经热失控后具有高机械强度的离合器衬片.pdf

一种用于机动车离合器装置的干式摩擦衬片，所述干式摩擦衬片包括：摩擦层和支承部分，所述支承部分一方面包括包含树脂、弹性体和填料的粘合剂，另一方面包括：强化纱线(10)，强化纱线围绕垂直于摩擦面的中心轴延伸数圈，该强化纱线包括由多个长的基础碳纤维形成的碳基础纱线，优选地多纤维类型的有机基础纱线，该强化纱线(10)被构型以由其本身形成支承层的网格。

权利要求书
1.  一种用于机动车离合器装置的干式摩擦衬片(2)，所述干式摩擦衬片包括：
－摩擦层(4)，其包括摩擦面(6)；
－摩擦层(4)的支承部分(8)，
其特征在于，支承部分包括：
－强化纱线(10，10a，10b，20)，强化纱线围绕垂直于摩擦面(6)的中心轴延伸数圈，基本上平行于摩擦面(6)，循随一路径，该路径变化以产生强化纱线的交叠以形成网格，该强化纱线包括至少一称为碳基础纱线(16)的基础纱线，碳基础纱线由多个连续的基础碳纤维形成，和
－浸透和/或包围强化纱线的粘合剂，粘合剂包括至少一热固性树脂、弹性体材料和填料。

2.  根据权利要求1所述的干式摩擦衬片，其特征在于，强化纱线(10，10a，10b，20)包括扭绞在一起的多个基础纱线(16，18)，扭绞在一起的多个基础纱线包括至少所述碳基础纱线(16)和至少另一个称为非碳基础纱线(18)的基础纱线(18)，非碳基础纱线包括多个纤维，这多个纤维的至少大部分和优选地全部由一种或更多种的非碳材料形成。

3.  根据权利要求2所述的干式摩擦衬片，其特征在于，非碳基础纱线包括：
－多个有机基础纤维，例如属于由任意的预氧化丙烯酸纤维、芳族聚酸胺纤维和黏胶纤维形成的组的基础纤维，
－至少一个，优选地多个无机基础纤维，例如属于由玻璃纤维或玄武岩纤维，和由连续的铜、黄铜、钢或铝丝形成的纤维形成的组的多个基础纤维。

4.  根据权利要求2或3所述的干式摩擦衬片，其特征在于，非碳基础纱线(18)包括多个有机基础纤维，有机基础纤维通常被膨体化以方便树脂渗透进强化纱线(10，10a，10b，20)中。

5.  根据前述权利要求中任一项所述的干式摩擦衬片，其特征在于，强化纱线(10，10a，10b，20)的路径在每圈上形成一起伏部，该起伏部形成径向圆形凸出部，每圈的圆形凸出部数目在2到7之间，优选地在4到7之间。

6.  根据权利要求5所述的干式摩擦衬片，其特征在于，起伏部在两个同心圆之间延伸，以使得强化纱线交替地触及这些同心圆的每一个。

7.  根据前述权利要求中任一项所述的干式摩擦衬片，其特征在于，强化纱线(10，10a，10b)围绕中心轴延伸的圈数在6到15之间，优选地在7到13之间，限值包含在内。

8.  根据前述权利要求中任一项所述的干式摩擦衬片，其特征在于，支承层(8)包括：
－体积百分比15％－70％的树脂；
－体积百分比2％－40％的碳基础纱线；
－体积百分比1％－40％的非碳基础纱线；
－体积百分比5％－30％的弹性体；
－体积百分比2％－20％的填料。

9.  根据前述权利要求中任一项所述的干式摩擦衬片，其特征在于，树脂是酚醛塑料类型的树脂或氨基塑料类型的树脂、或混合的三聚氰胺改性苯酚/甲醛树脂、或混合的苯酚改性三聚氰胺/甲醛树脂、或多种这些树脂的任意混合物。

10.  根据前述权利要求中任一项所述的干式摩擦衬片，其特征在于，碳基础纤维(16)包括石墨化或非石墨化的连续的基础碳纤维，基础碳纤维具有的纤维直径在5微米到25微米之间，该碳基础纱线优选地具有典型地在50tex到5000tex之间的线密度和在3000MPa到6000MPa之间的拉伸强度。

11.  根据权利要求2到4中任一项所述的干式摩擦衬片，其特征在于，非碳基础纱线包括来自由黏胶纤维、丙烯酸纤维和预氧化丙烯酸纤维形成的组的基础纤维。

12.  根据前述权利要求中任一项所述的干式摩擦衬片，其特征在于， 弹性体材料属于由以下成分或以下成分的任意混合物形成的组：聚异戊二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物和丁二烯丙烯腈共聚物。

13.  根据前述权利要求中任一项所述的干式摩擦衬片，其特征在于，填料是属于由以下成分之一或以下成分的任意混合物形成的组的材料的粉末：炭黑、云母、硫磺、碳酸钙和硫酸钡。

14.  根据前述权利要求中任一项所述的干式摩擦衬片，其特征在于，每个连续基础碳纤维围绕垂直于摩擦面(6)的中心轴延伸数圈。

15.  一种机动车离合器装置，其特征在于，其包括根据权利要求1到14中任一项所述的干式摩擦衬片。

说明书经热失控后具有高机械强度的离合器衬片
技术领域
本发明涉及一种用于机动车离合器装置的干式摩擦衬片。
背景技术
在现有技术中已知用于离合器装置的干式摩擦衬片，所述干式摩擦衬片包括多层，典型地包括摩擦层或面层(noble layer)，和该摩擦层的支承部分(经常被称为亚表层)，支承部分的作用在于机械耐抗性，特别是用以耐抗在以高转速带动衬片时的离心应力。
这类支承部分，或亚表层典型地由树脂/强化纱线的复合材料形成，复合材料的强化纱线是有机纤维(例如丙烯酸纤维或芳族聚酸胺纤维(aramid fibre))、矿物纤维(例如玻璃或玄武岩纤维)和以及金属纤维——例如由铜、黄铜、钢或铝制成的纤维——的结合。最近，机动车制造商着眼于获得这样的离合器：所述离合器能够在由“热失控(thermal abuse)”测试模拟的高温严苛条件下令人满意地运行，即在摩擦衬片曝露于360℃的温度三个小时的特定情形中。
可以发现，现有的干式摩擦衬片的品质在这类热失控测试后显著失效，通常在这类情形中不再令人满意。
因此存在生产这样的干式摩擦衬片的需要，所述干式摩擦衬片对离心作用的机械强度属性对热失控相对不敏感，使得可保持其它属性是令人满意的，例如这些衬片的平坦性。
这类衬片此外应利用这样的技术进行生产，所述技术与汽车工业和汽车工业的生产成本相兼容，且与在航空或航天领域中所遇到的技术——例如三维复合材料——不同，在技术上并不特别昂贵。
发明内容
本发明的一目的在于使这样的干式摩擦衬片的生产变得可能，所述干式摩擦衬片适用于汽车工业并且具有的机械性能比现有技术的机械性 能更好，特别是在热失控后。
为此，本发明的一对象在于一种用于机动车离合器装置的干式摩擦衬片，所述干式摩擦衬片包括：
－摩擦层，其包括摩擦面；
－摩擦层的支承部分，
其特征在于，支承部分包括：
－强化纱线，强化纱线围绕垂直于摩擦面的中心轴延伸数圈，基本上平行于该摩擦面，循随(following)一路径，该路径变化以产生强化纱线的交叠以形成网格，该强化纱线包括至少一称为碳基础(carbon elementary)纱线的基础纱线，该碳基础纱线由多个连续的基础碳纤维形成，和
－粘合剂，所述粘合剂浸透和/或包围强化纱线，包括至少一热固性树脂、弹性体材料和填料。
根据本发明的一优选实施方式，强化纱线有利地包括扭绞在一起的多个基础纱线，扭绞在一起的多个基础纱线包括至少碳基础纱线和至少另一个称为非碳基础纱线的基础纱线，非碳基础(non-carbon elementary)纱线包括多个纤维，这多个纤维的至少大部分和优选地全部由一种或更多种的非碳材料形成。
由基础碳纤维组成的强化纱线从现有技术是已知的，和特别是以可通过浸透进行使用的织物的形式是可用的，例如以多个叠置层或股的形式。在这类碳织物中，一股的纱线以基本上直的方式进行布置。典型地使用具有纱线的不同定向的数股纱线，这使得可获得在较多方向上的强化。然而，在摩擦衬片的情形中，纱线的一部分将具有总体径向方向或接近径向方向，以使得在离心应力时对衬片的机械强度的贡献较低或甚至为零。
碳纤维此外以其卓越的拉伸强度是已知的，不过相反地其弯曲或切变强度相对较低。因此经推理非常不可能会出现这样的情况：可使这类碳强化纱线卷绕一圈或多圈(360°)，而在使用在汽车工业中所应用的制造和成形技术方面不会遇到非常显著的制造问题，和特别是例如在常 见的并线机中卷绕与其它纱线预先扭绞的这类碳纱线。
这是为什么在现有技术中也提出，例如在美国专利申请文件US 2013/0118142 A1中，使用由不连续的碳纤维制成的强化纱线——包括不连续的碳纤维，典型地长度在10mm到250mm之间。
这类纤维通常长度为数十毫米，导致纱线的柔性高，被认为是可被描述如缝纫丝的纱线，导致弯曲性高和使得可使用纱线的较大曲度。这类纱线包括不连续的基础碳纤维(具有不连续性，典型地在单根纱中是多处中断，而不仅是在端部)，不过其所具有的机械强度低于包括连续纤维的纱线的机械强度。
不过申请人发现，对于包括连续基础纤维的碳纱线的制造和成形所预判的严重技术问题，特别是对于涉及相当大的切变或弯曲应力的步骤(例如在在汽车工业中所使用类型的用于强化纱线的并线机或并线圈架中所遇到的)，确实会如期望地会遇到，不过出人意料地已通过如在下文所阐释的简单方式进行解决。
通过使用具有总体圆周方向的线圈，衬片以显著改善的方式经历离心应力，而不同于碳织物——碳织物的纤维的定向是非常多变的。此外就由不连续的碳纤维组成的纱线而言，衬片具有显著改善的机械强度。
在本发明的一优选实施方式中，强化纱线包括扭绞在一起的多个基础纱线，扭绞在一起的多个基础纱线包括至少碳基础纱线和至少另一个称为非碳基础纱线的基础纱线，非碳基础纱线包括多个纤维，这多个纤维的至少大部分和优选地全部由一种或更多种的非碳材料形成。
有利地，非碳基础纱线包括：
－多个有机基础纤维，例如属于由任意的预氧化丙烯酸纤维、芳族聚酸胺纤维和黏胶纤维形成的组的基础纤维，
－至少一个，优选地多个无机基础纤维，例如属于由玻璃纤维或玄武岩纤维，和由连续的铜、黄铜、钢或铝丝形成的纤维形成的组的多个基础纤维。
这使得可生产混合的碳/非碳强化纱线，其成本比完全由碳纤维形成的纱线的成本低。
特别有利地，非碳基础纱线包括多个有机基础纤维，所述有机基础纤维通常被膨体化(volumized)以方便树脂渗透进强化纱线中。
实际上已发现的是，出人意料地，包括多个有机基础纤维的非碳基础纱线具有比具有树脂和混合扭绞(或等同绕绞(stranded)方式)设计的碳纤维更好的紧密性：碳基础纱线/非碳基础纱线，非碳基础的基础纱线组成对于树脂粘合剂渗透到强化纱线内部的渗透路径，强化了碳纤维/树脂粘合剂的接触和使强化纱线的碳部分与粘合剂互锁，降低强化纱线/基质在最终材料中分离的风险。树脂粘合剂渗透进入强化纱线内部的作用在纤维通常被膨体化时进一步得到强化。
表述“通常被膨体化”(或通常被卷曲变形化)被理解为描述一组在一起的纤维：对初始状态而言孔隙度增加，在初始状态中纤维更为靠近。
非碳基础纱线因此包括相当大比例的有机基础纤维。术语“有机”在这里被理解为描述这样的纤维：来自C、H、O、N组的元素的重量多于50％，除本身通常并不被认为是有机的碳纤维之外。
使用如在现有技术中称为并线圈架的机器，之前被浸透或被涂覆以粘合剂的强化纱线是弯曲的，以随循无起伏部的路径，或具有起伏部的路径，起伏部形成每圈一定数目的径向圆形凸出部，如将在以下附图中所显示的。
无起伏部的路径对应小于1的每圈的圆形凸出部数目(常见地被称为圆形的或同心的线圈)，而无起伏部的路径对应多于1的每圈的圆形凸出部数目。已发现的是，每圈的圆形凸出部数目越多，所获得的最终衬片的平坦性越好。也已观察到，每圈的圆形凸出部数目越少，在离心测试中的机械强度越高。
有利地，强化纱线的路径在每圈上形成一起伏部，该起伏部形成径向圆形凸出部，每圈的圆形凸出部数目在0(圆形线圈)到10之间，优选地在2到7之间，或甚至非常优选地在4到7之间。已发现，这些值的范围在在热失控后在离心测试中获得高机械强度和获得令人满意的平坦性之间达到良好的折中。
典型地，起伏部在两个同心圆之间延伸，以使得强化纱线交替地触及这些圆的每一个。
强化纱线的绕圈的数目一方面通过对于衬片所期望的最终厚度确定。还通过获得衬片的支承层的足够网格的需要来确定，所述网格对于客车的摩擦衬片典型地获得绕圈的数目在6到15之间，优选地7到13之间，限值包含在内。典型地，每圈波动部的数目被选择以使得，在卷绕强化纱线差不多给定的全部数目的绕圈之后，纱线的两端部差不多相遇。
摩擦衬片的支承层有利地包括：
－体积百分比15％－70％(优选地30％－60％)的树脂；
－体积百分比2％－40％(优选地7％－30％)的碳基础纱线；
－体积百分比1％－40％(优选地5％－30％)的非碳基础纱线；
－体积百分比5％－30％(优选地8％－22％)的弹性体；
－体积百分比2％－20％(优选地4％－15％)的填料。
可使用多类热固性树脂。有利地，可使用酚醛塑料类型的树脂，例如苯酚/甲醛(可溶性酚醛树脂或酚醛清漆类型的树脂)，或氨基塑料类型的树脂(例如三聚氰胺或尿素/甲醛类型的树脂)，或混合树脂，例如三聚氰胺改性苯酚/甲醛树脂，或混合苯酚改性三聚氰胺/甲醛树脂，或多种这些树脂以任何比例的混合物。
例如，可使用酚醛塑料族或氨基塑料族的热固性树脂(或这些树脂以任何比例的混合物)。
碳基础纱线典型地包括石墨化或非石墨化的连续的基础碳纤维，基础碳纤维具有的纤维直径在5微米到25微米之间，该碳基础纱线优选地具有典型地在50tex到5000tex之间的线密度和在3000MPa到6000MPa之间的拉伸强度。术语“连续的纤维”被理解为指基本上仅仅在纱线的端部具有中断的纤维。
非碳基础纱线优选地包括来自由黏胶纤维、丙烯酸纤维和预氧化丙烯酸纤维形成的组的基础纤维。
优选地，非碳基础纱线也包括通过铜或黄铜单丝形成的纤维。
如用于粘合剂的弹性体材料，可选择属于由以下成分之一或以下成分的任意混合物形成的组：聚异戊二烯(天然聚异戊二烯，标记为NR，或合成聚异戊二烯，标记为IR)、苯乙烯-丁二烯共聚物(标记为SBR)、丁二烯丙烯腈共聚物(标记如丁腈橡胶或NBR)。
还可使用一种或更多种以下复合物，单独地或作为与已述及的一种或更多种其它弹性体的混合物：乙烯-丙烯共聚物(标记为EP或EPM)；乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)；聚醚嵌段酰胺(PEBA或TPE)。
也可使用一种或多种耐高温弹性体，单独地或作为混合物，例如硅树脂(特别是标记为VMQ(乙烯醚硅树脂)，或PVMQ，FVMQ或MQ的等级)；全氟弹性体(标记为FFKM)；乙二醇二乙酸脂共聚物(EVA或EVM)；聚丙烯酸弹性体(ACM)；丙烯酸乙烯共聚物(AEM)；氯磺化聚乙烯(CSM)；表氯醇弹性体(CO和ECO)等。
填料典型地是属于以下成分之一或以下成分的任意混合物形成的组的材料的粉末：炭黑、云母、硫磺、碳酸钙和硫酸钡。
作为选择，粘合剂也可包括短纤维，不同于上文所描述的连续的碳纤维，所述短纤维也可被并入树脂材料中，不过将被认为是纤维类型的附加加固料，而不是填料。
本发明也涉及一种用于机动车的干式离合器装置，其特征在于，所述干式离合器装置包括如上文所描述的干式摩擦衬片。
在整个前文中，每个连续的基础碳纤维可围绕垂直于摩擦面的中心轴延伸数圈。
在整个前文中，每个连续的基础碳纤维可在主要垂直于中心轴——垂直于摩擦面——的一平面中延伸数圈。
在整个前文中，强化纱线可延伸的圈数在5到15之间，特别是在8到12之间，特别是等于10。
在整个前文中，强化纱线可以是单一纱。作为变型，可提供多个强化纱线。
附图说明
通过阅读接下来的仅仅作为示例给出的和参照附图进行的说明，将更好地理解本发明，在附图中：
图1以横截面视图示意性地示出摩擦衬片。
图2示意性地示出根据本发明的摩擦衬片的支承部分的网格，包括单一强化纱线。
图3和图4是示出具有起伏部的强化纱线的路径的理论图。
图5示意性地示出根据本发明的摩擦衬片的支承部分，包括没有起伏部的单一强化纱线。
图6示意性地示出绕绞的强化纱线。
图7示意性地示出通过不合适的导向孔眼进行导向的碳基础纱线。
具体实施方式
现在参照图1，图1以横截面视图示意性地示出根据本发明的干式摩擦衬片2。该衬片包括：摩擦层4，其包括摩擦面6；和支承部分8，支承部分在摩擦层4下面。这类衬片典型地包括两元件：摩擦层和支承部分，但是如果衬片包括数目更多的元件，例如在摩擦层4和支承部分8之间具有中间层，也在本发明的范围内。
图2示出形成十圈的单一强化纱线10(支承部分的)，该纱线的每个部分对应一圈，基本上位于垂直于中心轴的平面中，即平行于在附图上未示出的摩擦面，所述中心轴经过中心点O。
每圈在这里对应2.9个径向圆形凸出部，所述径向圆形凸出部在160mm的内径(点O每侧80mm)和240mm的外径(点O每侧120mm)之间延伸。
术语“圆形凸出部(lobe)”涉及这样的形状：由在距离中心轴和点O距离最小的纱线的路径的连续两点之间的纱线形成。可以观察到，纱线的交叠的点(轴向叠置，并不必需地接触)产生形成支承层的相对精细的网格(轴向视图)的纱线，强化支承层机械强度。纱线在每处都具有在圆周方向上的相当大的分量(component)，在转动时增大机械强度(对离心力的耐抗性)。
图3和图4是强化纱线的理论附图，所述强化纱线形成具有径向圆 形凸出部的一起伏部，即对于图3每圈7.5个圆形凸出部，对于图4每圈3.5个圆形凸出部。这些只是理论图示，因为对于这两个附图的衬片圈数仅仅为两个，对于每圈具有强化纱线的一对应部分10a、10b，产生典型地不足够的网格。
但是，这些附图使得能够评估每圈圆形凸出部数目对沿着纱线的路径的起伏部的几何形状的影响：在图3上观察到纱线的最大曲度区域14、和最大曲率点A(圆形凸出部的顶点)，在图4上也观察到区域14和点B，显示出每圈的圆形凸出部数目越多(图3的衬片相对于图4的衬片的情形)，曲度越大。曲度越大，支承层的平坦性和因此衬片的平坦性越能得到保证，这是由于对应一圆形凸出部的每个区域的硬化作用与包括碳纤维的强化纱线的高硬度相结合。相反地，当曲度较大时，强化纱线的平均方向在圆周方向上具有较小的分量，这在出现离心力的情况下限制支承层的机械强度。
图5示出强化纱线10的“无起伏部”绕圈，在其中，每圈仅仅0.899个圆形凸出部。通过这类构型，由强化纱线提供的机械强度较高，这是由于纱线的方向包括较大的圆周分量的事实。另一方面，衬片的平坦性基本上不再得到保证。
图6示意性地示出混合的碳/非碳强化纱线20的截面，所述强化纱线由与一非碳基础纱线18扭绞的碳基础纱线16形成，典型地通常包括膨体化的丙烯酸基础纤维的基础纱线。这两个纱线在“并线机”中扭绞在一起，该装置在制造包括扭绞的基础纱线的纱线或缆线的工业中是熟知的。可以注意到碳基础纱线经历弯曲应力和较大的曲度，而没有损坏，这不能期望通过推理获得。
图7示出在生产碳基础纱线的情形中使用常见的并线机(在用于扭绞和弯曲纺织品或金属线的工业中熟知的装置)所遇到的问题。碳基础纱线22经过常见的钢制导向孔眼24。在孔眼处的摩擦和局部曲度(在附图上由于视角原因不是很清晰)导致碳基础纱线由于掉毛(linting)而显著失效的问题(碳基础纤维的一部分的聚集)。连续的碳基础纤维的较大长度导致特别是在孔眼处破损的纤维的局部聚集。
但是，用于通过并线机/圈架生产组件来生产衬片的方法可出人意料地通过微小的修改来进行控制：
－用陶瓷孔眼来替代钢制孔眼(如果最终表面不是非常光滑，进行设备的预先磨合)；
－增大回动轮的直径(例如增加20％)；
－如有需要，减小在方向更改时的角度和/或纱线的拉伸。
在在任何情况下并不限定于一特定阐释的情况下，认为使用这样的基础纱线——包括与并线机中的碳基础纱线相结合的有机基础纤维——会导致强化纱线中的表面应力(与在基础纤维之间或在基础纱线之间的内部摩擦相关联的应力)相对于与相对硬的纱线或纤维(例如玻璃纤维或钢制纤维)的接触而言，与有机纤维接触的碳纤维的表面减小。
此外，相对光滑的陶瓷表面和方向的适度更改有助于消除碳基础纱线的掉毛。
本发明并不受限于一特定实施方式，本领域技术人员可通过使用未在上文所描述的任何合适的附加技术来实施本发明，而不离开本发明的范围。