KR20080026137A - 습식 마찰 재료 - Google Patents

습식 마찰 재료 Download PDF

Info

Publication number
KR20080026137A
KR20080026137A KR1020077031025A KR20077031025A KR20080026137A KR 20080026137 A KR20080026137 A KR 20080026137A KR 1020077031025 A KR1020077031025 A KR 1020077031025A KR 20077031025 A KR20077031025 A KR 20077031025A KR 20080026137 A KR20080026137 A KR 20080026137A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
materials
friction material
particulate
fibers
particulate materials
Prior art date
Application number
KR1020077031025A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101254517B1 (ko
Inventor
제임스 마틴 리
에릭 아서 슐러
매튜 조세프 트리펠
Original Assignee
술저 유로플램 유에스 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 술저 유로플램 유에스 인코포레이티드 filed Critical 술저 유로플램 유에스 인코포레이티드
Publication of KR20080026137A publication Critical patent/KR20080026137A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101254517B1 publication Critical patent/KR101254517B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H13/00—Pulp or paper, comprising synthetic cellulose or non-cellulose fibres or web-forming material
    • D21H13/36—Inorganic fibres or flakes
    • D21H13/46—Non-siliceous fibres, e.g. from metal oxides
    • D21H13/50—Carbon fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H13/00—Pulp or paper, comprising synthetic cellulose or non-cellulose fibres or web-forming material
    • D21H13/10—Organic non-cellulose fibres
    • D21H13/12—Organic non-cellulose fibres from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H13/18—Polymers of unsaturated acids or derivatives thereof, e.g. polyacrylonitriles
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/63—Inorganic compounds
    • D21H17/67—Water-insoluble compounds, e.g. fillers, pigments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D69/02—Composition of linings ; Methods of manufacturing
    • F16D69/025—Compositions based on an organic binder
    • F16D69/026—Compositions based on an organic binder containing fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20—Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33—Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/46—Synthetic macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/47—Condensation polymers of aldehydes or ketones
    • D21H17/48—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2200/00—Materials; Production methods therefor
    • F16D2200/0082—Production methods therefor
    • F16D2200/0095—Mixing an aqueous slurry of fibres with a binder, e.g. papermaking process
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
    • Y10T428/249953—Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]
    • Y10T428/249962—Void-containing component has a continuous matrix of fibers only [e.g., porous paper, etc.]
    • Y10T428/249964—Fibers of defined composition
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00—Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/20—Coated or impregnated woven, knit, or nonwoven fabric which is not [a] associated with another preformed layer or fiber layer or, [b] with respect to woven and knit, characterized, respectively, by a particular or differential weave or knit, wherein the coating or impregnation is neither a foamed material nor a free metal or alloy layer
    • Y10T442/2041—Two or more non-extruded coatings or impregnations
    • Y10T442/2098—At least two coatings or impregnations of different chemical composition
    • Y10T442/2107—At least one coating or impregnation contains particulate material
    • Y10T442/2115—At least one coating or impregnation functions to fix pigments or particles on the surface of a coating or impregnation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00—Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/20—Coated or impregnated woven, knit, or nonwoven fabric which is not [a] associated with another preformed layer or fiber layer or, [b] with respect to woven and knit, characterized, respectively, by a particular or differential weave or knit, wherein the coating or impregnation is neither a foamed material nor a free metal or alloy layer
    • Y10T442/2344—Coating or impregnation is anti-slip or friction-increasing other than specified as an abrasive
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00—Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/60—Nonwoven fabric [i.e., nonwoven strand or fiber material]
    • Y10T442/699—Including particulate material other than strand or fiber material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)

Abstract

본 발명은 마찰 재료, 특히, 종래의 제지 방법을 사용하여 제조될 수 있는 습식 마찰 재료에 관한 것이다. 기다란 섬유는, 재료를 통한 유체 흐름에 거의 영향을 주지 않으면서, 재료의 전단 강도를 현저히 증가시키기 위해, 특히 인접한 섬유들의 틈새에서, 마찰 매트릭스 및 매트릭스 결합제를 통해 입자성 재료를 분산시킴으로써 강화되는 습식 동질성 골격 매트릭스(skeletal matrix)를 형성하기 위해 사용된다.
마찰 재료, 섬유, 유체 흐름, 전단 강도, 틈새, 마찰 매트릭스, 입자 재료, 결합제.

Description

습식 마찰 재료{WET-LAID FRICTION MATERIAL}
본 발명은 마찰 재료, 마찰 재료를 제조하는 방법 및 공정에 관한 것이다. 마찰 재료는, 포화 후에 재료의 전단 강도를 현저히 증가시키기 위해 특히 인접한 섬유들의 틈새에 입자성 재료를 분산시킴으로써 강화되는 골격 매트릭스(skeletal matrix)를 형성하는 기다란 섬유로 구성된다.
가공 복합재 및 코팅 형태의 마찰 재료는 에너지 전달 장치에 사용된다. 이들 마찰 재료는 여러 가지 공정을 사용하여 제조되며, 특히 내마모성, 안정된 마찰 수준, 열적 안정성, 전단 강도, 및 기공성의 면에서 우수한 특성을 가진 재료를 산출할 수 있는 여러 가지 성분으로 구성된다. 이러한 우수한 특성을 가진 것으로 알려진 여러 가지 유형의 재료는 특수 직조 탄소 직물(specialized woven carbon textiles) 및 입자 침착 합성물(particle deposition composites)이다.
Winckler에게 허여된 미국특허 제5,662,993호, Gaffney에게 허여된 미국특허 제6,638,883호, 및 Dowell에게 허여된 미국특허 제6,277,769호에 기술된 것과 같은 특수 직조 직물은 모두 종래 기술의 시스템, 방법 및 재료를 기술하고 있다. 이들 시스템, 방법 및 재료 중 몇몇은 특수 분위기에서 사후-탄화(post-carbonizing) 방법과 같은 비싼 제조 기술을 필요로 하여, 생산성이 낮아, 비용면에서 불가능하게 한다. 이들 재료는 일반적으로 여러 가지 고-에너지 분야에서 바람직한 마찰 특성 및 바람직한 유체 투과성을 제공하는 것으로 알려졌다. 그러나, 그러한 재료의 설계는, 포화 탄소 섬유의 취성(brittleness) 및 재료 구조의 빈 부피(void volume)로 인해 낮은 압축 하중 한계치를 가진 것으로 알려졌다. 높은 압축 하중 하에서, 포화 직조 섬유의 파괴 인성 한계치가 쉽게 초과되어, 높은 하중 하에서 섬유가 파괴된다.
원용에 의해 본 명세서에 포함되고, Nels에게 허여된 미국특허 제4,639,392호, 및 Lam에게 허여된 미국특허 제6,639,416호에 기술된 입자 침착 마찰 재료는 제조에 특수 공정을 필요로 하고, 제지 공정의 경제적 이점을 이용하는 종래 재료의 제조의 비용의 여러 배가 될 수 있다. 이들 재료는 여러 가지 고-에너지 분야에 대해 바람직한 마찰 특성 및 높은 유닛 하중 용량을 제공하는 것으로 알려졌다. 그러나, 그러한 재료의 설계는 여러 가지 고-에너지 분야에서 필요한 유체 침투성이 부족한 것으로 알려졌다.
종래 기술의 마찰 종이는 제지 장비를 이용하여 생산되는데, 그것은 높은 생산성 수준으로 지극히 낮은 비용의 재료를 제공한다. 그러나, 이들 저비용의 재료는 상기 특수 직조 직물 등급 및 입자 침착 재료의 존재하는 바람직한 성질, 특히 강도, 고수준의 유체 침투성 및 바람직한 마찰 성능이 부족하다. 도 5A는 종래 기술의 재료의 전자 이미지를 도시하고 있다. 탄소 직물 및 입자 침착 재료와 동등하거나 초과하는 높은 기공성, 내구성 및 내마모성을 가진 습식 제지 방법을 이용하는 제품은 높은 에너지 마찰 분야에서 매우 바람직할 것이다.
Bortz에게 허여된 미국특허 제5,646,076호, Menard 등에게 허여된 미국특허 제5,807,518호, 및 Menard 등에게 허여된 미국특허 제6,835,448호에 기술된 것과 같은 비직조 직물은 기다란 섬유 및 종래의 비-제지 방법으로부터 몇 가지 기술을 이용하는 마찰 재료 및 방법을 기술하며, 재료에 적용되는 아크릴로니트릴 및 결합제의 사용을 설명한다. 이들 재료는 재료 구조 내의 섬유의 취성으로 인해 낮은 압축 한계치를 가진 것으로 알려져 있다. 이들 재료는 또한 재료 구조 내의 높은 탄소 함량의 섬유가 없기 때문에 바람직하지 않은 마찰 성능을 가지는 것으로 알려져 있다. 높은 탄소 함량을 가진 섬유는, 약 65%보다 큰 탄소 함량으로 구성되는 탄소 섬유의 고유한 취성으로 인해 그러한 방법 및 공정을 사용하여 효율적으로 재료로 형성될 수 없다. 종래 기술의 교시를 향상시킬 필요가 있다.
일 측면에서, 본 발명은, 소정 기공성을 포함하는 골격 매트릭스를 형성하도록 협동하는 복수개의 습식 섬유를 포함하는 마찰 매트릭스를 포함하며, 소정 기공성은 수두 0.5 인치의 압력 강하에서 재료의 평방 피트당 공기의 5 cfm 내지 80 cfm의 크기인, 마찰 재료를 포함한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 복수개의 섬유와 물의 혼합물을 형성하는 단계, 입자 재료를 섬유의 혼합물에 첨가하는 단계, 및 소정의 기공성을 포함하는 골격 매트릭스를 형성하기 위해 혼합물이 협동하도록, 혼합물을 지지부에 습식 위치시키는(wet-laying) 단계를 포함하는, 마찰 재료에 사용하기 위한 골격 매트릭스를 생성하기 위한 방법을 포함한다.
본 발명의 이러한 목적 및 이점, 및 다른 목적 및 이점은 첨부된 도면 및 첨부된 청구항으로부터 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 토크 컨버터 클러치 피스톤과 같은 부품에 적용되는 마찰 재료를 도시하는 도면이다.
도 2는 동기 링 상에 있는 재료를 도시하고 있다.
도 3은 클러치 플레이트 또는 디스크 상에 있는 재료의 다른 사용을 도시하고 있다.
도 4는 상기 재료를 제조하기 위한 시스템 및 방법을 도시하고 있다.
도 5A는 종래 기술의 종이 재료의 전자 이미지를 도시하고 있다.
도 5B는 설명될 본 발명에 따른 재료(10)의 이미지이다.
도 6은 기공에 대한 랩 전단을 도시하는 막대 그래프이다.
도 7은 종래 기술의 종이 재료와 비교한 토크 컨버터 클러치에 적용되는 재료의 피스톤 유량을 도시하는 다른 막대 그래프이다.
도 8은, 도 1에 도시된 토크 컨버터 클러치와 같은 토크 컨버터 클러치 상에 있는 낮은 침투성 재료와 비교되는 마찰 재료의 계면 온도에 대한 높은 침투성 재료의 효과를 도시하고 있다.
이제 도 1 내지 도 4 및 도 5B 내지 도 8을 참조하면, 시스템, 방법 및 마찰 재료(10)가 도시되어 있다. 도시된 실시예에서, 마찰 재료(10)는, 상술한 기판 또 는 플레이트(12), 링(14), 및 링(16)과 같은 토크 전달 기판에 본딩되거나 부착되는 고기공성 및 고강도 재료이다. 조립된 부품은, 에너지를 회전 또는 미끄럼 부재로부터, 종래에 공지되어 있는 정적 또는 동적 상태에 있는 다른 부재로 전달하기 위해 사용된다. 그러한 시스템에는, 도 1의 토크 컨버터 클러치 플레이트(12)와 같은 전달 클러치 플레이트, 도 2의 동기 링(14)과 같은 토크 컨버터 클러치, 전달 밴드, 동기화기, 슬립 제한 차동장치, 습식 브레이크, 건식 브레이크 또는 파워-트레인 또는 파워 전달 시스템의 임의의 적용 가능한 부분이 포함될 수 있으며, 그것들에 제한되지 않는다. 마찰 재료(10)를 제조하기 위한 공정 및 방법이 도 4를 참조하여 설명될 것이다. 시스템, 방법 및 마찰 재료(10)는 록업된(locked-up) 토크 컨버터 클러치(12)(도 1), 클러치 플레이트(16)(도 3), 동기 링(14)(도 2) 또는 다른 파워 전달 환경 또는 조립체와 같은 최종 사용 부품 또는 장치에서 고수준 유량을 가능하게 한다. 따라서, 도 1은 토크 컨버터 클러치(12)에 적용되는 마찰 재료(10)를 도시하고 있다. 도 2는 동기 링(14)에 적용되는 마찰 재료(10)를 도시하고 있고, 도 3은 도시된 바와 같이 마찰 재료(10)가 제1 면(16a) 및 제2 면(16b)에 적용되는 클러치 디스크 또는 플레이트(16)를 도시한다. 1개 이상의 플레이트 부품(12, 14, 16)은 종래에 공지되어 있는 유형의 파워 전달 환경에 사용될 수 있다. 도시되지 않았지만, 마찰 재료(10)는, 원용에 의해 본 명세서에 포함되고 본 명세서의 일부를 이루는 Nels에게 허여된 미국특허 제5,615,758호 및 미국특허 제5,842,551호에서 교시된 바와 같이, 상기 부품에 위치되는 링을 형성하도록 절단(segment)될 수 있다.
물을 포함하는 혼합 탱크(20)에 복수개의 섬유가 첨가된다. 섬유에 대한 물의 비(중량비)는 일반적으로 물이 90 내지 98 퍼센트이고 섬유가 2 내지 10 퍼센트이다. 설명되는 실시예에서, 길이가 2 mm보다 짧은 섬유는 인접한 섬유가 접촉되게 함으로써 기공성을 감소시켜 재료의 기공성에 악영향을 줄 수 있기 때문에 사용되지 않는다는 것을 알았다. 또한, 길이가 2mm보다 긴 섬유는, 여러 가지 길이 및 직경을 가진 다양한 고온, 고점착성 또는 특수 성능 재료에 사용될 수 있다는 것을 알았다. 일 실시예에서, 이러한 고성능 섬유(18)의 사용은 직경이 50μm 미만, 더욱 일반적으로는 직경이 15μm 미만인 섬유로 제한된다. 그러나, 대부분의 섬유(18)에서 2.25mm 내지 12mm의 길이에 대해 15μm 내지 50μm의 직경의 애스펙트비를 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 기다란 섬유에 대해 비포화 건식 종이 섬유 재료(10)의 중량비로 전체 조성의 5 내지 95 퍼센트를 유지하도록 합성물 화학식을 구성하는 것이 바람직하다는 것이 알려졌다. 바람직하게는, 이들 기다란 섬유는, 열무게 측정 분석(TGA)에 의해 측정되었을 때 화씨 약 451도(섭씨 232도)의 온도에서 대기에서 5 퍼센트 미만의 중량 손실을 가진 열안정성을 가진 "고온" 섬유이어야 한다. 설명되는 도면에서, 섬유(18)는 습식 섬유이고, 일반적으로 적어도 0.08mm의 길이를 가지며, 일 실시예에서는 2.5 내지 3.5mm의 길이를 가진다. 섬유(18)는 비-셀룰로스 섬유일 수 있다.
물과 섬유(18)는, 실온에서 동질 현탁액이 형성될 때까지 기계식 혼합에 의해 탱크(20) 내에서 교반되어 혼합된다. 이와 관련하여, 섬유(18)를 분산시키거나 조정하는 데에 시간이 필요하기 때문에, 섬유(18)는 일반적으로 먼저 탱크(20)에 첨가된다. 결과적으로 발생하는 현탁액은 약간 진하게 되어, 뒤에 설명되듯이 후에 첨가되는 입자성 재료가 첨가될 때 안정하게 되고자 하는 경향을 감소시킨다.
다음에, 입자성 재료(22)는 탱크(20)에서 섬유 현탁액에 첨가되고, 기계식 혼합에 의해 교반된다. 교반 방법은 원료를 분산시키거나 섬유성 연축(fibrillating) 또는 유사한 수단에 의해 크기를 조정하도록 사용될 수 있다. 도면에서, 입자성 재료(22)는 탄산질 재료, 질화물 재료, 금속산화물 재료, 규소 재료, 분말 또는 입자 탄성 중합체 재료, 탄화물 재료, 중합체 재료, 광물성, 야금용 코크스, 석유 코크스, 활성 탄소 또는 흑연 탄소를 포함한다. 복수개의 입자성 재료(22)는 약 400 마이크론 미만의 길이를 포함하는 미세하게 절단되거나 분쇄된 섬유를 포함할 수 있다. 또한, 복수개의 입자성 재료는 최소 크기 약 150nm 및 최대 크기 약 300nm을 포함할 수 있다.
섬유(14)와 입자성 재료(22)의 혼합물은, 탱크(20)가 현탁액 상태로 유지되는 섬유(18)와 입자성 재료(22)의 동질성 혼합물을 포함할 때까지, 교반되고 조정(크기 변경)된다.
탱크(20)로부터, 동질성 혼합물이 펌핑되고, 도관(25)을 통해 후속 스테이지로 운반되며, 재료(18, 22)가 침전 또는 분리되는 치명적 효과 없이 종래의 제지 방법과 유사하게 처리된다. 침전 또는 분리는 섬유 재료(18)를 얽히게 하거나 조정함으로써 감소되거나 방지된다. 도시된 일 실시예에서, 동질성 혼합물은 일반적으로 중량비로 현탁액의 0.5 내지 7 퍼센트의 고체 함량으로 구성된다.
동질성 혼합물은 일반적으로 펌프(도시되지 않음)를 사용하여 도관(25)을 통 해 2개 이상의 저장 탱크(24)로 펌핑된다. 펌핑이 계속될 때, 저장 탱크(24)로부터 혼합물이 도관(25)을 통해 펌핑된다. 추가 약품(26, 28)은 정적 혼합기(30, 32)를 사용하여 현탁액에 첨가되고 혼합된다. 일 실시예에서, 약품(26, 28)은, Ashland Chemical이 제조한 Drew-Flocc 2249 또는 Nalco Chemicals가 제조한 Nalco 7530과 같은 양이온 및/또는 이온 및/또는 비이온 보존 보조제와 같은 이온 충전된 중합체, Amres HS30 또는 Cascomel wet strength와 같은 강도 강화 수지, 및 당업자에게 공지되어 있는 Ph 버퍼를 포함할 수 있다. 설명되는 실시예에서, Drew-Flock 2249와 같은 이온 충전된 중합체는 일반적으로 총 동적 현탁액 중량에 기초하여 1.5 내지 150 백만분율(PPM)의 수준으로 첨가된다. 상기 수준은 고유 원료 전하, 재료 형상 및 수질에 대해 조정된다. Vincent에게 허여된 미국특허 제5,700,353호 및 Sinclair에게 허여된 미국특허 제4,925,530호는 당업자에게 공지되어 있으며 도입될 수 있는 몇 가지 약품 및 첨가제를 설명한다. 이들 미국특허 제5,700,353호 및 미국특허 제4,925,530호는 원용에 의해 본 명세서에 포함되어 본 명세서의 일부를 이룬다.
동질성 혼합물이 도관(25)에서 하류로 흐를 때, 희석수가 탱크(34)로부터 동질성 혼합물에 첨가될 수 있다. 이것은 동질성 혼합물의 중량비로 고체의 퍼센티지를 0.015 내지 4.0 퍼센트로 낮추어, 공정의 변화를 감소시키고, 종이 형성을 향상시키며, 최종 제지 약품을 형성 영역으로 운반한다. 현탁액의 이러한 희석 수준은 긴 섬유(18)를 높은 수준(5 내지 95 퍼센트)으로 포함하는 일정한 형성을 위해 필요하다. 도시된 실시예에서 긴 섬유(18)를 사용하기 때문에, 개별 섬유가 캐리 어 웨브(40)에 무작위로 또한 균일하게 침착되고, 균열을 일으키지 않거나 두께 및 형상에 바람직하지 않은 변화 없이 캐리어 웨브(40)를 통해 물이 배수될 수 있도록, 개별 섬유를 시스템을 통해 운반하기 위해 많은 양의 물이 필요하다.
동질성 혼합물 또는 현탁액은 펌프(42)에 의해 헤드 박스(44)로 펌핑되어, 제지 스테이션 또는 머신(46)으로 들어간다. 헤드 박스(44)는 현탁액 혼합물이 캐리어 웨브 또는 벨트(40)로 분산되는 것을 제어하는 개방식 또는 폐쇄식 용기이다. 동질성 혼합물로부터 가장 짧은 섬유를 제거하고자 하면, 짧은 섬유들 사이의 밀접한 접촉이 감소되어 재료(10)를 제지 스테이션 또는 기계를 통해 하향으로 운반하는 데에 어려움이 생긴다는 것을 이해하여야 한다. 이것은 제지 공정에 걸쳐서 재료(10)의 습식 강도(wet strength)를 낮춘다. 이러한 문제를 극복하기 위해, 재료(10)의 지속적으로 생성되는 웨브를 제지 스테이션을 통해 운반하기 위해 공급부(45)로부터의 지지 캐리어 또는 시트(43)가 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 캐리어 시트(43)는 기판, 면포(scrim), 직조천, 비직조 웨브, 메시, 스크린, 또는 벨트와 같은 다른 종래의 컨베이어일 수 있으며, 고체 또는 다른 다공성(foraminous) 구조일 수 있다. 캐리어 시트(43)는 후속 포화 단계 동안에 또는 뒤에, 또한 본딩 동안에 또는 뒤에 제거되거나 정위치에 남겨질 수 있다. 캐리어 시트(43)는 웨브 또는 컨베이어 벨트(40)로부터 분리되어 있지만 벨트(40)에 의해 지지된다.
헤드 박스(44)는 잠긴 둑 또는 댐 위로 흐르는 희석수에 의해 제지하는 제지 분야의 당업자에게 공지되어 있는 조정 가능한 슬롯 또는 슬라이스(도시되어 있지 않음)를 포함한다. 헤드 박스(44)로 현탁액이 들어가는 지점은 일반적으로 입 자(22) 및 섬유(18)가 응집되는 곳이며, 높은 수준(예를 들면, 93 내지 99.5 퍼센트의 물, 2 내지 10 퍼센트의 섬유, 및/또는 입자(22))의 현탁액 희석은 마찰 재료(10)의 형성에 중요하다.
수성 또는 동질성 현탁액은 헤드 박스(44)로부터 연속적으로 이동하는 웨브(40)와 지지부(43)로 흐른다. 실시예에서, 컨베이어 벨트 또는 웨브(40)는 미세 메시 스크린으로서 제조된다. 물의 대부분은 롤러(48), 하나 이상의 진공 박스(50) 또는 핀치 롤러(52)를 사용하여 표면장력 배수를 통해 이 웨브(40) 상에서 제거된다.
웨브(43) 상의 이러한 반-배수된(semi-watered) 재료(10)는, 나머지 물의 실질적인 양을 제거하는 건조부를 통해 진행하기 전에 더 눌려지거나 양각될 수 있다. 따라서, 수성 동질성 혼합물은 지속적으로 건조되기 때문에, 연속 종이류 제품 또는 재료(10) 또는 웨브(54)가 형성될 때까지, 현탁액으로부터 댐프 웨브로 변형된다는 것을 이해하여야 한다. 실시예에서, 웨브(54)는, 물을 열 또는 진공에 의해 제거하기 위해, 롤러(56)와 같은 복수개의 가열된 롤러, 천공된 진공 롤러, 터넬 오븐, 건조 플레이트 또는 다른 종래의 방법을 통해 통과된다. 그러면, 웨브(54)는 맨드릴(58)에 감겨, 후에 처리될 수 있는 건조된 마찰 재료(10)의 공급물(60)을 제공한다. 예를 들면, 도시되지 않았지만, 웨브(54)는 공정의 이 스테이지에서 추가 처리를 위해 시트로 절단될 수 있다.
공정의 이 시점에서, 도시된 실시예의 시스템 및 방법은, 상술하고 뒤에 도시된 방식으로 인접 섬유(18)의 입자성 재료(22)에 의해 격자 사이의 위치에서 보 강된 고성능 섬유(18)로 구성되는 동질성 골격 매트릭스를 가진 재료(10)의 연속 웨브(11)를 제공한다. 도 5A는 종래 기술의 종이 재료의 전자 이미지이고, 도 5B는 실시예에 따른 재료(10)의 이미지이다. 이것은, 포화된 뒤에, 재료(10)를 통한 유체 흐름에 거의 무시할 만한 효과를 가지면서, 재료(10)의 전단 강도를 현저히 증가시킨다. 섬유(18) 및 입자성 재료(22)의 이러한 배열은, 진동이 없는, 유연한, 고강도, 내마모성, 고다공성 재료(10)를 생성한다.
마찰 재료(10)를 더 강화하기 위해, 재료(10)의 웨브(11)는 잠기고, 통 또는 팬(42)을 통과되고, 결합제(73)로 포화된다. 실시예에서, 결합제(73)는 열경화성 수지, 수정된 열경화성 수지, 열가소성 수지, 분말 수지, 또는 수지의 혼합물일 수 있다. 입자성 재료(22)는 현탁액 내로 직접 또는 결합제(73) 내에 도입될 수 있다(즉, 결합제 내에 제공됨). 입자성 재료는 탄산질 재료, 질화물 재료, 금속산화물 재료, 규소 재료, 분말 또는 입자 탄성 중합체 재료, 탄화물 재료, 중합체 재료, 광물성, 야금용 코크스, 석유 코크스, 활성 탄소 또는 흑연 탄소를 포함할 수 있다. 상기 재료는 약 400 마이크론 미만의 길이를 포함하는 미세하게 절단되거나 분쇄된 섬유를 포함할 수 있다. 그러면, 공급물(60)은 한 쌍의 핀치 롤러(64)를 통과하여, 웨브(11)로부터 과도한 결합제(73)를 제거하여, 중량비로 최종 결합 함량을 제어한다. 포화된 웨브(11)는, 종래에 공지되어 있는 유형의 오븐(66)을 사용하여 당업자에게 공지되어 있는 "B-스테이지에 있듯이" 현저히 그러나 완전히는 아니게 경화된다. 가열된 롤러(도시되지 않음) 또는 다른 적절한 장비가 건조 동작을 수행하기 위해 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 포화 및 "B-스테이 지" 경화 뒤에, 선택적 캐리어 시트(도시되지 않음)는 제거되거나 제거되지 않을 수 있다.
블록(72)에서, 수집된 공급 롤(70)은, 웨브(11)를 형상, 링 또는 세그먼트로 절단하고, 양각하며, 기계가공하거나, 재료(10)를 부품에 부착시킴과 같이 다른 작동에 의해 더 처리될 수 있다. 재료(10)는, 도 1 내지 도 3과 관련하여 상술한 바와 같이 더 처리되고 마찰 환경 및 부품에 적용될 수 있다.
도 5B에 가장 잘 도시되었듯이, 이러한 공정의 결과로서 생성된 마찰 재료(10)는, 종래 기술의 재료에 비하여 재료를 통해 많은 양의 기공을 보여주는 지극히 길고 견고한 섬유 형상을 포함하는 재료(10)를 제공한다. 도 5B는 인접 섬유(18)들 사이의 틈새에 위치된 기다란 섬유(18)와 입자성 재료(22)의 응집 작용을 도시하는 전자 이미지를 도시한다. 입자성 재료(22)는 재료의 개방성 다공성 구조로 인해서 성형 동안에 섬유를 통해 자유롭게 진행될 수 있다. 이것은 입자성 재료(22)가 섬유(18)의 대전된 틈새에 위치될 수 있게 하여, 재료의 기공을 최소로 감소시키면서 재료의 강도를 향상시킨다. 이와 관련하여, 틈새는 임의의 주어진 섬유(18)의 길이를 따라 다른 영역보다 비교적 큰 전하 밀도를 포함하며, 그것은 종래에 공지되어 있는 응집의 개념을 통해 입자성 재료를 틈새로 끌어들이는 경향을 가진다.
재료는, 소정 기공성을 가진 골격 매트릭스를 제공한다. 일 실시예에서, 소정 기공성은 0.5 인치의 수두의 압력 강하에서 재료의 평방 피트당 공기의 분당 약 5 입방 피트 내지 분당 80 입방 피트의 크기를 가진다. 다른 실시예에서, 재료는 282.5mm 이상의 외경 및 254mm 이하의 내경을 포함하며, 습식 마찰 재료는, 약 9.32cst의 동점도(kinematic viscosity)를 가진 유체에서 적어도 400kPa의 압력 하에 테스트될 때 적어도 0.6mm의 두께를 가진 캐리어에 본딩되며, 홈 또는 직물이 첨가되지 않았을 때 습식 마찰 재료를 가로지르는 유속은 약 0.4 l/min 내지 4.0 l/min의 범위에 있다.
도 4를 다시 참조하면, 재료(10)의 웨브(11)와 결과적으로 생성되는 마찰 재료(10)는, 각각 기능성 마찰면으로서 사용될 수 있는 상면(10a) 및 하면(10b)을 포함한다. 완성된 마찰 재료의 캘리퍼(caliper) 또는 두께는 0.030mm 내지 4.2mm의 범위에 있을 수 있으며, 가장 바람직하게는 0.5mm 내지 1.5mm의 범위에 있다. 완성된 마찰 재료의 중량은 45 파운드/3000ft2 내지 600 파운드/3000ft2의 범위에 있을 수 있고, 가장 바람직하게는 80 파운드/3000ft2 내지 475 파운드/3000ft2의 범위에 있다. 약 25 퍼센트의 밀도를 가진 완성된 마찰 재료의 전단 강도는 1.3 MPa 내지 13.7 MPa의 범위에 있을 수 있으며, 가장 바람직하게는 2.0 MPa 내지 8.2 MPa의 범위에 있다. 완성된 마찰 재료의 일반적인 기공성은 재료의 0.5 인치의 압력 강하에서 평방 피트당 공기의 5 cfm 내지 80 cfm의 범위에 있을 수 있으며, 가장 바람직하게는 0.5 인치의 압력 강하에서 평방 피트당 공기의 10 cfm 내지 60 cfm의 범위에 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 재료가 적용된 일 실시예에서, 적어도 282.5mm의 외경과 최대 254mm의 내경을 가지고 포화 후에 재료 두께로부터 35 퍼센트로 고밀도화된 마찰 재료를 가지며 외경(OD)이 300mm이고 내경(ID)이 41.8mm인 토크 컨버터 피스톤에 본딩되었을 때 측정되며, 약 400 kpa의 유압 적용 압력에서, 시뮬레이팅 토크 컨버터 완전 잠금 상태에서, 90oC의 온도에서 9.32 cST의 동점성을 가진 유체에서 측정되었을 때, 2차 홈 형성 또는 표면 직조 공정을 거치지 않은 완성된 마찰 재료(10)의 유체 침투성은 0.1 L/MIN 내지 4 L/MIN의 범위에 있을 수 있다.
다른 실시예에서, 물은 실온에서 34에서 현탁액의 중량비로 혼합물에 98 퍼센트 첨가되었다. 물의 Ph는 가성소다 또는 황산을 첨가함으로써 Ph 6.0 내지 8.0의 수준으로 조정되었다. 다음에, SDC 재료 합성물의 중량비로 10.8 퍼센트의 0.125 인치 길이의 절단된 PAN 탄소 섬유 재료 합성물과, SDC 재료 합성물의 중량비로 2 퍼센트의 아크릴 펄프가 혼합 탱크 내에 첨가되었고, 아크릴 펄프 섬유의 환제(pill) 또는 다발이 보이지 않을 때까지 탱크가 교반되었다.
다음에, SDC 재료 합성물의 중량비로 8.4 퍼센트의 분쇄된 350-마이크로 PAN 탄소 섬유 및 중량비로 16.4 퍼센트의 8μm x 26μm 바늘 모양의 니들 코크스가 SDC 재료 합성물의 중량비로 12 퍼센트의 7μm 석유 코크스와 함께 혼합 탱크(20)에 첨가되었다. 다음에, 이 혼합물은 코크스 또는 분쇄된 섬유의 응집물이 보이지 않을 때까지 교반되었다. 혼합물의 Ph가 측정되었고, 필요시에는 도 4에 도시된 20에서 가성소다 또는 황산알루미늄을 더 첨가함으로써 6.0 내지 8.0의 Ph 범위로 조절되었다. 다음에, 아크릴로니트릴이 21 퍼센트 전체 고체 현탁액으로 사전 희석되었고, SDC 재료 합성물의 중량비로 6 퍼센트의 아크릴로니트릴이 혼합물에 첨 가되었다. SDC 재료는 제품(60)이다.
희석된 스톡(stock)은, 도 4와 관련하여 상술한 저장 탱크를 통하여 순차적으로 이송된다. 스톡이 도관(25)을 통해 헤드 박스(44)로 이송될 때, 5.0 내지 6.0의 Ph가 얻어질 때까지 2 퍼센트 농도의 희석된 황산 알루미늄이 정적 혼합 유닛(30) 앞에 있는 파이프에 주입된다. 스톡은, 분당 약 20 피트의 속도로 이동되는 성형 컨베이어 벨트 또는 웨브(40)에서 양호한 구조를 가진 종이 모양의 재료를 형성하도록 충분한 체적 속도로 펌핑되었다. 그 뒤에, 0.2 퍼센트 용액으로부터의 78 ppm 전체 배경 농도의 잔류 중합체 Drew-Flocc 2449가 주입점(26)에서 첨가되었다.
혼합물은 추가 정적 혼합 유닛(32)을 통과하고, 공급 탱크(34)로부터 희석수를 수용하여 전체 고체를 전체 현탁액에 대해 약 1 퍼센트로 만든다. 이러한 희석된 혼합물은 Fourdinier 제지 기계(44-52)의 헤드 박스(44)로 펌핀된다. 다음에는, 수성 현탁액 또는 혼합물은 상술한 선택적 운반 시트(43)로 이송된다. 수성 현탁액은 실시예에서 분당 약 20 피트인 성형 섬유 속도에 맞추어졌다. 현탁액은 표면장력 또는 핀치 롤러(52), 진공 박스(50)를 사용하여 배수되었고, 현탁액은 롤러(52)를 통해 배수된다. 습식 웨브(11)는 증기 가열 건조기 캔으로 운반되었고, 증기 가열 건조기 캔에서, 캔(56)은 습식 종이 물의 98.5 내지 99.5 퍼센트를 제거하며, 캔(56)은 웨브(11)를 건조 공정 동안에 파괴시키지 않기 위해 웨브(11)의 건조율 및 수축율을 제어하도록 건조기 캔을 통해 충분히 감싸여졌다. 건조된 웨브 또는 시트(11)는 공급 맨드릴 또는 롤(58)에 감겨 제품(60)을 제공한다.
다음에는 제품(60)은 벗겨지고 열경화성 페놀릭 수지 결합체로 포화되었다. 웨브(11)는 페놀릭 수지의 통(vat) 또는 팬(62)에 잠겼으며, 페놀릭 수지는 점도, 고체 농도 및 관통성(penetration)을 제어하기 위해 이소프로필알콜로 희석되어, 마찰 재료가 포화되고 완전히 경화되었을 때 중량비로 약 30 퍼센트의 최종 수지 함량으로 되었다. 이제 포화된 웨브(11)는 수지 팬(42)으로부터 나오고, 핀치 롤러(64) 사이에서 압착 또는 핀치된다. 습식 포화된 웨브 또는 종이는 강제 공기 건조 오븐(66)을 통해 일련의 롤러(도시되지 않음)로 운반되고, 오븐(66)은 웨브(11)를 2.5 퍼센트 휘발물질의 휘발성 수준으로 건조시켜, 재료(10)의 약 97.5 퍼센트가 경화된다. 재료(10)는 캐리어 시트(43)를 제거함이 없이 오븐(66)으로부터 나왔다. 다음에는 재료(10)는, 마찰 환경에서 사용되는 도 1 내지 도 3에 도시된 부품과 같은 하나 이상의 부품에 본딩되기 위해 시트 형상으로 되었다.
도 6은 종래의 종이 구조물 마찰 재료(10)와 실시예의 재료(10)의 기공성 대 랩(lap) 전단을 비교한다. 응용 시에 유량의 증가와 관련되는 현저히 향상된 기공성에 유의하여야 한다. 또한 마찰 재료(10)의 랩 전단 강도는 종래기술의 종이 재료와 유사하지만, 종래기술의 직조된 재료의 기공성이 증가되는 이점을 가진다. 이러한 기공성의 증가로 인해서, 인접하는 마찰 부품들 사이의 오일의 유체역학적 막을 분산시키는 능력이 향상되어, 더 바람직한 마찰 특성 및 진동 없는 성능을 제공한다. 이러한 유량의 증가로 인해, 마찰 재료에 홈을 형성할 필요성을 감소시키거나 완전히 제거할 수 있게 되어, 홈이 형성된 경우에 비하여 마찰면당 에너지 용량을 더 높게 된다. 이러한 유량의 증가로 인해서, 마찰 재료(10) 및 임의의 인접 한 부품의 경계면으로부터 열이 분산된다.
바람직하게는, 본 발명의 시스템 및 방법은, 분산된 후 수지로 포화된 입자성 재료(22)로 강화된 실질적으로 기다란 섬유 골격 매트릭스를 생산하는 데에 종래의 방법으로부터 채택된 기술을 사용한다. 상술한 실시예에서, 재료(10)의 베이스 중량은 45 lbs/3000ft2 내지 600 lbs/3000ft2의 범위에 있으며, 바람직하게는 80 lbs/3000ft2 내지 475 lbs/3000ft2의 범위에 있다. 마찰 재료(10)의 직경은 0.3 mm 내지 3.2 mm의 범위에 있으며, 가장 바람직하게는 0.5 mm 내지 1.5 mm의 범위에 있다. 섬유의 길이는 약 0.08 mm 내지 12 mm의 범위에 있으며, 가장 바람직하게는 0.5 mm 내지 3.5 mm의 범위에 있다.
다른 실시예에서, 섬유 길이는 2 mm 내지 12 mm의 범위에 있으며, 가장 바람직하게는 2mm 내지 6 mm의 범위에 있다. 기다란 섬유 함량은 포화 건조 재료(10)의 중량비로 약 5 퍼센트 내지 95 퍼센트의 범위에 있을 수 있으며, 가장 바람직하게는 재료(10)의 중량비로 20 퍼센트 내지 60 퍼센트의 범위에 있다.
또한, 기다란 섬유(18)는 탄소 섬유와 같은 셀룰로스 섬유 또는 비-셀룰로스 섬유일 수 있거나, 셀룰로스 섬유와 비-셀룰로스 섬유의 혼합물을 포함할 수도 있다. 또한, 짧은 섬유는 기다란 섬유와 혼합될 수 있지만, 바람직하게는, 짧은 섬유 길이는 0.08 mm 내지 2 mm의 범위에 있고, 가장 바람직하게는 0.2 mm 내지 1 m의 범위에 있다. 또한, 혼합물 내의 짧은 섬유 함량은 건식 포화된 재료(10)의 중량비로 5 퍼센트 내지 95 퍼센트의 범위에 있으며, 가장 바람직하게는, 건식 포화 된 재료(10)의 중량비로 약 5 퍼센트 내지 10 퍼센트의 범위에 있다. 기다란 섬유에서와 같이, 짧은 섬유는 셀룰로스 또는 비-셀룰로스 섬유 또는 셀룰로스 섬유 및 비-셀룰로스 섬유의 혼합물일 수 있다.
입자성 재료(22)에 대해서는, 입자성 재료(22)는 약 150 nm의 작은 크기 내지 약 300 μm의 큰 크기를 포함할 수 있으며, 가장 바람직하게는 약 1 μm의 작은 크기 내지 150 μm의 큰 크기를 포함할 수 있다. 입자성 재료(22)는 야금용 코크스, 석유 코크스, 탄화 PAN 또는 피치, 흑연, 활성 탄소, 인더스트리얼 다이어몬드와 같은 탄소질 재료, 또는 산화철, 산화알루미늄, 크롬 제1 산화철(chromium ferrous oxide)과 같은 금속 산화물 재료, 붕소 규산염(boral silicate), 석영, 규조토와 같은 규소 재료(silicacious material), 니트릴 입자, 니트릴 부타디엔 입자 및 아크릴 입자와 같은 입상 탄성 중합체 재료, 캐슈로 생성된(cashew-born) 중합체 입자와 같은 다른 재료를 포함한다. 또한, 입자성 재료(20)는 형상이 대칭 또는 비대칭일 수 있고, 규소 탄화물과 같은 탄화물, 캐슈 입자, 모드아크릴(modacrylic), 페놀릭, 에폭시와 같은 중합체 입자, 또는 탄산칼슘 , 메타규산칼슘, 수석(flint) 및 현무암(basalt)과 같은 광물질을 포함할 수 있다.
상술한 실시예에서, 입자 재료 함량은 포화된 건식 재료의 중량비로 약 1 퍼센트 내지 85 퍼센트의 범위에 있으며, 가장 바람직하게는 포화된 건식 재료의 중량비로 약 5 퍼센트 내지 약 50 퍼센트의 범위에 있다. 입자성 재료는 또한 입자로 생각되도록 작은 섬유일 수 있는 미세 절단 섬유를 포함할 수 있다.
결합제 또는 수지에 대해서는, 재료(10)는, 포화된 건식 재료의 중량비로 약 1 퍼센트 내지 약 60 퍼센트의 범위에 있으며, 가장 바람직하게는 포화된 건식 재료의 중량비로 약 25 퍼센트 내지 50 퍼센트의 범위에 있는 함량을 가진 결합제를 포함할 수 있다. 상술한 실시예에서, 결합제는 Ashland Aerofene 295-E-50과 같은 열경화성 수지, Schenectady Chemical SP 6493C와 같은 수정된 열경화성 수지, Dow P84와 같은 열가소성 수지, Schenectady SP6300A와 같은 노발락(novalac) 페놀릭 수지, Dow Corning 1107과 같은 규소 수지, Carcolite 334와 같은 캐슈 베이스 수지(cashew-based resin), Shell-Epon 1001B와 같은 에폭시 수지, Skybond 701과 같은 폴리아미드, Borden Cascomel MF-2LM과 같은 멜라닌 수지, Noveon 1562117과 같은 니트릴 부타디엔 수지, HB Fuller PN3178F와 같은 아크릴 결합제일 수 있다. 상술한 실시예에서, 결합제는 상술한 수지 및/또는 상술한 복수개의 섬유 중 2개 이상으로 구성될 수 있다.
상술한 실시예에서 교시된 바와 같이, 재료(10)는, 재료를 실질적으로 경화시키기에 충분한 시간 온도 및 결합제를 25 퍼센트 압축으로 경화시키기에 충분한 압력에서 본딩되었을 때, 680 kPa 내지 13.7 MPa의 범위에 있고, 가장 바람직하게는 1.3MPa 내지 8.2 MPa의 범위에 있는 전단 강도를 가질 수 있다. 결합 압축의 퍼센티지는 다음 식에 의해 결정된다.
Figure 112007095117611-PCT00001
상술한 실시예에서, 재료(10)는, 재료 내의 개방 공간의 전체 부피의 약 1 퍼센트 내지 75 퍼센트의 범위에 있고, 가장 바람직하게는 30 퍼센트 내지 60 퍼센 트의 범위에 있는 빈 부피를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 예를 들면, 재료(10)는 282.5 mm의 외경과 254 mm의 내경을 가지며, 300 mm의 외경과 41.8 mm의 내경을 가진 피스톤에 0.6 mm의 두께로 본딩된다. 재료(10)를 가로지른 전체 유량은 포화 후에 재료 두께로부터 25 퍼센트로 고밀도화되었을 때 0.1 L/MIN 내지 4 L/MIN의 범위에 있으며, 상기 유량은, 90oC의 온도에서 9.32 cSt의 동점성을 가진 유체에서, 토크 컨버터 완전-잠김 상태를 시뮬레이팅한 상태에서, 약 400 kPa의 유압 적용 압력에서 제로 차동 속도로 피스톤이 전방 덮개에 적용되었을 때 측정된다.
상기 시스템 및 방법은, 동기 링(14)(도 2), 클러치 디스크(16)(도 3) 또는 토크 컨버터 피스톤(도 1)에서와 같은 마찰 대면 환경에서 사용될 수 있는 마찰 재료(10)를 제공한다. 그러나, 본 발명자는, 재료(10)가 다른 환경에도 적용될 수 있다는 것도 생각하였다.
도 7은 도 1에 도시된 토크 컨버터 클러치(12)에 대한 피스톤 흐름을 위한 실시예를 비교하는 데이터를 도시하고 있다. 피스톤 흐름은, 종래기술의 종이 마찰 재료, 즉, 본 출원인의 양수인이 제조한 Select Powertrain Technologies CF-4500과 비교된다. 유체역학적 막을 분산시키고 낮은 내면 온도를 발생시켜, 재료(10)가 사용되는 유체의 유용한 수명을 연장시키는 현저히 향상된 피스톤 유량에 유의하여야 한다.
도 8은, 종래기술의 종이 마찰 재료, 즉 AFM Grade 4211과 비교하여 높은 침 투성 재료에 대한 유량 대 온도 특성을 도시한다. 낮은 기공성 재료를 통한 낮은 유량의 효과와 비교하여 높은 침투성 재료 디자인을 통한 높은 유량의 효과에 유의하여야 한다. 높은 기공성 재료의 계면 온도는 낮은 기공성 재료 또는 종이 재료보다 현저히 낮다.
상술한 재료, 부품, 방법, 및 이러한 방법을 수행하기 위한 장치의 형태가 본 발명의 바람직한 실시예를 구성하지만, 본 발명은 이러한 정확한 방법 및 장치의 형태에 제한되지 않으며, 첨부된 청구범위에 한정된 본 발명의 범위를 이탈함이 없이 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (39)

  1. 소정 기공성을 포함하는 골격 매트릭스를 형성하도록 협동하는 복수개의 습식 섬유를 포함하는 마찰 매트릭스를 포함하며,
    상기 소정 기공성은 수두 0.5 인치의 압력 강하에서 재료의 평방 피트당 공기의 5 cfm 내지 80 cfm의 크기인,
    마찰 재료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 습식 섬유의 대부분은 비-셀룰로스 섬유인, 마찰 재료.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 습식 섬유는 적어도 0.08 mm의 길이를 가진, 마찰 재료.
  4. 제1항에 있어서,
    열경화성 또는 열가소성인 결합제로 포화된, 마찰 재료.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 결합제는 복수개의 입자를 포함하는, 마찰 재료.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수개의 입자 재료는 탄소질 재료, 질화물 재료, 금속 산화물 재료, 규소 재료(silicacious material), 분말 또는 입상 탄성 중합체 재료, 탄화물 재료, 중합체 재료 및 광물 중 하나 이상을 포함하는, 마찰 재료.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복수개의 입자 재료는 야금용 코크스를 포함하는, 마찰 재료.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 복수개의 입자 재료는 석유 코크스를 포함하는, 마찰 재료.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 복수개의 입자 재료는 활성 탄소를 포함하는, 마찰 재료.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 복수개의 입자 재료는 흑연 탄소를 포함하는, 마찰 재료.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 결합제 내의 상기 복수개의 입자 재료는 약 150 nm의 작은 크기와, 약 300 μm의 큰 크기를 포함하는, 마찰 재료.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 복수개의 입자 재료는, 400μm보다 작은 길이를 포함하는 미세 절단되거나 분쇄된 섬유인, 마찰 재료.
  13. 제5항에 있어서,
    1.3 MPa 이상의 최소 전단 강도를 포함하는, 마찰 재료.
  14. 제5항에 있어서,
    차량용 부품에 부착될 수 있고,
    상기 부품은 토크 컨버터, 클러치 플레이트, 동기 링 또는 다른 토크 전달 장치인,
    마찰 재료.
  15. 제5항에 있어서,
    상기 습식 마찰 재료는, 282.5 mm 이상의 외경과, 254 mm 이하의 내경을 가지며,
    상기 습식 마찰 재료는, 약 9.32cst의 동점도(kinematic viscosity)를 가진 유체에서 400kPa 이상의 압력 하에 테스트될 때 0.6mm 이상의 두께를 가진 캐리어에 본딩되며, 홈 또는 직물이 첨가되지 않았을 때 습식 마찰 재료를 가로지르는 유 속은 약 0.4 l/min 내지 4.0 l/min의 범위에 있는,
    마찰 재료.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 골격 매트릭스는 틈새에 복수개의 입자 재료 응집물을 포함하는, 마찰 재료.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 골격 매트릭스는 틈새에서 결합제에 의해 복수개의 입자 재료 응집물을 포함하는, 마찰 재료.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 복수개의 입자 재료는 탄소질 재료, 질화물 재료, 금속 산화물 재료, 규소 재료, 분말 또는 입상 탄성 중합체 재료, 탄화물 재료, 중합체 재료 및 광물 중 하나 이상을 포함하는, 마찰 재료.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 복수개의 입자 재료는 야금용 코크스를 포함하는, 마찰 재료.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 복수개의 입자 재료는 석유 코크스를 포함하는, 마찰 재료.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 복수개의 입자 재료는 활성 탄소를 포함하는, 마찰 재료.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 복수개의 입자 재료는 흑연 탄소를 포함하는, 마찰 재료.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 골격 매트릭스는 틈새에 있는 복수개의 입자 재료 응집와, 결합제를 포함하며,
    상기 결합제 내에 복수개의 입자 재료가 제공된,
    마찰 재료.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 복수개의 입자 재료는 약 150 nm의 작은 크기와, 약 300 μm의 큰 크기를 포함하는, 마찰 재료.
  25. 제5항에 있어서,
    상기 복수개의 입자 재료는 탄소질 재료, 질화물 재료, 금속 산화물 재료, 규소 재료, 분말 또는 입상 탄성 중합체 재료, 탄화물 재료, 중합체 재료 및 광물 중 하나 이상을 포함하는, 마찰 재료.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 복수개의 입자 재료는 야금용 코크스를 포함하는, 마찰 재료.
  27. 제23항에 있어서,
    상기 복수개의 입자 재료는 석유 코크스를 포함하는, 마찰 재료.
  28. 제23항에 있어서,
    상기 복수개의 입자 재료는 활성 탄소를 포함하는, 마찰 재료.
  29. 제23항에 있어서,
    상기 복수개의 입자 재료는 흑연 탄소를 포함하는, 마찰 재료.
    마찰 재료.
  30. 제23항에 있어서,
    상기 복수개의 입자 재료는, 400μm보다 작은 길이를 포함하는 미세 절단되거나 분쇄된 섬유인, 마찰 재료.
  31. 제23항에 있어서,
    상기 습식 마찰 재료는, 282.5 mm 이상의 외경과, 254 mm 이하의 내경을 가지며,
    상기 습식 마찰 재료는, 홈 또는 직물이 첨가되지 않고, 약 9.32cst의 동점도를 가진 유체에서 400kPa 이상의 압력 하에 테스트될 때 0.6mm 이상의 두께를 가진 캐리어에 본딩되며, 습식 마찰 재료를 가로지르는 유속은 약 0.4 l/min 내지 4.0 l/min의 범위에 있는,
    마찰 재료.
  32. 복수개의 섬유와 물의 혼합물을 형성하는 단계, 및
    소정의 기공성을 포함하는 골격 매트릭스를 형성하기 위해 상기 혼합물이 협동하도록, 상기 혼합물을 지지부에 습식 위치시키는(wet-laying) 단계
    를 포함하며,
    상기 소정 기공성은 수두 0.5 인치의 압력 강하에서 재료의 평방 피트당 공기의 5 cfm 내지 80 cfm의 크기인,
    마찰 재료에 사용하기 위한 골격 매트릭스를 생성하기 위한 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    입자 재료를 섬유질의 상기 혼합물에 첨가하는 단계를 더 포함하는, 마찰 재료에 사용하기 위한 골격 매트릭스를 생성하기 위한 방법.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 마찰 재료를 결합제로 포화시키는 단계를 더 포함하는, 마찰 재료에 사용하기 위한 골격 매트릭스를 생성하기 위한 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 결합제는 내부에 분산된 복수개의 입자 재료를 포함하며,
    상기 방법은, 상기 결합제와 상기 복수개의 입자 재료의 혼합물을 상기 골격 매트릭스에 적용하는 단계를 더 포함하는,
    마찰 재료에 사용하기 위한 골격 매트릭스를 생성하기 위한 방법.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 포화된 마찰 재료를 건조시키는 단계를 더 포함하는, 마찰 재료에 사용하기 위한 골격 매트릭스를 생성하기 위한 방법.
  37. 제32항에 있어서,
    상기 마찰 재료를 처리하여 세그먼트로 만드는 단계를 더 포함하는, 마찰 재료에 사용하기 위한 골격 매트릭스를 생성하기 위한 방법.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 세그먼트를 부품에 부착시키는 단계를 더 포함하는, 마찰 재료에 사용하기 위한 골격 매트릭스를 생성하기 위한 방법.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 부품은 동기 링, 클러치 디스크, 토크 컨버터, 또는 다른 토크 전달 장치인, 마찰 재료에 사용하기 위한 골격 매트릭스를 생성하기 위한 방법.
KR1020077031025A 2005-07-11 2006-07-03 습식 마찰 재료 KR101254517B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/178,728 US7488401B2 (en) 2005-07-11 2005-07-11 Wet-laid friction material, system and method
US11/178,728 2005-07-11
PCT/US2006/026167 WO2007008522A2 (en) 2005-07-11 2006-07-03 Wet-laid friction material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080026137A true KR20080026137A (ko) 2008-03-24
KR101254517B1 KR101254517B1 (ko) 2013-04-19

Family

ID=37618639

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020077031025A KR101254517B1 (ko) 2005-07-11 2006-07-03 습식 마찰 재료

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7488401B2 (ko)
EP (1) EP1902176B1 (ko)
JP (1) JP2009500511A (ko)
KR (1) KR101254517B1 (ko)
CN (1) CN101218393A (ko)
BR (1) BRPI0612824A2 (ko)
WO (1) WO2007008522A2 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008035776A1 (de) 2007-09-04 2009-03-05 Luk Lamellen Und Kupplungsbau Beteiligungs Kg Reibbelag und Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags
DE102008039029A1 (de) 2007-09-04 2009-03-05 Luk Lamellen Und Kupplungsbau Beteiligungs Kg Reibbelag
CN102101916B (zh) * 2009-12-21 2012-10-17 比亚迪股份有限公司 摩擦粒子的制法及摩擦粒子和摩擦材料组合物及摩擦材料
US8563448B2 (en) 2010-01-29 2013-10-22 Eaton Corporation Friction member and friction material thereof
US8461064B2 (en) 2010-07-29 2013-06-11 Eaton Corporation Friction member and friction material thereof
JP5753518B2 (ja) * 2012-07-04 2015-07-22 日清紡ブレーキ株式会社 摩擦材
CN103103868B (zh) * 2012-12-26 2015-09-23 黄山奔马集团有限公司 高性能纸基摩擦材料及其制备工艺
CN103133578B (zh) * 2013-03-06 2016-08-03 九通新型摩擦材料（朝阳）股份有限公司 水湿法制动器衬片及其制备方法
CN109611481A (zh) * 2018-12-26 2019-04-12 深圳市智雅墨族科技有限公司 环保型醇盐凝胶改性无重金属摩擦材料及制备方法

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3829180A (en) 1973-04-16 1974-08-13 Waukesha Bearings Corp Pad construction for tilting pad thrust bearing
DE2926080A1 (de) 1979-06-28 1981-01-08 Philips Patentverwaltung Mittel zur trockenschmierung
US4256801A (en) * 1979-12-14 1981-03-17 Raybestos-Manhattan, Incorporated Carbon fiber/flame-resistant organic fiber sheet as a friction material
US5989375A (en) 1979-12-21 1999-11-23 Bortz; David N. Friction controlling devices and methods of their manufacture
DE3113004A1 (de) 1981-04-01 1982-10-21 Schunk & Ebe Gmbh, 6301 Heuchelheim Gleitkoerper
JPS58191339A (ja) * 1982-04-30 1983-11-08 Aisin Chem Co Ltd 湿式摩擦材
GB2121844B (en) 1982-06-10 1985-08-29 T & N Materials Res Ltd Met laid flexable sheet materials
JPS61106687A (ja) * 1984-10-31 1986-05-24 Aisin Chem Co Ltd 車両用摩擦材
US4639392A (en) 1985-10-28 1987-01-27 General Motors Corporation Clutch plate member having layer of high durability, self-conforming friction facing
JPS6366232A (ja) * 1986-09-05 1988-03-24 Aisin Chem Co Ltd 湿式摩擦材
JPH01211010A (ja) 1988-02-18 1989-08-24 Toyota Motor Corp シフトフォーク
JPH0643502B2 (ja) * 1988-09-29 1994-06-08 アイシン化工株式会社 摩擦材
JPH0834753B2 (ja) 1989-01-18 1996-03-29 トヨタ自動車株式会社 シフトフォーク
JP2815199B2 (ja) * 1989-10-18 1998-10-27 東芝タンガロイ株式会社 湿式摩擦材料
JPH0478374A (ja) 1990-07-17 1992-03-12 Toyota Motor Corp 変速機のシフトフォーク
DE4025914A1 (de) 1990-08-16 1992-02-20 Schunk Kohlenstofftechnik Gmbh Gleitwerkstoff auf der basis von elektrographit
DE9101069U1 (de) 1991-01-31 1991-04-18 Deutsche Carbone Ag, 60437 Frankfurt Ring aus einer Kunstharzmasse als Basisbestandteil
JPH05247442A (ja) * 1992-03-04 1993-09-24 Aisin Chem Co Ltd 摩擦材
JPH06147242A (ja) * 1992-11-10 1994-05-27 Dainatsukusu:Kk 電磁クラッチ又は電磁ブレーキ用湿式摩擦材
JPH06229474A (ja) 1993-01-29 1994-08-16 Ntn Corp シフトフォーク爪
JPH0718093A (ja) * 1993-06-30 1995-01-20 Aisin Chem Co Ltd 湿式摩擦材
FR2717820B1 (fr) 1994-03-25 1996-05-15 Valeo Matériau de frottement destiné à équiper un dispositif mettant en Óoeuvre un frottement en milieu liquide, ainsi que le procédé de réalisation d'un tel matériau de frottement et du dispositif qui en est équipé .
JPH0861385A (ja) * 1994-08-25 1996-03-08 Honda Motor Co Ltd 湿式摩擦材
US5615758A (en) 1994-09-30 1997-04-01 Nels; Terry E. Fabric arrangement and method for controlling fluid flow
US6065579A (en) 1994-09-30 2000-05-23 Select Powertrain Technologies Corp. Synchronizer blocker rings used in manual transmissions
US5662993A (en) 1995-09-08 1997-09-02 General Motors Corporation Carbon-based friction material for automotive continuous slip service
JPH10219002A (ja) * 1997-02-06 1998-08-18 Tokai Carbon Co Ltd 炭素系湿式摩擦材の製造方法
JPH115850A (ja) * 1997-06-19 1999-01-12 Aisin Chem Co Ltd 湿式摩擦材及びその製造方法
US6170990B1 (en) 1999-02-03 2001-01-09 General Electric Company Trunnion bushing
US6277769B1 (en) 1999-05-05 2001-08-21 S.K.. Wellman Corp. High energy friction product
DE19926248B4 (de) 1999-06-09 2004-02-05 Ina-Schaeffler Kg Gleitschuh eines Schaltelementes einer Schalteinrichtung
EP1305268B1 (en) 2000-07-26 2010-09-29 Ballard Power Systems Inc. Carbon-matrix composites compositions and methods related thereto
US6630416B1 (en) * 2000-11-06 2003-10-07 Borgwarner Inc. Friction material formed by deposition of friction modifiers on high, wet energy carbonaceous friction materials
DE10151605A1 (de) 2001-10-18 2003-05-08 Euroflamm Gmbh Gleitelement
JP4053330B2 (ja) * 2002-03-29 2008-02-27 住友ベークライト株式会社 湿式摩擦材用樹脂組成物および湿式摩擦材
DE10394265D2 (de) 2003-04-22 2006-03-16 Euroflamm Gmbh Gleitelement
JP4593466B2 (ja) * 2003-06-04 2010-12-08 田中精密工業株式会社 変速機用摩擦材
US20050075022A1 (en) 2003-10-03 2005-04-07 Lam Robert C. Elastic and porous friction material with high amount of fibers
US7429418B2 (en) * 2004-07-26 2008-09-30 Borgwarner, Inc. Porous friction material comprising nanoparticles of friction modifying material
US8603614B2 (en) * 2004-07-26 2013-12-10 Borgwarner Inc. Porous friction material with nanoparticles of friction modifying material

Also Published As

Publication number Publication date
BRPI0612824A2 (pt) 2010-11-30
JP2009500511A (ja) 2009-01-08
US7488401B2 (en) 2009-02-10
EP1902176B1 (en) 2017-05-03
KR101254517B1 (ko) 2013-04-19
US20070009730A1 (en) 2007-01-11
CN101218393A (zh) 2008-07-09
WO2007008522A3 (en) 2007-07-26
EP1902176A2 (en) 2008-03-26
WO2007008522A2 (en) 2007-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101254517B1 (ko) 습식 마찰 재료
US10400389B2 (en) Composite friction materials having carbon nanotube and carbon nanofiber friction enhancers
US3238056A (en) Microporous materials and process of making the same
JP5043024B2 (ja) カーボン摩擦材料
RU2742551C2 (ru) Фрикционный материал, содержащий арамид
US20070270069A1 (en) Friction material and system and method for making the friction material
KR20050033451A (ko) 부분적으로 탄화된 탄소섬유를 포함하는 마찰재
DE112011100368T5 (de) Reibungselement und dessen Reibungsmaterial
US5573579A (en) Method for producing friction material
US6534565B1 (en) Friction facing composition and method of manufacture
US20040147192A1 (en) Carbon fiber friction material
CN105951524A (zh) 纳米机油滤纸及其制备方法
JP2004217790A (ja) 湿式摩擦材
KR20090063086A (ko) 비금속 마찰 라이닝
US20160138213A1 (en) Composite friction materials
US3554860A (en) Organic fiber-anthophyllite fiber sheet as a friction material
JP2006199777A (ja) 湿式摩擦材
WO2014144161A1 (en) Composite friction materials
JP2011094060A (ja) シート状摩擦材
JP7469902B2 (ja) 水処理用不織布シート及びその製造方法
KR100627351B1 (ko) 무석면 석고시멘트판 및 이의 제조방법
JP6502798B2 (ja) 湿式摩擦材用基材及びその製造方法
JPH01268781A (ja) シート状ガスケットの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160318

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170411

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180412

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190416

Year of fee payment: 7