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纤维摩擦材料

阅读:55发布:2023-02-24

专利汇可以提供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 。,下面是纤维摩擦材料专利的具体信息内容。

1.一种制造摩擦材料的方法,包括:
提供碳基体;
提供含粘结剂层;
把碳基本和含粘结剂层一起层压,使粘结剂渗入碳基体。
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 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14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15所述的方法,其特征在于所述的刮削步骤从 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,其特征在于所述的刮削步骤从 摩擦表面削除50-200μm的材料。
19.按照权利要求16所述的方法,其特征在于所述的刮削步骤从 摩擦表面削除75-125μm的材料。
20.一种摩擦材料,包括:
一个具有摩擦表面和基面的碳基体;
一个渗入碳基体内的粘结剂,从基本表面到摩擦表面粘结剂量递 减。
21.按照权利要求20所述的摩擦材料,其特征在于所述的摩擦表 面基本上没有粘结剂。
22.按照权利要求20所述的摩擦材料,其特征在于所述的碳基体 是一种织造的织物。
23.按照权利要求20所述的摩擦材料,其特征在于所述的碳基体 是一种非织造的织物。
24.按照权利要求20所述的摩擦材料,其特征在于所述的粘结剂 是一种树脂。
25.按照权利要求20所述的摩擦材料,其特征在于所述的树脂是 一种环氧或酚醛树脂。
26.按照权利要求20所述的摩擦材料,其特征在于所述的摩擦材 料还包括一个粘合到基面的增强基体。
27.按照权利要求26所述的摩擦材料,其特征在于所述的增强基 体是一种玻璃纤维织物。
28.按照权利要求20所述的摩擦材料,其特征在于所述的碳织物 在其摩擦表面包括多个基本上垂直于摩擦表面方向取向的纤维。

说明书全文

技术领域

发明涉及纤维摩擦材料,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

在湿摩擦应用中,至少有两个配合元件利用其相互对置的表面进 入和脱离摩擦接合。两个配合元件中至少有一个元件包括摩擦材料。 因为是湿摩擦应用,在摩擦材料和对置表面之间有润滑油或其他适宜 的冷却介质循环流动。
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

本发明提供了一种碳纤维摩擦材料,包括粘结剂浓度在其中呈梯 度分布的碳纤维基体,因此,沿从基面到摩擦表面的基体厚度方向, 粘结剂含量递减,在摩擦表面基本上没有粘结剂。粘结剂可以是一种 树脂,如环酚醛树脂;碳基体可以是一种织造的或非织造的碳织 物。在一个实施例中,这种织物粘结到一种增强基体上,如玻璃纤维 织物。
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

图1图示本发明一个实施例,通过加热加压,把一个碳纤维基体 10和一个含粘结剂层15一起层压产生碳摩擦材料20。粘结剂以成梯 度分布的方式渗入碳基体,因此,与摩擦表面22相比,基本表面24 有较高的粘结剂浓度。而在摩擦表面22只有很少的粘结剂,或者没有。
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、碳化纤维、软/硬陶瓷纤维、芳族聚酰胺纤维、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
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°F的速率(2-3℃/min)加热到180°F(80℃)。30分钟以 后,这个装置以同样升温速率再加热到325°F(160℃)。在325°F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。
相关专利内容
标题 发布/更新时间 阅读量
仿羽绒纤维 2020-05-13 634
合成纤维 2020-05-11 712
复合纤维 2020-05-11 961
复合纤维 2020-05-11 33
竹纤维片材 2020-05-12 938
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