具有摩擦改进剂载体的湿式摩擦材料
阅读：1061发布：2020-06-28
专利汇可以提供具有摩擦改进剂载体的湿式摩擦材料专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于 离合器 盘的 摩擦材料 ，该摩擦材料包括：多个 纤维 ；和填充材料，其包含基于填充材料的总重量的按重量计算至少0.1％且至多100％的高 硅 载体颗粒；高硅载体颗粒具有：至少0.1μm且至多50μm的中值粒度；和至少0.1μm且至多10μm的中值孔径。，下面是具有摩擦改进剂载体的湿式摩擦材料专利的具体信息内容。
1.一种用于离合器盘的摩擦材料，所述摩擦材料包括：
多个纤维；和
填充材料，其包含基于所述填充材料的总重量的按重量计算至少0.1％且至多100％的高硅载体颗粒；所述高硅载体颗粒具有：
至少0.1μm且至多50μm的中值粒径；和
至少0.1μm且至多10μm的中值孔径。
2.一种用于离合器盘的摩擦材料，所述摩擦材料包括：
多个纤维；和
填充材料，其包含基于所述填充材料的总重量的按重量计算至少0.1％且至多100％的高硅载体颗粒；所述高硅载体颗粒布置为用于承载摩擦改进剂。
3.一种用于离合器盘的摩擦材料，其包括：
多个纤维；和
填充材料，其包含基于所述填充材料的总重量的按重量计算至少0.1％且至多100％的硅藻土颗粒；所述硅藻土颗粒具有至少1μm且至多3μm的中值孔径；并且所述硅藻土颗粒具有中值粒径；其中，中值孔径为相对于中值粒径的至少10％且至多40％；并且，其中，孔隙包含摩擦改进剂。
4.如权利要求1、2或3所述的摩擦材料，所述高硅载体颗粒还具有：
至少1μm且至多20μm的中值粒径；和
至少0.5μm且至多7μm的中值孔径。
5.如权利要求1、2或3所述的摩擦材料，所述高硅载体颗粒还具有：
至少9μm且至多11μm的中值粒径；和
至少1μm且至多3μm的中值孔径。
6.如权利要求1、2或3所述的摩擦材料，所述高硅载体颗粒还具有：
大约10μm的中值粒径；和
大约2μm的中值孔径。
7.如权利要求1或2所述的摩擦材料，其中，所述高硅载体颗粒为硅藻土。
8.如权利要求3所述的摩擦材料，其中，所述硅藻土选自以下组： 281、
230、CelTiXTM或其任意组合。
9.如权利要求1、2或3所述的摩擦材料，其中，所述高硅载体颗粒具有相对于中值粒径大约20％的所述中值孔径。
10.如权利要求2或3所述的摩擦材料，其中，所述摩擦改进剂选自以下组：脂肪胺、脂肪酸、脂肪酰胺、脂肪酯、固体石蜡、氧化蜡、磷酸脂、硫化脂、长链烷基胺、长链烷基亚磷酸酯、长链烷基磷酸酯、硼化长链极或其任意组合。
具有摩擦改进剂载体的湿式摩擦材料
技术领域
背景技术
[0003] 示例方面广泛地包括用于离合器盘的摩擦材料，该摩擦材料包括：多个纤维；和填充材料，其包含基于填充材料的总重量的按重量计算至少0.1％且至多100％的高硅载体颗粒；高硅载体颗粒具有：至少0.1μm且至多50μm的中值粒径；和至少0.1μm且至多10μm的中值孔径。在示例方面中，高硅载体颗粒还具有：至少1μm且至多20μm的中值粒径；和至少0.5μm且至多7μm的中值孔径。在示例方面中，高硅载体颗粒还具有：至少5μm且至多15μm的中值粒径；和至少0.5μm且至多5μm的中值孔径。在示例方面中，高硅载体颗粒还具有：至少9μm且至多11μm的中值粒径；和至少1μm且至多3μm的中值孔径。在示例方面中，高硅载体颗粒还具有：大约10μm的中值粒径；和大约2μm的中值孔径。在示例方面中，高硅载体颗粒为硅藻土。在示例方面中，硅藻土选自以下组： 281、 230、CelTiXTM或其任意组合。在示例方面中，高硅载体颗粒具有相对于中值粒径至少10％且至多40％的中值孔径。在示例方面中，高硅载体颗粒具有相对于中值粒径至少15％且至多25％的中值孔径。在示例方面中，高硅载体颗粒具有相对于中值粒径大约20％的中值孔径。在示例方面中，高硅硅土颗粒包含布置为用于承载摩擦改进剂的表面孔隙。在示例方面中，摩擦改进剂选自以下组：脂肪胺、脂肪酸、脂肪酰胺、脂肪酯、固体石蜡、氧化蜡、磷酸脂、硫化脂、长链烷基胺、长链烷基亚磷酸酯、长链烷基磷酸酯、硼化长链极或其任意组合。
[0004] 其他示例方面广泛地包括用于离合器盘的摩擦材料，该摩擦材料包括：多个纤维；和填充材料，其包含基于填充材料的总重量的按重量计算至少0.1％且至多100％的高硅载体颗粒；高硅载体颗粒布置为用于承载摩擦改进剂。在示例方面中，摩擦改进剂选自以下组：脂肪胺、脂肪酸、脂肪酰胺、脂肪酯、固体石蜡、氧化蜡、磷酸脂、硫化脂、长链烷基胺、长链烷基亚磷酸酯、长链烷基磷酸酯、硼化长链极或其任意组合。在示例方面中，高硅载体颗粒的特征在于具有：至少0.1μm且至多50μm的中值粒径；和至少0.1μm且至多10μm的中值孔径。
[0005] 其他示例方面广泛地包括用于离合器盘的摩擦材料，该摩擦材料包括：多个纤维；和填充材料，其包含基于填充材料的总重量的按重量计算至少0.1％且至多100％的硅藻土颗粒；硅藻土颗粒具有至少1μm且至多3μm的中值孔径；并且硅藻土颗粒具有中值粒径；其中，中值孔径为相对于中值粒径的至少10％且至多40％；并且，其中，孔隙包含摩擦改进剂。
在示例方面中，摩擦改进剂与自动变速器液体相容并且选自以下组：脂肪胺、脂肪酸、脂肪酰胺、脂肪酯、固体石蜡、氧化蜡、磷酸脂、硫化脂、长链烷基胺、长链烷基亚磷酸酯、长链烷基磷酸酯、硼化长链极或其任意组合。在示例方面中，摩擦材料还包含酚醛树脂粘合剂；并且，其中，存在于孔隙中的摩擦改进剂防止酚醛树脂进入孔隙中。在示例方面中，硅藻土颗粒具有相对于中值粒径大约20％的中值孔径。
在示例方面中，摩擦改进剂与自动变速器液体相容并且选自以下组：脂肪胺、脂肪酸、脂肪酰胺、脂肪酯、固体石蜡、氧化蜡、磷酸脂、硫化脂、长链烷基胺、长链烷基亚磷酸酯、长链烷基磷酸酯、硼化长链极或其任意组合。在示例方面中，摩擦材料还包含酚醛树脂粘合剂；并且，其中，存在于孔隙中的摩擦改进剂防止酚醛树脂进入孔隙中。在示例方面中，硅藻土颗粒具有相对于中值粒径大约20％的中值孔径。
[0007] 现在将在本发明的以下详细描述连同所附附图中更加充分地描述本发明的操作的性质和方式，在附图中：
[0008] 图1示出根据示例方面的、包含高硅载体填充颗粒的摩擦材料的示意剖视图；
[0009] 图2示出根据示例方面的、具有摩擦材料的转矩转换器的剖视图；
[0010] 图3A为绘示针对根据示例方面的、包含和不含有摩擦改进剂的填充剂A的摩擦材料的相应摩擦系数与速度的曲线图；
[0011] 图3B为绘示针对根据示例方面的、包含和不含含有摩擦改进剂的填充剂B的摩擦材料的相应摩擦系数与速度的曲线图；和
[0012] 图3C为绘示针对根据示例方面的、包含和不含含有摩擦改进剂的填充剂C的摩擦材料的相应摩擦系数与速度的曲线图。
具体实施方式
[0013] 在开始时，应当领会，在不同附图中出现的相同的附图标记代表相同的或功能上相似的结构元件。此外，应当理解，本发明不仅限于本文所描述的具体实施例、方法理论、材料和修改，而且其当然可以变化。还应当理解，本文所使用的术语仅仅是为了描述具体方面的目的，而不意图限定本发明的范围，本发明的范围仅由所附的权利要求书限定。
[0014] 除非另外限定，否则本文所使用的所有技术术语和科学术语都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解相同的含义。尽管可以在实践或测试本发明时使用任意类似或等同于本文描述的那些方法、装置或材料，但是现在描述以下示例性的方法、装置和材料。
[0015] 参照图1至图3C来进行以下描述。
[0016] 本领域中已知的湿式摩擦材料例如用于离合器。在示例方面中，用于离合器的摩擦材料包括多个纤维和填充材料，填充材料包含载体填充材料，或换言之，多个载体填充颗粒。图1为含有纤维102和填充材料104的摩擦材料100的示意剖视图，填充材料104含有布置为用于承载摩擦改进剂的多个颗粒。本文所述的布置用于承载摩擦改进剂的填充材料或填充颗粒是指可以具有如下特征的多个载体填充颗粒：(i)能够具有与摩擦改进剂的表面相互作用；或(ii)具有有利于承载摩擦改进剂的颗粒形状；或(iii)具有有利于承载摩擦改进剂的颗粒尺寸；或(iv)含有用于承载摩擦改进剂的孔隙；或(v)其任意组合。本文的摩擦改进剂指的是例如在湿式离合器或转矩转换器中使用的自动变速器流体(ATF)中的添加剂、成分或组分。在示例方面中，载体由含有硅土的颗粒组成，本文中也可互换地称为“高硅载体填充颗粒”或简称为“高硅载体颗粒”。在示例方面中，含有硅土的颗粒可以用来承载摩擦改进剂、被摩擦改进剂进入、吸引摩擦改进剂或封装摩擦改进剂。在示例方面中，含有硅土的颗粒的特征在于具有大约10μm量级的中值颗粒尺寸。在示例方面中，含有硅土的颗粒的特征在于具有小于大约10μm的孔隙。在不受理论约束的情况下，孔隙有效地承载摩擦改进剂。
[0017] 摩擦改进剂为自动变速器流体(ATF)中的例如添加剂。在示例方面中，倘若维持离合器或转矩转换器与金属离合器(即，钢板)以及与ATF的相容性，本领域中已知的用于润滑的许多摩擦改进剂是合适的。摩擦改进剂通过摩擦改进剂结合于离合器金属表面的极性头部和来自分子尾部的排斥力(例如，帮助金属表面分离)与金属表面相互作用。
[0018] 摩擦材料100可以用在本领域已知的任何离合器板106上。在示例性实施例中，摩擦材料牢固地固定到板106。摩擦材料100包含纤维材料102和填充材料104，填充材料104包含含有硅土的载体填充颗粒。摩擦材料100还包粘合剂B，比如酚醛树脂、乳胶、硅烷或其组合。纤维材料102可以为本领域中已知的任何有机纤维或无机纤维，例如，包括但不限于，纤维素纤维、棉纤维、聚芳基酰胺纤维、碳纤维或其任意组合。
[0019] 一般而言，可以使用含有硅土的硅藻土颗粒，但是，也可以使用除了硅藻土之外的其他含有硅土的载体颗粒。硅藻土(Diatomaceous Earth，DE)是由被称为硅藻的单细胞水生生物的沉积形成的天然硅土来源。DE可以形成在海水或淡水环境中，并且呈现出与其独特的形状和结构相关的性质。这些性质将会根据在每次沉积中发现的硅藻种类而变化，每个硅藻种类具有不同的化学成分、形状因素和孔隙结构。含有硅土的载体颗粒的一些示例包含 281、 230和CelTiXTM。 281是浮游生物海水硅藻土的助熔焙烧硅藻土； 230是天然硅藻土；而CelTiXTM是细小的天然淡水硅藻土产品，在大部分类型的弹性体中具有优良的强化能力。硅土也称为二氧化硅或SiO2。除了硅土之外，硅藻土通常还含有大约百分之十的其他氧化物，并且基本不含结晶硅土。通常硅藻土为无定形的。
[0020] 在示例方面中，高硅载体颗粒具有至少0.1μm且至多50μm的中值粒径；在其他示例方面中至少1μm且至多20μm的中值粒径；在其他示例方面中至少5μm且至多15μm的中值粒径；在其他示例方面中至少9μm且至多11μm的中值粒径；以及，在其他示例方面中大约10μm的中值粒径。
[0021] 在示例方面中，高硅载体颗粒具有至少0.1μm且至多10μm的中值孔径；在其他示例方面中至少0.5μm且至多7μm的中值孔径；在其他示例方面中至少0.5μm且至多5μm的中值孔径；在其他示例方面中至少1μm且至多3μm的中值孔径；以及，在其他示例方面中大约2μm的中值粒径。
[0022] 在不受理论约束的情况下，据信高硅载体颗粒通过与ATF相容的摩擦改进剂来提供改进和增加的相互作用，同时还提供更好的性能，即，提供摩擦系数在高速下以及在范围广泛的压强和温度水平下的正斜率。在不受理论约束的情况下，据信前述中值粒径和/或前述中值孔隙尺寸的高硅载体颗粒允许ATF轻易地流动通过填充剂，因而均匀地分布润滑剂以改善性能。对ATF中的摩擦改进剂具有吸附力的所述孔隙率导致附加的益处，即，摩擦改进剂在粘合剂B渗入最终摩擦材料复合物时防止树脂进入孔隙。
[0023] 本发明中可用的含有硅土的载体颗粒例如包含填充剂A、填充剂B和填充剂C，其性能在以下表1中示出。示例填充剂A、B和C是无定形的。
[0024] 表1
[0025]
[0026]
[0027] 表1表示通过布鲁诺-艾米特-泰勒(Brunauer–Emmett–Teller，BET)方法所测量的表面积可以具有较小的因子，这是因为填充剂A具有比填充剂B和C低的表面积，但如图3A至图3C示出显著的改进。
[0028] 在不受理论约束的情况下，据信具有相对小的中值粒径(即，小于50μm且优选为大约10μm)以及中值粒径的至少10％的中值孔径的高硅载体颗粒有助于增加与ATF的表面活性摩擦改进剂的相互作用。换言之，孔隙的直径为中值粒径或颗粒尺寸直径的至少10％。在示例方面中，高硅载体颗粒具有中值粒径的至少10％且至多60％的中值孔径。在示例方面中，高硅载体颗粒具有中值粒径的至少10％且至多40％的中值孔径。在示例方面中，高硅载体颗粒具有中值粒径的至少15％且至多25％的中值孔径。在示例方面中，高硅载体颗粒具有中值粒径的大约20％的中值孔径。
[0029] 可替地或者另外地，据信高硅载体颗粒在颗粒的表面或外径处具有孔隙，其中，孔隙为车辆提供(如果期望的话)与相容于ATF的承载和/或封装至少一种摩擦改进剂的相互作用。对于用于离合器应用的湿式摩擦材料，可以使用本领域已知的任何摩擦改进剂。(一个或多个)摩擦改进剂通常作为添加剂包的一部分而包含于ATF配方中。在示例方面中，对于ATF，(一个或多个)摩擦改进剂存在量小于添加剂包的总量，即，按体积计算大约3％至20％。在另一示例方面中，对于ATF，(一个或多个)摩擦改进剂存在量小于添加剂包的总量，即，按体积计算大约6％至12％。
[0030] 通常的摩擦改进剂包含脂肪胺、脂肪酸、脂肪酰胺、脂肪酯、固体石蜡、氧化蜡、磷酸脂、硫化脂、长链烷基胺、长链烷基亚磷酸酯、长链烷基磷酸酯、硼化长链极或本领域已知的其他物质。在示例方面中，摩擦改进剂包括大致笔直的亲油尾端部分，其包含10至24个碳(10-24C)以及活性极头部基团部分。在另一示例方面中，尾部部分包括18至24个碳(18-24C)。头部部分通过表面吸附在摩擦表面上形成层。摩擦改进剂必须为相容的，这意味着摩擦改进剂不仅对摩擦材料而且对离合器板(通常由钢制成)不会进行腐蚀或引起降解。在示例方面中可用的摩擦改进剂的非限制性示例为硬脂酸。优选地，可以在示例方面中使用至少一种与ATF相容的摩擦改进剂。
[0031] 在示例方面中，高硅载体颗粒通过例如使用溶剂或熔融的方法而预装载有摩擦改进剂。对于具有中值粒径和/或表面孔隙率的至少10％的中值孔径的高硅载体颗粒，这是尤其有用的。在示例方面中，多孔高硅载体颗粒具有中值粒径的大约20％的孔径。其中，ATF通常定制为包含与除了离合器或转矩转换器的摩擦材料部分之外的区域相容的添加剂包轮廓，例如，可替地，多孔的高硅载体颗粒可以预装载或封装有选自以下组的摩擦改进剂：脂肪胺、脂肪酸、脂肪酰胺、脂肪酸酯、固体石蜡、氧化蜡、磷酸脂、硫化脂、长链烷基胺、长链烷基亚磷酸脂、长链烷基磷酸酯、硼化长链极或其任意组合。在示例方面中，与ATF相容的至少一种摩擦改进剂预装载在多孔高硅载体颗粒的表面孔隙之内。在第一示例方面中，与ATF相容的摩擦改进剂溶解在丙酮中以形成溶液。然后将高硅载体颗粒在该溶液中搅拌24小时，并且随后将该溶液倒出。然后将高硅载体颗粒用作包含本领域已知的纤维的纸制造工艺中的填充材料。有利地，具有填充有摩擦改进剂的孔隙的载体颗粒随机分布在摩擦材料中。在应用或使用期间，随着油流动通过这些载体颗粒，摩擦改进剂解吸并移动到摩擦材料表面，其在摩擦材料的表面处提供期望的摩擦特性。在第二示例方面中，高硅载体颗粒混合有熔化的摩擦改进剂；因此，消除了对溶剂的需要。
[0032] 图2为包含图1中示出的摩擦材料100的示例性转矩转换器200的部分剖视图。转矩转换器200包含壳体202、连接到壳体的叶轮204、与叶轮204流体连通的涡轮206、定子208、配置为不可转动地连接到变速器的输入轴(未示出)的输出毂210、转矩转换器离合器212以及减振器214。离合器212包含摩擦材料100和活塞216。如本领域中已知的，活塞216能够移位，以使摩擦材料100与活塞216及壳体202接合来将转矩通过摩擦材料100和活塞216从壳体202传递到输出毂210。流体218用来操作离合器212。
[0033] 虽然在图2中示出转矩转换器200的具体示例配置，但应当理解，摩擦材料100在转矩转换器中的使用不限于如图2中所配置的转矩转换器。也就是说，材料100可用于本领域中已知的任何转矩转换器配置中的使用摩擦材料的任何离合器装置。
[0034] 示例配方：摩擦材料包含45％的填充剂、55％的纤维和乳胶粘合剂。百分比按重量计算。使用的填充剂分别包含填充剂A、填充剂B和填充剂C；或者 281、 230和CelTiXTM。数据图是针对于在2960kPa的表面压强和90℃的流体温度下采集的数据。针对于装载和未装载摩擦改进剂的填充材料收集数据。硬脂酸被用作摩擦改进剂。通常期望具有低静摩擦系数并使用于离合器的摩擦材料的动摩擦系数最大化。
[0035] 图3A为绘示对于按装载和未装载摩擦改进剂所收集数据的填充剂A配方制造的摩擦材料100相应的摩擦系数与速度的曲线图。同样，图3B和图3C分别为绘示对于按装载和未装载摩擦改进剂所收集数据的填充剂B和填充剂C配方制造的摩擦材料100相应的摩擦系数与速度的曲线图。曲线图x方向上的速度为摩擦材料相对于摩擦材料所接触的板的速度。例如，该速度为摩擦材料与板之间的滑动速度。
[0036] 对装载摩擦改进剂所测试出的静摩擦系数对于所有的三种填充材料都较低，这可以解释为添加硬脂酸摩擦改进剂在离合器接合期间提供更好的表面保护，从而降低了静摩擦系数。
[0037] 有利地，当涉及动摩擦系数时，在填充材料高硅载体颗粒上装载摩擦改进剂的情况下，图3A至图3C所示的填充剂A、B和C配方制造的摩擦材料显示出更大的正斜率。换言之，通过摩擦改进剂，图3A-3C中曲线的摩擦系数对于滑动速度16r/min到235r/min持续增大。相较于没有摩擦改进剂情况下的从0.141增加到0.143，具有摩擦改进剂的填充剂A从0.136增加到0.144；相较于没有摩擦改进剂情况下的从0.139增加到0.146，具有摩擦改进剂的填充剂B从0.137增加到0.145；相较于没有摩擦改进剂情况下的从0.138增加到0.150，具有摩擦改进剂的填充剂C从0.138增加到0.155。填充材料性能的变化据信至少部分地由于颗粒形态。
[0038] 当然，在不脱离本发明所要求的精神或范围的情况下，对本发明的以上示例的变化和修改对本领域普通技术人员应当是显而易见的。虽然通过参照具体的优选和/或示例性实施例来描述本发明，但清楚的是，可以在不脱离本发明所要求的范围或精神的情况下进行改变。
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