MatSeries "8000050", "8000051", "8000052", '8000054" '8000065" und "8000068" erhältlich. Diese Papiere umfassen etwa 8 Gewichtsprozent bis etwa 18 Gewichtsprozent Acryllatex, das dazu verwendet wird, die Fasern in dem Gesamtgewebe zu festigen. Der Rest des Gewichts besteht aus Aramidfasern.
Die Unterschicht kann optional eine Behandlung erhalten, um: 1) die Rückseite der Unterschicht (d. h. die nicht beschichtete Seite) zu versiegeln; 2) eine bestimmte physikalische Eigenschaft der Unterschicht zu modifizieren; und/oder 3) die Verarbeitung zu unterstützen. Die modifizierten physikalischen Eigenschaften können die Festigkeit, die Steifigkeit, die innere Bindungsstärke, die Wärmebeständigkeit, die Haftverstärkung, die Gleichförmigkeit und dergleichen sein. Beispiele derartiger Behandlung umfassen Acrylgitter, Styrenbutadien-Gummi, vulkanisierten Gummi, Nylonpolyurethan, Phenolharz, Epoxidkunstharz, Acrylatkunstharz, Isocyanatkunstharz und Kombinationen daraus. Eine bevorzugte Behandlung ist ein Acryllatex. Die Seite der Unterschicht, die nicht die Reibungsbeschichtung darauf aufweist (Rückfläche 13 in 1), kann auch mechanisch durch ein beliebiges Mittel einer Vielzahl von Mitteln, einschließlich einer tragbaren Drahtbürste, aufgeraut werden, um die Haftung des Reibmaterials durch einen Klebstoff an einem Substrat zu verbessern. Diese Aufrauungsbehandlung sollte der Beendigung der Herstellung des Reibungsmaterials folgen, so dass der imprägnierende Brei die Unversehrtheit des Gewebes vor der Aufrauung der Rückseite schützt und dazu beiträgt, dieser später standzuhalten.
6 veranschaulicht das Reibungsmaterial von 1, das an einem Metallsubstrat 16 durch eine Klebstoffschicht 15 haftet. Die Kombination der an dem Metallsubstrat 16 haftenden, präzise geformten Reibverbundstrukturen 20 ist typischerweise gegenüber einer Widerlagerfläche 61 positioniert, um einen Kraftübertragungsmechanismus 60 zu bilden, wie beispielsweise eine Kupplung, ein Transmissionsband oder eine Bremsvorrichtung. Die Widerlagerfläche besteht typischerweise aus Metall, obschon es sich versteht, dass es ein erfindungsgemäßes Reibungsmaterial sein kann. Die Klebstoffschicht 15 kann eine einzelne Schicht oder eine Vielzahl von Klebstoffschichten, einschließlich optionalen Faserarmierungen sein. Wenn die Klebstoffschicht eine einzelne Schicht ist, umfassen brauchbare Klebstoffe Nitrilphenol-Klebstofffilme, wie beispielsweise diejenigen, die unter dem Handelsnamen "MACTAK" von Raybestos Inc., Crawfordsville, IN erhältlich sind. Andere brauchbare Klebstoffe umfassen einen Nitrilphenolharzfilm, der gewerblich von 3 M, St. Paul, MN unter dem Handelsnamen "AF15" erhältlich ist. Ein geeignetes Beispiel einer mehrlagigen Klebstoffschicht (15) ist eine mehrteilige Konstruktion aus zwei separaten Nitrilphenolfilmen, wie beispielsweise einem Nitrilphenolfilm, der mit von 3 M erhältlichen 3 M 'EC-2174" hergestellt wird, die eine dazwischen liegende, mit Phenol gesättigte Aramidfaserpapierschicht einschließen. Das Aramidfaserpapier in einer derartigen Klebstoffschicht (15) mit verschiedenartigem Aufbau wird entsprechend der Beschreibung, der Beschichtungszusammensetzung und dem Verfahren, die in Beispiel 1 der US-Pat. Nr. 5.083.650 (Seitz et al.) beschrieben sind, ausgewählt und mit einem Gemisch aus Phenolharz und Kohlenstoff gesättigt, mit der Einschränkung, dass im Unterschied zu Beispiel 1 der US-Pat. Nr. 5.083.650 die erste und zweite Kunstharzbeschichtung nacheinander auf das Aramidpapier aufgebracht werden und dies ohne Aufbringung irgendwelcher granulärer Kohlenstoffpartikel auf die Außenfläche des gesättigten Papiers zwischen der ersten und zweiten Beschichtungslage. Das mit Ruß gefüllte, phenolgesättigte Papier erlaubt ein Zusammendrücken der an die Stahlplatten geklebten Schichten, so dass die reibaktiven Seiten parallel sind und im Betrieb vollen Kontakt mit dem zugehörigen Reibungselement bekommen; und zusätzlich baut das Papier die Stärke der geklebten Reibplatte auf, um dazu beizutragen, beliebige Bedingungen für das Kupplungsspiel zu erfüllen, falls es erforderlich ist. Es kommt in Betracht, dass anstelle eines solchen in der Klebstoffschicht (15) wie oben beschrieben verwendeten, phenolgesättigten Papiers verschiedene andere kompressible Materialien mit ausreichender Festigkeit und thermischer Haltbarkeit verwendet werden könnten.
Die Unterschicht kann auch Additive enthalten, die die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Unterschicht verändern. Die Menge dieser Additive wird so gewählt, dass sie den erwünschten Eigenschaften der beschichteten Reibungsunterschicht entspricht. Beispiele für derartige Additive umfassen die Belastbarkeit erhöhende Materialien, Form stabilisierende Materialien, Füllstoffe, Farbstoffe, Pigmente, Benetzungsmittel, Tenside, Kopplungsmittel, antistatische Substanzen, Öle, Flammhemmer, Ultraviolettstabilisatoren, interne Gleitmittel, Antioxidantien und Prozesshilfsstoffe.
Additiv
Die Reibungsbeschichtung kann außerdem optionale Additive umfassen, wie beispielsweise reibungsfreie Füllstoffe und Fasern, Pigmente, Farbstoffe und antistatische Substanzen. Die aufbringbaren Bindervorproduktbreie können Schmierstoffe, Benetzungsmittel, thixotropische Materialien, Tenside, Kopplungsmittel, antistatische Substanzen, Weichmacher und Suspensionshilfsstoffe enthalten. Die Mengen dieser Materialien werden so gewählt, dass die erwünschten Eigenschaften bereitgestellt werden. Einige dieser Additive werden auch die Reibungseigenschaften des resultierenden Reibungsmaterials verändern.
Brauchbare Füllstoffe haben vorzugsweise die Form von Partikeln mit einer von etwa 0,1 Mikrometer bis etwa 100 Mikrometer und vorzugsweise von etwa 1 Mikrometer bis etwa 50 Mikrometer reichenden Größe. Beispiele für brauchbare nicht funktionale Füllstoffe umfassen ausgehärtetes Cashewnuss-Kunstharz, ausgehärtete Phenolpartikel, Gummipartikel (wie beispielsweise Nitrilgummi-Partikel), Metallkarbonate (wie beispielsweise Calciumkarbonat, Kreide, Calcit, Mergel, Travertin, Marmor und Kalkstein), Calciummagnesiumkarbonat, Natriumkarbonat, Magnesiumkarbonat), Siliziumoxid (wie beispielsweise Quarz, Glaskugeln, Glasblasen, Glasfasern, Mehl), Silikate (wie beispielsweise Talk, Tone (Montmorillonit)), Feldspat, Glimmer, Calciumsilikat, Calciummetasilikat, Natriumaluminosilikat, Natriumsilikat), Metallsulfate (wie beispielsweise Calciumsulfat, Bariumsulfat, Natriumsulfat, Aluminiumnatriumsulfat, Aluminiumsulfat), Gips, Vermiculit, Holzmehl, Aluminiumtrihydrat, Metalloxide (wie beispielsweise Calciumoxid (Kalk)), Aluminiumoxid, Titandioxid) und Metallsulfite (wie beispielsweise Calciumsulfit).
Ein Kopplungsmittel kann eine Bindungsbrücke zwischen dem ausgehärteten Kunstharz in dem Binder und den Füllstoffpartikeln und/oder den Reibpartikeln bereitstellen. Kopplungsmittel scheinen auch Fließeigenschaften zu liefern, die die Beschichtung erleichtern und das Ablösen des Reibungsmaterials von dem Produktionswerkzeug verbessern. Beispiele von brauchbaren Kopplungsmitteln sind Silane, Titanate und Zirkonaluminate. Ein besonderes geeignetes Beispiel eines Kopplungsmittels ist ein Silankopplungsmittel, das unter dem Handelsnamen "A-174" von Union Carbide erhältlich ist. Der Bindervorproduktbrei beinhaltet vorzugsweise etwa 0,01 bis etwa 3 Gewichtsprozent Kopplungsmittel.
Ein Beispiel für ein brauchbares Suspensionshilfsmittel sind amorphe Siliziumoxidpartikel mit einer Oberfläche von weniger als etwa 150 Quadratmeter/Gramm, die gewerblich von DeGussa Corp., Rochelle Park, NJ, unter dem Handelsnamen "OX-50" erhältlich sind. Die Verwendung der amorphen Siliziumoxid-Teilchen als Füllstoffe in der Reibungsbeschichtung wird bevorzugt, da sie ihr eine verbesserte Abriebkontrolle verleihen. Das amorphe Siliziumoxid ist im Allgemeinen in einer Menge von nicht mehr als etwa 20 Gewichtsteile je 100 Teile Gesamtgewicht des Reibungsbeschichtungsbreis enthalten.
Verfahren zur Herstellung der erfinderischen Reibungsmaterialien
Ein Verfahren zur Herstellung der erfinderischen Reibungsmaterialien der 1 und 2 ist die Formgebung in einem Chargenprozess. Eine Unterschicht wird mit einem Bindervorproduktbrei beschichtet, wie es hier beschrieben ist. Die Unterschicht wird dann in einer Form mit dem inversen Muster des erwünschten Reibflächemusters platziert. Die Form wird geschlossen und der Bindervorproduktbrei Bedingungen unterworfen, die ausreichen, um das Kunstharz des Bindervorproduktbreis auszuhärten oder zu härten, typischerweise durch Erwärmung. Auch wenn dieses Verfahren ein Weg zu Herstellung des erfinderischen Reibungsmaterials ist, ist es doch arbeitsintensiv.
Ein ökonomischeres Verfahren besteht darin, ein Produktionswerkzeug in einem kontinuierlichen Prozess einzusetzen. Der erste Schritt bei diesen bevorzugten Verfahrenen zur Herstellung der in den 1 und 2 dargestellten, erfinderischen Reibungsmaterialien besteht darin, einen Bindervorproduktbrei vorzubereiten, indem (durch eine beliebige Mischtechnik aus einer Anzahl von geeigneten Mischtechniken) die erwünschten Kunstharze, die erwünschten Reibungspartikel und alle erwünschten optionalen Additive kombiniert werden. Beispiele von Mischtechniken umfassen Mischen mit geringer Scherung und Mischen mit hoher Scherung, wobei das Mischen mit hoher Scherung bevorzugt wird. Ultraschallenergie und Wärmeenergie (Erwärmung bis etwa 30°C bis etwa 70°C) können ebenso in Kombination mit dem Mischschritt verwendet werden, um die Breiviskosität zu erniedrigen. Die Reibungspartikel werden typischerweise allmählich zu dem Bindervorprodukt hinzugefügt. Die Menge an Luftblasen in dem Bindervorproduktbrei kann minimiert werden, indem man während des Mischschritts ein Vakuum auf den Bindervorproduktbrei einwirken lässt. Es ist wichtig, dass der Bindervorproduktbrei Fließeigenschaften aufweist, die es erlauben, dass er auf einer Unterschicht oder einem Produktionswerkzeug ausgebreitet oder aufgebracht wird, wobei die Reibungsteilchen nicht aus dem Bindervorproduktbrei ausgeschieden werden.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird der Brei zumindest auf die Vorderfläche der Unterschicht aufgebracht. Diese Beschichtung kann durch eine beliebige Technik bewerkstelligt werden, wie beispielsweise Walzenbeschichtung, Gravurbeschichtung, Messerbeschichtung, Sprühbeschichtung, Übertrag beschichtung, Vakuumatrizenbeschichtung, Matrizenbeschichtung und dergleichen. Nachdem der Brei auf die Unterschicht aufgebracht ist, wird ein Mittel verwendet, wie beispielsweise das hier beschriebene Produktionswerkzeug, um dem Brei ein Muster einzuprägen. Wie hier erläutert, kann ein Kunststofffilm zeitweise auf die Rückseite der Unterschicht aufgebracht werden und eine Quetschwalze oder ein anderes Mittel verwendet werden, um den Brei zumindest teilweise in die Unterschicht zu drängen. Alternativ kann die Breibeschichtung zuerst in die Hohlräume des Werkzeugs eingebracht werden und die beschichtete Seite des Werkzeugs während des Aushärtens des Breis gegen eine Vorderfläche einer Unterschicht gepresst werden.
Energiequellen
Nachdem der Bindervorproduktbrei auf der Unterschicht aufgebracht ist, wird er einer Energiequelle ausgesetzt, um die Polymerisierung des Kunstharzes im Bindervorproduktbrei zu initialisieren. Beispiele von geeigneten und bevorzugten Energiequellen sind Wärmeenergie und Strahlungsenergie. Die Energiemenge hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie beispielsweise der Kunstharzchemie, den Abmessungen des Breis nach seiner Aufbringung, der Menge und Art der Reibteilchen und der Menge und Art des optionalen Additivs. Für Wärmeenergie beträgt die Temperatur etwa 30°C bis etwa 150°C, im Allgemeinen etwa 40°C bis etwa 120°C. Die Einwirkungszeit kann von etwa 5 Minuten bis über 24 Stunden reichen, wobei längere Zeiten für niedrigere Temperaturen geeignet sind.
Geeignete Strahlungsenergiequellen zur Verwendung bei der Erfindung umfassen Elektronenstrahlen, ultraviolettes Licht oder sichtbares Licht. Elektronenstrahlung, die auch als ionisierende Strahlung bekannt ist, kann mit einem Energieniveau von etwa 0,1 Mrad bis etwa 10 Mrad verwendet werden, vorzugsweise mit einem Energieniveau von etwa 1 Mrad bis etwa 10 Mrad, und bei einem Beschleuinigungsspannungspegel von etwa 75 KeV bis etwa 5 Mev, vorzugsweise bei einem Beschleunigungsspannungspegel von etwa 250 KeV bis etwa 300 KeV. Ultraviolettstrahlung meint nicht-teilchenartige Strahlung mit einer Wellenlänge in dem Bereich von etwa 200 Nanometer bis etwa 400 Nanometer, vorzugsweise in dem Bereich von etwa 250 Nanometer bis etwa 400 Nanometer. Bevorzugt werden 300–600 Watt/Zoll Ultraviolettlicht verwendet. Sichtbare Strahlung bezeichnet nicht-teilchenartige Strahlung mit einer Wellenlänge in dem Bereich von etwa 400 Nanometer bis etwa 800 Nanometer, vorzugsweise in dem Bereich von etwa 400 Nanometer bis etwa 550 Nanometer. Wenn Strahlungsenergie verwendet wird, können einige Reibungsteilchen und/oder ein optionales Additiv Strahlungsenergie absorbieren, so dass die Polymerisierung des Kunstharzes in dem Bindervorproduktbrei behindert wird. Wenn dies beobachtet wird, können in dem Maße, wie es erforderlich ist, derartige Strahlungsabsorption durch die Teilchen zu kompensieren, höhere Dosen von Strahlungsenergie eingesetzt werden. Die Beschleunigungsspannung des E-Strahls kann erhöht werden, um dadurch das Eindringen der ionisierenden Strahlungsenergie zu erhöhen. Alternativ kann eine andere Art von Strahlungsenergie verwendet werden, die durch die Reibungsteilchen nicht absorbiert wird.
Nachdem dieser Polymerisationsprozess abgeschlossen ist, wird das Kunstharz des Bindervorproduktbreis in einen Binder umgewandelt und der Brei in eine Reibungsbeschichtung umgewandelt. Das resultierende Reibungsmaterial ist im Allgemeinen dazu bereit, in die erwünschte Form konvertiert zu werden.
Produktionswerkzeug
Ein Produktionswerkzeug mit einer Vielzahl von präzise geformten Hohlräumen ist während zumindest eines Schritts des Verfahrens zur Herstellung der Reibungsmaterialien der 1–2 erforderlich. Diese Hohlräume haben im Wesentlichen die inverse Form der Reibverbundstruktren und sind verantwortlich für die Erzeugung der Form der Reibverbundstruktren. Die Abmessungen der Hohlräume werden so gewählt, dass sie die erwünschte Form und die erwünschten Abmessungen der Reibverbundstruktren ergeben. Die Reibverbundstruktren können alle die gleiche Form haben. Wenn die Form oder die Abmessungen der Hohlräume nicht korrekt hergestellt werden, wird das resultierende Produktionswerkzeug nicht die erwünschten Abmessungen für die Reibverbundstruktren liefern.
Bei Produktionswerkzeugen, die zur Herstellung der Reibungsmaterialien der 1 und 2 geeignet sind, können die Hohlräume in einem punktartigen Muster mit Zwischenräumen zwischen benachbarten Hohlräumen vorhanden sein oder die Hohlräume aneinander stoßen. Vorzugsweise stoßen die Hohlräume aneinander. Die Form der Hohlräume wird zudem so gewählt, dass die Fläche der Reibverbundstruktur von der Unterschicht aus abnimmt.
Das Produktionswerkzeug kann ein Riemen, ein Blech, eine endlose Bahn oder ein Band, eine Beschichtungswalze, wie beispielsweise eine Rotationstiefdruckwalze, eine auf einer Beschichtungswalze montierte Hülse oder eine Matrize sein. Das Produktionswerkzeug kann aus Metall (z. B. Nickel), Metalllegierungen oder Kunststoff bestehen. Das Metallproduktionswerkzeug durch jede beliebige herkömmliche Technik hergestellt werden, beispielsweise durch Gravur, Einsenken, Galvanoformung, Ätzung, Diamantdrehen, Rändelung und dergleichen. Eine bevorzugte Technik für ein Metallproduktionswerkzeug ist Diamantdrehen.
Ein thermoplastisches Werkzeug kann auf einem metallischen Lehrwerkzeug reproduziert werden. Das Lehrwerkzeug wird ein Muster aufweisen, das zu dem für das Produktionswerkzeug erwünschten invers ist. Das Lehrwerkzeug kann auf die gleiche Weise hergestellt werden wie das Metallproduktionswerkzeug. Das Lehrwerkzeug wird vorzugsweise aus Metall hergestellt, z. B. aus Kupfer, und kann mit Diamant bearbeitet werden. Ein Nickelwerkzeug kann dann auf dem mit Diamant bearbeiteten Kupferwerkzeug reproduziert werden. Das thermoplastische Blechmaterial kann erwärmt werden und dies optional zusammen mit dem Metallwerkzeug, so dass das thermoplastische Material mit dem Lehrwerkzeugmuster durch Zusammenpressen der zwei geprägt wird. Das thermoplastische Material kann auch auf das Metallwerkzeug extrudiert oder gegossen und gepresst werden. Das thermoplastische Material wird gekühlt, um sich zu verfestigen und das Produktionswerkzeug hervorzubringen. Beispiele von bevorzugten thermoplastischen Produktionswerkzeugmaterialien umfassen Polyester, Polykarbonat, Polyvinylchlorid, Polypropylen, Polyethylen und Kombinationen daraus. Wenn ein thermoplastisches Produktionswerkzeug verwendet wird, dann muss darauf geachtet werden, dass keine übermäßige Wärme erzeugt wird, die das thermoplastische Produktionswerkzeug verformen kann.
Das Produktionswerkzeug kann auch eine Ablösebeschichtung enthalten, um ein einfacheres Ablösen des Reibungsmaterials oder der Reibverbundstruktren vom Produktionswerkzeug zu erlauben. Beispiele von derartigen Ablösebeschichtungen für Metalle umfassen harte Carbid-, Nitrid- oder Boridbeschichtungen. Beispiele von Ablösebeschichtungen für thermoplastische Materialien umfassen Silikone und Fluorchemikalien, die in das Polymer eingeimpft werden können.
Ein Verfahren zur Herstellung der erfinderischen Reibungsmaterialien der 1 und 2 der Erfindung ist in 4 dargestellt. Die Unterschicht 41 bewegt sich von einer Abwickelstelle 42 weg, und zur gleichen Zeit bewegt sich das Produktionswerkzeug 46 von einer Abwickelstelle 45 weg. Das Produktionswerkzeug 46 wird mittels einer Beschichtungsstation 44 mit Brei beschichtet. Es ist möglich, den Brei vor der Beschichtung zu erwärmen oder Ultraschallenergie zu verwenden, um die Viskosität zu verringern. Die Beschichtungsstation kann ein beliebiges herkömmliches Beschichtungsmittel wie beispielsweise eine Messerstreichmaschine, eine Florstreichmaschine oder eine Matrizenbeschichtungsmaschine sein. Die bevorzugte Beschichtungstechnik ist eine fluidgelagerte Vakuummatrize. Nachdem das Produktionswerkzeug beschichtet ist, wird die Unterschicht durch ein beliebiges Mittel in Kontakt mit dem mit Brei beschichteten Werkzeug gebracht, so dass der Brei die Vorderfläche der Unterschicht benetzt. In 4 wird Brei in Kontakt mit der Unterschicht mittels einer Anpresswalze 47 gebracht. Als nächstes drängt die Kontaktanpresswalze 47 die resultierende Konstruktion gegen die Trägerwalze 43. Während dieses Schritts kann ein Kunststofffilm oder ein Ablösepapier auf die Rückseite der Unterschicht (zwischen die Trägerwalze 43 und die Unterschicht 41) aufgelegt werden, um das Einpressen von Brei in die Hohlräume des Produktionswerkzeugs zu erlauben und um auch sicherzustellen, dass etwas von dem Brei in die Unterschicht eindringt, wenn nicht gewebte Unterschichten eingesetzt werden. Der Brei benetzt die Vorderfläche der Unterschicht, so dass ein Teil des Breis zumindest einen Teil der Dicke der Unterschicht durchtränkt, während der nicht imprägnierte Teil auf der Vorderfläche als Beschichtung bleibt, die zwischen der Vorderfläche der Unterschicht und der mit den Hohlräumen versehenen Fläche des Produktionswerkzeugs eingeschlossen ist. Diese Ablöseschicht kann abgezogen werden, bevor das Bindervorprodukt der Reibungsbeschichtung ausgehärtet wird, um ihr eine Textur zu verleihen, oder alternativ kann diese Schicht nach dem Aushärten aber vor der Verwendung des Reibungsmaterials abgezogen werden. Optional kann die Rückseite der Unterschicht dann mechanisch aufgewetzt oder aufgeraut werden, um eine verbesserte Haftgrenzfläche zwischen dem Klebstoff und der Kupplungsplatte oder anderen Elementen vorzusehen.
Als nächstes wird eine bestimmte Form von Energie 48, z. B. photochemisch wirksame Strahlung, wie beispielsweise Ultraviolett, Elektronenstrahlen und dergleichen, in den Bindervorproduktbrei übertragen, um das Kunstharz des Bindervorproduktbreis zumindest teilweise auszuhärten. Der Begriff "teilweises Aushärten" meint, dass das Kunstharz in einen solchen Zustand polymerisiert wird, dass der Brei nicht aus einem umgedrehten Reagenzglas herausfließt. Teilweises Aushärten des Kunstharzes an der Grenzfläche zwischen dem Kunstharz und dem Werkzeug ist wichtig, um eine Entfernung des Werkzeugs zu erlauben. Teilweises Aushärten wird durch Einstellung der Dosis und der Spannung bewerkstelligt, wie sie üblicherweise von einem Fachmann vorgenommen wird.
Um ein komplettes und im Wesentlichen vollständiges Aushärten sicherzustellen, kann das Kunstharz in dem Bindervorproduktbrei mehrfach an der Strahlungsenergiequelle vorbeigeführt werden und/oder die Dosis und Spannung eingestellt werden. Vorzugsweise wird das Werkzeug/Reibungsmaterial zumindest einmal zwischen diesen mehrfachen Durchgängen umgedreht, um beide Oberflächen zu bestrahlen und eine komplette Bestrahlung sicherzustellen. Nach dem Abtrennen und Entfernen des Werkzeugs kann zur abschließenden Bestrahlung das Reibungsmaterial zumindest noch einmal unter der Strahlungsquelle vorbeigeführt werden, wobei die resultierende ausgeformte Reibfläche direkt durch die Strahlungsenergie bombardiert wird.
Ein allgemeines Schema zur Durchführung der Strahlungshärtung des Reibungsmaterials beinhaltet die folgenden Schritte: (1) Vorbeiführen einer bei 300 KeV arbeitenden E-Strahlquelle an dem mit Brei beschichteten Werkzeug/der nicht gewebten Unterschicht/dem Kunststofffilm, wobei die Werkzeugrückseite der E-Strahlquelle am nächsten ist, und mit einer eingebrachten Dosis von etwa 1 Mrad; (2) Umdrehen des mit Brei beschichteten Werkzeugs/der Unterschicht/des Kunststofffilms und wiederum Vorbeiführen der E-Strahlquelle an dem Stapel, wobei der Kunststofffilm der E-Strahlquelle am nächsten ist, und mit einer eingebrachten Dosis von etwa 2 Megarad; (3) Entfernen des Werkzeugs, um eine geformte, zumindest teilweise ausgehärtete Schicht von Reibverbundstrukturen übrig zu lassen, die auf einer Oberfläche der Unterschicht ausgebildet ist; (4) wiederum Vorbeiführen der E-Strahlquelle an diesem resultierenden Reibungsmaterial, wobei die Reibverbundstruktren der E-Strahlquelle am nächsten ist und ihr gegenüberliegt, und mit einer eingebrachten Dosis von etwa 6 Megarad; und (5) Entfernen des Kunststofffilms von der Rückseite der Unterschicht, um das ausgeformte Reibungsmaterial bereitzustellen.
Das Produktionswerkzeug wird nach der Abtrennung von dem Reibungsmaterial in jedem Fall wieder auf eine Spindel 49 gewickelt, so dass das Produktionswerkzeug wieder verwendet werden kann. Nach der Strahlungshärtung wird das Reibungsmaterial 120 zudem auf eine Spindel 121 gewickelt. Wenn das Kunstharz in dem Bindervorproduktbrei noch nicht voll ausgehärtet ist, dann kann das Kunstharz entweder durch Umgebungswärme und/oder die Einwirkung einer anderen Energiequelle, wie beispielsweise einer Wärmeenergiequelle, voll ausgehärtet werden.
Die Strahlungsenergie kann durch das Produktionswerkzeug transmittiert werden, solange das Produktionswerkzeug die Strahlungsenergie nicht merklich absorbiert. Die Strahlungsenergiequelle sollte zudem das Produktionswerkzeug nicht merklich schädigen.
Wenn die Reibverbundstrukturen Kohlenstoffpartikel enthalten, wird das Kunstharz des Bindervorproduktbreis bevorzugt durch Wärmeenergie oder Elektronenstrahlenergie, und besonders bevorzugt durch Elektronenstrahlenergie ausgehärtet.
Der Bindervorproduktbrei kann auch auf die Unterschicht und nicht in die Hohlräume des Produktionswerkzeugs aufgebracht werden. Ein Kunststofffilm kann verwendet werden, um es zu ermöglichen, Brei von Hand oder mit einer Walze in die Hohlräume zu pressen, wenn es erforderlich ist. Die mit Brei beschichtete Unterschicht wird dann in Kontakt mit dem Produktionswerkzeug gebracht, so dass der Brei in die Hohlräume des Produktionswerkzeugs fließt. Die verbleibenden Schritte zur Herstellung des Reibungsmaterials sind die gleichen wie oben dargelegt.
Ein weiteres Verfahren ist in 5 dargestellt. Die Unterschicht 51 bewegt sich von einer Abwickelstelle 52 weg, und der Bindervorproduktbrei 54 wird in die Hohlräume des Produktionswerkzeugs 55 mittels der Beschichtungsstation 53 eingebracht. Der Bindervorproduktbrei kann auf das Produktionswerkzeug durch eine beliebige Technik aufgebracht werden, wie beispielsweise eine Walzenbeschichtungsmaschine, eine Messerstreichmaschine, eine Florstreichmaschine oder eine Matrizenbeschichtungsmaschine. Es ist wiederum möglich, den Bindervorproduktbrei zu erwärmen oder Ultraschallenergie zu verwenden, um die Viskosität zu verringern. Diese Unterschicht und das den Brei enthaltende Produktionswerkzeug werden dann durch eine Anpresswalze 56 in Kontakt gebracht, so dass der Brei die Vorderfläche der Unterschicht benetzt. Vorzugsweise durchtränkt ein Teil des Breis zumindest einen Teil der Dicke der Unterschicht, während der nicht eindringende Teil auf der Vorderfläche als eine zwischen der Vorderfläche der Unterschicht und der mit Hohlräumen versehenen Fläche des Produktionswerkzeugs eingeschlossene Beschichtung verbleibt. Als nächstes wird das Kunstharz in dem Bindervorproduktbrei zumindest teilweise ausgehärtet, indem es einer Energiequelle 57 ausgesetzt wird. Bei diesem Verfahren wird die Strahlungsenergie durch die Unterschicht transmittiert. Nach diesem zumindest teilweisen Aushärten wird der Brei in eine Reibungsbeschichtung 59 mit einer Vielzahl von präzise geformten Reibverbundstrukturen umgewandelt, die an der Unterschicht klebt oder haftet. Wie in Verbindung mit 4 oben beschrieben ist, kann das Reibungsmaterial bei dieser Ausführungsform gleichermaßen mehreren Durchgängen unter der Strahlungsenergiequelle unterworfen werden, wobei die Stapelschichten zwischen den Durchgängen wiederum vorzugsweise umgedreht werden, um dafür zu sorgen, dass das Strahlungsbombardement deren beide Seiten trifft. Nach der kompletten Aushärtung, wird das resultierende Reibungsmaterial von dem Produktionswerkzeug mittels Anpresswalzen 58 entfernt und auf eine Aufwickelstation 60 gewickelt. Bei diesem Verfahren kann die Energiequelle Wärmeenergie oder Strahlungsenergie sein, obschon Strahlungsenergie bevorzugt wird.
Als alternative Methode für dieses letztere Verfahren, kann der Bindervorproduktbrei als erstes auf die Vorderfläche der Unterschicht, anstatt auf die Hohlräume des Werkzeug aufgebracht zu werden. Die mit Brei beschichtete Unterschicht wird dann in Kontakt mit dem Produktionswerkzeug gebracht, so dass der Brei die Hohlräume des Produktionswerkzeugs benetzt. Die verbleibenden Schritte zur Herstellung des Reibungsmaterials sind die gleichen wie oben dargelegt.
Bei jeder der Verfahrenvarianten, die Einrichtungen verwenden, wie sie beispielsweise in den 4 und 5 gezeigt sind, ist es bevorzugt, dass der Bindervorproduktbrei im Fall einer faserigen Unterschicht zwischen die Unterschichtfasern eindringt. Die Rückseite der faserigen Unterschicht kann vorübergehend mit einem Kunststofffilm überzogen werden, um zu verhindern, dass Bindervorproduktbrei vollständig durch die und aus der Unterschicht fließt und dann anderweitig die Förderwalzen und Geräte verschmutzt. Dieser Kunststofffilm wird dann von der Unterschicht entfernt. Diese Entfernung erfolgt vorzugsweise nachdem das eingedrungene Kunstharz der faserigen Unterschicht teilweise ausgehärtet wurde, um die Entfernung des Rückseitenfilms ohne Einführung von Lücken zu erlauben und damit die eingeprägte Textur der Rückseite zu bewahren.
Da der Film dazu neigt, die Rückseite der faserigen Unterschicht in ihrer Textur ziemlich glatt zu lassen und da das fertig gestellte Reibungsmaterial nachfolgend typischerweise an ein Substrat geheftet wird, wie beispielsweise ein metallisches Kupplungsplattenelement, ist es üblicherweise wünschenswert, die Rückseite des Reibungsmaterials mechanisch aufzuwetzen oder aufzurauen. Dies kann im Labormaßstab durch Verwendung einer tragbaren Drahtbürste, einer Zylinderbürste, einem nicht gewebten Schleifmittel, einem beschichteten Schleifmittel oder dergleichen erfolgen.
BEISPIELE

Die Erfindung wird von den folgenden, keine Einschränkung darstellenden Beispielen weiter veranschaulicht. Alle Teil-, Prozent-, Verhältnisangaben, etc. in den Beispielen sind aufs Gewicht bezogen, es sei denn Anderes ist angegeben. Die folgenden Bezeichnungen werden durch die Beispiele hindurch verwendet:

TMPTA	Trimethylolpropantriacrylat, das gewerblich von Sartomer, Exton, PA unter dem Handelsnamen "SARTOMER 351"erhältlich ist,
TATHEIC	Triacrylat von Tris(hydroxyethyl)isocyanurat, das gewerblich von Sartomer, Exton, PA, unter dem Handelsnamen "SARTOMER 368" erhältlich ist,
GUAM	Gycolurilacrylamid, das gemäß den Lehren der US-Pat. Nr. 5.055.113 (Larson et al.), Präparat 5 hergestellt ist, mit dem Unterschied, dass es in großem Maßstab hergestellt wurde,
AMP	acrylamidomethylisiertes Phenol, das gemäß den Lehren der US-Pat. Nr. 4.903.440 (Larson et al.), Präparat 4, zubereitet ist, mit dem Unterschied, dass es in großem Maßstab hergestellt wurde,

DAP	Pthalatsäurediacrylatester, der gemäß den Lehren der US-Patentanmeldung. Nr. 08/334.817 (Thurber et al.) hergestellt wird,
NPGDA	Neopentylglycoldiacrylat, das gewerblich von Sartomer unter dem Handelsnamen "247 MONOMER" erhältlich ist,
PH2	2-Benzyl-2-N,N-dimethylamino-1-(4-morpholino-phenyl)-1-butanon, das gewerblich von Ciba Geigy Corp. unter dem Handelsnamen "IRGACURE 369" erhältlich ist,
PH3	Alpha-dimethoxy-alpha-phenylacetophenon, das gewerblich von Ciba Geigy Corp. unter dem Handelsnamen "IRGACURE 651" erhältlich ist,
FPI	Petroleumruß-Reibungspartikel, 5% maximale Zurückhaltung auf einem Gitter mit Maschenweite 200, das gewerblich von Asbury Mills aus New Jersey unter dem Handelsnamen "4249" erhältlich ist,
FP2	Petroleumruß-Reibungspartikel, 45% bis 60% treten durch ein Gitter mit Maschenweite 200, das gewerblich von Asbury Mills aus New Jersey unter dem Handelsnamen "4349" erhältlich ist,
NPR	ein Nitrilphenolharz, das gewerblich von 3 M, St. Paul, MN, unter dem Handelsnamen "AF15" erhältlich ist,
ASF	Füllstoff aus amorphem Siliziumoxid, der gewerblich von Degussa, Dublin, OH, unter dem Handelsnamen "OX-50" erhältlich ist,
SCA	ein Silan-Kopplungsmittel, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, das gewerblich von Union Carbide unter dem Handelsnamen "A-174" erhältlich ist,
SFL	Siliziumoxidmehl, das gewerblich von U.S. Silica, Berkeley Springs, WV, unter dem Handelsnamen "Sil-O-Sil" erhältlich ist,
URO	difunktionales, aliphatisches Urethanacrylatoligomer, das mit 25% Isobornylacrylat vermischt ist und gewerblich von Sartomer,

	Exton, PA, unter dem Handelsnamen "CN966J75" erhältlich ist,
NRP	Nitrilgummi-Partikel, Maschenweite 100, die gewerblich von Midwest Elastomers, Inc., Wapakoneta, OH, erhältlich sind,
EBC	Siliconesteracrylatoligomer, das gewerblich von UCB Chemical, Smyrna, GA, unter dem Handelsnamen "Ebecryl 350" erhältlich ist,
V52	2,2-Azobis, das gewerblich von DuPont, Wilmington, DE, unter dem Handelsnamen "Vazo 52" erhältlich ist,
FLE	Fluorelastomerpolymer, das gewerblich von Dyneon, LLC, St. Paul, MN, unter dem Handelsnamen "FC-2144" erhältlich ist,
FP3	thermisches Kohlenstoffschwarz, das gewerblich von Huber, Akron, OH, unter dem Handelsnamen "Huber N990" erhältlich ist,
CAH	Calciumhydroxid,
MGO	Magnesiumoxid,
CWX	Carnuba-Wachs

Die Beispiele 1–3 und Vergleichsbeispiel A
Die Beispiele 1–3 und Vergleichsbeispiel A veranschaulichen eine Ausführungsform des Reibungsmaterials der Erfindung, das eine Vielzahl von präzise geformten Verbundstrukturen umfasst.
Verfahren zur Herstellung des Reibungsmaterials 1
Ein Bindervorproduktbrei wurde dadurch präpariert, dass die erwünschten Kunstharzvorprodukte zusammengemischt wurden und dann allmählich die gewünschten Reibungspartikel hinzugefügt werden, um einen homogenen Brei herzustellen. Der resultierende Bindervorproduktbrei wurde auf ein Produktionswerkzeug aufgebracht. Das Produktionswerkzeug bestand aus thermoplastischem Polypropylen und wurde auf einem auf Nickel basierenden Metallproduktionswerkzeug reproduziert. Das Muster des Produktionswerkzeugs war derart, dass die resultierenden Reibverbundstruktren, die durch hier in den Beispielen beschriebene Verfahren ausgebildet wurden, jeweils die Form einer 356 Mikrometer hohen, abgeflachten Pyramide mit vier freiliegenden Seitenfacetten hatten, die sich unter einem spitzen Winkel von der quadratförmigen Basis zur abgeflachten Spitze erstrecken. Die abgeflachten Spitzen wiesen jeweils eine Seitenlänge von 316 Mikrometer auf und die Seitenfacetten besaßen an ihrer Schnittlinie mit der Basis Seitenlängen von 442 Mikrometer. An ihren jeweiligen Basen waren die jeweiligen Reibverbundstruktren 152 Mikrometer voneinander beabstandet.
Dieses mit Bindervorproduktbrei beschichtete Produktionswerkzeug wurde in Kontakt mit einer nicht gewebten Unterschicht gebracht, und eine Walze wurde auf das Produktionswerkzeug gedrückt, um den Brei in die Hohlräume des Produktionswerkzeugs zu drängen. Die nicht gewebte Unterschicht war eine auf Aramidfaser beruhende, nicht gewebte Unterschicht mit einem mittleren Gewicht von 13,6 Gramm/m² und einer mittleren Dicke von 132,1 Mikrometer und gewerblich von Veratec, einer Tochterfirma von International Paper, Tuxedo, NY, unter dem Handelsnamen "KEVLAR 29" Bogen und Veratec Klasse "8000054" erhältlich. Als nächstes wurde der beschichtete Zwischenproduktstapel Reibartikel/Werkzeug durch Bestrahlung mit einem 300 KeV Elektronenstrahl durch mehrfache Durchgänge mit unterschiedlichen Strahlungsdosen ausgehärtet, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Das Reibungsmaterial wurde im Allgemeinen nacheinander von beiden Seiten des Reibungsmaterial/Werkzeug-Stapels bestrahlt und dann von dem Werkzeug entfernt, wonach das Reibungsmaterial noch einmal unter dem gleiche Elektronenstrahl durchgeführt wurde. Das Beschichtungsgewicht (d. h. Zunahme nach Trocknung und Trennung vom Werkzeug) des Breis auf der nicht gewebten Unterschicht betrug annähernd 540 Gramm/m².
Testverfahren 1
Die Reibungsmaterialien wurden auf einer Nr. 2 Reibungstestmaschine der Society of Automotive Engineers (SAE) mit einer Kupplungsplattenkopfbaugruppe (erhältlich von Greening Associates, Inc., Detroit, MI) gemäß General Motors Corporation Testnummer GM-6297M, Anhang C (1993) getestet. Bei diesem Standardtest der Reibungsmaterialien und Getriebefluide wird ein 100 Stunden langer kontinuierlicher Test durchgeführt und das Drehmoment über die Zeit aufgetragen. Das Mittelpunktdrehmoment (ein 48-Punkt Mittelwert, zentriert um einen Zeitpunkt auf halbem Weg zwischen dem Beginn des Eingriffs und dem Arretierpunkt), das maximale Drehmoment (der größte Drehmomentwert, der zwischen 500 UpM und dem Arretierpunkt gefunden wurde), das Delta-Drehmoment (maximales Drehmoment – Mittelpunktdrehmoment) und die Arretierzeit wurden ermittelt. Das beim Testen verwendete Getriebefluid war das unter dem Handelsnamen "DEXRON III" bekannte, das von GM erhältlich ist.
Das Reibungsmaterial für die Beispiele 1 und 2 wurde entsprechend dem Allgemeinen Verfahren zur Herstellung des Reibungsmaterials hergestellt. Für die Beispiele 1 und 2 wurde ein Bindervorproduktbrei präpariert, indem 123,8 Teile TATHEIC, 123,8 Teile TMPTA, 2,5 Teile PH2, 93,6 Teile FP1, 200 Teile FP2, 28,7 Teile ASF und 2,5 Teile SCA zu einem homogenen Brei gemischt wurden. Der resultierende Bindervorproduktbrei wurde auf 63,5 cm Quecksilbersäule entgast, während er auf 60°C erwärmt wurde. Der Brei wurde in das Produktionswerkzeug mittels einer Bullennasen-Messerstreichmaschine eingebracht, die so eingestellt war, dass eine Lücke von 51 Mikrometer über dem Kunststoffwerkzeug vorhanden ist. Dieses Messerstreichen mit der Lücke von 51 Mikrometer wurde fünfmal wiederholt, wobei bei jedem Durchgang frischer Brei aufgebracht wurde. Diese Prozedur wurde durchgeführt, um Luftblaseneinschlüsse in den mit Brei beschichteten Hohlräumen des Werkzeugs zu reduzieren.
Dann wurde zusätzlicher Brei auf die freiliegende Oberfläche des Breis in den Werkzeughohlräumen mit einer Lücke von 254 Mikrometer aufgebracht. Dieses zusätzliche Breikunstharz wurde aufgebracht, um dazu beizutragen, dass sichergestellt ist, dass die Unterschicht durch das Breikunstharz gesättigt wird, wenn sie später in Kontakt mit dem beschichteten Werkzeug gebracht wird.
Für die Beispiele 1 und 2 wurde die Unterschicht unmittelbar vor der Bestrahlungsbehandlung durch eine Anpresswalze in Kontakt mit der mit Brei beschichteten Seite des Werkzeugs gebracht, wie beispielsweise in dem in 4 gezeigten Schema. Während dieses Schritts des In-Kontakt-Bringens der Unterschicht und des mit Brei beschichteten Werkzeugs wurde ein Kunststofffilm auf der Rückseite der Unterschicht gegenüber der Seite platziert, die dem Werkzeug gegenüberliegt. Dieses Verfahren ergab eine gute Reproduktion und reduzierte signifikant die Lücken. Das resultierende Zwischenprodukt wurde dann durch das Werkzeug (von der Werkzeugseite) hindurch und in den Reibungsbrei mit einem bei 300 KeV arbeitenden Elektronenstrahl mit einer Dosis von 1 Mrad bestrahlt.
Das Zwischenprodukt wurde dann umgedreht und wieder durch die E-Strahlquelle, wiederum mit Ausnahme des der E-Strahlquelle am nächsten liegenden Kunststofffilms, mit einer verabreichten Dosis von etwa 2 Megarad bestrahlt. Das Werkzeug und der Kunststofffilm wurden dann entfernt, um eine geformte, zumindest teilweise ausgehärtete Schicht von Reibverbundstruktren zurückzulassen, die auf einer Oberfläche der Unterschicht ausgebildet ist. An diesem resultierenden Reibungsmaterial wurde dann die E-Strahlquelle vorbeigeführt, wobei die Reibverbundstruktren der E-Strahlquelle am nächsten und gegenüberlagen und eine Dosis von etwa 6 Megarad verabreicht wurde.
Das Reibungsmaterial für Beispiel 3 wurde gemäß dem Allgemeinen Verfahren zur Herstellung des Reibungsmaterials hergestellt. Ein Bindervorproduktbrei wurde durch Mischen von 98,5 Teilen GUAM, 24,5 Teilen AMP, 74,0 Teilen DAP, 49,25 Teilen NPGDA, 3,75 Teilen PH3, 93,6 Teilen FP1, 200,0 Teilen FP2, 28,7 Teilen ASF und 2,5 Teilen SCA zu einem homogenen Brei präpariert. Der resultierende Bindervorproduktbrei wurde auf 63,5 cm Quecksilbersäule entgast, während er auf 80°C erwärmt wurde. Der Brei wurde in das Produktionswerkzeug mittels einer Messerstreichmaschine eingebracht, die so eingestellt war, dass eine Lücke von 51 Mikrometer über dem Kunststoffwerkzeug vorhanden war. Dieses Messerstreichen mit der Lücke von 51 Mikrometer wurde fünf- bis zehnmal wiederholt, wobei bei jedem Durchgang frischer Brei aufgebracht wurde. Diese Prozedur wurde durchgeführt, um Luftblaseneinschlüsse in den mit Brei beschichteten Hohlräumen des Werkzeugs zu reduzieren. Dann wurde eine zusätzliche Breischicht auf die freiliegende Oberfläche des Breis in den Werkzeughohlräumen mit einer Messerlücke von 254 Mikrometer aufgebracht. Diese zusätzliche Breikunstharzschicht wird die Unterschicht sättigen, wenn sie in Kontakt mit dem beschichteten Werkzeug gebracht wird.
Für Beispiel 3 wurde die Unterschicht unmittelbar vor der Bestrahlungsbehandlung mit der mit Brei beschichteten Seite des Werkzeugs durch eine Anpresswalze auf ähnliche Weise wie in dem in 4 gezeigten Schema in Kontakt gebracht. Während des In-Kontakt-Bringens der Unterschicht und des mit Brei beschichteten Werkzeugs wurde ein dünnes Ablösepapier auf der Rückseite der Unterschicht gegenüber der Seite platziert, die dem Werkzeug gegenüberliegt. Dieses Ablösepapier reduzierte auf signifikante Weise Lücken, während es verhinderte, dass der Kunstharzbrei auf die Anpresswalzen und die E-Strahlflächen gedrückt wird. Das resultierende Zwischenprodukt wurde auf einer Bahn angebracht, die mit 25 Fuß je Minute durch den E-Strahl lief, so dass der Strahl durch das Ablösepapier hindurch die gesättigte Unterschicht, den Kunstharzbrei beziehungsweise das Kunststoffwerkzeug bestrahlte. Für den ersten Durchgang wurde der Strahl bei 275 KeV und einer Dosis von 5 Mrad betrieben. Beim zweiten Durchgang wurde eine Dosis von 5 Mrad angewandt, mit dem Unterschied, dass das Produkt so auf der Bahn platziert wurde, dass der Strahl durch das Kunststoffwerkzeug hindurch den Kunstharzbrei, die gesättigte Unterschicht beziehungsweise das Ablösepapier bestrahlte. Beim dritten Durchgang wurde das Ablösepapier entfernt und eine Dosis von 3 Mrad durch die Unterschicht hindurch aufgebracht. Dann wurde das Werkzeug entfernt, um eine geformte, zumindest teilweise ausgehärtete Schicht von Reibverbundstruktren zurückzulassen, die auf einer Oberfläche der Unterschicht ausgebildet ist. Um ein komplettes Aushärten zu gewährleisten, wurde das Produkt von Beispiel 3 für 3 Stunden in einem Ofen mit 1770°C platziert.
Nachdem das Reibungsmaterial für jedes der Beispiele 1–3 präpariert wurde, wurden Teile von ihm unter Verwendung von NPR auf beide Seiten einer einzelnen Stahlplatte geheftet, die gewerblich von General Motors Corporation unter der Teilenummer 8643741 erhältlich ist. Die Seitenflächen der Stahlplatten wurden zur Aufnahme der hier getesteten Reibungsmaterialien vorbereitet, indem zuvor auf den Platten angebrachte Reibungsmaterialien durch Sandstrahlen entfernt wurden und die Stahlplatten dann auf beiden Seiten mit einem flüssigen 3 M EC-2174 Nitrilphenol-Grundierer grundiert wurden, der von 3 M, St. Paul, MN erhältlich ist. Die grundierten Platten wurden bei 25°C für eine Stunde getrocknet und dann bei 150°C für eine Stunde teilweise ausgehärtet. Die resultierenden Plattenprodukte wurden dann für eine Stunde bei 177°C unter einer Kraft von 6360 kg erwärmt, um das NPR auszuhärten.
Das Reibungsmaterial wurde an die grundierten Platten über eine Verbundklebstoffschicht mit folgendem Aufbau geklebt. Für die Klebstoffschicht war ein Aufbau vorgesehen, der das gemeinsame Anheften zweier separater Nitrilphenolfilme, d. h. mit von 3 M, St. Paul, MN, erhältlichem 3 M EC-2174 hergestellte Nitrilphenolfilme, auf die gegenüberliegenden Seiten eines mit kohlenstoffgefülltem Phenol gesättigten Papiers als Zwischenschicht beinhaltete. Das Aramidfaserpapier wird entsprechend der Beschreibung, der Beschichtungszusammensetzung und dem Verfahren, die in Beispiel 1 der US-Pat. Nr. 5.083.650 (Seitz et al.) beschrieben sind, ausgewählt und mit einem Gemisch aus Phenolharz und Kohlenstoff gesättigt, mit der Einschränkung, dass im Unterschied zu Beispiel 1 der US-Pat. Nr. 5.083.650 die erste und zweite Kunstharzbeschichtung nacheinander auf das Aramidpapier aufgebracht werden und dies ohne Aufbringung irgendwelcher granulärer Kohlenstoffpartikel auf die Außenfläche des gesättigten Papiers zwischen der ersten und zweiten Beschichtungslage. Aus der Klebstofffilm/phenolgesättigter Klebstofffilmverbundstruktur wurden Ringe ausgeschnitten; ebenso wurden aus dem Reibungsmaterial der Beispiele 1–3 Ringe mit komplementärer Größe ausgeschnitten. Dieser Stapel aus Reibungsmaterial/Verbundklebstoffschicht/Grundierung/Stahlplatte/Grundierung/Verbundklebstoffschicht/Reibungsmaterial wurde durch Aufbringung von Wärme aus einem auf "Leinen" eingestellten Bügeleisen leicht verheftet. Der Stapel wurde dann in einer erwärmten Hydraulikpresse für eine Stunde bei 177°C gepresst.
Das Reibungsmaterial von Vergleichsbeispiel A umfasste ein mit Phenol gesättigtes Reibungspapier, das gewerblich als Standardreibungspapier mit der Teilenummer 8643741 von General Motors Corporation erhältlich ist.
Das Reibungsmaterial der Beispiele 1–3 und des Vergleichsbeispiels A wurden dann dem obigen Testverfahren entsprechend getestet und die Resultate sind in Tabelle 1 zu finden. Die in Tabelle 1 angegebene Resultate wurden während der Tests bei den Testpunkten für eine Stunde und für 100 Stunden gemessen. Nach der Untersuchung der Stahlplatten für die Beispiele 1–3 wurde nach jedem Test ermittelt, dass das Reibungsmaterial nicht katastrophal versagte (d. h. es löste sich nicht von der Platte ab) und das Reibungsmaterial seine Mikrotopographie im Großen und Ganzen mit geringer Abnutzung beibehielt. Es wurde daher gezeigt, dass das Reibungsmaterial der Erfindung ein gebrauchsfähiges Produkt und eine zuverlässige Alternative zu herkömmlichen Reibungsmaterialien darstellte.
Tabelle 1
Beispiele 4–10 und Vergleichsbeispiel B
Die Beispiele 4–10 veranschaulichen andere Ausführungsformen der Erfindung.
Allgemeines Verfahren zur Herstellung des Reibungsmaterials 2
Der Brei wurde in das Produktionswerkzeug durch Verwendung einer Vakuumschlitzmatrize eingebracht. Wenn das Werkzeug unter der Matrizenfläche durchtritt, entfernt der Vakuumschlitz Luft aus den Hohlräumen des Werkzeugs, während der Breischlitz den Vorproduktbrei ausgibt, der die evakuierten Hohlräume füllt. Die Matrize wurde mit einem Versatz von 8 Mil zwischen dem Vakuum- und dem Breischlitz montiert, so dass der Vakuumschlitz dem Werkzeug näher war und der Breischlitz einen zusätzlichen Film von 10 Mil abgeben konnte, der benötigt wird, um die nicht gewebte Unterschicht zu sättigen. Der Vakuumschlitz war 2 bis 3 Mil über dem Werkzeug positioniert. Die aufgebrachte Filmdicke wurde durch eine Kombination der Gewebegeschwindigkeit und der Breipumpgeschwindigkeit eingestellt. Das Vakuum wurde von einer Vakuumpumpe geliefert, die bei 27 Zoll Hg lief.
Dieses mit Bindervorproduktbrei beschichtete Produktionswerkzeug wurde in Kontakt mit einer nicht gewebten Unterschicht (wie unter Allgemeines Verfahren zur Herstellung des Reibungsmaterials 1 beschrieben ist) und einer Ablöseverkleidung gebracht. Der Stapel aus Ablöseverkleidung, nicht gewebter Unterschicht und beschichtetem Werkzeug wurde zwischen zwei Walzen eingebracht, um den überschüssigen Brei in die nicht gewebte Unterschicht zu pressen. Das beschichtete Reibungsartikel/Werkzeug-Stapelzwischenprodukt wurde durch Bestrahlung entweder mit einem 300 KeV Elektronenstrahl und mehreren Durchgängen bei unterschiedlichen Strahlungsdosen oder mit Ultraviolett(UV)-Licht und mehreren Durchgängen ausgehärtet, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben ist. Das Reibungsmaterial wurde im Allgemeinen nacheinander von beiden Seiten des Ablöseverkleidung/Reibungsmaterial/Werkzeug-Stapels bestrahlt, dann von dem Werkzeug entfernt, wonach das Reibungsmaterial noch einmal unter dem gleichen Elektronenstrahl durchgeführt wurde oder im Falle von UV-ausgehärtetem Material in einem Ofen platziert wurde.
Testverfahren 2
Die Reibungsmaterialien wurden auf einer Nr. 2 Reibungstestmaschine der Society of Automotive Engineers (SAE) mit einer Kupplungsplattenkopfbaugruppe (erhältlich von Greening Associates, Inc., Detroit, MI) gemäß einem vorgeschlagenen SAE-Stufentestverfahren mit niedriger Drehzahl und unter den in SAE J1646 definierten Bedingungen getestet. Bei diesem Standardtest für nasse Reibungsmaterialien wurde ein Kupplungsblock gebildet, indem jede der zu testenden Reibscheiben zwischen Stahlwiderlagerscheiben im Dynamometer platziert wurden. Die Reibscheiben wurden an einer drehenden Welle befestigt, während die Stahlwiderlagerscheiben ortsfest und mit Drehmomentsensoren bestückt waren. Der ganze Kupplungsblock wurde während des Tests mit Getriebeöl versorgt.
Jeder Arretierzyklus begann damit, dass die an der Welle und einer Trägheitsmasse befestigten Reibscheiben auf eine Drehzahl von 3600 UpM gebracht wurden. Ein Kolben legte einen Druck an den Kupplungsblock an, der bewirkte, dass die Reibscheiben Kontakt mit den Widerlagerscheiben bekamen. Der Arretierzyklus war beendet, wenn die Welle aufhört, sich zu drehen. Die Arretierzeit war die Zeit, die erforderlich war, damit die Reibscheiben aufhörten sich zu drehen, und wurde ab dem Zeitpunkt gemessen, zu dem der durch den Kolben angelegte Druck einen Grenzwert von 30 kPa erreichte. Die Öltemperatur, die Arretierzeit und die anfänglichen UpM wurden konstant gehalten, während angelegter Druck und Drehmoment variierten. Der erforderliche Anlagedruck und das gemessene Drehmoment wurden dazu verwendet, um den Koeffizienten während des Arretierens zu berechnen. Jedes Energieniveau lief für 200 Arretierzyklen. Das anfängliche Energieniveau wurde auf 15,13 kJ eingestellt und um 2,89 kJ je Schritt erhöht, bis das Reibungsmaterial versagte oder das elfte Energieniveau von 44,40 kJ abschloss. Jeder Energieschritt wurde durch Erhöhen der Trägheitsmasse auf der Drehwelle des Dynamometers erzielt. Das beim Testen verwendete Getriebefluid war das unter dem Handelsnamen "DEXRON 111" bekannte, das von GM erhältlich ist.
Die interessierenden Variablen waren die Reibungskoeffizienten am Beginn, der Mitte und dem Endpunkt des Arretierzyklus und die Energiepegel, bei denen das Material versagte. Materialversagen trat auf, wenn der Anlagedruck des Dynamometers die 0,5 Sekunden Arretierungen nicht aufrechterhalten kann.
Wenn die Reibungsmaterialien bewertet werden, ist es wünschenswert, Reibungskoeffizienten zu haben, die so groß wie möglich sind; der Reibungskoeffizient am Endpunkt sollte aber kleiner als oder gleich dem Reibungskoeffizienten am Mittelpunkt sein. Dies ist ein Anzeichen für eine vergleichsweise sanfte Kupplungsschalteigenschaft, wenn die Kupplung das getestete Reibungsmaterial enthielt.
Die Bindervorproduktbreie für die Beispiele 4–10 wurden basierend auf den folgenden, in Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzungen zubereitet. Vergleichsbeispiel B war ein herkömmlicher Kupplungsring, der gewerblich unter dem Handelsnamen E8DZ-7B 164-A von Ford Motor Company, Dearborn, MI erhältlich ist.
Tabelle 2
Beispiele 4 und 5
Das Reibungsmaterial für die Beispiele 4 und 5 wurde mit einem Bindervorproduktbrei hergestellt, der durch Mischen von 2475,0 Teilen TATHEIC, 2475,0 Teilen TMPTA, 50,0 Teilen PH2, 1873,6 Teilen FP1, 4000,0 Teilen FP2, 574,8 Teilen ASF und 46,0 Teilen SCA zu einem homogenen Brei zubereitet wurde. Der Brei wurde dann auf 60°C erwärmt und aufgebracht, wie es in Allgemeines Verfahren zur Herstellung von Reibungsmaterial 2 beschrieben ist. Die resultierende Beschichtung wurde (mit der nach oben zeigenden Ablöseverkleidung) mit einem bei 300 KeV arbeitenden Elektronenstrahl und einer Dosis von 6 Mrad bestrahlt. Die Beschichtung wurde umgedreht, so dass das Werkzeug nach oben zeigt, und bei 300 KeV und einer Dosis von 2 Mrad vorbeigeführt. Das gehärtete Material wurde von dem Werkzeug entfernt, um zumindest eine teilweise ausgehärtete Schicht von auf der Oberfläche der Unterschicht ausgebildeten Reibverbundstruktren zurückzulassen. Das Reibungsmaterial erhielt eine weitere Dosis von 7 Mrad bei 300 KeV zur abschließenden Aushärtung.
Die Stahlscheiben, die gewerblich von Ford Motor Company mit der Teilenummer E8DZ-7B 164-A erhältlich sind, wurden zum Ankleben der Reibungsmaterialien vorbereitet. Das auf den handelsüblichen Scheiben vorhandene Papier wurde durch Einweichen in einer alkalischen Lauge entfernt. Die Scheiben wurden mit Wasser gespült und luftgetrocknet. Beide Seiten wurden mit flüssigem 3MEC-2174 Nitrilphenol-Grundierer grundiert, der von 3 M, St. Paul, MN, erhältlich ist. Die grundierten Platten wurden bei 25°C für eine Stunde getrocknet und dann bei 204°C für eine Stunde teilweise ausgehärtet.
Das Reibungsmaterial wurde auf die grundierten Scheiben über eine Verbundklebstoffschicht mit dem folgenden Aufbau aufgeklebt. Für die Klebstoffschicht war ein Aufbau vorgesehen, der das gemeinsame Anheften zweier separater Nitrilphenolfilme, d. h. mit MacTac hergestellter Nitrilphenolfilmen, auf die gegenüberliegenden Seiten eines mit kohlenstoffgefülltem Phenol gesättigten Papiers als Zwischenschicht beinhaltete. Das Aramidfaserpapier wird entsprechend der Beschreibung, der Beschichtungszusammensetzung und dem Verfahren, die in Beispiel 1 der US-Pat. Nr. 5.083.650 (Seitz et al.) beschrieben sind, ausgewählt und mit einem Gemisch aus Phenolharz und Kohlenstoff gesättigt, mit der Einschränkung, dass im Unterschied zu Beispiel 1 der US-Pat. Nr. 5.083.650 die erste und zweite Kunstharzbeschichtung nacheinander auf das Aramidpapier aufgebracht wurden und dies ohne Aufbringung irgendwelcher granulärer Kohlenstoffpartikel auf die Außenfläche des gesättigten Papiers zwischen der ersten und zweiten Beschichtungslage. Aus der Klebstoffilm/phenolgesättigten Klebstofffilmverbundstruktur wurden Ringe ausgeschnitten; ebenso wurden aus dem Reibungsmaterial der Beispiele 4 und 5 Ringe mit komplementärer Größe ausgeschnitten. Dieser Stapel aus Reibungsmaterial/Verbundklebstoffschicht/Stahlplatte/Verbundklebstoffschicht/Reibungsmaterial wurde durch Aufbringung von Wärme aus einem auf "Leinen" eingestellten Bügeleisen leicht verheftet. Der Stapel wurde dann in einer erwärmten Hydraulikpresse für zwei Minuten bei 5000 Lbs und 204°C gepresst.
Beispiele 6 und 7
Das Reibungsmaterial für Beispiele 6 und 7 wurde identisch zu dem der Vergleichsbeispiele 4 und 5 hergestellt. Die in den Vergleichsbeispielen 4 und 5 verwendete Klebstoffschicht der Verbundstruktur wurde jedoch durch eine Fluorelastomerschicht ersetzt. In diesem Fall bestand die Fluorelastomerschicht aus 100,0 Teilen FLE, 30,0 Teilen FP3, 6,0 Teilen CAH, 3,0 Teilen MGO und 0,5 Teilen CWX, die vermischt und in annähernd 18 Mil (0,46 mm) dicke Blätter gewalzt wurde.
Der Reibscheibenstapel für Beispiele 6 und 7 wurde ausgebildet, indem zuerst eine Schicht des vermischten Fluorelastomers auf beiden Seiten der Stahlscheibe platziert wurde und die Reibflächenschichten auf den Fluorelastomerschichten platziert wurden. Vor dem Ausbilden des Stapels wurden die nackten Stahlscheiben mit einer 5 : 1-Mischung aus Isopropylalkohol und Chemlok 5150 grundiert, der von Lord Corp., Erie, PA, erhältlich ist. Nach dem Ausbilden des Stapels wurden die Schichten durch ein heißes Bügeleisen verheftet. Es wurde die unkomprimierte Gesamtdicke gemessen und Beilagscheiben ausgewählt, um den Pressspalt auf eine Kompression des Reibungsmaterials von 7 Mil zu begrenzen. Die Beilagscheiben und Scheiben wurden in einer auf 400°F erwärmten Presse platziert und mit 5000 Lbs für zwei Minuten gepresst, um das Fluorelastomer auszuhärten. Um die Herstellung abzuschließen, wurde das überschüssige Fluorelastomer von den Innen- und Außenrändern geschnitten
Beispiel 8
Das Reibungsmaterial für Beispiel 8 wurde unter Verwendung einer anderen Zusammensetzung des Bindervorprodukts hergestellt, das mit UV-Licht ausgehärtet wurde. Der UV-Bindervorproduktbrei wurde durch Mischen von 1104,9 Teilen TATHEIC, 1104,9 Teilen TMPTA, 22,2 Teilen PH2, 931,5 Teilen FP2, 1314,0 Teilen SFL, 22,5 Teilen SCA und 67,5 Teilen EBC zu einem homogenen Brei präpariert. Der Brei wurde mit dem Vakuum-Matrizen-Verfahren aufgebracht, das unter Allgemeines Verfahren zur Herstellung des Reibungsmaterials 2 beschrieben ist. Das beschichtete Material wurde unter zwei 600-W/Zoll-D-Birnen in Reihe mit einer Bahngeschwindigkeit von 20 Fuß/Min durchgeführt. Da das dunkle Mineral die Eindringung zum Aushärten begrenzte, waren zwei Durchgänge unter den Lampen erforderlich. Der erste Durchgang beleuchtete durch das Polypropylenwerkzeug hindurch die Topographie und härtete sie teilweise aus. Beim zweiten Durchgang beleuchteten die Lampen die Unterschicht, um sie teilweise auszuhärten. Das teilweise ausgehärtete Reibungsmaterial wurde vom Werkzeug abgezogen und für sechs Stunden in einem Ofen bei 176°F platziert, um das aushärten abzuschließen.
Die Kupplungsringe wurden unter Verwendung von Fluorelastomer mit dem in den Beispielen 6 und 7 beschriebenen Verfahren auf die Stahlplatten geklebt.
Beispiel 9
Das Reibungsmaterial von Beispiel 9 wurde mit dem Vakuum-Matrizen-Verfahren beschichtet, das unter Allgemeines Verfahren zur Herstellung des Reibungsmaterials 2 beschrieben ist, und mit UV-Licht ausgehärtet, wie es in Beispiel 8 beschrieben ist. Es wurde jedoch ein anderer Bindervorproduktbrei verwendet. Der UV-Bindervorproduktbrei wurde durch Mischen von 567,0 Teilen TATHEIC, 850,5 Teilen TMPTA, 765,0 Teilen URO, 45,0 Teilen PH2, 936,0 Teilen FP2, 1314,0 Teilen SFL, 22,5 Teilen SCA und 21,8 Teilen V52 zu einem homogenen Brei präpariert. Das URO-Additiv verlieh dem ausgehärteten Produkt Flexibilität und Formbarkeit und beseitigte die Notwendigkeit der Fluorelastomerunterschicht. Das V52 verstärkt die Aushärtung unter Verwendung der Wärmeenergie von den UV-Lampen und der exothermen Energie aus dem photoinitierten Vernetzen, wodurch das in Beispiel 8 verwendete Aushärten nach dem Ofen eliminiert wird.
Das Reibungsmaterial von Beispiel 9 wurde direkt auf die Stahlreibscheiben geklebt. Beide Reibscheibenseiten wurden mit einem flüssigen 3 M EC-2174 Nitrilphenol-Grundiermittel grundiert, das von 3 M, St. Paul, MN erhältlich ist. Die grundierten Platten wurden bei 25°C für eine Stunde getrocknet, dann bei 204°C für eine Stunde teilweise ausgehärtet. Das Reibungsmaterial wurde mit den grundierten Scheiben über eine Klebstoffschicht verbunden, die durch Zusammenheften zweier Schichten von Nitrilphenolfilmen, d. h. mit MacTac hergestellten Nitrilphenolfilmen, zwischen jeder Stahlscheibenseite und den Reibungsmaterialschichten gebildet wurde. Die unkomprimierte Gesamtdicke wurde gemessen und Beilagscheiben ausgewählt, um den Pressspalt auf eine Kompression des Reibungsmaterials von 3 Mil zu begrenzen. Die Beilagscheiben und Scheiben wurden in einer auf 204°C erwärmten Presse platziert und mit 5000 Lbs für zwei Minuten gepresst, um die Herstellung abzuschließen.
Beispiel 10
Das Reibungsmaterial von Beispiel 10 wurde mit dem Vakuum-Matrizen-Verfahren beschichtet, das unter Allgemeines Verfahren zur Herstellung des Reibungsmaterials 2 beschrieben ist, und mit UV-Licht ausgehärtet, wie es unter Beispiel 8 beschrieben ist. Es wurde jedoch ein anderer Bindervorproduktbrei verwendet. Der UV-Bindervorproduktbrei wurde durch Mischen von 982,0 Teilen TATHEIC, 982,0 Teilen TMPTA, 40,0 Teilen PH2, 800,0 Teilen FP2, 780,0 Teilen SFL, 400,0 Teilen NRP, 16,0 Teilen SCA, 60 Teilen EBC und 9,8 Teilen V52 zu einem homogenen Brei hergestellt. Das NRP-Additiv verlieh dem ausgehärteten Produkt Flexibilität und Formbarkeit und eliminierte die Notwendigkeit für die Fluorelastomerunterschicht und das V52 eliminierte die Notwendigkeit für das in Beispiel 8 verwendete Aushärten nach dem Ofen.
Das Reibungsmaterial des Beispiels 10 wurde unter Verwendung des Klebverfahrens von Beispiel 9 direkt auf die Stahlreibscheiben geklebt.
Jedes der Reibungsmaterialien in den obigen Beispielen wurde unter Verwendung des in Testverfahren 2 beschriebenen Verfahrens bewertet. Die folgende Tabelle fasst die Dynamometerergebnisse zusammen. Die Reibungskoeffizienten am Anfang (μI), Mittelpunkt (μm), und Endpunkt (μe) werden aus dem gemessenen Drehmoment und den Anlagedrücken gemäß SAE J1646 berechnet. Die Ergebnisse der Reibungsmaterialien von Vergleichsbeispiel B und den Beispielen 4, 5 und 6 sind in Tabelle 3a gezeigt, und die Ergebnisse der Reibungsmaterialien der Beispiele 7, 8, 9 und 10 sind in Tabelle 3b gezeigt. Das Energieniveau (in kJ) ist in der linken Spalte gezeigt, wobei "Ax" die elf Energieniveaus bezeichnet, wie oben beschrieben ist. Die maximale Haltbarkeit (Reibungskoeffizienten am Beginn (μI), Mittelpunkt (μm) und Endpunkt (μe)) sind für jedes Reibungsmaterial beim höchsten beendeten Energieniveau gezeigt, entweder vor dem Materialversagen oder dem Testende.
Tabelle 3a
Tabelle 3b
Wie in den Tabellen 3a und 3b gezeigt ist, enthielt das Vergleichsbeispiel B ein handelsübliches Papiermaterial, das als Kontrolle verwendet wird. Es stellte sich heraus, dass der Reibungskoeffizient am Endpunkt (μe) über die ganze Dauer des Tests kleiner ist als der Reibungskoeffizient am Mittelpunkt (um), was auf gute Schalteigenschaften durch den Test hindurch hinweist.
Die Beispiele 4 und 5 zeigten den Effekt eines Reibungsmaterials mit niedriger Flexibilität. In den Beispielen 4 und 5 beträgt das Elastizitätsmodul annähernd 1,35 × 10⁸ Dyn/cm². Wie in Tabelle 3a gezeigt ist, zeigten die Reibungsmaterialien in diesen Beispielen eine im Vergleich zu den Beispielen 6–10 kürzere Haltbarkeit.
Die Beispiele 6–8 beinhalteten eine Haftvermittlungsschicht, die aus einer ein Fluorelastomer enthaltenen Zusammensetzung gebildet wurde. Obschon die Beispiele 6 und 8 keine Reibungskoeffizienten zeigten, die dem Vergleichsbeispiel B entsprachen, zeigten sie eine gute Haltbarkeit, weil sie nicht vor dem Ende des Tests versagten. Beispiel 7 zeigte einen guten Reibungskoeffizienten und gute Haltbarkeit. Außerdem zeigten die Beispiele 6–8 alle günstige Schalteigenschaften durch Vergleich des Reibungskoeffizienten am Endpunkt (μe) und des Reibungskoeffizienten am Mittelpunkt (μm).
Beispiel 9 zeigte einen verbesserten Reibungskoeffizienten. Es wird angenommen, dass der Binder elastischer oder nachgiebiger war, weil er von einem Gemisch gebildet wurde, das zumindest ein Kunstharz mit zumindest einer anhängenden Acrylatgruppe enthielt, für das ein Urethanacrylat, Isobornylacrylat, Siliconacrylat oder eine Mischung daraus gewählt wurde. Obschon das Reibungsmaterial von Beispiel 9 die Haltbarkeit der Reibungsmaterialien der Beispiele 6–8 nicht überschritt, überschritt es diejenige von Vergleichsbeispiel B. Ein Vergleich des Reibungskoeffizienten am Endpunkt (μe) und des Reibungskoeffizienten am Mittelpunkt (μm) zeigte günstige Schalteigenschaften.
Beispiel 10 zeigte auch einen verbesserten Reibungskoeffizienten bis zum Mittelpunkt des Tests. Es wird angenommen, dass das Material elastischer oder nachgiebiger war, weil es aus einem Gemisch geformt wurde, das Nitrilgummipartikel enthielt. Die Haltbarkeit überstieg diejenige von Vergleichsbeispiel B, zeigte aber über die zweite Hälfte des Tests weniger günstige Schalteigenschaften.
Die vollständigen Beschreibungen aller Patente, Patentanmeldungen und Veröffentlichungen werden durch Bezugnahme hier im einzelnen aufgenommen. Für den Fachmann sind verschiedene Modifikationen und Variationen dieser Erfindung offenbar, ohne vom Schutzumfang und Geist dieser Erfindung abzuweichen, und es versteht sich, dass diese Erfindung nicht unnötig auf die hier dargelegten veranschaulichenden Ausführungsformen beschränkt ist.

Claims

Reibelement mit: einer Materialschicht (1, 2, 120), die in einem Binder (5) dispergierte Reibungspartikel (4) aufweist und an einer Unterschicht (11, 21) befestigbar ist, wobei die Materialschicht eine Reibfläche (18, 26) mit mehreren präzise geformten Reibverbundstrukturen (20, 20') aufweist, wobei jede präzise geformte Reibverbundstruktur (20, 20') die in dem Binder (5) dispergierten Reibungspartikel (4) aufweist und eine dreidimensionale Form hat, die die gleiche ist, wie die eines Hohlraums auf einem Formwerkzeug, das verwendet wird, jede der präzise geformten Reibverbundstrukturen (20, 20') zu formen, wobei das Reibelement in der Lage ist, ein Drehmoment zu übertragen.
Element nach Anspruch 1; wobei für die dreidimensionale Form jeder präzise geformten Reibverbundstruktur (20, 20') eine parallelepipedische, kubische, konische, pyramidenstumpf-artige, zylindrische, pyramidale Form oder eine Mischform daraus gewählt wird.
Element nach Anspruch 1, wobei das Reibelement ein Elastizitätsmodul von etwa 10⁶ Dyn/cm² bis etwa 10⁷ Dyn/cm² aufweist.
Element nach Anspruch 1, wobei die Reibfläche etwa 120 bis etwa 1150 präzise geformte Reibverbundstrukturen (20, 20') pro Quadratzentimeter aufweist.
Element nach Anspruch 1, wobei der Binder (5) aus einem Bindervorprodukt gefertigt wird, das durch Strahlung härtbar ist.
Element nach Anspruch 1, wobei die Reibungspartikel (4) Kohlenstoffpartikel sind, für die Koks, Ruß, Graphit oder Kombinationen daraus gewählt werden.
Element nach Anspruch 1 mit einer Haftvermittlungsschicht auf der hinteren Fläche der Unterschicht (11, 21).
Vorrichtung zur Drehmomentübertragung mit: einem Reibelement nach einem der Ansprüche 1–7, einer Unterschicht (11, 21) und einem Substrat (16), wobei das Reibelement sich auf der Unterschicht (11, 21) befindet und die Unterschicht sich auf dem Substrat befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Vorrichtung eine Kupplung und das Substrat eine Kupplungsplatte ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Vorrichtung eine Bremse und das Substrat ein Bremsbelag ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Substrat (16) ein Synchronisierring ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei das Substrat (16) ein erstes Plattenelement mit einer ersten und zweiten Hauptaußenfläche ist, die Unterschicht (11, 21) zwischen der ersten Hauptfläche des ersten Plattenelements und der Materialschicht (1, 2, 120) eingefügt ist und die Vorrichtung außerdem Folgendes aufweist: ein Drehelement, das mit der zweiten Hauptfläche des ersten Plattenelements in Eingriff bringbar ist und das erste Plattenelement drehen kann, und ein zweites Plattenelement mit einer Gegenfläche, das benachbart zu der ersten Hauptfläche des ersten Plattenelements angeordnet ist, so dass das Reibelement zwischen dem ersten Plattenelement und dem zweiten Plattenelement eingefügt ist, wobei das erste Plattenelement in der Lage ist, ein Drehmoment auf die Gegenfläche des zweiten Plattenelements zu übertragen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Reibelement einen dynamischen Drehmomentmittelpunkt in dem Bereich von etwa 150 Newtonmeter bis etwa 180 Newtonmeter aufweist.
Verfahren zum Übertragen von Leistung mit: Aufbringen eines Reibelements nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auf eine Oberfläche eines Substrats und Übertragen eines Drehmoments mit dem Reibelement auf einen benachbarten Gegenstand.
Verfahren nach Anspruch 14, außerdem mit: Bereitstellen einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei der Schritt des Bereitstellens einer Vorrichtung den Schritt des Aufbringens eines Reibelements umfasst und die Vorrichtung bei dem Schritt des Übertragens eines Drehmoments verwendet wird.