碳纤维摩擦材料
专利汇可以提供碳纤维摩擦材料专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 碳 摩擦材料 ，优选地是织造的碳摩擦材料，采用一种粘结剂，如环 氧 或酚 醛 树脂 ，进行强化并赋予其刚性。这种摩擦材料中，粘结剂浓度呈梯度分布，因此，其摩擦表面可以基本上没有粘结剂。也可以包括一种增强基体，如玻璃 纤维 背层。在表面刮削少量材料，因而使多个纤维定向在垂直于摩擦表面的方向，这样，可以进一步提高摩擦表面的 摩擦系数 。，下面是碳纤维摩擦材料专利的具体信息内容。
1.一种制造碳摩擦材料的方法，包括：
提供具有第一表面和相反的第二表面的碳基体；
提供含粘结剂层；
把碳基体的第一表面和含粘结剂层一起层压，使粘结剂渗入碳基 体的第一表面，粘结剂的浓度从碳基体的第一表面到第二表面降低。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的碳基体是一种 织造的织物。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的碳基体是一种 非织造的织物。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的粘结剂是一种 树脂。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于所述的树脂是一种环 氧或酚醛树脂。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于提供含粘结剂层的步 骤包括把粘结剂浇入增强基体。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于所述的增强基体是一 种玻璃纤维织物。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于提供含粘结剂层的步 骤包括把一种粘结剂膜浇到一个分离衬层上。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的层压步骤包括 在真空中加热碳基体和含粘结剂层的加热步骤。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于所述的加热步骤是 加热到120-170℃的温度。
11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的层压步骤包 括对碳基体和含粘结剂层加热和加压的步骤。
12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于所述的加热和加压 步骤中加热到120-175℃的温度。
13.按照权利要求11所述的方法，其特征在于所述的加热和加压 步骤中加的压力是15-100psi。
14.按照权利要求11所述的方法，其特征在于所述的压力是 30-50psi。
15.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的碳基体有一 个摩擦表面和一个基面，基面层压到含粘结剂层上，这个方法还包括 提高摩擦表面的摩擦系数的步骤。
16.按照权利要求15所述的方法，其特征在于所述的提高摩擦系 数的步骤包括从摩擦表面刮削少量材料。
17.按照权利要求16所述的方法，其特征在于所述的从摩擦表面 刮削少量材料的步骤从摩擦表面至少削除50μm的材料。
18.按照权利要求16所述的方法，其特征在于所述的从摩擦表面 刮削少量材料的步骤从摩擦表面削除50-200μm的材料。
19.按照权利要求16所述的方法，其特征在于所述的从摩擦表面 刮削少量材料的步骤从摩擦表面削除75-125μm的材料。
技术领域
本发明涉及碳纤维摩擦材料，更具体地涉及湿摩擦应用，例如， 在汽车连续滑动装置如扭矩转换器离合器中用的湿摩擦。
背景技术
通常采用化学气相沉积工艺(CVD)在布基体纤维上涂覆热解碳 来制造碳摩擦材料。这种化学气相沉积工艺使布基体致密化，因此赋 予材料以强度。然而，热解碳织物通常阻碍冷却流体的流动。
美国专利No.5662993公开的另一种方法是把碳基布基体浸渍到 酚醛树脂溶液中，排除过量的树脂液，使得树脂完全包含在其股线未 完全填充的碳布的股线内；然后进行固化得到碳摩擦材料。
摩擦材料必须具备的特点包括：低成本、高耐磨性、高耐热性、 高摩擦系数，以及超时工作和很宽的温度及载荷范围其摩擦系数的一 致性。静、动态摩擦系数的极小差异也有利于降低湿摩擦应用的振动。 虽然现有材料在某种程度上具备上述部分或全部特点，但有必要继续 改进碳摩擦材料。
发明内容
在另一种实施例中，在摩擦表面有多个基本垂直于摩擦表面取向 的纤维，以提高摩擦表面的摩擦系数。
在又一个实施例中，提供了一种制造碳纤维摩擦材料的方法，包 括：
(a)提供碳基体；
(b)提供含粘结剂层；
(c)把碳基体和含粘结剂层一起层压，使粘结剂渗入碳基体。
含粘结剂层可以是一种增强织物，如玻璃纤维织物。在这种情况， 提供一种含粘结剂层包括：把粘结剂浇入增强织物。在层压步骤后， 得到一种具有作为承载体的增强织物的碳摩擦材料。或者，粘结剂可 以注入到一个分离衬层上，将得到一种不具备这种承载层的碳摩擦材 料。
这种层压步骤可以用真空加热完成。在另一个实施例中，这种层 压步骤可以用压力下加热完成。在这个实施例中，加热可以到约120 ℃至175℃。
在又一个实施例中，这种方法还包括提高摩擦表面的摩擦系数。 从摩擦表面至少刮削50μm(微米)的材料，优选地为50μm-200μm 之间，更优选地在70μm-125μm之间，可以实现摩擦系数的提高步骤。
附图说明
图1图解说明一种制造碳摩擦材料的方法。
图2是碳摩擦材料的一个扫描电子显微照片。
图3是碳摩擦材料的一个扫描电子显微照片。
具体实施方式
碳纤维基体10可以是织造的或非织造的碳织物。织造的织物是经 由织造、针织或编织加工的，其纤维基本上按有规则的花样和顺序排 列的那些织物。机织织物可以使用织机(例如飞梭织机或剑杆织机) 或针织机(如圆型或平型针织机)制造。机织织物的机织材料包括某 些通过针刺法或水法缠结而已经无序的纤维。更复杂的结构也可经由 织造或针织在一起的多层纱而制造。这些多层织物可以用切割和剪切 设备机械分开，形成其纤维端平行于“Z”向(垂直于摩擦表面的一 个方向)的织物，并且通常称为长毛绒制品、仿麂皮织物或灯芯绒制 品。
非织造的基体包括毡、网、絮层和垫，如梳理纤维网之类的短切 纤维网，或由其他网成形技术制造的非织造的基体，如用气流成网、 湿法成网技术，或者空气动力或流体动力网成形技术制造。如像针刺 或水法缠结这类技术可用于提高非织造的基体中的纤维的缠结。从放 大的视图可以看到，一种非织造的基体由多个的单个可辨别的纤维组 成，这些纤维随机缠结使网具有一定的完整性。这种完整性至少部分 地是由于纤维成分、韧性、纤维长度、密度和纤维缠结程度决定的。 网的这种完整性还可通过单个纤维之间的粘结而加强，这种粘结可通 过加热、加压、粘合，或这些手段的组合而实现。
碳纤维也可以精纺，或与其他纤维共混杂，这些纤维、如玻璃纤 维、碳化硅纤维、软/硬陶瓷纤维、芳族聚酰胺纤维、硼纤维、聚四氟 乙烯纤维，或者其他纤维或带涂层的纤维。
渗入碳基体中的粘结剂用于增强，并赋予其刚性。这种粘结剂可 以是一种树脂，如环氧或酚醛树脂。特别是粘结剂浓度的梯度分布可 以使摩擦材料得到良好的物理特性。例如，粘结剂浓度的梯度分布， 在其基面保持高粘结剂含量的同时，还具有顺从性的摩擦表面。为了 保持摩擦特性，没有必要沿碳基体厚度方向保持均匀的粘结剂浓度。
例如，含粘结剂层15可以是一个含粘结剂的增强织物背层。由于 层压工艺，来自增强织物的粘结剂按梯度分布的方式渗入碳基体。靠 近增强织物的摩擦材料表面是基面24，这个基面粘结剂量比较高，并 沿碳纤维厚度方向递减。这种增经织物背层提供附加的结构刚性，并 且可以是例如一种涂有树脂的玻璃纤维织物。在另一个实施例中，含 粘结剂层15可以是例如在一个分离衬层上的一层浇注的树脂膜。在这 个实施例中，制造的摩擦材料没有增强背层。
层压步骤可以用技术人员熟知的传统技术进行。例如，含粘结剂 层15和碳基体10可以在真空加热到约120℃到约175℃的温度，直至 固化，这通常需约30min(分钟)。一旦固化，可从真空中撤出层压件， 得到摩擦材料。另一方面在15-100psi(磅/英寸2)压力下热压到约120 ℃到约175℃，直至固化，也可得到摩擦材料20。更具体地，层压步 骤加压可以是30-50psi。可以使用进料速率、施加压力和温度可很容 易地控制的连续加工设备。这类设备在技术上已为人们所共知，可能 是适于大生产的有效制造工艺。
如前所述，这种层压工艺可使树脂浓度沿摩擦材料20碳基体厚度 方向连续递减。当然，树脂含量分步降低或不连续地降低的实施例也 在本发明的范围内。
虽然仅使用单层材料于碳基体10时可以得到具有改进性能的摩 擦材料20，但是，这种碳基体10可以形成为多层结构。从美国Mass 省Lowell市的Ballard Material Products公司可以买到一种碳基体， 称为AVCARBTM碳织物，这是由氧化聚丙烯腈纤维纱织造的一种织 物。同样，玻璃纤维织物也可形成玻璃纤维预浸料多层结构。这种玻 璃纤维可以是一种具有环氧或酚醛树脂的7781型“E”型玻璃纤维， 可以美国的Connecticut州Waterbury市的FiberCote Industries，Inc. 公司购买。合适的酚醛树脂可从美国Ohio州Columbus市的Ashland Chemical Co.公司购买。
可以对摩擦材料进行表面处理，以提高摩擦系数，并进一步改进 材料的摩擦性能。这种表面处理涉及从表面至少刮削50μm的材料。 在这种表面处理中，应刮削的材料厚度在50μm到200μm之间，更优 选地是在75μm到125μm之间。
通过刮削这种表面，纤维不再约束在制造碳基体的纱线内，取而 代之的是，许多纤维变为垂直于摩擦表面的“Z”向取向，因而提高 了摩擦系数。
这种刮削步骤可以采用一种具有金刚石端面磨轮的表面研磨装置 进行。作为另一种机加工方法，可用美国New York州，Gloversville 市的Curtin-Hebert Co.，Inc.公司供应的微型研磨装置。
实例
在铝衬板上放置三个浸渗环氧树脂的7781型玻璃纤维机织布的 铺层(美国Connecticut州的Fibercote Industries公司供应)，再放置 一个碳织造布铺层cpw-006(美国Massachusetts州的Ballard Materiad Products公司供应)。用一种真空袋材料覆盖这些织物铺层， 并用一种真空密封带密封这个衬板。把一个阀门插入真空袋，以在固 化过程中应用真空。把衬板放入烘箱中，抽真空使装置压力为28-30 英寸汞柱(Hg)(710-760mm汞柱)。在实现这个真空后，这个装置以 每分钟3-5的速率(2-3℃/min)加热到180(80℃)。30分钟以 后，这个装置以同样升温速率再加热到325(160℃)。在325再 保温30min后，使这个装置在真空中整夜冷却到室温。然后从衬板中 取出该复合材料。复合材料的一个面用Clausing Jakobsen公司的618 型研磨装置进行表面处理，这个装置带有由Nortron Company提供的 320#粒度的、树脂粘合的金刚石砂轮，该砂轮以3400r/m(转/分钟) 的转速工作，进给率为每分钟5英寸(13cm/min)。以每道次0.0001 英寸(2.5μm)的速率从复合材料顶面除去0.003英寸(75μm)的材 料。
图2图3示出按平纹组织设计的织造织物，可见，纱束内的单个 纤维在经、纬两个方向均表现出良好的顺从性。纤维的小的长径比导 致高的接触刚性和纤维密度。
从以上所述可知，虽然只用特定实施例对本发明进行了说明，但 在不偏离本发明精神和范围的前提下，可以进行各种改进。因此，本 发明的保护范围如所附的权利要求书所述。
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