干式离合器衬里及相关制造方法 【技术领域】
本发明的目标是干式离合器衬里及相关制造方法。背景技术
“干式离合器” 应当理解为在空气中运行的运动链系中的传动耦合机构 (organe de couplage de transmission)， 例如用于装备机动车辆。
通常， 干式离合器包含至少一个反作用板和至少一个压板， 其中这些板的每一个 与发动机轴直接或间接地转动连接， 例如通过飞轮。
以已知的方式在这些板之间布置与变速箱轴转动连接的盘， 称为离合器盘， 在其 至少一面上固定干式离合器衬里。该将用于与上述板的至少一个进行摩擦， 以保证该运动 链系的连续性， 并且在希望发动机和变速器发生的耦合的时候将发动机的转矩传送变速器 箱。 以本身已知的方式， 干式离合器衬里通常包含摩擦材料层， 该摩擦材料层基于与 至少一种有机组分混合的纤维。它们通常为环形。它们可以在将与反作用板或压板接触的 面相反的面上由其它组分的层覆盖， 例如抗腐蚀层、 防尘层、 增强层。
两个摩擦部件之间的运动传递与这两个部件之间的摩擦系数 μ 具有直接关系。 该摩擦系数高度取决于这些部件的每一个的表面状况。通常， 希望获得优选地高并且尽可 能随着时间稳定的摩擦系数， 以精确地控制运动链系。
然而注意到， 通常的干式离合器衬里得到的摩擦系数的期望值仅在将与压板或反 作用板接触的面的表面的初始磨损之后， 即在已发生了相当多次的离合器啮合之后， 才能 达到。作为例子， 可以提到常规衬里， 其中观察到摩擦系数随着每次啮合轻微升高， 并且在 离合器的 100 次以上的啮合之后达到稳定值。仅在此时才达到对于转矩的传送而言令人满 意的摩擦水平。
在配备有常规衬里的离合器遇到的问题中， 可以注意到摩擦材料发生滑动的风 险， 例如当离合器由油脂膜保护以限制铸铁板的腐蚀 ； 还注意到安装到新机动车中的离合 器衬里上沉积的层发生劣化的风险， 因为它们通常经受严苛的启动， 特别是当它们用于多 层车辆运输车时， 并且在某些情况下甚至观察到衬里的燃烧。
为了克服这些缺点， 已提出在将与反作用板或压板接触的摩擦材料层的面上涂布 涂层。
例如， 文献 DE 100 02 261 A1 提出了基于包含磨料的丙烯酸酯的涂层， 所述磨料 例如为石英、 硅胶、 硅酸盐、 氧化物形式的陶瓷。
已发现这样的涂层使得摩擦系数可以非常快速地提高， 并且在大约 10 至 50 次的 啮合后达到与没有涂层的相同材料所获得的值相比更大的值。
尽管该涂层从稳定性和摩擦系数值的角度来看是有利地， 但是它具有缺点。
实际上， 已注意到， 包含离合器衬里的离合器——该离合器衬里的将与反作用板 或压板接触的面用这种方式涂布——导致不希望的 “颤动” 。 “颤动” 应当理解为产生使驾驶
员感觉非常不舒服的振动。颤动通常归结于衬里和板之间的粘附。这种缺陷通常一直保持 到衬里的磨合期结束， 这会较长并且相当于 5000 至 10000 次离合器啮合。 发明内容
本发明的目的是提供干式离合器衬里， 该衬里不具有上述缺点， 并且使得摩擦系 数能够快速升高， 同时避免颤动。
该目的通过拟固定到干式离合器的支撑盘上并与所述离合器的反作用板或压板 摩擦的干式离合器衬里实现， 其中所述衬里包含摩擦材料层， 该摩擦材料层基于与至少一 种有机组分和至少一种能够带静电的组分混合的纤维， 并且拟与反作用板或压板接触的面 被以质量百分比表示的下列组分组成的涂层覆盖 ：
- 通过包含不饱和聚酯构成的反应性官能团的预聚物的自由基聚合、 特别是光引 发的自由基聚合获得的聚合物 ： 90 至 100％ ；
- 磨料 ： 小于或等于 1％ ；
- 层状填料 ： 小于或等于 10％ ；
- 惰性填料 ： 小于或等于 10％。
实际上， 发明人已观察到， 这样的衬里导致快速升高的摩擦系数， 并且以这种方式 配备的离合器不产生颤动。此外， 获得的摩擦系数的值大于使用没有这样的涂层的衬里获 得的值。
在本发明范围内， 以下术语应当作以下理解 ：
-“能够带静电的组分” 指的是导电或能够保留电荷的任何组分。作为实例， 提及 金属组分 ( 例如纤维或粉末形式的 )、 碳填料、 某些具有偶极的聚合物。
-“不饱和聚酯” 指的是包含不饱和键的聚酯， 所述不饱和键例如为 C 双键或者例 如烯属键的形式。
“磨料” 指的是能够磨蚀板的接触表面的填料 ； 它是硬材料填料， 与不含它们的相 同组成的涂层相比， 它们导致摩擦系数的提高。
-“层状填料” 指的是其组分结构由平面构成的填料， 其中平面之间的化学键的力 远小于这些平面内的键的力 ； 这样的填料能够促进滑动， 并且如果它们在材料中的体积比 小于 3％， 对摩擦系数具有中等的影响， 甚至非常小的影响。 根据本发明的一种实施方案， 以 涂层的质量百分比表示， 层状填料的量小于或等于 5％， 甚至小于或等于 2％。
-“惰性填料” 指的是不同于以上的填料， 它对摩擦系数没有影响， 并且对滑动没 有作用。 根据本发明的一种实施方案， 以涂层的质量百分比表示， 惰性填料的量小于或等于 5％， 甚至小于或等于 2％。
根据本发明， “填料” 是粉末形式的材料， 其平均尺寸例如在 1 和 50μm 之间， 例如 大于 5μm 和 / 或小于 30μm。
根据本发明的涂层的组分的选择使得可以获得需要的性能， 并且注意到， 与根据 DE 100 02 261 A1 的涂层不同的是， 该涂层包含很少的磨料， 甚至不含磨料。
它可以包含中等量的层状填料和 / 或较少量的惰性填料。
“包含不饱和聚酯构成的反应性官能团的预聚物” 是同时包含 C ＝ C 双键和酯官能 团两者的非交联的、 通常是线性的聚酯树脂。它们通常通过至少一种至少一种不饱和酸酐或二酸 ( 例如马来酸酐 )、 第二种二酸或酸酐 ( 间苯二甲酸、 邻苯二甲酸、 对苯二甲酸、 四氯 邻苯二甲酸 ) 以及至少一种二醇和 / 或二环氧化物的缩聚获得。这些单体的缩聚在使得通 过不饱和酸酐或酸引入的 C ＝ C 双键可以得以保持的条件下进行。然后这些双键可以参与 自由基聚合反应， 任选地在一种或多种共聚单体的存在下进行。作为这样的共聚单体的例 子， 可以列举乙烯基单体例如苯乙烯、 乙烯基甲苯或醋酸乙烯酯， 丙烯酸类单体例如甲基丙 烯酸甲酯或多不饱和单体例如邻苯二甲酸二烯丙酯或者氰尿酸三烯丙酯。 该自由基聚合反 应导致在不饱和聚酯链之间形成键， 即带有交联结构。
通过上述预聚物的自由基聚合获得的聚合物因而是交联聚酯树脂。
当然， 在聚合反应过程中可以形成除了在不饱和聚酯链之间形成的键以外的键。 根据一种实施方案， 包含不饱和聚酯构成的反应性官能团以外的反应性官能团的预聚物可 以与包含不饱和聚酯构成的反应性官能团的预聚物混合， 以形成通过包含不饱和聚酯构成 的反应性官能团的预聚物的自由基聚合获得的聚合物。例如， 包含丙烯酸类反应性官能团 的预聚物可以与包含不饱和聚酯构成的反应性官能团的预聚物混合， 并且聚合反应的一部 分可以在这两种预聚物之间进行。 然而， 应当注意， 聚合反应主要是在不饱和聚酯链之间形 成的键的结果， 从而， 根据本发明， 形成通过包含不饱和聚酯构成的反应性官能团的预聚物 的自由基聚合获得的聚合物。 尽管不饱和聚酯中所含的双键的自由基聚合的引发可以借助本领域技术人员已 知的任何自由基引发剂进行， 但是优选的是该引发剂选自光活化引发剂， 或者说不饱和预 聚物的自由基聚合优选为光引发的自由基聚合。
这样的交联聚酯树脂是本领域技术人员已知的。例如， 可以列举邻苯二甲酸树脂 ( 含有衍生自邻苯二甲酸酐或酸的单元 )、 间苯二甲酸树脂 ( 含有衍生自邻苯二甲酸酐或酸 的单元 )、 对苯二甲酸树脂 ( 含有衍生自对苯二甲酸酐或酸的单元 )、 甲基丙烯酸甲酯树脂 ( 在甲基丙烯酸甲酯的存在下交联 )、 四氯邻苯二甲酸酐树脂 ( 含有衍生自四氯邻苯二甲酸 酐的单元的树脂 ) 以及氯化或溴化的二醇类树脂 ( 含有衍生自氯化或溴化二醇的单元的树 脂 )。
根据本发明的衬里还可以包含一种或多种以下任选的特征， 这些特征单独地或者 以所有可能的组合予以考虑 ：
- 包含不饱和聚酯构成的反应性官能团的预聚物单独地或者组合地选自下列组 分： 邻苯二甲酸树脂 ； 间苯二甲酸树脂 ； 甲基丙烯酸甲酯树脂 ； 对苯二甲酸树脂 ； 四氯邻苯 二甲酸酐树脂 ； 氯化或溴化二醇类树脂 ；
- 通过包含不饱和聚酯构成的反应性官能团的预聚物的光引发自由基聚合获得的 聚合物与不含不饱和聚酯构成的反应性官能团的预聚物相结合， 所述不含不饱和聚酯构成 的反应性官能团的预聚物单独地或者组合地选自例如下列组分 ： 聚氨酯树脂， 特别是具有 乙烯基醚官能团和 / 或乙烯基酯官能团的聚氨酯树脂 ； 聚酯树脂， 特别是聚酯丙烯酸酯 ； 环 氧树脂 ； 聚酰亚胺树脂 ；
- 该涂层具有 60℃至 100℃的玻璃化转变温度 Tg， 例如大于或等于 70℃， 甚至例如 大于或等于 75℃， 和 / 或例如小于或等于 85℃ ；
- 该涂层具有红外吸收带， 该吸收带的最大吸收一方面在 1700 至 1800cm-1 之间， 另一方面在 700 至 750cm-1 之间 ；
- 磨料单独地或者组合地选自下列化合物 ： Al2O3 ； SiO2 ； SiC ； BaSO4 ； ZrSiO4 ； CeO2 ； 铁氧化物 ； 磨料的存在具有赋予涂层更高的摩擦力的作用 ；
- 层状填料单独地或者组合地选自下列化合物 ： 石墨 ； 页硅酸盐 ( 包括滑石 ) ； MoS2 ；
- 惰性填料单独地或者组合地选自下列化合物 ： 有机和 / 或无机颜料， 例如 TiO2 ； 沸石 ； 活性炭 ；
- 涂层的厚度在 10μm 至 100μm 之间， 例如大于或等于 20μm， 和 / 或例如小于或 等于 60μm。
本发明的目的还在于包含反作用板和压板的干式离合器， 其包含至少一个如上所 述的根据本发明的干式离合器衬里。
本发明还涉及干式离合器衬里的制造方法， 该离合器衬里拟固定到干式离合器的 支撑盘上并与所述离合器的反作用板或压板摩擦， 其包含下列步骤 ：
1) 提供摩擦材料层， 该摩擦材料层基于与至少一种有机组分和至少一种能够带 静电的组分混合的纤维， 所述摩擦材料层包含拟与反作用板或压板接触的面并且为例如环 形； 2) 将至少所述面用以质量百分比表示的下列组分的混合物进行涂布 ：
- 通过包含不饱和聚酯构成的反应性官能团的预聚物的自由基聚合、 特别是光引 发的自由基聚合获得的聚合物 ： 90 至 100％ ；
- 磨料 ： 小于或等于 1％ ；
- 层状填料 ： 小于或等于 10％ ；
- 惰性填料 ： 小于或等于 10％。
当然， 在根据本发明的离合器衬里的范围内使用的术语和实例适用于关于以上方 法的术语和实例。
根据所述方法的一种实施方案， 步骤 2) 的用混合物涂布包含下列子步骤 ：
2a) 提供包含所述组分的干粉末，
2b) 将所述粉末静电喷涂到至少待涂布的面上，
2c) 预聚物的自由基聚合， 优选通过光引发自由基聚合， 特别是通过紫外辐射。
有利地， 自由基聚合步骤 2c) 可以通过预聚物的熔融步骤来进行， 特别是通过红 外加热来获得熔融。
根据本发明方法的一种实施方案， 步骤 2a) 的粉末具有 20 至 50μm 之间的中位直 径。
观察到， 根据本发明的衬里的多个面甚至全部的面可以用上述涂层涂布。这有利 地得到防尘涂层。
具体实施方式
下面通过非限制性实施例对本发明进行举例说明。
以具有 20 至 50μm 的中位直径的粉末的形式提供两种组成的根据本发明的组分 混合物。
下面， 将根据第一种组成的混合物称为 “组成 1” ， 将根据第二种组成的混合物称为“组成 2” 。
第一种组成 “组成 1” 包含聚酯丙烯酸酯和聚氨酯。
第二种组成 “组成 2” 包含聚酯丙烯酸酯。
将这些粉末静电喷涂到没有涂层的离合器衬里上， 所述衬里为 ValeoMatériaux de Friction 的商标为 F820 DS 以及商标为 F830 DS 的产品。
注意到， 可以使用静电喷枪或摩擦电喷枪进行静电喷涂。通过来自容器的压缩空 气将粉末颗粒输送到喷枪， 在此它们通过与合适的材料的摩擦或者通过与具有 “电晕” 放电 的电极的接触而带静电， 所述电极在约 10 至 100kV 的电压下运行。
以这种方式喷射的颗粒通过静电相互作用附着到基板上。
然后将所述粉末涂布的面通过红外辐射加热， 以使得所述粉末熔融。
然后通过紫外线使粉末聚合。
根据 DE 100 02 261 A1 的教导， 使用含有磨料的丙烯酸清漆 ( 称为 “LACRY” ， 沉积 于没有涂层的离合器衬里 F820DS 和 F830DS 上 ) 制备对应于对比实施例的样品。
也将没有涂层的离合器衬里 F820DS 和 F830DS 用作对比实施例。
以下联系附图给出的实施例对应于根据下表 1 生产的离合器衬里。
表1
标为 “EX” 的实施例对应于根据本发明的实施例。
标为 “EC” 的实施例对应于对比实施例。
附图 1 至 8 说明了根据本发明的实施例和对比实施例测量的多种参数的变化。用 相同的数字标记表示的曲线对应于相同的曲线。
图 1 至 3 说明了通过测量从以上生产的衬里样品的表面上提取的涂层碎片而获得 的红外 (IR) 光谱。
图 1 对应于用 “组成 1” 型的涂层获得的根据本发明的样品的 IR 光谱 10。
图 2 对应于用 “组成 2” 型的涂层获得的根据本发明的样品的 IR 光谱 20。
图 3 对应于用 “LACRY” 型的涂层获得的对比实施例的样品的 IR 光谱 30。
注意到光谱 10 和 20 具有很大的相似性， 特别是它们各自包含的 IR 吸收带的最 -1 大吸收一方面在 1700 至 1800cm 之间， 特别是 1710 至 1720cm-1 左右， 另一方面在 700 至 -1 -1 750cm 之间， 特别在 725cm 左右。
也注意到最大吸收在 820 至 880cm-1 之间以及 1010 至 1050cm-1 之间的 IR 吸收带 的存在。
IR 光谱 30 非常显著地不同于前两个光谱， 并且尤其不具有最大吸收在 700 至 -1 750cm 之间的 IR 吸收带。
不希望与任何科学理论相联系， 关于通过包含不饱和聚酯构成的反应性官能团的 预聚物的光引发自由基聚合获得的根据本发明的涂层， 可以认为特征谱带如下 ：
·1700 至 1800cm-1 之间 ： 不饱和羰基基团 ； -1
·700 至 750cm 之间， 特别是 725cm-1 左右 ： -(CH2)n- 链， 其中 n ≥ 4。
此外， 注意到聚合之前的粉末的 IR 光谱与使用这些粉末在光引发自由基聚合之 后获得的根据本发明的涂层的 IR 光谱接近。
根据本发明的实施例的涂层具有 60℃至 100℃之间的玻璃化转变温度 Tg。
通 过 使 用 涂 层 碎 片 的 差 示 扫 描 量 热 法 (“DSC” ， Differential ScanningCalorimetry) 进行的分析测量玻璃化转变温度， 所述涂层碎片取自根据本发明的 衬里的样品表面。
测得以下结果 ：
- 对于使用 “组成 1” 获得的涂层 ： Tg ＝ 78℃
- 对于使用 “组成 2” 获得的涂层 ： Tg ＝ 64℃
使用扫描电子显微镜 (SEM) 进行观察， 以表征沉积于摩擦材料上的涂层。
用 “LACRY” 获得的样品的涂层的自由表面是光滑的， 并且涂层和摩擦材料之间的 界面是基本上平的。
根据本发明用 “组成 1” 和 “组成 2” 获得的样品的涂层的自由表面是粗糙的， 并且 这些涂层与摩擦材料之间的界面是不规则的， 并且注意到这些涂层渗透到摩擦材料表面上 的孔隙中。
图 4 和 5 说明根据本发明的衬里和对比实施例的摩擦系数的变化过程。
测量摩擦的条件对应于对离合器衬里磨合阶段过程中的启动的模拟。 摩擦系数 μ 根据啮合周期数 N 进行测量。当 N ＝ 0 时衬里是新的。以约 15kJ 的低能量并且在约 60℃ 的低温下进行啮合。在衬里将要摩擦的相对材料的表面上沉积油脂。目前使用油脂来保护 形成相对材料的板的材料以防腐蚀。在所示的实施例中， 在相对材料上施加约 1mg/cm2 的 油脂。
油脂的存在导致称为 “滑动” 的不期望的效果， 其中摩擦系数低， 通常小于 0.2， 这 不能进行转矩的良好传送。
图 4 显示了对于根据本发明的样品， 即曲线 14 的 EX1 和曲线 15 的 EX2， 以及对于 曲线 44 的对比试样 EC1， 在上述条件下的摩擦系数的变化过程。 可以看出， 没有涂层的试样 EC144 在 100 次以上的啮合中表现出低的摩擦系数， 而根据本发明的样品 EX1 14 和 EX215 使得可以在至多 10 次的啮合后达到大于 0.25 的摩擦系数。观察到， 采用 50μm 的根据本 发明的涂层 (EX2， 15) 比采用 30μm 的根据本发明的涂层 (EX1， 14) 更快且有利地达到大于 或等于 0.30 的摩擦系数。通过根据本发明的涂层， 快速地获得令人满意的且相对稳定的摩 擦系数。
图 5 说明对于不同组成的相同厚度的根据本发明的样品， 即曲线 14 的 EX1 和曲线 24 的 EX3， 以及对于曲线 44 的对比试样 EC1， 在上述条件下的摩擦系数的变化过程。
观察到， 由 “组成 2”获得的涂层也使得可以限制滑动， 并且可以快速获得大于 0.20 的摩擦系数。
图 6 至 8 涉及在车辆上进行的颤动测量。经过关于车辆上离合器颤动的表征训练 的操作者给出从 4 到 8 的 “舒适度得分” ， 其中 8 对应于非常舒适的感觉， 4 对应于差的舒适 度的感觉。 对于给定的衬里， 在平的道路上进行测试以模拟正常启动， 同时在具有 12％倾斜度的道路上进行测试以模拟严苛的启动条件。以不同的发动机模式 ( 例如慢速、 1000rpm、 1200rpm) 进行多次啮合。也以从低到中等到最大转矩的不同转矩进行啮合， 最大转矩接近 车轮滑动极限。在第一挡、 第二挡和倒车挡上进行啮合。因而操作者能够给出舒适度得分， 使得可以识别离合器颤动的倾向。 颤动的测量结果以在不同测试条件下给出的得分的分布 形式表示， 从 0 至 100％。
图 6 显示了对于根据本发明的衬里， 即图形 16 的 EX1， 与图形 46 的没有涂层的衬 里 F820DS 的对比实施例 EC1 相比， 进行的颤动测量。 对于该测试， 相对材料的粗糙度是严重 的， Ra 从 4 到 6μm。注意到， 对于 EC1， 大约 10％的情况舒适度被认为非常差 ( 得分为 4)， 约 10％的情况为中等 ( 得分为 6)， 其余的情况下为好或者非常好 ( 得分为 7 或者 8)。对于 根据本发明的衬里， 不存在舒适度被分级为非常差的情况。
图 7 显示了对于根据本发明的衬里， 即图形 17 的 EX1， 与图形 47 的没有涂层的衬 里 F820DS 的对比实施例 EC1 相比， 进行的颤动测量。对于该测试， 相对材料的粗糙度低， Ra 小于 1μm。也注意到， 与没有涂层的衬里 F820DS EC1 相比， 根据本发明的衬里 EX1 的舒适 度得以改善。在超过 80％的情况下， 采用根据本发明的衬里 EX1 的舒适度被认为好或者非 常好。 图 8 显示了对于根据本发明的衬里即图形 18 的 EX4， 图形 38 的具有 “LACRY” 型涂 层的衬里 EC2， 以及图形 48 的没有涂层的衬里 EC3， 进行的颤动测量。对于这些测试， 相对 材料的粗糙度低， Ra 小于 1μm。注意到， 没有涂层的衬里 F830DS 即 48 的 EC3 在这些条件 下产生中等的颤动行为， 该行为在使用根据本发明涂布的衬里即 18 的 EX4 的情况下得到显 著改善。相反， 发现 “LACRY” 型涂层的存在非常显著地降低舒适度， 并且在约 10％的情况下 感觉舒适度是差的。
与基于 “LACRY” 型组分的涂层不同， 根据本发明的涂层使得可以快速获得防止滑 动并且稳定的摩擦系数， 同时避免了颤动现象。
因此， 包含根据本发明的涂层的离合器衬里特别适合于满足有效且舒适的离合器 的设计要求。
本发明不限于实施例， 并且应当以非限制性的方式进行解释， 包括任何等价的实 施方案。