CN107620773B - 摩擦材料 - Google Patents

Abstract

摩擦材料包括基底和渗入基底并与基底成一体的多孔摩擦产生层。基底呈现粘结表面。多孔摩擦发生层呈现与基座的粘结表面相对的摩擦产生表面。多孔摩擦产生层包括纤维和摩擦调节颗粒，并且纤维的总表面积的约30至约95％与摩擦调节颗粒接触。可固化树脂分散在整个多孔摩擦产生层和基座中。

Description

摩擦材料

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年7月15日提交的美国临时专利申请No. 62/362,906的优先权和所有优点，在此通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体涉及一种摩擦材料，其包括基底和明显的摩擦产生层。更具体地，本发明涉及一种可用于变速器的离合器组件中的摩擦板中的摩擦材料。

背景技术

机动车辆动力系的几个部件可以采用湿式离合器来促进从车辆发电机(即，内燃机、电动机、燃料电池等)向驱动轮传递动力。位于发电机下游并能够实现车辆启动、换挡和其它扭矩传递事件的变速器是这样的一个部件。可以在当前可用于机动车辆操作的许多不同类型的变速器中找到一些形式的湿式离合器。湿式离合器可用于自动变速器的变矩器、自动变速器的多板式湿式离合器组件或半自动双离合器变速器(DCT)、以及作为变矩器的替代品的可以并入配备有多达7至9个档位的运动型自动变速器中的湿式起动离合器，仅举几个示例性应用。除了变速器外，在车辆动力系的其它地方中可以发现类似的湿式离合器。

湿式离合器是在润滑剂存在下通过在那些表面之间施加选择性界面摩擦接合来互锁两个或更多个相对的旋转表面的组件。提供这些可接合旋转表面中的一个的摩擦板、带、同步器环或一些其它部分通常支撑摩擦材料以实现预期的互锁摩擦接合。润滑剂在摩擦界面处的存在冷却并减少摩擦材料的磨损，并允许发生一些初始滑动，使得转矩传递逐渐地但非常快地进行以避免可能伴随突然的扭矩传递事件的不适(即换挡冲击)。

传统的摩擦材料通常在这种湿式离合器应用中不能可靠地运行，特别是近来的离合器应用，例如湿式起动离合器应用和换挡应用，例如，半自动DCT应用。虽然已经开发出具有改善的摩擦系数(COF)的摩擦材料以试图满足这些湿式离合器应用的需求，但是许多开发的摩擦材料缺乏必要的COF和耐久性，这在很大程度上是因为传统的摩擦材料具有太小的孔。具有较小孔径的摩擦材料倾向于在一定范围的条件下提供不一致的COF。并且，具有较小孔径的摩擦材料倾向于限制润滑剂通过摩擦材料的流动，这种减少的流动导致不充分的冷却，这会影响摩擦发生材料的性能特性和耐久性。因此，为这些湿式离合器应用开发的摩擦材料产生各种并发症，包括缺乏足够的扭矩传递、颤抖、换挡冲击和耐久性差。

因为现有摩擦材料的不足，所以仍有机会提供改进的性能特性和耐久性。

发明内容

摩擦材料包括基底和穿透基底并与基底形成一体的多孔摩擦产生层。基底呈现粘结表面。多孔摩擦发生层呈现与基座的粘结表面相对的摩擦产生表面。多孔摩擦产生层包括纤维和摩擦调节颗粒，并且纤维的总表面积的约30％至约95％与摩擦调节颗粒接触。可固化树脂分散在整个多孔摩擦产生层和基座中。

因为多孔摩擦产生层中的纤维的总表面积的约30％至约95％与摩擦调节颗粒接触，所以多孔摩擦产生层具有增大尺寸的孔。多孔摩擦发生层的增大的平均孔径允许在湿式离合器应用中增加流过摩擦材料的润滑剂；这种增加的润滑剂流动提供具有改进的性能特性的摩擦材料。

附图说明

结合附图，参考下面的具体实施方式，本发明的其它优点将显而易见，并且变得更容易理解。

图1A是包括现有技术的多孔摩擦发生层和基底的摩擦材料的放大截面图。

图1B是图1A的摩擦材料的多孔摩擦产生层的放大的单独截面图。

图2是现有技术的摩擦材料的多孔摩擦产生层的顶视扫描电子显微镜 (SEM)图像。

图3A是包括多孔摩擦产生层和基底的摩擦材料的放大截面图。

图3B是图3A的摩擦材料的多孔摩擦发生层的放大的单独截面图。

图4是摩擦材料的多孔摩擦产生层的顶视SEM图。

图5是摩擦材料的多孔摩擦产生层的另一顶视扫描电子显微镜SEM 图像。

图6是包括图3的摩擦材料和基底的摩擦板的放大截面图。

图1-6本质上是示例性的，并且不按比例绘制，因此不用以表示摩擦材料的各种部件的相对尺寸，例如，摩擦发生层、基底、摩擦调节颗粒、纤维等。

具体实施方式

参考附图，其中相同的标记在几个视图中表示相应的部分，摩擦材料通常以10表示，摩擦板通常以30表示。

文中所述的摩擦材料10通常用在摩擦板30上，摩擦板30包括在机动车辆的变速器中的湿式离合器组件中。但是，应当理解，本文所述的摩擦材料10和摩擦板30可用于其它车辆应用中并且具有机动车辆以外的应用。

现在参考图3A，摩擦材料10包括基底12和穿透基底12并与基底12 形成一体的明显的多孔摩擦产生层14。基底12呈现粘结表面16。多孔摩擦产生层14呈现面向(并平行于)基底12的粘结表面16的摩擦产生表面18。可固化树脂26分散在摩擦材料10的多孔摩擦产生层14和基底12 中。

仍然参考图3A，摩擦材料10具有被定义为摩擦产生表面18与粘结表面16之间的距离的厚度T₁。在各种实施例中，多孔摩擦产生层14从摩擦产生表面18朝粘结表面16延伸高达厚度T₁的约40％、或者高达约30％、或者高达约20％、或者高达约10％、高达约5％。基底12通常具有小于约2mm的厚度T₂，或者约0.3mm至约1mm的厚度。如果摩擦材料10 厚约0.25mm至约2mm，这通常针对于施加到变速器中的离合器板(湿式离合器)的摩擦材料10，多孔摩擦产生层14可以从摩擦产生表面向内延伸到多达约0.0125mm(5％为0.25mm)至约0.80mm(40％为2mm) 的深度。

参考图3A，多孔摩擦产生层14包括纤维20和摩擦调节颗粒22。纤维20和摩擦调节颗粒22的布置限定多个孔24。因为纤维20和摩擦调节颗粒22被施加到基底12并且通常穿透基底12，所以多孔摩擦产生层14 可以被称为非离散的。同样地，基底12的颗粒和纤维可以穿透多孔摩擦产生层14。因此，多孔摩擦产生层14和基底12是摩擦材料10内的整体层。

也就是说，在一些实施例中，基底12包括摩擦产生层14的一些或甚至全部的结构属性，例如，与纤维接触的颗粒、增加的孔径等。在这样的实施例中，基底12可以在组成上与摩擦产生层14相同或者在组成上不同，但具有与摩擦产生层14相同的结构属性，例如，与纤维接触的颗粒，增加的孔径等。在基底12与摩擦发生层14相同的实施例中，摩擦产生材料10可以被称为单一层、单层或均匀的摩擦产生材料10。

纤维20具有总表面积。纤维20的总表面积是多孔摩擦产生层14中每个纤维的各个表面积的总和。摩擦调节颗粒22与纤维20接触，使得纤维20的表面积的约30至约95％，或者约40至约90％与摩擦调节颗粒22 接触。光学成像仪器例如光学显微镜(例如，NikanMicrophat-SA)或扫描电子显微镜(SEM)(例如，JeolJSM-6610LV)可用于测量纤维20的总表面积以及与摩擦调节颗粒22接触的纤维20的表面积。在许多实施例中，与摩擦调节颗粒22接触的纤维20的％表面积(接触百分比)是与摩擦调节颗粒22接触的纤维20的表面积除以纤维20的表面积乘以一百。

例如，可以使用SEM或光学显微镜来获得纤维20和与其接触的摩擦调节颗粒22的图像。可以使用成像软件(例如可从Media CVbernetics，Inc.， Rockville，MD购得的

软件)来确定纤维20的表面积和与摩擦调节颗粒22接触的纤维20的表面积(即由摩擦调节颗粒22占据的纤维20的表面积)。接触百分比是占据表面积与纤维20的总表面积的比例乘以一百(转化成百分比)。

作为另一个实例，EDAX方法可用于计算接触百分比。有时称为EDS 的EDAX是用于确定元素组成的x射线光谱法。EDAX可以与SEM仪器上的SEM成像结合使用。例如，通过EDAX测量二氧化硅(摩擦调节颗粒22)与碳(纤维20)的比例。为了测量与EDAX的接触百分比，建立了纤维上颗粒的接触百分比与比例之间的标准曲线。

作为另一个实例，XRF也可以间接地用于测量接触百分比。建立了成像方法获得的接触百分比与XRF记录之间的标准曲线。在测量由摩擦调节颗粒22占据的纤维20的表面积的XRF记录后，可以通过标准曲线获得接触百分比。

因此，由本发明的多孔摩擦发生层14限定的多个孔24通常大于由包括如所定义的与摩擦调节颗粒接触的纤维的多孔摩擦产生层限定的孔(通过纤维的表面积的接触％)。为此，图3B是包括多个孔24的本发明的多孔摩擦产生层14的截面图。1B的多孔摩擦产生层14具有比图3B的摩擦产生层14更小的平均孔径。因为本发明的多孔摩擦产生层14中的纤维20的表面积的约30至约95％与摩擦调节颗粒22接触，所以多孔摩擦产生层 14具有平均孔径增加的多个孔24。

图4和图5显示了摩擦材料10的多孔摩擦产生层14的顶视扫描电子显微镜(SEM)图像，其中摩擦调节颗粒22与纤维20的表面接触。在图 4和图5中，显而易见的是，摩擦调节颗粒22与纤维20的表面接触，并且多孔摩擦产生层14的多个孔24具有比摩擦调节颗粒22和纤维20的随机布置更大的平均孔径，例如图2所示，其是摩擦材料10的多孔摩擦产生层14的顶视SEM图像，其中纤维20和摩擦调节颗粒22被随机布置。本发明的那两个部件(纤维20和摩擦调节颗粒22)的布置提供具有优异的动态和静态摩擦系数(COF)的摩擦材料10。

在各种实施例中，多孔摩擦产生层14限定具有约5μm至约100μm，或者约10μm至约80μm的平均孔径的多个孔24。孔体积，平均孔径/孔径分布和孔隙度通常根据ASTMD4404-10测量(使用加压汞渗透到摩擦材料中的压汞法)。

不受理论的束缚，认为多孔摩擦产生层14的增加的孔径允许在湿式离合器应用中流过摩擦材料10的润滑剂增加；这种增加的润滑剂流动提供具有改进的性能特性的摩擦材料10。

在各种实施例中，多孔摩擦产生层14具有约0.4g/cm³至约0.9g/cm³，或者约0.4g/cm³至约0.8g/cm³的密度。本发明的多孔摩擦产生层14可以具有与比较摩擦产生层相同的密度，但是因为本发明的摩擦调节颗粒22 与本发明的纤维20接触，所以本发明的多孔摩擦产生层14具有增加的平均孔径。

如上所述，多孔摩擦产生层14包括摩擦调节颗粒22。各种合适的摩擦调节颗粒22包括二氧化硅、碳、石墨、氧化铝、氧化镁、氧化钙、二氧化钛、二氧化铈、氧化锆、堇青石、莫来石、硅线石、锂辉石、透锂长石、锆石、碳化硅、碳化钛、碳化硼、碳化铪、氮化硅、氮化钛、硼化钛、腰果、橡胶或其组合，基本上由此组成，或由此组成。如本文所使用的，“基本上由...组成”用于描述包括指定组件(例如，摩擦调节颗粒22)的实施例，其不含或基本上不含(例如包括小于5重量％，小于1重量％，小于0.1重量％)其它化合物和添加剂。

或者，摩擦调节颗粒22选自二氧化硅、碳、石墨、氧化铝、氧化镁、氧化钙、二氧化钛、二氧化铈、氧化锆、堇青石、莫来石、硅线石、锂辉石、辉石、锆石、碳化硅、碳化钛、碳化硼、碳化铪、氮化硅、氮化钛、硼化钛、腰果、橡胶及其组合。

在各种实施例中，摩擦调节颗粒22包括硅藻土。硅藻土是包含二氧化硅的矿物质。硅藻土是一种表现出相当高的摩擦系数的廉价的研磨材料，其易于分散在多孔摩擦产生层14的整个纤维20中。当然，包括在多孔摩擦产生层14中的所有摩擦调节颗粒22可以是硅藻土，或者可选地，摩擦调节颗粒22可以包括不同类型的摩擦调节颗粒22的组合，例如硅藻土、碳、石墨和氧化铝的各种组合。包括在多孔摩擦产生层14中的摩擦调节颗粒22的类型可以根据在摩擦材料10的摩擦产生表面18上所寻求的摩擦特征而变化。

在各种实施例中，摩擦调节颗粒22具有约0.04μm至约40μm，或者约1μm至约20μm的平均直径。此外，在各种实施例中，摩擦调节颗粒 22具有约400℃或更高，或者约450℃或更高，或者约500℃或更高的热稳定性。对于热稳定性，其意指摩擦调节颗粒22不会熔化、软化或分解。摩擦调节颗粒22的热稳定性通常通过热重分析(TGA)来确定。通过TGA 分析的摩擦调节颗粒22的测试样品失去基于测试样品的总重量的10重量％的温度是摩擦调节颗粒22失去热稳定性的温度。

在各种实施例中，摩擦调节颗粒22包含衍生自腰果壳油、橡胶或其组合的颗粒。衍生自腰果壳油或包含橡胶的摩擦调节颗粒22是弹性的并具有橡胶状特性。在本公开中，衍生自腰果壳油和/或橡胶的颗粒被称为弹性颗粒。

在一些实施例中，摩擦调节颗粒22是橡胶颗粒，其包含硅橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、丁基橡胶和卤代橡胶(例如氯丁基橡胶、溴丁基橡胶、聚氯丁二烯橡胶、丁腈橡胶或其组合)，基本上由其组成，或由其组成。

在各种实施例中，弹性颗粒具有小于约40μm、或者约2μm至约40μm、或者约5μm至约30μm、或者约5μm至约15μm的平均直径。有利地，具有小于约40μm的平均直径的多孔摩擦产生层14的弹性颗粒通常改善多孔摩擦产生层14的压缩，并且重要的是，当与其它摩擦调节颗粒22和纤维20组合使用时，意外地产生具有改进的静态COF的摩擦产生表面18。不受理论的约束，据信由这种弹性颗粒提供的弹性和相对缺乏的刚度在摩擦材料10的摩擦产生表面18压缩时提供缓冲效果，其在升高的温度下均匀地分布压力，因此，改善摩擦产生表面18的静态COF，而不会影响摩擦产生表面18的动态COF。

在各种实施例中，弹性颗粒具有约200℃或更高，或者约250℃，或者约300℃或更高，或者约350℃或更高的热稳定性。对于热稳定性，其意指弹性颗粒不会熔化、软化或分解。弹性颗粒的热稳定性通常通过TGA 来确定。通过TGA分析的弹性颗粒的测试样品失去基于测试样品的总重量的10重量％的温度是弹性颗粒失去热稳定性的温度。

摩擦调节颗粒22通常以每3000平方英尺的摩擦产生表面18的约10 至约40磅，或者每3000平方英尺的摩擦产生表面18的约15至约35磅的量存在于多孔摩擦发生层14中。存在于多孔摩擦发生层14中的摩擦调节颗粒22的量可以在上述范围之外变化，但是通常是这些范围内的整数和分数。并且，应当理解，多于一种类型的摩擦调节颗粒22可以包括在多孔摩擦产生层14中，在这种情况下，存在于多孔摩擦产生层14中的所有摩擦调节颗粒22的总量在上述范围内。

摩擦调节颗粒22通常以每3000平方英尺的摩擦产生表面18的约10 至约100磅，或者每3000平方英尺的摩擦产生表面18的约15至约80磅的量存在于多孔材料10中。存在于摩擦材料10中的摩擦调节颗粒22的量可以在上述范围之外变化，但是通常是这些范围内的整数和分数。并且，应当理解，多于一种类型的摩擦调节颗粒22可以包括在摩擦材料10中，在这种情况下，存在于摩擦材料10中的所有摩擦调节颗粒22的总量在上述范围内。

在一个实施例中，摩擦材料10是单层摩擦材料，并且摩擦调节颗粒 22通常以每3000平方英尺的摩擦产生表面18的约10至约100磅，或者每3000平方英尺的摩擦产生表面18的约15至约80磅的量存在于摩擦材料10中。存在于摩擦材料10中的摩擦调节颗粒22的量可以在上述范围之外变化，但是通常是这些范围内的整数和分数。并且，应当理解，多于一种类型的摩擦调节颗粒22可以包括在摩擦材料10中，在这种情况下，存在于摩擦材料10中的所有摩擦调节颗粒22的总量在上述范围内。

值得注意的是，本文提供的多孔摩擦产生层14中的组分的量以磅 /3000平方英尺为单位，这样的单位通常在造纸工业中用作基于薄层的给定表面积的重量的测量，不论是否浸渍有可固化树脂26。

现在对于多孔摩擦产生层14的纤维20，纤维20包括纤维素纤维、芳族聚酰胺纤维、丙烯酸纤维、碳纤维或其组合，基本上由其组成，或由其组成。或者，纤维20选自纤维素纤维、芳族聚酰胺纤维、丙烯酸纤维、碳纤维及其组合。

在一个实施例中，多孔摩擦产生层14的纤维20基本上由芳族聚酰胺纤维组成或由其组成。在另一个实施例中，多孔摩擦产生层14的纤维20 基本上由芳族聚酰胺和纤维素(例如，棉)纤维组成或由其组成。

在一个典型的实施例中，纤维20包含纤维素。例如，在各种实施例中，纤维20包含天然纤维素、再生纤维素、纤维素衍生物或其混合物。在一些实施例中，纤维20包含至少50重量％、或者至少60重量％、或者至少70重量％、或者至少80重量％、或者至少90重量％、或者至少99 重量％、或者约100重量％的天然纤维素、再生纤维素、纤维素衍生物或其混合物。在各种实施例中，纤维20基本上由纤维素组成或由纤维素组成。在一些实施例中，纤维20包含天然纤维素，基本上由天然纤维素组成或由天然纤维素组成。在其它实施例中，纤维20包括再生纤维素组成，基本上由再生纤维素组成或由再生纤维素组成。例如，在这样的其它实施例中，纤维20包括再生的莱赛尔纤维素组成，基本上由其组成或由其组成。

天然纤维素是直链多糖，其包括重复β(1→4)-糖苷连接的葡萄糖单元，并且具有重复单元数(n)通常在100至10,000范围内的聚合物通式 (C₆H₁O₅)_n。再生纤维素与具有天然纤维素相同的化学式，并且由天然存在的聚合物(例如，木浆或竹子)通过包括粘胶法、铜铵法和有机溶剂纺丝法的多种方法中的一种制得。再生纤维素的一些实例是人造丝、莫代尔和莱赛尔。纤维素衍生物是其中葡萄糖单元上的羟基被例如酯基完全或部分取代的改性纤维素。纤维素衍生物的一些实例是乙酸纤维素和三醋酸纤维素。

在一些实施例中，纤维20包括芳族聚酰胺。例如，在各种实施方案中，芳族聚酰胺是合成芳族聚酰胺。芳族聚酰胺的一个这样的实例是对位芳族聚酰胺，例如1，4-亚苯基二胺和对苯二甲酰氯的缩合产物。芳族聚酰胺的另一个这样的实例是间位芳族聚酰胺，例如间苯二胺和间苯二甲酰氯的缩合产物。

在一个实施例中，摩擦材料10仅包括芳族聚酰胺纤维。也就是说，包括在摩擦材料10中的纤维20(不包括纸)包括芳族聚酰胺纤维，基本上由芳族聚酰胺纤维组成或由芳族聚酰胺纤维组成。

在一些实施例中，纤维20包括丙烯酸类。例如，在各种实施例中，丙烯酸类是由至少85重量％丙烯腈单体形成的合成的丙烯酸类聚合物。

在一些实施例中，纤维20包含碳。在某些实施例中，碳纤维的存在有助于增加耐热性，保持稳定的摩擦系数和增加尖叫阻力。碳纤维可以提供良好的热传导，使得摩擦材料10具有期望的耐热性。在其它实施例中，芳族聚酰胺纤维和碳纤维的使用改善了摩擦材料10承受高温的能力。

在各种实施例中，纤维20具有约1至约500，或者约2至约80，或者约2μm至约60μm的平均直径，以及约1至约10，或者约2至约8，或者约4μm至约6mm的平均长度。在这样的实施例中，纤维20通常具有约5至约650，或者约5至约300，或者约10至约200，或者约10至约 100mlCSF的根据加拿大标准游离度(CSF)测量的原纤化度。在一些实施例中，摩擦材料10是单层摩擦材料，并且纤维20具有约5至约10ml CSF 的原纤化度。CSF是一种经验测试步骤，其测量1升水中可能排出3克纤维纸浆材料的速率。CSF测量根据TAPPIT227测试步骤进行。在进行CSF 测量时，应注意到，更加原纤化的纤维纸浆材料将具有较低的排水速率，因此具有较低的“mlCSF”值，并且较少原纤化的纤维纸浆材料将具有较高的“mlCSF”值。

并且，在各种实施例中，纤维20具有约200℃或更高，或者250℃或更高，或者350℃或更高的热稳定性。对于热稳定性，其意指纤维20不会熔化、软化或分解。纤维20的热稳定性通常通过TGA来确定。通过TGA 分析的弹性颗粒的测试样品失去基于测试样品的总重量的10重量％的温度是弹性颗粒失去热稳定性的温度。

纤维20通常以每3000平方英尺的摩擦发生表面18的约1至约6，或者约2至约5，或者约2至约4，或约3磅的量存在于多孔摩擦产生层14 中。存在于多孔摩擦产生层14中的纤维20的量可以在上述范围之外变化，但是通常是这些范围内的整数和分数。并且，应当理解，多于一种类型的纤维20可以包括在多孔摩擦产生层14中，在这种情况下，存在于多孔摩擦产生层14中的所有纤维20的总量在上述范围内。

纤维20通常以每3000平方英尺的摩擦产生表面18的约1至约200，或者约2至约150磅的量存在于摩擦材料10中。存在于摩擦材料10中的纤维20的量可以在上述范围之外变化，但是通常是这些范围内的整数和分数。并且，应当理解，多于一种类型的纤维20可以包括在摩擦材料10 中，在这种情况下，存在于摩擦材料10中的所有纤维20的总量在上述范围内。

在一个实施例中，摩擦材料10是单层摩擦材料，并且纤维20通常以每3000平方英尺的摩擦产生表面18的约1至约200，或者约2至约150 磅的量存在于摩擦材料10中。存在于摩擦材料10中的纤维20的量可以在上述范围之外变化，但是通常是这些范围内的整数和分数。并且，应当理解，多于一种类型的纤维可以包括在摩擦材料10中，在这种情况下，存在于摩擦材料10中的所有纤维20的总量在上述范围内。

可以选择纤维20和摩擦调节颗粒22的量来影响摩擦材料10的摩擦特征。例如，摩擦产生表面18处的摩擦材料10的孔隙率与存在于多孔摩擦产生层14中的纤维20的量成反比。存在于多孔摩擦产生层14中的摩擦调节颗粒22的量影响摩擦产生表面18可以实现的静摩擦系数和动态摩擦系数。虽然较高的摩擦系数通常伴随着较大量的摩擦调节颗粒22，反之亦然，但是摩擦调节颗粒22和纤维20的单独使用不能明显改善摩擦材料 10的静摩擦系数。有利地，这两个部件(纤维20和摩擦调节颗粒22)的布置提供具有优异的动态和静态COF的摩擦材料10。

现在对于摩擦材料10的基底12，基底12通常包括纸、各种结构纤维 28和填料。当摩擦材料10是单层摩擦材料10时，摩擦材料10可以包括被描述为包括在基底12中的以下所述的纸、各种结构纤维28和填料中的任一个。

在一个优选实施例中，基底12包括渗入多孔摩擦产生层14并与纤维 20混合的结构纤维28。为此，就像多孔摩擦产生层14一样，基底可以被称为明显的。在一些实施例中，基底12的结构纤维28在摩擦产生表面18 处露出。在其它实施例中，基底12的结构纤维28不会在摩擦产生表面18 处露出。

结构纤维28通常选自纤维素纤维、芳族聚酰胺纤维、丙烯酸纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、酚醛(苯酚-甲醛)纤维、碳纤维、矿物纤维及其组合。各种类型的纤维素、芳族聚酰胺和丙烯酸纤维正如上面参照多孔摩擦产生层14的纤维20所述。有时称为石墨纤维的碳纤维是包含碳原子的纤维。当然，本文所讨论的碳纤维包括由碳和其它材料形成的纤维，即复合碳纤维。

在各种实施例中，结构纤维28具有约1至约500，或者约1至约300，或者约1至约80μm的平均直径，以及约2至约20，或者约4至约18，或者约6至约16mm的平均长度。在这样的实施例中，结构纤维28通常具有约100至约1000，或者约100至约800，或者约100至约650，或者约100至约650ml CSF的根据CSF测量的原纤化度。

在一个实施例中，基底12包括包含芳族聚酰胺(例如聚对苯二甲酰对苯二胺)的原纤化微结构纤维28。在另一个实施例中，基底12包括包含纤维素的结构纤维28。在另一个实施例中，基底12包括包含碳的结构纤维28。在一个优选的实施例中，基底12包括包含芳族聚酰胺和纤维素，由芳族聚酰胺和纤维素组成或基本上由芳族聚酰胺和纤维素组成的单独的结构纤维28。这两种类型的微纤维的组合提供具有热稳定性和化学稳定性以及高于350℃的高抗疲劳性的基底12。存在于该实施例的基底12中的芳族聚酰胺和纤维素结构纤维可以是天然的或合成的。

结构纤维28通常以基于基底12的总重量的约10至约90重量％，或者约20至约70重量％的量存在于摩擦材料10中。存在于基底12中的结构纤维28的量可以在上述范围之外变化，但是通常是这些范围内的整数和分数。并且，应当理解，多于一种类型的结构纤维28可以包括在基底12中，在这种情况下，存在于基底12中的所有结构纤维28的总量在上述范围内。

现在对于基底12的填料，填料选自二氧化硅、碳、石墨、氧化铝、氧化镁、氧化钙、二氧化钛、二氧化铈、氧化锆、堇青石、莫来石、硅线石、锂辉石、辉石、锆石、碳化硅、碳化钛、碳化硼、碳化铪、氮化硅、氮化钛、硼化钛、硅藻土、腰果颗粒、及其组合的颗粒和/或纤维。在一个优选的实施例中，基底12的填料包括硅藻土和碳的组合。

填料通常以基于基底12的总重量的约20至约80重量％，或者约20 至约60重量％的量存在于摩擦材料10中。存在于基底12中的填料的量可以在上述范围之外变化，但是通常是这些范围内的整数和分数。并且，应当理解，多于一种类型的填料可以包括在基底12中，在这种情况下，存在于基底12中的所有填料的总量在上述范围内。

现在针对分散在摩擦材料10的多孔摩擦产生层14和基底12中的可固化树脂26。可固化树脂26可以是适于向摩擦材料10提供结构强度的任何热固性树脂。可固化树脂26可以是例如酚醛树脂或改性酚醛树脂(例如环氧酚醛树脂等)。酚醛树脂是通过芳族醇(通常是苯酚)和醛(通常是甲醛)的缩合制备的一类热固性树脂。酚醛基树脂是一种热固性树脂共混物，其包含基于所有树脂并不包括任何溶剂或加工酸的总重量的至少50 重量％的酚醛树脂。可以与酚醛树脂共混的其它热固性树脂的一些实例包括硅树脂、环氧树脂和聚丁二烯树脂，仅举几个例子。一旦固化，可固化树脂26被称为固化树脂34，固化树脂34赋予摩擦材料10以强度和耐久性并且粘附到多孔摩擦产生层14中的纤维20和摩擦调节颗粒22，同时保持适当的润滑剂流动和保持所需的孔隙率。

可固化树脂26通常以基于100重量份的摩擦材料10的小于约75，或者小于约60，或者小于约55，或者小于约45，或者小于约40，或者小于约40，或者约40至约55，或者约20至约35，或者约25重量％至约30wt％的量存在于摩擦材料10中。或者，摩擦材料中可固化树脂26与所有其它组分(例如，纤维、颗粒等)的比例为约5∶1至约1∶5，或者约3∶1至约1∶3，或约2∶1至约1∶2。

现在参考图6，摩擦板30包括摩擦材料10，该摩擦材料10利用胶粘粘合剂36固化(即包含固化树脂34)粘合到基材32上。胶粘表面16是摩擦材料10的表面，其中意味着实现了与基材32或其它材料的粘合。因此，基底12的胶粘表面16被胶粘到基材32。

摩擦材料10通过技术人员已知的任何合适的技术被胶粘到基材32。通常，摩擦材料10通过胶粘粘合剂36被胶粘到基材32，胶粘粘合剂36 通常是本领域技术人员已知的，例如，通过包含酚改性丁腈橡胶的胶粘粘合剂36。示例性基材32包括但不限于摩擦/离合器板，同步器环和传动带。基材32通常是金属。

文中也公开了形成多孔摩擦产生材料10的方法。在第一实施例中，该方法包括以下步骤：(1)用可固化树脂26浸渍原纸；(2)将纤维20和摩擦调节颗粒22分散在原纸上，以及(3)固化多孔摩擦生成材料10。

在第二实施例中，该方法包括以下步骤：(1)将摩擦调节颗粒22和可固化树脂26混合以形成经树脂26涂覆的颗粒22，(2)将经树脂26涂覆的颗粒22和纤维20混合以将摩擦调节颗粒22胶粘到纤维20从而使纤维20与摩擦调节颗粒22接触，(3)将与摩擦调节颗粒22接触的纤维20 分散在原纸上，以及(4)使多孔摩擦产生材料10固化。当然，这里也考虑了将纤维20和经树脂26涂覆的颗粒22以两个不同的步骤分散在原纸上的实施例。

在第三实施例中，该方法包括以下步骤：(1)将纤维20和可固化树脂26混合以形成经树脂26涂覆的纤维20，(2)将经树脂26涂覆的纤维 20和摩擦调节颗粒22混合以将摩擦调节颗粒22胶粘到经树脂26涂覆的纤维20，使得纤维20与摩擦调节颗粒22接触，(3)将与摩擦调节颗粒 22接触的纤维20分散在原纸上，以及(4)使多孔摩擦产生材料10固化。当然，这里也考虑了将经树脂26涂覆的纤维20和摩擦调节颗粒22以两个不同的步骤分散在原纸上的实施例。

在第四实施例中，多孔摩擦产生材料10是单一材料，即不具有不同的基层和摩擦产生层。为此，该方法包括以下步骤：(1)将摩擦调节颗粒 22和可固化树脂26混合以形成经树脂26涂覆的颗粒22，(2)使该原纸饱和含有以上混合物，以及(3)使多孔摩擦发生材料10固化。

如上所述，本文所述的摩擦材料10的各种实施例可以用于湿式离合器。在润滑剂存在下，摩擦材料10的摩擦产生表面18经历与相对配合表面(未示出)的界面摩擦接合。摩擦产生表面18在润滑剂存在下经历与相对的旋转表面(未示出)的选择性界面摩擦接合，并且胶粘表面16借助于粘合剂或一些其它合适的胶粘技术来实现与基材32的胶粘附接。润滑剂可以是任何合适的润滑流体，比如例如自动传动液。虽然摩擦材料10 在高于约350℃，或者约400℃，或者约450℃下令人满意地进行，但是不只是限于这样的高温环境，并且如果需要，可以用于设计成将摩擦产生表面18的温度保持在350℃以下的湿式离合器。

应当理解，所附权利要求不限于表达具体实施方式中描述的任何特定化合物、组合物或方法，其可以在落入所附权利要求的范围内的特定实施方案之间变化。关于本文中依据的用于描述各种实施例的特定特征或方面的任何马库什组，应当理解，可以从相应的马库什组的每个成员获得不同的，特殊的和/或意想不到的结果，与所有其它马库什成员无关。马库什组的每个成员可以单独地或组合地依赖，并且在所附权利要求的范围内为特定实施例提供足够的支持。

还应当理解，在描述本公开的各种实施例中所依赖的任何范围和子范围独立地并且共同地落入所附权利要求的范围内，并且被理解为描述并考虑其中包括的整数和/或分数的所有范围，即使这些值没有明确写在这里。本领域技术人员容易认识到，枚举的范围和子范围充分地描述和实现本公开的各种实施例，并且这样的范围和子范围可以进一步被描述为相关的一半、三分之一、四分之一、五分之一等。举例而言，可以将“0.1至0.9”的范围进一步描述为下三分之一，即0.1到0.3，中三分之一，即0.4到0.6，以及上三分之一，即0.7到0.9，其单独地和共同地在所附权利要求的范围内，并且可以被单独地和/或共同地依赖并为在所附权利要求的范围内的特定实施例提供适当支持。此外，关于定义或修改范围的语言，例如“至少”、“大于”、“小于”、“不超过”等，应当理解，这种语言包括子范围和/或上限或下限。举例而言，“至少10”的范围固有地包括从至少10到35的子范围，从至少10到25的子范围，从25到35的子范围等，并且每个子范围可以被单独地和/或共同地依赖，并且为在所附权利要求的范围内的特定实施例提供足够的支持。最后，可以依赖所公开的范围内的个别数值，并为所附权利要求的范围内的具体实施例提供适当的支持。例如，“从1到9”的范围包括各种单个整数，例如3，以及包括小数点(或分数)，例如4.1的个别数值，其可以被依赖并为所附权利要求的范围内的具体实施例提供适当的支持。

已经以说明性方式描述了本公开，并且应当理解，已经使用的术语旨在是描述性而不是限制性的词语。显然，根据上述教导，本公开的许多修改和变化是可能的。因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，本公开可以以不同于具体描述的方式实施。

Claims (20)

1.一种摩擦材料，其包括：

（A）呈现粘结表面的基底；

（B）多孔摩擦产生层，其渗入所述基底并与所述基底成一体并且呈现与所述基底的所述粘结表面相对的摩擦产生表面，所述多孔摩擦产生层包括：

（i）纤维，以及

（ii）摩擦调节颗粒，

其中所述纤维的总表面积的30％至95％与所述摩擦调节颗粒接触；并且所述纤维的所述总表面积是所述多孔摩擦产生层中的每个纤维的各个表面积的总和；以及

（C）分散在所述多孔摩擦产生层和所述基底中的可固化树脂。

2.根据权利要求1所述的摩擦材料，其中所述纤维的所述总表面积的30％至90％与所述摩擦调节颗粒接触。

3.根据权利要求1所述的摩擦材料，其中所述多孔摩擦产生层具有5 μm至100 μm的平均孔径和/或0.4 g/cm³至0.9 g/cm³的密度。

4.根据权利要求1所述的摩擦材料，其中所述摩擦调节颗粒选自二氧化硅、碳、石墨、氧化铝、氧化镁、氧化钙、二氧化钛、二氧化铈、氧化锆、堇青石、莫来石、硅线石、锂辉石、透锂长石、锆石、碳化硅、碳化钛、碳化硼、碳化铪、氮化硅、氮化钛、硼化钛、腰果、橡胶及其组合。

5.根据权利要求1所述的摩擦材料，其中所述摩擦调节颗粒包括具有0.1 μm至30 μm的平均直径和3至9的莫氏硬度的硅藻土。

6.根据权利要求1所述的摩擦材料，其中所述摩擦调节颗粒进一步包括衍生自腰果壳油、橡胶或其组合的颗粒，所述颗粒具有根据ISO 6310测试的1.5％至7.5％的可压缩性。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的摩擦材料，其中所述摩擦调节颗粒以每3000平方英尺的所述摩擦产生表面的10磅至100磅的量存在于所述摩擦材料中。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的摩擦材料，其中所述纤维选自纤维素纤维、芳族聚酰胺纤维、丙烯酸纤维、碳纤维及其组合。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的摩擦材料，其中所述纤维具有1 μm至500 μm的平均直径以及2 mm至20 mm的平均长度。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的摩擦材料，其中所述纤维以每3000平方英尺的所述摩擦产生表面的1磅至200磅的量（0.5 kg/278.7m²至2.7 kg/278.7m²）存在于所述摩擦材料中。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的摩擦材料，其中所述基底包括渗入所述多孔摩擦产生层中并与所述纤维混合的结构纤维。

12.根据权利要求1至6中任一项所述的摩擦材料，其中所述可固化树脂是酚醛树脂和/或改性酚醛树脂。

13.根据权利要求1至6中任一项所述的摩擦材料，其中所述可固化树脂与所述摩擦材料中的所有其它组分的比例为5:1至1:5。

14.一种摩擦板，其包括经固化的根据权利要求1至6中任一项所述的摩擦材料，其中所述固化的摩擦材料的所述基底的所述粘结表面被粘结到基材。

15.一种摩擦材料，其包括：

（A）呈现粘结表面的基底；

（B）多孔摩擦产生层，其渗入所述基底并与所述基底成一体并且呈现与所述基底的所述粘结表面相对的摩擦产生表面，所述多孔摩擦产生层具有：

（i）0.4 g/cm³至0.9 g/cm³的密度；以及

（ii）5 μm至100 μm的平均孔径；以及

（C）分散在所述多孔摩擦产生层和所述基底中的可固化树脂。

16.根据权利要求15所述的摩擦材料，其中所述多孔摩擦产生层具有0.4 g/cm³至0.8g/cm³的密度和/或10 μm至50 μm的平均孔径。

17.根据权利要求15所述的摩擦材料，其中所述多孔摩擦产生层包括具有与其接触的摩擦调节颗粒的纤维基质，并且其中所述纤维的所述表面积的30％至95％与所述摩擦调节颗粒接触。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的摩擦材料，其中所述摩擦调节颗粒选自二氧化硅、碳、石墨、氧化铝、氧化镁、氧化钙、二氧化钛、二氧化铈、氧化锆、堇青石、莫来石、硅线石、锂辉石、透锂长石、锆石、碳化硅、碳化钛、碳化硼、碳化铪、氮化硅、氮化钛、硼化钛、腰果、橡胶及其组合，其中所述摩擦调节颗粒以每3000平方英尺的所述摩擦产生表面的10磅至40磅的量存在于所述多孔摩擦产生层中。

19.根据权利要求17所述的摩擦材料，其中所述纤维选自纤维素纤维、芳族聚酰胺纤维、丙烯酸纤维、碳纤维及其组合，并且其中所述纤维以每3000平方英尺的所述摩擦产生表面的1磅至6磅的量存在于所述多孔摩擦产生层中。

20.根据权利要求15至17中任一项所述的摩擦材料，其具有被定义为所述摩擦产生表面与所述粘结表面之间的距离的厚度，其中所述多孔摩擦产生层从所述摩擦产生表面朝所述粘结表面延伸多达所述厚度的40％。

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