TWI667143B - 摩擦片結構 - Google Patents

Abstract

一種摩擦片結構，其厚度介於0.45~1mm之間，其係以碳纖維布、接著材、支撐材、接著材及碳纖維布之順序疊合而成，其中：該碳纖維布是由複數個纖維束交錯編織而成，而該纖維束係由複數個短纖維加以撚合而使複數該短纖維於該纖維束之一軸向形成局部重疊交繞，使各短纖維之長度方向與該纖維束之該軸向對應；該接著材滲入於該碳纖維布的該纖維束間達含浸率大於80%，並使該碳纖維布的該纖維束以波峰頂點區域局部外露於該接著材；以及該摩擦片結構的徑向拉伸強度介於90MPa~177MPa，軸向拉伸強度介於60MPa~136MPa，動靜摩擦比介於0.8~0.98。

Description

摩擦片結構

一種摩擦片結構，特別是一種含有非連續性碳纖維且具有樹脂高度含浸自潤之摩擦片及其製造方法。

摩擦材料是一種應用於動力機械上的必需品，其作用原理主要是依靠摩擦材料與對偶機械裝置間的摩擦關係，產生動力傳輸或是制動的效果。多數機械器具或設備都設置有摩擦材料，因此該摩擦材料的品質好壞直接地影響著該機械器具或設備的性能，甚至關係著操作人員的人生安全。

目前動力機械用的摩擦片材質主要包含石棉、金屬或紙基等材質，此些材質皆有其缺陷或限制，例如：

最早發展出的石棉材質摩擦片，已經證實對人體與環境有相當大的影響與危害，早已被後期所發展的其他摩擦材料所替代。

金屬材質的摩擦片存在著金屬鏽蝕的問題，也容易在使用的過程中，因為摩擦片表面過度耗損或不平整而產生刺耳尖銳的噪音。

而紙基材質的摩擦片，雖具有材料成本相對低廉的優勢，但摩擦性能較為限制，耐久性也不佳，其結構無法承載過高的摩擦消耗力，因而僅能運用於機械摩擦需求較低的機械領域，對於摩擦性能要求較高的高階機械，則不敷使用。

為了改善目前石棉、金屬或紙基材質摩擦片的種種問題，本發明提供一種摩擦片結構，其厚度介於0.45~1mm之間，其係以碳纖維布、接著材、支撐材、接著材及碳纖維布之順序疊合而成，其中：該碳纖維布是由複數個纖維束交錯編織而成，而該纖維束係由複數個短纖維加以撚合而使複數該短纖維於該纖維束之一軸向形成局部重疊交繞，使各短纖維之長度方向與該纖維束之該軸向對應；該接著材滲入於該碳纖維布的該纖維束間達含浸率大於80%，並使該碳纖維布的該纖維束以波峰頂點區域局部外露於該接著材；以及該摩擦片結構的徑向拉伸強度介於90MPa~177MPa，軸向拉伸強度介於60MPa~136MPa，動靜摩擦比介於0.8~0.98。

其中，該接著材包含熱塑性樹脂或熱固性樹脂。

其中，該熱塑性樹脂係聚碳酸酯以及該熱固性樹脂為環氧樹脂。

其中，該支撐材係碳纖維布、玻璃纖維布、克維拉編織布或玄武岩編織布。

本發明進一步提供一種摩擦片結構的製造方法，其步驟包含：將膠狀之一熱固性樹脂塗佈於一離型紙表面形成膜片狀；將佈於該離型紙上之該熱固性樹脂覆於一碳纖維布上後將該離型紙撕除；再將一支撐材覆於該熱固性樹脂上並再次覆上包含有該熱固性樹脂之另一離型紙，且再次撕除；將另一碳纖維布覆於該熱固性樹脂上後熱壓固化該熱固性樹脂、該離型紙與該支撐材，形成一摩擦片結構；其中，該熱固性樹脂之體積佔該支撐材與該碳纖維布之體積大於85%；以及該碳纖維布中複數纖維束以波峰頂點區域局部外露於該熱固性樹脂。

其中，該熱固性樹脂為環氧樹脂。

藉由上述說明可知，本發明具有以下優點：

1.相對於既有之石棉、金屬或紙質材質，本發明材質不會對環境或人體產生危害，且使用過程中不會產生如同金屬摩擦片的噪音問題，且具有更為優異的耐磨耗與耐久性，可適用於高階機械領域使用。

2.本發明透過碳纖維布、支撐材與接著材的材料選用、製程方法與含浸率，可得到優異的自潤、耐磨耗與耐用特性，可適用領域包含汽車領域或食品機械領域，汽車領域包含車輛使用之扭力矩轉換器(Torque Convertor)、變速箱齒輪或後輪差速器；食品機械領域用之齒輪墊片，由於本發明具有自潤效果，使用於食品機械即可無需額外使用潤滑油，減少人體食入過多加工添加物的風險。

10‧‧‧摩擦片結構

11‧‧‧碳纖維布

111‧‧‧纖維束

112‧‧‧波峰頂點

1111‧‧‧短纖維

20‧‧‧接著材

30‧‧‧支撐材

X‧‧‧軸向

圖1為本發明較佳實施例示意圖。

圖2為本發明較佳實施例之剖面圖。

圖3為本發明較佳實施例之SEM圖。

圖4a、圖4b為本發明以聚酯作為接著材之較佳實施例摩擦力測試數據圖。

圖5a、圖5b為本發明以環氧樹脂作為接著材之較佳實施例摩擦力測試數據圖。

圖6為本發明以聚酯作為接著材之較佳實施例含浸率SEM圖。

圖7為本發明以環氧樹脂作為接著材之較佳實施例含浸率SEM圖。

請參考圖1~圖3，本發明摩擦片結構10係將兩片碳纖維布11之間，以碳纖維布11、接著材20、支撐材30、接著材20及碳纖維布11之順序疊合為厚度介於0.45mm~1mm的該摩擦片結構10。其中，每片該碳纖維布11是由複 數個纖維束111交錯編織而成，而該纖維束111係由複數個短纖維1111加以撚合而使複數該短纖維1111於該纖維束11之一軸向X形成局部重疊交繞，使各短纖維1111之長度方向與該纖維束11之該軸向X對應。較佳地，該複數個經緯交錯編織的該纖維束111係以經緯方向上下交錯編織而成，如圖3之電子顯微鏡(SEM)觀察圖所示。

由於單一該碳纖維布11的厚度薄，使用時主要擔負與其他機械零組件之潤滑、摩擦功能，將該碳纖維布11層疊該支撐材30則可用於增加該碳纖維布11的厚度及強度。前述該支撐材30的材質可以是克維拉(Kevlar)編織布、玻璃纖維布、碳纖維布、玄武岩布或前述布材之組合等。本發明形成三層或三層以上之摩擦片結構10時，該碳纖維布11係疊合於最外層，其他支撐材30(不限定僅為一層，可多層疊合)則疊合或包覆於內層，形成三明治的結構。

進一步地，本發明所使用的該接著材20主要是作為黏接該碳纖維布11與該支撐材30之功用，但也可進一步提供本發明該摩擦片結構10之自潤與潤滑效果，且該接著材20滲入含浸於該碳纖維布11的該纖維束111間達含浸率大於80%(體積比例)，較佳介於85%~99%，使得至少局部的該碳纖維布11可外露於該接著材20，而該碳纖維布11外露於該接著材20的狀態係該碳纖維布的該纖維束以波峰頂點112區域局部外露於該接著材20，如圖2、圖3所示，如此可達到該摩擦片結構10具有較佳之耐磨耗特性。

該接著材20可以是熱塑性樹脂，如聚碳酸酯(PC)，或亦可為熱固性樹脂，如環氧樹脂(Epoxy)。施作前述該碳纖維布11及該接著材20間的黏著、接著步驟時，可利用熱壓機以介於45~250公斤/平方公分之壓力及≦350℃的溫度，將該碳纖維布11與特定厚度之該支撐材30疊合後熱壓黏合，使該接著材20局部含浸、滲入該碳纖維布11的纖維中，如圖2、圖3所示，並於該接著材20加熱硬化(可為熱硬化、熱固化)後使兩兩該碳纖維布11結合並具備一定強度的結構 剛性，減少脫層之問題；前述所謂的特定厚度之該支撐材30，該特定厚度是以該碳纖維布11之厚度、體積百分比及所欲達成之含浸率而控制，例如若欲達到該接著材20含浸率85%於該碳纖維布之間，則可施予該碳纖維布85vt%厚度之接著材，以塗佈(Coating)、噴灑(Spray)或膜片熱壓層疊(Film Stacking)之方式，使該接著材20含浸於該碳纖維布11的纖維間，以使本實施例設於最外層的該碳纖維布11維持短纖維、非連續纖維外露之型態，使用時，可具有相較於現有技術更佳的自潤、耐磨耗、耐用之技術功效。

其中，選用熱固性樹脂雖加工製程較為繁瑣，但有較良好的物性(如硬度、剛性)及耐熱性質，可使本發明應用於更為高階之煞車片或摩擦片領域，提高產品價值。而熱固性樹脂加工方式可例如，當本發明的該接著材20選用熱固性的環氧樹脂(Epoxy)時，其於常溫下為高黏度膠狀態，難以直接加工，因此不採用與熱塑性樹脂相同之成膜方法，而改以塗佈於離型紙上之方法取代之，施作方法主要先將膠狀之該熱塑性樹脂形成於離型紙上成為膜片狀，再覆於該碳纖維布11後，將該離型紙撕除並將該支撐材30貼覆層疊，重複多次前述步驟形成複數層後再熱壓固化得本發明摩擦片結構10，此施作加工方法可使該熱固性樹脂得以含浸於該碳纖維布11與該支撐材30中，形成本發明該摩擦片結構10之三明治結構。

接著，以下為本發明該摩擦片結構10於耐磨、自潤、優異熱傳導且可快速散熱的效能驗證。請首先參考表1，其為本發明所選用作為測試樣品的該支撐材30規格表列，其中，該支撐材30的樣品A~D為台玻購入之玻璃纖維布，而樣品Kevlar為Kevlar纖維布。

請參考下表2，本發明對應表1支撐材30所選用的碳纖維布11規格參數，本發明所選用的碳纖維布購自昱程科技股份有限公司。

表2

請參考表3，其係為前述表1、2所選用之支撐材30與碳纖維布11，以熱塑性樹脂-聚酯與熱固性樹脂-環氧樹脂所做的複數個摩擦片結構10的測試實施例，利用萬能拉力測試機以測試條件ASTM D638，所做的拉伸性質測試數據。自表3可看出，利用熱固性樹脂所做之摩擦片結構10相對於熱塑性樹脂具有更加優越的機械強度。

請參考表4、圖4a~5b，其係利用萬能拉力測試機以測試條件ASTM D1894所做的動靜摩擦測試相關數據。其中，圖4a-圖4b為對應表4聚酯A-D與Kevlar樣品的摩擦係數測試數據圖，圖4a為乾式摩擦測試數據，圖4b為濕式摩擦測試數據。圖5a-圖5b為對應表4環氧樹脂A-D與Kevlar樣品的摩擦係數測試數據圖，圖5a為乾式摩擦測試數據，圖5b為濕式摩擦測試數據。本發明的該摩擦片結構10較佳具有靜動摩擦係數比較佳介於0.8~0.98之間，使該摩擦片結構10具有高穩定性能之動靜摩擦係數比，扭矩力傳動大的特性，且提昇了耐磨耗性。

接著，請參考圖6~7，其係分別利用熱塑性樹脂-聚酯(圖6)與熱固性樹脂-環氧樹脂(圖7)所製作的該摩擦片結構，自圖6可看出，本發明利用熱塑性樹脂可達含浸率92~94%，而自圖7可看出，利用熱固性樹脂可達含浸率大於85%。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用以限定本發明主 張的權利範圍，凡其它未脫離本發明所揭示的精神所完成的等效改變或修飾，均應包括在本發明的申請專利範圍內。

Claims (2)

1. 一種摩擦片結構，其厚度介於0.45~1mm之間，其係以碳纖維布、接著材、支撐材、接著材及碳纖維布之順序疊合而成，其中：該碳纖維布是由複數個纖維束交錯編織而成，而該纖維束係由複數個短纖維加以撚合而使複數該短纖維於該纖維束之一軸向形成局部重疊交繞，使各短纖維之長度方向與該纖維束之該軸向對應；該接著材係聚碳酸酯或環氧樹脂，該接著材局部滲入於該碳纖維布的該纖維束間達含浸率介於85%~99%，並使該碳纖維布的該纖維束以波峰頂點區域局部外露於該接著材；以及該摩擦片結構的徑向拉伸強度介於90MPa~177MPa，軸向拉伸強度介於60MPa~136MPa，動靜摩擦比介於0.8~0.98。
2. 如申請專利範圍第1項之摩擦片結構，該支撐材係碳纖維布、玻璃纖維布、克維拉編織布或玄武岩布。