專利名稱：離合器摩擦材料及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于離合器的摩擦材料，特別是用于汽車離合器低速應(yīng)用的摩擦材
料。
背景技術(shù)：
在車輛傳動裝置中使用的轉(zhuǎn)矩傳遞機構(gòu)，例如，離合器和制動器，被設(shè)計成能夠?qū)?現(xiàn)期望的轉(zhuǎn)矩傳遞，同時根據(jù)需要在接合時允許受控的打滑。實現(xiàn)適當(dāng)?shù)拇蚧Q于許多 因素，例如轉(zhuǎn)矩傳遞機構(gòu)是用于低壓還是高壓接合、以及滑差速度。必須考慮離合器耐用 性、冷卻流和所需的轉(zhuǎn)矩承載能力。 在經(jīng)變矩器(即，液力耦合器)將發(fā)動機與變速器耦接以提供比率助推的車輛中， 變矩器離合器通常設(shè)置成在某些操作條件下繞過液力耦合器，從而典型地導(dǎo)致燃料經(jīng)濟性 的增加或提高的乘坐品質(zhì)。變矩器離合器可以是濕摩擦界面，以用于在打滑條件(即，形成 摩擦界面的相對表面的相對旋轉(zhuǎn))下建立轉(zhuǎn)矩傳遞。

發(fā)明內(nèi)容
—種摩擦材料被提供用于轉(zhuǎn)矩傳遞機構(gòu)的摩擦構(gòu)件。摩擦構(gòu)件具有編織碳纖維織 物基底。涂層被應(yīng)用到基底以形成接觸表面的一部分，該部分定位成在轉(zhuǎn)矩傳遞機構(gòu)的接 合期間接觸反作用構(gòu)件。 涂層是樹脂粘合劑和摩擦改進劑的混合物。樹脂粘合劑可以是酚醛樹脂。摩擦改 進劑可以是碳顆粒、硅基材料或其他公知的摩擦改進劑。涂層可以是分層的，具有多個涂層 或?qū)樱龆鄠€涂層或?qū)拥娜我庖粋€或全部均可以是樹脂粘合劑和摩擦改進劑的不同混合 物。 涂層僅形成接觸表面的一部分，以保留由編織纖維形成的開放的通道，從而增加 離合器內(nèi)的冷卻油流。編織纖維也可注入粘合劑和摩擦改進劑，因此控制基底的摩擦系數(shù) 和熱傳導(dǎo)性。提供了優(yōu)良的摩擦特性。熱傳導(dǎo)性和熱消散得到提高，從而提供穩(wěn)定性和耐 久性。 —種形成用于離合器的摩擦材料的方法，包括使用樹脂粘合劑和摩擦改進劑的混 合物敷涂編織碳纖維基底的表面。在敷涂之前，該方法可包括使用額外的粘合劑浸透基底， 同時不用該額外的粘合劑填充通道以維持孔隙性。被應(yīng)用到基底的額外的粘合劑可與摩擦 改進劑混合。 本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點以及其他特征和特點將從下面對實施本發(fā)明的最佳模 式的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖而變得顯而易見。


圖1A是用于汽車離合器的包括涂層的摩擦材料以不完整視圖形式的示意性透視 圖示； 圖1B是圖1A的摩擦材料的一部分的示意性圖示； 圖2A是具有相對的摩擦構(gòu)件和反作用構(gòu)件的汽車離合器的示意性橫截面圖示， 其中圖1的摩擦材料被應(yīng)用到摩擦構(gòu)件； 圖2B是具有替代的分層涂層的摩擦材料的第二實施例的示意性橫截面圖示；
圖3是具有圖2B的摩擦材料的轉(zhuǎn)矩傳遞機構(gòu)的轉(zhuǎn)矩(Nm)對滑差速度(rpm)的曲 線 圖4是轉(zhuǎn)矩(Nm)對滑差速度(rpm)的曲線圖，示出了將接觸表面的溫度維持
14rc的最大可容許離合器功率； 圖5是具有圖2B的摩擦材料的轉(zhuǎn)矩傳遞機構(gòu)的作用壓力(kPa)對時間(sec)的 曲線圖；以及 圖6是具有圖2B的摩擦材料的轉(zhuǎn)矩傳遞機構(gòu)的打滑(rpm)對時間(sec)的曲線 圖。
具體實施例方式
參考圖IA，示出包括編織碳纖維織物基底12的摩擦材料10。涂層14應(yīng)用到基底 12，其中該涂層14是樹脂粘合劑16與摩擦改進劑18的混合物?；?2被疊層至粘結(jié)背 襯13，在本實施例中粘結(jié)背襯13是覆膜的丁腈酚醛樹脂粘結(jié)劑。用于應(yīng)用粘結(jié)背襯的其他 公知工藝可被替代地使用。圖1B中示出了粘合劑16與改進劑18的更近景的示意圖。在 該實施例中，粘合劑16是樹脂粘合劑且摩擦改進劑18是碳顆粒，但是在所主張的發(fā)明范圍 內(nèi)，粘合劑與改進劑不限于此。如在此使用的，"摩擦改進劑"是被添加到粘合劑以選擇性地 改進摩擦性能的任何材料。例如，摩擦改進劑18可以是碳顆粒、硅基材料、源自有機或源自 無機的化合物。如在此使用的，"源自有機的化合物"是碳基化合物。"源自無機的化合物" 是非碳基的化合物。如下面描述的，僅與基于碳纖維的織物相比，摩擦材料IO通過提供更 大的轉(zhuǎn)矩承載能力、有關(guān)抖動和離合器波動的減小趨勢而提供了改進的摩擦材料性能。
參考圖2A，示出了摩擦材料10，其中摩擦材料10固定到相鄰于相對的反作用片22 的離合器片20，反作用片22也稱作反作用構(gòu)件。在該實施例中，片20、22和摩擦材料10 一起形成汽車傳動裝置離合器24的一部分，該離合器24為例如變矩器離合器、或差動離合 器、或較高速的應(yīng)用例如起動離合器或換擋離合器。摩擦材料IO同樣適于非汽車的用途。 片20和摩擦材料10形成摩擦構(gòu)件25。摩擦材料10通過將粘結(jié)背襯13粘接到離合器片20 而連接到離合器片20。以示意性的徑向橫截面示出離合器24，其中離合器片20和反作用 片22是環(huán)形圈，每個片在各自的內(nèi)端部26A、26B處具有內(nèi)半徑，以及在各自的外端部28A、 28B處具有外半徑。 再次參考圖1A，編織織物基底12具有與第二組絞線34編織在一起的第一組絞線 32。絞線32大體垂直于絞線34縱長地延伸。每一股絞線32、34由捻合或紡成絞線的較 小纖維組成。在該實施例中，基底12是對稱的平紋編織的細(xì)紗碳纖維織物，其具有每英寸 15-40根紗線，并且具有每平方米200-400克的編織面積重量和每平方米500-800克的總 的涂敷后面積重量，但是，基底12可以是所主張的發(fā)明范圍內(nèi)的其他基于編織碳纖維的織 物。通過增大可以消散熱的表面面積，基底12的碳含量提供更高的熱傳導(dǎo)性。
涂層14形成織物基底12的接觸表面36的一部分，該部分面向反作用片22。更具 體地，涂層14大體形成接觸表面36的最靠近反作用片22的部分，從而在離合器接合時，不 管是滑動接合還是完全接合，首先接觸反作用片22。因此，涂層14在絞線32、34的頂點38 上。如圖1A和2A中清楚所見，涂層14呈現(xiàn)為在頂點38上的霜狀物。示例性涂層14具有 僅0. 2mm的厚度t并具有每平方米140-520克的面積重量。對涂層工藝變量的精確控制防 止了樹脂分離并維持了基底10內(nèi)開口孔隙性(S卩，防止了通道40的填充)。
在應(yīng)用涂層14之前，整個織物基底12利用粘合劑39處理。該粘合劑39是在織 物12的每一股絞線內(nèi)的全部纖維上的非常薄的分散體，并且由圖2A中所示的陰影點示意 性表示。粘合劑39可以和樹脂粘合劑16相同，也可以是不同的粘合劑。在該實施例中，樹脂粘合劑39也是碳顆粒，類似于粘合劑16。通過浸透織物基底12或通過化學(xué)氣相沉積 (這兩者都可被本領(lǐng)域技術(shù)人員很好地理解)將粘合劑39應(yīng)用到整個織物基底12。
在圖1A、1B和2A的實施例中，粘合劑39敷涂絞線32、34的整個外表面，但在應(yīng)用 中被控制成使得粘合劑39不填充編織絞線32、34之間保留為開放的絞線間通道40 ( S卩，間 隔空間)。粘合劑39有助于增加織物基底12的耐用性，尤其是在摩擦材料10磨損并且更 多基底12形成接觸表面36時。通道40增加了摩擦構(gòu)件10的孔隙性。這增加了順應(yīng)性 (即，在離合器應(yīng)用壓力P下摩擦構(gòu)件10適應(yīng)反作用構(gòu)件22的能力)。通道40還允許傳 動裝置油到達(dá)表面36并充滿表面36，從而在離合器分界面處(S卩，在接觸面36處)提供更 好的溫度控制，增加離合器24的熱穩(wěn)定性。 涂層14中的一些樹脂粘合劑滲進基于碳纖維的織物12中，而不是保持為形成表 面36的一部分的涂層，從而產(chǎn)生在涂層14與織物12的剩余部分之間的過渡區(qū)42。因此， 在過渡區(qū)42中的樹脂粘合劑16含量既包括在注入或沉積期間應(yīng)用的粘合劑，也包括從涂 層14滲出的粘合劑，因此多于在剩余部分42中的樹脂粘合劑16含量，后者僅包括注入或 沉積在織物12上的粘合劑的量。 參考圖2B，摩擦構(gòu)件10A的替代實施例具有由多個涂層或?qū)?4A、14B、14C組成的 分層涂層，其中摩擦構(gòu)件IOA具有與圖2A的編織絞線32、34在全部方面都相似的并由絞線 132表示的基于編織碳纖維絞線的基底12A。涂層被稱作為14A、14B、14C。每個涂層14A-14C 是樹脂與摩擦改進劑的混合物，類似于涂層14。然而，使用在每個單獨涂層14A-14C中的 樹脂和/或摩擦改進劑可以不同。這使得例如摩擦系數(shù)這樣的摩擦特性在每個涂層中有 所改變。因此，隨著具有分層涂層14A、14B、14C的離合器隨增加的使用而磨損，并且涂層 14A-14C從頂涂層14C到底涂層14A磨損時，離合器的摩擦特性將以受控的方式改變。如同 摩擦材料10 —樣，摩擦材料10A具有過渡區(qū)42A，由于從涂層14A-14C滲進纖維絞線132， 所以在過渡區(qū)42A中存在更高的樹脂含量。纖維絞線(僅示出一個絞線132)也具有被注 入或沉積在其上的樹脂粘合劑，并且被編織以提供通道用于冷卻油流動到摩擦材料10A的 接觸表面，如同摩擦材料10 —樣。 相應(yīng)地， 一種形成用于汽車離合器的摩擦材料例如如上論述的摩擦材料10或10A 的方法可從編織碳纖維基的材料IO(或圖2B的實施例中的10A)開始。編織將包括處理纖 維和紗線，以及維持通道40以用于開口孔隙性。接著，用樹脂39和例如碳顆粒的摩擦改進 劑16浸透基底12(或圖2B的基底12A)。可通過注入或化學(xué)氣相沉積來應(yīng)用摩擦改進劑 16。注意不要用樹脂39或摩擦改進劑16完全地填充通道40。 接著，基底12或12A敷涂有涂層14或14A、14B、14C以形成表面36的一些部分。 如上所述，涂層14或14A、 14B、 14C是樹脂和摩擦改進劑的混合物。涂層可使用光柵輥、逆轉(zhuǎn) 輥、或使用輥式刮刀涂布工藝制作，或者可以使用各種其他敷涂工藝。正如在涂層14A、14B、 14C中那樣，可以應(yīng)用多個涂層以產(chǎn)生分層的涂層。多個涂層的應(yīng)用要么是由于工藝局限性 所必需，其中該工藝局限性使得需要多個涂層以便實現(xiàn)期望的總涂層厚度，要么可能意于 在不同的涂層或?qū)又刑峁┳兓哪Σ撂匦?。例如，由于摩擦材?0或10A磨損，隨著孔隙 性和順應(yīng)性因纖維破損而降低，涂層14或14A、14B、14C將同時磨損掉。通過在不同的涂層 或?qū)又刑峁┎煌哪Σ撂匦裕Σ敛牧?0A的總體性能可被控制以響應(yīng)于其他改變。必須 在每個涂層14A、14B、14C之間、或在單個涂層14之后允許足夠的固化時間量，以確保涂層
6混合物中的樹脂在表面36處被保持就位。 接著，例如通過將基底12或12A與粘合劑膜13層疊，將背襯應(yīng)用到敷涂過的基底 12或12A。然后，將已層疊的摩擦材料10或10A分割成段(即，沖切)，用作粘接的準(zhǔn)備。 通過將已分割的摩擦材料10或10A的各段放置在離合器片20上，通過首先加熱片20、然后 將各段壓(即，定位焊)到已加熱的離合器片20上而充分地將各段保持就位，從而預(yù)裝配 已分割的摩擦材料10或10A。最后，摩擦材料10或10A粘接到離合器片20。膜13是粘合 劑。 參考圖3，使用相對較粗的線示出了用于帶有摩擦材料10A的離合器的摩擦曲線 (轉(zhuǎn)矩(Nm)關(guān)于滑差速度(rpm))的曲線圖。使用相對較細(xì)的線示出了具有相似的基于編 織碳纖維的織物的摩擦材料的摩擦曲線的曲線圖，其中，該基于編織碳纖維的織物帶有應(yīng) 用到其上的樹脂粘合劑，但不具有涂層14A、14B、14C。對于每種摩擦材料，以200kPa離合 器應(yīng)用壓力(A組)、400kPa應(yīng)用壓力(B組)和700kPa應(yīng)用壓力(C組)實施了兩個測試。 在每個被測試的離合器應(yīng)用壓力下，摩擦材料10A在寬范圍的滑差速度上，包括多數(shù)情況 下在非常低的滑差速度上，顯示出更大的轉(zhuǎn)矩承載能力。在寬范圍的滑差速度上獲得了大 體的正斜率。 參考圖4，對表示最大可容許離合器滑差功率(轉(zhuǎn)矩(Nm)乘以滑差速度(rpm)) 的數(shù)據(jù)的最佳擬合曲線的曲線圖，該最大可容許離合器滑差功率維持離合器分界面處(例
如，在接觸表面處)的溫度不大于14rc，其中，i4rc是對于常用傳動裝置油的可接受壽命
的已接受的最高操作溫度。使用相對較粗的線示出了表示對帶有摩擦材料10A的離合器測 試的曲線圖。使用相對較細(xì)的線示出了相似的基于編織碳纖維的織物的摩擦材料的曲線的 曲線圖，其中，該基于編織碳纖維的織物帶有應(yīng)用到其上的樹脂粘合劑但不具有涂層14A、 14B、14C。曲線圖表明摩擦材料IOA至少部分地由于其熱傳導(dǎo)性和孔隙性而容許更大的功 率。在穩(wěn)態(tài)條件下，所測試的摩擦材料10A的樣品允許1. 5kW的功率，其中具有0. 631/min 的冷卻油流動通過。 參考圖5，曲線100表示隨時間(sec)的離合器應(yīng)用壓力(kPa)。曲線102表示在 該應(yīng)用壓力下離合器的滑動(rpm)。圖5示出了使用摩擦材料10A獲得的離合器應(yīng)用壓力 與打滑之間的大體線性關(guān)系(即，在應(yīng)用壓力降低時打滑增加)。這是希望的，因為離合器 波動，其在應(yīng)用壓力與滑動之間的非線性關(guān)系下發(fā)生，可由車輛操作員感知到。離合器波動 (clutch hunting)是指在給定條件下通過控制器以獲得穩(wěn)定滑差速度的企圖(即，通過改 變可控因素，例如壓力)，并且通常發(fā)生于不能提供隨降低的應(yīng)用壓力而線性地增加的打滑 的摩擦材料。 參考圖6，在以大約8秒間隔的重復(fù)致動(tip-in)(g卩，車輛加速器壓力)期間
并且處于恒定車速和20rpm的目標(biāo)打滑時，打滑(rpm)對時間(sec)的曲線圖示出離合器
24(如線302所示的性能)具有比不具有涂層的典型編織織物基底(由線304表示)更小
的打滑變化。因此，摩擦材料IOA展現(xiàn)出在動態(tài)操縱期間更好的可控性能。 雖然已經(jīng)詳細(xì)地描述了用于實施本發(fā)明的最佳模式，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)
識到在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)用于實施本發(fā)明的各種替代設(shè)計和實施例。
權(quán)利要求
一種用于轉(zhuǎn)矩傳遞機構(gòu)的摩擦構(gòu)件的摩擦材料，所述轉(zhuǎn)矩傳遞機構(gòu)具有與所述摩擦構(gòu)件相對的反作用構(gòu)件，所述摩擦材料包括編織碳纖維織物基底；以及涂層，所述涂層應(yīng)用到所述基底以形成接觸表面的一部分，該部分定位成在所述轉(zhuǎn)矩傳遞機構(gòu)的接合期間接觸所述反作用構(gòu)件；其中所述涂層是樹脂粘合劑和摩擦改進劑的混合物。
2. 如權(quán)利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所述編織纖維織物基底具有在第一方 向上縱長地放置的第一組絞線，和在大體垂直于所述第一方向的第二方向上縱長地放置的 且與所述第一組絞線編織在一起的第二組絞線。
3. 如權(quán)利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所述編織纖維織物基底形成面向所述 反作用構(gòu)件的頂點；并且其中所述涂層在所述頂點上，但是不存在于距離所述反作用構(gòu)件 比所述頂點遠(yuǎn)的接觸表面的至少一些部分上。
4. 如權(quán)利要求3所述的摩擦材料，其特征在于，所述涂層在所述頂點上大約0. 2mm厚。
5. 如權(quán)利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，還包括在鄰近于所述涂層的所述織物基底的一部分中的過渡區(qū)，由于所述涂層中的所述樹脂 粘合劑的一部分滲進鄰近于所述涂層的所述織物基底，該過渡區(qū)具有比所述織物基底的其 余部分更多的樹脂含量。
6. 如權(quán)利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所述基于編織碳纖維的織物基底包括 形成絞線間通道的編織纖維絞線；其中所述涂層僅形成所述表面的一些部分以使得油流能 通過所述絞線間通道從而冷卻所述表面。
7. 如權(quán)利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所述樹脂粘合劑是酚醛樹脂，以及所述 摩擦改進劑是碳顆粒。
8. 如權(quán)利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所述額外的粘合劑除了在所述接觸表 面處以外浸透所述織物基底。
9. 如權(quán)利要求8所述的摩擦材料，其特征在于，所述織物基底至少部分地使用額外的 摩擦改進劑浸透。
10. 如權(quán)利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所述摩擦改進劑是碳顆粒、硅基材料 和源自有機的摩擦改進劑中的一種。
11. 如權(quán)利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所述摩擦改進劑是源自無機的摩擦改 進劑。
12. —種用于汽車傳動裝置中的轉(zhuǎn)矩傳遞機構(gòu)的摩擦構(gòu)件的摩擦材料，所述轉(zhuǎn)矩傳遞 機構(gòu)具有與所述摩擦構(gòu)件相對的反作用構(gòu)件，所述摩擦材料包括具有表面的編織碳纖維織物基底；樹脂粘合劑和摩擦改進劑的混合物，所述混合物應(yīng)用到所述表面以在所述織物基底上 形成涂層并且形成所述接觸表面的一部分，該部分定位成在所述轉(zhuǎn)矩傳遞機構(gòu)的接合期間 接觸所述反作用構(gòu)件；以及注入或沉積進所述織物基底的額外的粘合劑；其中，所述額外的粘合劑與所述混合物 中的樹脂粘合劑相同或不同；其中，所述基于編織碳纖維的織物基底包括形成絞線間通道的編織絞線；其中所述涂層僅形成所述接觸表面的一些部分以使得油流能通過所述絞線間通道從而冷卻所述表面。
13. —種形成用于離合器的摩擦材料的方法，包括使用樹脂粘合劑和摩擦改進劑的混合物敷涂編織碳纖維基底的表面。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述基底具有形成絞線間通道的編織絞 線，以及該方法還包括，在敷涂之前，使用額外的粘合劑浸透所述基底，且不用該額外的樹 脂填充所述通道。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述額外的粘合劑與摩擦改進劑混合。
16. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述浸透是經(jīng)過化學(xué)氣相沉積。
17. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括重復(fù)敷涂以產(chǎn)生分層的涂層。
18. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括在所述敷涂之后，將所述基底與粘合劑膜層疊。
全文摘要
本發(fā)明涉及離合器摩擦材料及其形成方法。具體地，提供了用于轉(zhuǎn)矩傳遞機構(gòu)的摩擦構(gòu)件的摩擦材料。摩擦構(gòu)件具有編織碳纖維織物基底。涂層應(yīng)用到基底以形成接觸表面的一部分，該部分定位成在轉(zhuǎn)矩傳遞機構(gòu)的嚙合期間接觸反作用構(gòu)件。涂層是樹脂粘合劑和摩擦改進劑的混合物。還提供了一種用于形成摩擦材料的方法。
文檔編號F16D69/02GK101776125SQ20091017853
公開日2010年7月14日 申請日期2009年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者D·詹內(nèi)利, J·加夫尼, R·馬塞, T·安圭什 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司;巴拉德原料產(chǎn)品公司