具有季铵盐的湿摩擦材料的制作方法

具有季铵盐的湿摩擦材料
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年4月2日提交的美国非临时申请第16/838197号的优先权，该美国非临时申请的全部公开内容通过参引并入本文中。
技术领域
3.本公开整体涉及用于变矩器和机动车辆变速器中的摩擦离合器和板，并且更具体地涉及湿摩擦材料。


背景技术：

4.湿式摩擦离合器中的摩擦材料一般在潜油环境中工作并且通常是用于形成摩擦材料环的纸基材料。已知通过使用长网造纸机的造纸工艺以形成摩擦材料。


技术实现要素：

5.提供了制造湿摩擦材料的方法。所述方法包括将填料颗粒和纤维结合在一起并形成基底；用包含季铵盐的溶液对基底的外表面进行涂覆；对包含季铵盐的溶液进行干燥以在基底的外表面上形成包含季铵盐的涂层。
6.在示例性实施方案中，所述方法还可以包括，在对包含季铵盐的溶液进行干燥之后，用基底粘结剂浸透基底的内部。包含季铵盐的溶液可以包含季铵盐、溶液粘结剂和水。包含季铵盐的溶液还可以包含填料颗粒。包含季铵盐的溶液可以包含按重量计0.5至5.0％的季铵盐、按重量计0.5至5.0％的溶液粘结剂、按重量计0至30％的填料颗粒和按重量计60至98％的水。用包含季铵盐的溶液对基底的外表面进行涂覆可以包括将包含季铵盐的溶液喷涂、刷涂或辊涂至基底的外表面上。用包含季铵盐的溶液对基底的外表面进行涂覆可以包括将包含季铵盐的溶液喷涂至基底的外表面上，包含季铵盐的溶液包含按重量计0.5至2.5％的qas、按重量计0.5至2.5％的溶液粘结剂、按重量计2.5至15％的填料颗粒和按重量计80至98％的水。用包含季铵盐的溶液对基底的外表面进行涂覆可以包括将包含季铵盐的溶液辊涂或刷涂至基底的外表面上，包含季铵盐的溶液可以包含按重量计2.0至5.0％的qas、按重量计2.0至5.0％的溶液粘结剂、按重量计10至30％的填料颗粒和按重量计60至86％的水。包含季铵盐的涂层可以包含按重量计10至50％的qas、按重量计10至50％的溶液粘结剂和按重量计0至80％的填料颗粒。包含季铵盐的涂层可以包含按重量计12.5至25％的qas、按重量计12.5至25％的溶液粘结剂和按重量计50至75％的填料颗粒。溶液粘结剂可以为纳米纤维素、瓜尔胶或基于丙烯酸类的乳液。
7.还提供了制造摩擦离合器的部件的方法，包括：制造湿摩擦材料；将湿摩擦材料固定至摩擦离合器的金属部件，在将湿摩擦材料固定至金属部件之前或之后进行用包含季铵盐的溶液对基底的外表面进行涂覆和对包含季铵盐的溶液进行干燥。
8.还提供了湿摩擦材料，其包括基底，基底包括纤维基体和埋入纤维基体中的填料颗粒；埋入基底内部的粘结剂；以及在基底的外表面上的包含季铵盐的涂层。
9.在湿摩擦材料的一些示例性实施方案中，包含季铵盐的涂层可以包含季铵盐和溶液粘结剂。包含季铵盐的涂层还可以包含填料颗粒。包含季铵盐的涂层可以包含按重量计10至50％的qas、按重量计10至50％的溶液粘结剂和按重量计0至80％的填料颗粒。包含季铵盐的涂层可以包含按重量计12.5至25％的qas、按重量计12.5至25％的溶液粘结剂和按重量计50至75％的填料颗粒。溶液粘结剂可以为纳米纤维素、瓜尔胶或基于丙烯酸类的乳液。基底可以包括单层。基底可以包括支撑层和外层。支撑层可以包含一定比例的第一纤维材料和一定比例的第一填料材料。外层可以包含一定比例的第二纤维材料和一定比例的第二填料材料。第二纤维材料的比例可以小于第一纤维材料的比例。第二填料材料的比例可以大于第一填料材料的比例。
10.还提供了离合器组件，其包括金属部件和在金属部件上的湿摩擦材料。
附图说明
11.下面通过参照以下附图来描述本公开，在附图中：
12.图1a示意性地示出了根据实施方案的湿摩擦材料的基底；
13.图1b示意性地示出了具有包含qas的涂层的图1a中的湿摩擦材料的基底；
14.图2示出了湿摩擦材料经由加热板粘合在金属部件的顶部上；
15.图3示出了与变矩器的锁止离合器组件的离合器片的两侧粘合的湿摩擦材料；
16.图4示出了根据本发明的另一个实施方案的双层湿摩擦材料。
具体实施方式
17.本公开提供了形成湿摩擦材料的方法，其包含在摩擦材料的外表面上的包含季铵盐(qas)的涂层。这样的涂层可以防止上釉，上釉为湿摩擦系统中摩擦材料的失效机制，其涉及自动变速器流体组分在高温下热降解然后沉积在摩擦材料的外表面上。上釉是由于长的滑动时间段或高的能量参与而导致离合器表面上的温度升高而导致的，并且由于摩擦材料孔隙率降低而导致差的摩擦行为。具有较低孔隙率的摩擦材料可能更容易被上釉，并受益于外表面上的包含qas的涂层。
18.qas提供摩擦改进和去污性。将qas添加至摩擦材料中提供期望的摩擦特性，同时由于其去污性而使表面保持清洁，免受降解的添加剂残留物的影响。
19.在一个实施方案中，qas为具有～16至18个碳原子的烷基链的季铵盐。例如，qas可以为arquad 2ht-75，其为二(氢化牛脂烷基)二甲基氯化铵。
20.图1a、1b示意性地示出了根据本公开的一个实施方案的形成湿摩擦材料的方法。
21.湿摩擦材料12包括由纤维、填料材料和基体粘结剂形成的基底13。纤维可以为芳族聚酰胺纤维、有机纤维、碳纤维和/或玻璃纤维。有机纤维可以包括纤维素纤维或棉纤维。填料材料可以为硅藻土的颗粒。基底粘结剂可以为酚醛树脂。任选地，在基底12中还可以包含例如石墨的摩擦改进剂。12的纤维可以具有45至55微米的平均直径和1至2毫米的平均长度。
22.在一个优选实施方案中，基底13可以包含按重量百分比计30至45％的纤维、25至35％的填料材料和25至40％的基底粘结剂。更具体地，湿摩擦材料12可以包含按重量百分比计30至35％的纤维、30至35％的填料材料和30至35％的基底粘结剂。
23.图1a示意性地示出了在添加基底粘结剂之前和在将包含qas的溶液施加至基底13之前的湿摩擦材料12。湿摩擦材料12包括材料基底，所述材料基底由多个硅藻土颗粒14在基底13的第一外表面-即图的观察中的上外表面13a-与第二外表面13b-即图的观察中的下外表面13a之间埋入纤维16的基体中而形成。
24.纤维16和颗粒14在制浆过程中结合在一起，该过程包括形成一起浸入液体溶液中的纤维16和颗粒14的混合物，然后对混合物进行干燥以除去液体。在纤维16和颗粒14通过液体溶液结合在一起之后，湿摩擦材料12包括由纤维16和硅藻土颗粒14形成的基体，其限定了空隙18的网络。
25.如图1b示意性示出地，在纤维16和颗粒14结合在一起之后，将包含qas的溶液施加至基底13以在基底13的外表面13a处的颗粒14和纤维16上形成包含qas的涂层20。包含qas的涂层20可以通过喷涂、辊涂或刷涂施加至外表面13a上。在施加包含qas的涂层20期间，包含qas的溶液也可能滴落至基底13中，用包含qas的溶液覆盖在基底内部中的形成在外表面13a、13b之间的颗粒14和纤维16中的至少一些，并减小空隙18的至少一些尺寸。包含qas的涂层20因此覆盖至少外表面13a，外表面被定义为基底13的与被压至基底13上的平坦表面接触的平坦的表面。例如，平坦表面可以被认为是摩擦材料12压靠用于进行摩擦接合或者被摩擦材料12压靠用于进行摩擦接合的部件。
26.包含qas的溶液可以包含qas、粘结剂和任选的填料颗粒。溶液中的粘结剂在本文中被称为溶液粘结剂，以区别于添加至基底14中的在本文中被称为基底粘结剂的粘结剂。溶液粘结剂可以为纳米纤维素，例如如羧甲基纤维素钠、瓜尔胶或基于丙烯酸类的乳液。填料颗粒可以为硅藻土。包含qas的溶液可以包含按重量计0.5至5.0％的qas、按重量计0.5至5.0％的溶液粘结剂、按重量计0至30％的填料颗粒和按重量计60至98％的水。溶液中使用的水量可以取决于施加的方法。例如，辊涂或刷涂可能需要进行喷涂时的水量的约1/6至1/4。对于辊涂或刷涂，包含qas的溶液可以包含按重量计2.0至5.0％的qas、按重量计2.0至5.0％的溶液粘结剂、按重量计10至30％的填料颗粒和按重量计60至86％的水。对于喷涂，包含qas的溶液可以包含按重量计0.5至2.5％的qas、按重量计0.5至2.5％的溶液粘结剂、按重量计2.5至15％的填料颗粒和按重量计80至98％的水。
27.在将包含qas的溶液施加至基底13之后，通过干燥包含qas的溶液而除去水以完成包含qas的涂层20的形成，该涂层限定了湿摩擦材料12的上外表面12a。干燥可以通过热空气鼓入干燥或经由加热板的干燥来进行。在任一种情况下，纸张表面达到90至110℃的温度。在干燥之后的qas涂层20可以包含按重量计10至50％的qas、按重量计10至50％的溶液粘结剂和按重量计0至80％的填料颗粒。在一些实施方案中，在干燥之后的qas涂层20可以包含按重量计12.5至25％的qas、按重量计12.5至25％的溶液粘结剂和按重量计50至75％的填料颗粒。
28.在将qas涂层20施加至基底13之后，将例如呈酚醛树脂形式的基底粘结剂添加至湿摩擦材料12。基底粘结剂渗透通过外表面13a进入湿摩擦材料12的内部，使得湿摩擦材料12的内部中的空隙18被基于水的酚醛树脂20饱和，但由qas涂层20限定的外表面12a暴露。
29.如图2所示，然后将湿摩擦材料12放置在金属部件22的顶部上，并且将12和部件22粘合在一起以形成摩擦组件。将12和部件22粘合在一起包括用加热板24将湿摩擦材料12压靠在金属部件22上以使湿摩擦材料12中的酚醛树脂固化，从而将湿摩擦材料12与金属部件
22固定在一起。将加热板24压靠在湿摩擦材料12的外表面12a的力在湿摩擦材料12的下外表面12b靠在金属部件22的外表面22a上的同时使得通过加热板24的热量将酚醛树脂固化。酚醛树脂的固化使湿摩擦材料12稳固并硬化以将纤维16和颗粒14固定在适当位置，这提高了湿摩擦材料12的强度。施加在表面12b与表面22a之间的粘合剂膜由于施加的时间、温度和压力而在金属部件22与湿摩擦材料12之间形成永久连接。在一个优选实施方案中，在使qas涂层20完整的同时，接触外层的外表面12a的板24的表面24a处的热量为375至425华氏度。
30.在另一个实施方案中，代替在将基底树脂添加至基底13之前和在将湿摩擦材料12粘合至金属部件22之前将包含qas的溶液施加至基底13，在将基底树脂添加到基底13之后和将湿摩擦材料12粘合至金属部件22之后将包含qas的溶液施加至湿摩擦材料12。在一个示例性应用中，在将基底树脂添加至基底13之后以及将湿摩擦材料12粘合至金属部件22之后，将按重量计2至10％的qas和按重量计90至98％的水而没有填料颗粒和粘结剂的包含qas的溶液施加至湿摩擦材料12，然后将水干燥。更具体地，可以使用按重量计5至10％的qas和按重量计90至95％的水的包含qas的溶液。
31.图3示出了粘合至金属部件的两侧的湿摩擦材料12，该金属零件为变矩器44的锁止离合器组件42的离合器板40的形式。锁止离合器组件42的活塞46将离合器板40压在变矩器44的前盖48的内表面48a上。活塞46接触湿摩擦材料42的后件的表面12a，以将湿摩擦材料12的前件上的表面12a压在前盖48的内表面48a上。活塞46将离合器板40压在前盖48上，从而锁定锁止离合器组件42，使得变矩器44中到变速器输入轴的扭矩路径绕过变矩器44的叶轮50和涡轮52，而是相反从前盖48流至离合器板40并且穿过阻尼器总成54流至变速器输入轴，该变速器输入轴连接至变矩器44的输出轮毂56。
32.图4示出了根据本发明的另一个实施方案的双层湿摩擦材料112。双层湿摩擦材料112包括由支撑层114和外层116形成的基底113。基底113形成为使得支撑层114具有在上外表面114a与下外表面114b之间的厚度t1，外层116具有在上外表面116a与下外表面116b之间的厚度t2，湿摩擦材料112具有在外表面116a与外表面114b之间的总厚度t3。在一个优选的实施方案中，外层116的厚度t2等于总厚度t3的10至30％，因此支撑层114的厚度t1为总厚度t3的70至90％。
33.支撑层114为由纤维、填料材料和基底粘结剂形成的湿摩擦材料。在一个优选的实施方案中，纤维是按重量百分比计60至100％的合成纤维，例如芳族聚酰胺纤维，但也可以包括纤维素纤维、碳纤维和/或玻璃纤维。在另一个优选的实施方案中，纤维是按重量百分比计75至90％的合成纤维。纤维素纤维可以呈棉绒或木浆形式。填料可以是硅藻土和/或粘土。基底粘结剂可以为酚醛树脂、乳胶或硅烷。任选地，在基底层10中还可以包含例如石墨的摩擦改进剂。
34.外层116包含纤维、填料材料和基底粘结剂。纤维可以由纤维素纤维构成。填料由圆柱形硅藻土、无规形硅藻土或盘形硅藻土构成。在一个优选实施方案中，硅藻土颗粒具有5至40微米的平均直径。基底粘结剂可以为酚醛树脂、乳胶或硅烷。任选地，在外层116中还可包含诸如石墨的摩擦改进剂。外层116的组成包含比支撑层114更高比率的填料材料和更低比率的纤维，使得外层116比支撑层114更少孔且更加致密，比支撑层114具有更高的摩擦系数并且比支撑层114具有更高的耐磨性。层114和116的纤维具有25至35微米的平均直径
和1至2毫米的平均长度。
35.在一些优选实施方案中，支撑层114包含按重量百分比计35至60％的纤维、15至40％的填料材料和20至30％的基底粘结剂。更具体地，对于较高温度的应用，基底层片可以包含按重量百分比计35至55％的芳族聚酰胺纤维、15至40％的填料(其在一些优选实施方案中仅由硅藻土组成)和25至35％的基底粘结剂。
36.外层116由35至55％的硅藻土、15至40％的纤维素纤维和20至30％的基底粘结剂构成。
37.湿摩擦材料112还包括在外层116的外表面116a上的包含qas的层120。如以上类似地描述的，可以将包含qas的溶液施加至外层116以在基底113的外层116的外表面116a处的颗粒和纤维上形成包含qas的涂层120。如以上类似地描述的，可以在将基底树脂添加至基底113之前和在将湿摩擦材料112粘合至金属部件之前施加包含qas的溶液，或者可以在将基底树脂添加至基底113之后和在将湿摩擦材料112粘合至金属部件之后将包含qas的溶液施加至湿摩擦材料112。
38.在前面的说明书中，已经参照特定的示例性实施方案及其实例描述了本公开。然而，将明显的是，在不脱离所附权利要求书中所阐述的本公开的更广泛的精神和范围的情况下，可以对本公开做出各种修改和改变。因此，说明书和附图应以说明性方式而非限制性意义来看待。
39.附图标记列表
40.12 湿摩擦材料
41.12a 上外表面
42.12b 下外表面
43.13 基底
44.13a 上外表面
45.13b 下外表面
46.14 颗粒
47.16 纤维
48.18 空隙
49.20 包含qas的涂层
50.22 金属部件
51.22a 外表面
52.24 加热板
53.24a 表面
54.40 离合器片
55.42 锁止离合器组件
56.42 锁止离合器组件
57.44 变矩器
58.46 活塞
59.48 前盖
60.48a 内表面
61.50 叶轮
62.52 涡轮机
63.54 阻尼器总成
64.56 输出轮毂
65.112 双层湿摩擦材料
66.113 基底
67.114 支撑层
68.114a 上外表面
69.114b 下外表面
70.116 外层
71.116a 上外表面
72.116b 下外表面
73.120 包含qas的层
74.t1 支撑层厚度
75.t2 外层厚度
76.t3 总厚度。