ФРИКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ, СОДЕРЖАЩИЙ АРАМИД Российский патент 2021 года по МПК D21H13/26 

Настоящее изобретение направлено на фрикционный материал, содержащий арамид.

Фрикционная бумага или фрикционные материалы на бумажной основе используются в случае применения мокрого трения, таком как фрикционные накладки дисков сцепления в автоматических трансмиссиях. Эти материалы бумажного типа, как правило, прикрепляют к опорным элементом для использования в применениях, связанных с передачей механической энергии. Фрикционную бумагу изготавливают обычным способом производства бумаги, но эти материалы фактически являются тщательно разработанными композиционными структурами, содержащими волокнистую массу, наполнители и связующее, обычно фенольную смолу, и при необходимости дополнительные компоненты, такие как волокна и фрикционные добавки.

Многодисковые сцепления и тормоза, работающие в масляной ванне, оказались идеальными устройствами передачи крутящего момента для высокоэнергетических применений. Многодисковое сцепление содержит чередующиеся фрикционные и стальные диски, которые взаимодействую в трибологической системе с масляным охлаждением для передачи заданного крутящего момента. Многодисковые сцепления, работающие в масляной ванне, используются в широком спектре применений, таких как сцепления в трансмиссиях с муфтами двойного действия, муфты блокировки гидротрансформатора, сцепления и тормоза в автоматических трансмиссиях, колесные тормоза и тормоза полуосей, механизмы блокировки дифференциала, раздаточные коробки в случае привода на все колеса, механизмы отбора мощности и муфты сцепления.

Фрикционные бумаги представляют собой композиционные материалы, которые имеют составы, обеспечивающие надлежащее трение, снижение уровня шума, термостойкость и износостойкость в каждом конкретном применении. Они содержат ряд различных материалов, каждый из которых вносит вклад в свойства бумаги.

Часто имеются армирующие волокна для повышения механической прочности и долговечности системы. Они дополнительно способствуют получению пористой структуры, которая содействует обеспечению надлежащего впитывания смолы.

Наполнители добавляют для выполнения различных функций, например, для содействия впитыванию смолы, ускорения прохода масла через бумагу для борьбы с термической деструкцией при использовании, обеспечения надлежащих фрикционных характеристик и/или уменьшения шума.

Смола присутствует для обеспечения хорошей стабильности размеров, хороших трибологических характеристик и хорошей термостойкости.

Волокнистые материалы присутствуют для повышения механической прочности, пористости бумаги и удерживания наполнителей. В WO2007076335 описано использование PIPD-волокон (волокон на основе полигидрохинон-диимидазопиридина) или волокнистой массы во фрикционной бумаге. В WO2006/012040 описана акриловая и параарамидная волокнистая масса, предназначенная для использования в качестве упрочняющего материала в таких изделиях, как уплотнения и фрикционный материал.

Параарамидную волокнистую массу часто используют в качестве волокнистого материала во фрикционной бумаге. Она демонстрирует хорошую термостойкость, фрикционные характеристики и долговечность. Кроме того, она имеет хорошие свойства в том, что касается показателей шума и вибраций (NVH), и не демонстрирует химического взаимодействия с жидкостью для автоматических трансмиссий (ATF). Она также имеет хорошую сжимаемость и прочностные характеристики при сдвиге и хорошую гибкость по сравнению с металлическими волокнами.

Тем не менее, было обнаружено, что по-прежнему имеется возможность улучшения характеристик параарамидной волокнистой массы во фрикционной бумаге. В частности, существует потребность в улучшении фрикционных характеристик, повышении прочности и уменьшении потерь частиц смолы и наполнителя.

Настоящее изобретение обеспечивает решение этой проблемы.

Изобретение относится к фрикционной бумаге, содержащей наполнитель, параарамидную волокнистую массу и смолу, отличающейся тем, что параарамидная волокнистая масса содержит 0,1-10% масс. поливинилпирролидона (PVP), при этом бумага имеет граммаж в диапазоне от 100 до 800 г/м².

Было обнаружено, что использование параарамидной волокнистой массы, содержащей PVP, приводит к улучшенным фрикционным характеристикам по сравнению с применением параарамидной волокнистой массы, не содержащей PVP. Полученные эффекты включают улучшенные фрикционные характеристики, улучшенные прочностные свойства и улучшенное удерживание наполнителя. Дополнительные преимущества настоящего изобретения и конкретных вариантов его осуществления станут ясными из дальнейшего описания.

Настоящее изобретение и эффекты, связанные с ним, будут описаны ниже более подробно.

Ключевым признаком настоящего изобретения является то, что фрикционная бумага содержит параарамидную волокнистую массу, содержащую 0,1-10% масс. поливинилпирролидона (PVP).

В контексте настоящего описания термин «арамид» относится к ароматическому полиамиду, который представляет собой полимер, полученный поликонденсацией ароматического диамина и галоидангидрида ароматической двухосновной карбоновой кислоты. Арамиды могут существовать в виде метаарамидов и параарамидов. В настоящем изобретении используется параарамид. В контексте настоящего описания термин «параарамид» относится к арамиду, в котором, по меньшей мере, 85% связей между ароматическими фрагментами представляют собой параарамидные связи. В качестве типовых элементов этой группы упоминаются поли(амид парафенилентерефталевой кислоты), поли(амид 4,4'-бензанилидтерефталевой кислоты), поли(амид парафенилен-4,4'-бифенилендикарбоновой кислоты) и поли(амид парафенилен-2,6-нафталендикарбоновой кислоты или сополи(амид парафенилен/3,4'-диоксифенилентерефталевой кислоты).

Применение арамида, в котором, по меньшей мере, 90%, более конкретно, по меньшей мере, 95% связей между ароматическими фрагментами представляют собой параарамидные связи, считается предпочтительным. Особенно предпочтительно применение поли(амида парафенилентерефталевой кислоты), также обозначаемого РРТА.

PVP, поливинилпирролидон, известен в данной области техники, промышленно производится и имеется на рынке. Он может быть получен, например, линейной полимеризацией N-винил-2-пирролидона. PVP, используемый в настоящем изобретении, как правило, имеет среднемассовую молекулярную массу в диапазоне от 5 до 2500 кг/моль. Может быть предпочтительным, чтобы PVP имел среднемассовую молекулярную массу от 8 до 1500 кг/моль. Низкие молекулярные массы могут быть предпочтительными для получения хороших характеристик. Следовательно, может быть предпочтительным, чтобы PVP имел среднемассовую молекулярную массу в диапазоне от 10 до 1000 кг/моль, в частности, 10-500 кг/моль, более конкретно 10-200 кг/моль, в некоторых вариантах осуществления 10-100 кг/моль или даже 10-60 кг/моль.

Параарамидная волокнистая масса, содержащая PVP, содержит 0,1-10% масс. поливинилпирролидона (PVP). Если имеется менее 0,1% масс. PVP, предпочтительный эффект от изобретения не будет получен. Если имеется более 10% масс., не будет получено никакого дополнительного эффекта. Считается предпочтительным, если количество PVP находится в диапазоне 0,5-6% масс.

Параарамидная волокнистая масса, содержащая PVP, используемая в настоящем изобретении, как правило, имеет длину (LL_0,25) в диапазоне 0,7-1,5 мм, в частности, в диапазоне 0,9-1,5 мм, в некоторых вариантах осуществления в диапазоне 0,9-1,3 мм. Этот параметр определяют посредством устройства Pulp Expert™ FS, которое откалибровано посредством образцов волокнистой массы с известными длинами. Средневзвешенная (по длине) длина LL_0,25 [мм] представляет собой средневзвешенную (по длине) длину, при этом включены частицы, имеющие длину >250 мкм, то есть >0,25 мм.

Параарамидная волокнистая масса, содержащая PVP, используемая в настоящем изобретении, как правило, имеет степень помола в градусах Шоппер-Риглера (°ШР) в диапазоне от 15 до 80°ШР, в частности, в диапазоне от 20 до 60°ШР, более конкретно в диапазоне от 20 до 40°ШР. Степень помола в градусах Шоппер-Риглера представляет собой параметр, часто используемый в технологии производства целлюлозы и бумаги. Он является показателем способности суспензии волокнистой массы в воде к отводу воды. Степень помола в °ШР может быть определена в соответствии с ISO5267/1.

Параарамидная волокнистая масса, содержащая PVP, используемая в настоящем изобретении, как правило, имеет садкость массы по канадскому стандарту (CSF) в диапазоне 15-700 мл, в частности, в диапазоне 100-600 мл, более конкретно в диапазоне 270-570 мл. Садкость массы по канадскому стандарту (CSF) представляет собой параметр, часто используемый в технологии производства целлюлозы и бумаги. Он является показателем способности суспензии волокнистой массы в воде к отводу воды. Садкость массы по канадскому стандарту (CSF) может быть определена в соответствии с TAPPI T227 (TAPPI - Техническая ассоциация целлюлозно-бумажной промышленности).

Параарамидная волокнистая масса, содержащая 0,1-10% масс. поливинилпирролидона (PVP), может быть получена различными способами. В одном варианте осуществления волокнистую массу, содержащую PVP, получают за счет образования тонких волокон из мелкоизмельченного материала, полученного из нитей, которые содержат как PVP, так и параарамид. Эти нити могут быть получены прядением из раствора, содержащего как PVP, так и арамидный полимер. PVP может быть добавлен в раствор арамида, или арамид может быть полимеризован в присутствии PVP. Такие нити описаны, например, в US5399431 и US6303221.

В одном варианте осуществления параарамидные волокнистые массы, содержащие PVP, получены посредством процесса, в котором волокнистую массу из комбинации параарамида и PVP получают посредством процесса, в котором реакцию полимеризации параарамида выполняют в присутствии PVP, и волокнистую массу получают непосредственно из раствора без промежуточного производства нитей. Этот процесс описан в WO96/10105.

Другой способ состоит в добавлении PVP к ранее полученной арамидной волокнистой массе. Это может выполняться, например, рафинированием арамидного мелкоизмельченного материала для образования волокнистой массы и последующим добавлением PVP к суспензии арамидной волокнистой массы.

Дополнительный способ, который считается предпочтительным, включает этапы соединения параарамидного мелкоизмельченного материала с PVP в водном растворе для образования смеси и подвергания смеси этапу рафинирования для образования арамидной волокнистой массы, содержащей PVP. Этот способ представляет собой предмет другой патентной заявки того же заявителя с названием «Способ производства арамидной волокнистой массы, содержащей поливинилпирролидон (PVP)».

В настоящем описании термин «параарамидный мелкоизмельченный материал» относится к параарамидным волокнам, отрезанным до длины, составляющей, например, по меньшей мере, 0,5 мм, в частности, по меньшей мере, 1 мм, более конкретно, по меньшей мере, 2 мм, в некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, 3 мм. Длина, как правило, составляет самое большее 20 мм, в частности, самое большее 10 мм, более конкретно, самое большее 8 мм. Толщина мелкоизмельченного материала находится, например, в диапазоне 5-50 микрон, предпочтительно в диапазоне 5-25 микрон, наиболее предпочтительно в диапазоне 6-18 микрон. Параарамидные волокна, из которых может быть получен такой мелкоизмельченный материал, доступны на рынке, например, от Teijin Aramid®. Длина мелкоизмельченного материала обозначается LL0.25 и представляет собой средневзвешенную (по длине) длину, при этом включены частицы, имеющие длину > 250 мкм, то есть > 0,25 мм.

В предпочтительном способе параарамидный мелкоизмельченный материал соединяют с PVP в водном растворе для образования смеси. Это может быть выполнено самыми разными способами. Например, сухой мелкоизмельченный материал может быть добавлен к раствору или суспензии PVP в воде, PVP может быть добавлен к суспензии мелкоизмельченного материала в воде, или PVP и мелкоизмельченный материал могут быть добавлены вместе к водной среде.

Концентрация PVP в смеси зависит от заданного количества PVP в конечной продукции и от количества PVP, которое может быть потеряно во время эксплуатации. Количество PVP в конечной продукции, как правило, находится в диапазоне 0,1-10% масс. PVP, в частности 0,5-6% масс. от массы арамида в сухом состоянии. Количество PVP, присутствующего в водной смеси, варьируется между 0,1 и 15% масс. от массы арамидного мелкоизмельченного материала в сухом состоянии, в частности, между 0,5 и 10% масс. от массы арамидного мелкоизмельченного материала в сухом состоянии.

Водную смесь, содержащую PVP и параарамидный мелкоизмельченный материал, подвергают этапу рафинирования для образования арамидной волокнистой массы, содержащей PVP. Процессы рафинирования известны в данной области техники. Как правило, при рафинировании суспензию мелкоизмельченного материала подвергают воздействию среды с большим сдвиговым усилием, например, посредством пропускания ее между дисками, которые перемещаются друг относительно друга. Эффект от этапа рафинирования состоит в уменьшении длины мелкоизмельченного материала и образовании тонких волокон из мелкоизмельченного материала для формирования волокнистой массы. При фибриллообразовании в мелкоизмельченном материале образуются тонкие элементарные волокна, что приводит к «жилкам» с тонкими волокнами, соединенными с ними, и несвязным тонким волокнам. Кроме того, «жилки» волокнистой массы могут стать перекрученными во время процесса рафинирования.

Можно выполнить один этап рафинирования, но также можно подвергнуть рафинированную волокнистую массу одному или более дополнительным этапам рафинирования, которые выполняют при таких же условиях, что и первый этап рафинирования, или при условиях, отличающихся от первого этапа рафинирования.

В альтернативном способе, в котором PVP добавляют к существующей параарамидной волокнистой массе, параарамидный мелкоизмельченный материал может быть подвергнут рафинированию, как описано выше, при отсутствии PVP. Затем PVP добавляют к нему с концентрациями в диапазоне, описанном выше. После перемешивания, например, в течение, по меньшей мере, одной минуты или, по меньшей мере, 5 минут будет получена суспензия волокнистой массы, содержащей PVP. Максимальное время перемешивания не является критически важным. Как правило, оно составляет самое большее 4 часа, в частности, самое большее 1 час.

В альтернативном способе, в котором арамидную волокнистую массу, содержащую PVP, получают из арамидной пряжи/нити, содержащей PVP, мелкоизмельченный материал из арамидной пряжи/нити может быть подвергнут рафинированию, как описано выше.

Суспензия волокнистой массы/пульпа, получающаяся в процессе рафинирования различными способами, может быть обработана желательным образом. Например, она может быть подвергнута этапу обезвоживания, на котором суспензию подвергают обезвоживанию, как правило, посредством подачи ее на сито или другой фильтрующий материал. Это приводит к формированию обезвоженной волокнистой массы. Обезвоженная волокнистая масса, как правило имеет содержание воды в диапазоне 40-80% масс., в частности, 50-70% масс. Обезвоженная волокнистая масса может иметь вид осадка (в том виде, как он образуется на фильтре), или осадок может быть измельчен для образования отдельных кусков, также называемых крошкой.

Обезвоженная волокнистая масса в виде осадка или крошки, или в любом другом виде может представлять собой конечный продукт, который может быть подвергнут дополнительной обработке желательным образом. Обезвоженная волокнистая масса также может быть высушена.

Сушка обезвоженной волокнистой массы может происходить обычным образом, например, посредством ее контактирования с окружающей газообразной средой, обеспечивающей сушку, при необходимости при повышенной температуре, что приводит к формированию высушенной волокнистой массы. Высушенная волокнистая масса, как правило, имеет содержание воды в диапазоне 2-20% масс., в частности, 3-10% масс.

Высушенная волокнистая масса, если это желательно, может быть подвергнута этапу рыхления. Рыхление волокнистой массы известно в данной области техники. Оно охватывает подвергание высушенной волокнистой массы механическому воздействию, например, при использовании ударной мельницы, мельницы, в которой используется турбулентный воздух, или мешалки с большими сдвиговыми усилиями/большими усилиями перемешивания. Этап рыхления волокнистой массы обеспечивает уменьшение объемной плотности волокнистого материала (то есть он делает его более «вспушенным»). Разрыхленная волокнистая масса может легче подвергаться диспергированию и при этом легче поддается нанесению. Как правило, этап рыхления волокнистой массы не вызывает существенного изменения свойств волокнистой массы.

Фрикционная бумага по настоящему изобретению имеет граммаж в диапазоне 100-800 г/м², в частности, в диапазоне 200-600 г/м².

Во фрикционной бумаге согласно изобретению арамидная волокнистая масса, содержащая PVP, как правило, будет присутствовать в количестве от 5 до 60% масс. Если выраженная в процентах доля волокнистой массы слишком низкая, не будет обеспечено ее влияние на механическую прочность и удерживание наполнителя. Если количество волокнистой массы слишком большое, количество других компонентов будет слишком малым. Может быть предпочтительным, чтобы количество волокнистой массы находилось в диапазоне от 5 до 55% масс., более конкретно, в диапазоне от 8 до 45% масс, еще более конкретно, в диапазоне от 10 до 35% масс.

Фрикционная бумага дополнительно содержит наполнитель. В контексте настоящего описания термин «наполнитель» предназначен для охвата всех материалов в виде твердых частиц, которые влияют на фрикционные характеристики бумаги. Пригодные наполнители известны в данной области техники. Примеры пригодных наполнителей включают огнеупорные частицы органических и неорганических материалов, таких как карбонат кальция, карбонат магния, карбид кремния, карбид титана, активированный уголь, глина, каолин, цеолит, глинозем, кремнезем, сульфат бария, баритовая пыль, и частицы, полученные из возобновляемых ресурсов, такие как порошкообразная скорлупа кокосового ореха и порошкообразная скорлупа ореха кешью. Другие примеры частиц пригодных наполнителей включают диатомит, частицы графита и частицы меди, хотя использование последних, как правило, прекратилось по соображениям, связанным с охраной труда, промышленной безопасностью и охраной окружающей среды (HSE).

Может быть предпочтительным, чтобы фрикционная бумага содержала диатомит и/или частицы графита.

Наполнитель, как правило, будет присутствовать в количестве от 5 до 55% масс. Если выраженная в процентах доля наполнителя слишком низкая, не будет обеспечено его влияние на фрикционные характеристики бумаги. Если количество наполнителя слишком большое, количество других компонентов будет слишком малым. Может быть предпочтительным, чтобы количество наполнителя находилось в диапазоне от 10 до 45% масс., более конкретно, в диапазоне от 20 до 35% масс.

Фрикционная бумага по настоящему изобретению содержит смолу в качестве связующего. Пригодные смолы известны в данной области техники. Смола, как правило, присутствует в количестве от 5 до 50% масс., в частности, в количестве от 15 до 40% масс. Если количество смолы слишком мало, это будет отрицательно влиять на структурную целостность бумаги. Если количество смолы слишком большое, содержание других компонентов будет слишком низким. Смола, как правило, представляет собой фенольную смолу, которая при необходимости может быть модифицирована, например, силиконом, меламином, эпоксидной смолой, крезолом или маслом ореха кешью. Другие подходящие связующие смолы включают эпоксидные смолы и меламины. Смола присутствует для повышения термостойкости бумаги, ее размерной стабильности и улучшения ее эксплуатационных характеристик при трении и износе.

Фрикционная бумага по настоящему изобретению может содержать дополнительные компоненты.

В одном варианте осуществления фрикционная бумага содержит армирующие волокна, такие как углеродные волокна, минеральные волокна, керамические волокна, стекловолокно, базальтовые волокна и минеральную вату, или полимерные волокна, такие как акриловые волокна, полиимидные волокна и полиамидные волокна. Также часто используются органические волокна, подобные хлопковым и целлюлозным, в виде волокон или в виде волокнистой массы. Может быть предпочтительным, чтобы фрикционная бумага согласно изобретению содержала одни или более из целлюлозных, хлопковых или углеродных волокон. Армирующие волокна часто используются для повышения долговечности и механической прочности бумаги. В случае их использования они, как правило, имеются в количестве от 2 до 40% масс., в частности, 5-35% масс. Армирующие волокна и их применение известны в данной области техники.

Фрикционная бумага может быть изготовлена способами, известными в данной области техники, как правило, способом, включающим этапы производства бумаги, содержащей арамидную волокнистую массу, содержащую PVP, смолу и наполнитель, и нагрева бумаги при таких условиях, при которых отверждается смола. В одном варианте осуществления на первом этапе все компоненты бумаги за исключением смолы соединяют в водной среде для образования суспензии. Это может быть выполнено в любой последовательности, и различные соединения могут быть добавлены одновременно или последовательно. Получающуюся в результате суспензию подают на сетку и удаляют воду. Это является обычным процессом при производстве бумаги и не требует никакого дополнительного разъяснения. Получающуюся в результате бумагу высушивают. Высушенную бумагу вводят в контакт со смолой. Как правило, смола находится в жидком виде, и бумагу пропитывают смолой. В зависимости от типа смолы пропитанная бумага может быть подвергнута этапу отверждения для отверждения смолы. Точные условия процесса будут зависеть от свойств смолы и, как правило, включают температуру в диапазоне от 100 до 300°С и давление от 0,5 до 10 МПа.

В другом варианте осуществления частицы твердой смолы добавляют в водную среду вместе с остальными компонентами, и получающуюся в результате суспензию подвергают обработке для формирования бумаги, как описано выше. После этого бумагу высушивают и подвергают отверждению, как описано выше.

Как будет очевидным для специалиста, различные предпочтительные варианты осуществления, описанные выше, могут быть скомбинированы, если они не являются взаимно исключающими.

Изобретение будет разъяснено со ссылкой на нижеприведенные примеры, не будучи ограниченным ими или посредством их.

Пример 1. Производство волокнистой массы

4 кг параарамидных измельченных волокон с длиной 6 мм (мелкоизмельченный материал с длиной 6 мм на основе Twaron® type 1000 1680f1000 от компании Teijin Aramid BV, Нидерланды) добавляли к 200 литрам водного раствора PVP. PVP имел молекулярную массу, составляющую приблизительно 50 кг/моль. Получающаяся в результате среда содержала 2% масс. арамидного мелкоизмельченного материала и 0,1% масс. PVP. Получающуюся в результате суспензию пропускали через лабораторный рафинер Sprout-Bauer 12ʺ до тех пор, пока не была получена заданная длина волокон. Во время процесса были взяты промежуточные образцы. Рафинированную суспензию подвергали обезвоживанию на столе с ситом для получения обезвоженного осадка. Эта волокнистая масса с PVP названа волокнистой массой А. Она содержит 5% масс. PVP.

Для получения образца для сравнения такую же процедуру повторяли без добавления PVP. Эта волокнистая масса упоминается как волокнистая масса В.

Пример 2. Изготовление фрикционной бумаги, содержащей наполнитель, смолу и арамидную волокнистую массу с PVP, согласно изобретению

Из 13,86 г волокнистой массы А, содержащей PVP, с содержанием твердых веществ, составляющим 19,83%, что эквивалентно 2,75 г сухой арамидной волокнистой массы, образовывали суспензию в 2 л воды, и обеспечивали перемешивание в течение 100 отсчетов (20 с при 3000 об/мин) в разрывателе Lorentzen & Wettre. Затем 3,54 г диатомита (Celatom MN-23) и 2,97 г фенольной смолы (BAKELITE® PF 0229 RP) были добавлены в суспензию и перемешаны в течение дополнительных 500 отсчетов (100 с при 3000 об/мин). Эта смесь была использована для получения листа бумаги на лабораторном листоотливном аппарате Rapid Köthen в соответствии с ISO 5269-2. Получающиеся в результате листы бумаги были высушены между двумя листами промокательной бумаги в тарельчатой сушилке при 90°С в течение, по меньшей мере, 30 минут. После этого высушенный лист был подвергнут отверждению в прессе между двумя тефлоновыми листами. Это выполняли при 150°С и давлении 0,5 МПа в общей сложности в течение 3 минут. Во время выполнения программы пресса через 1 и 2 минуты пресс открывался на короткое время для избежания нарастания давления из-за возможного выделения пара. Свойства этой получающейся в результате, экспериментальной фрикционной бумаги рассмотрены в Примере 4.

Пример 3. Изготовление сравнительной фрикционной бумаги, содержащей наполнитель, смолу и арамидную волокнистую массу

Такую же процедуру, как описанная в Примере 2, повторяли для волокнистой массы В за исключением того, что в этом случае использовали 15,23 г волокнистой массы с содержанием твердых веществ, составляющим 18,04%, что дает такое же количество арамидной волокнистой массы в сухом состоянии, составляющее 2,75 г. Свойства получающейся в результате, экспериментальной фрикционной бумаги со сравнительной волокнистой массой В рассмотрены в Примере 4.

Пример 4. Сравнение фрикционных бумаг

Были определены различные свойства фрикционных бумаг по Примерам 2 и 3.

1. Выход бумаги (удерживание наполнителя)

Выход бумаги рассчитывают делением массы конечной отвержденной бумаги на массу исходных сырьевых материалов (волокнистой массы, смолы и наполнителей в сухом состоянии) и умножением полученного результата на 100%. Таким образом, выход бумаги представляет собой показатель того, сколько наполнителя и смолы будет потеряно во время процесса производства бумаги (потеря волокнистой массы во время процесса производства бумаги в листоотливном аппарате является пренебрежимо малой).

Выход бумаги получают на основе среднего значения для двух листов. Результаты представлены в нижеприведенной таблице.

Лист на основе Выход бумаги
лист 1 [%] Выход бумаги
лист 2 [%] Средний выход бумаги [%] волокнистой массы А 72,2 71,4 71,8 волокнистой массы В 58,0 57,3 57,7

Из таблицы можно видеть, что выход бумаги для бумаги, полученной посредством волокнистой массы А согласно изобретению, значительно больше выхода бумаги для бумаги, полученной из сравнительной волокнистой массы В. Очевидно, что волокнистая масса А согласно изобретению обладает большей способностью удерживать частицы наполнителя и смолы, чем сравнительная волокнистая масса В.

2. Прочностные характеристики

Для фрикционных применений прочность при сдвиге и прочность в направлении Z (как показатель прочности внутренних связей) являются наиболее важными прочностными характеристиками вследствие больших сдвиговых усилий во время эксплуатации. Образцы были взяты из листов, полученных из волокнистой массы А и волокнистой массы В в Примерах 2 и 3, и были подвергнуты как испытанию для определения прочности при сдвиге, так и испытанию для определения прочности в направлении Z. Испытания проводились в соответствии с TAPPI T541 и ASTM D-5868-95. Результаты представлены в нижеприведенной таблице.

Лист на основе Прочность в направлении Z (Fmax) [кПа] Прочность при сдвиге (растягивающее напряжение при максимальной нагрузке) [кПа] Среднее значение Стандартное отклонение Среднее значение Стандартное отклонение волокнистой массы А 254 4 563 73 волокнистой массы В 110 7 250 23

Из этой таблицы можно видеть, что прочность экспериментальной фрикционной бумаги на основе волокнистой массы А согласно изобретению значительно повышена по сравнению с прочностью экспериментальной фрикционной бумаги на основе сравнительной волокнистой массы В.

3. Коэффициенты трения

Фрикционные характеристики для волокнистой массы А и волокнистой массы В были получены посредством использования устройства Bruker's UMT Tribolab, оснащенного модулем привода вращения, термокамерой для привода вращения и специальным комплектом аппаратуры для испытаний сцепления при мокром трении. Образцы были подготовлены посредством высекания колец из фрикционных бумаг, описанных в Примерах 2 и 3, и прикрепления их к стальным держателям образцов посредством использования смолы аналогично способу, используемому в промышленности для получения фрикционных дисков. Для обеих фрикционных бумаг, описанных в Примерах 2 и 3, для испытания для определения фрикционных характеристик были подготовлены соответственно по три образца (то есть образца фрикционной бумаги на стальном держателе образца).

Свежая жидкость для автоматических трансмиссий (Pentosin FFL-2) была использована в начале каждого испытания для определения фрикционных характеристик, и ее нагнетали при постоянном потоке. Испытание одного образца для определения фрикционных характеристик состояло в повторении запрограммированной последовательности (при этом, например, варьировались давление и частота вращения) 10 раз при 40°С. Первые 5 раз рассматривались как приработка, о чем свидетельствует уменьшение коэффициентов трения от одного прогона до следующего. Измеренные коэффициенты трения для испытания при 14-ступенчатом изменении частоты вращения при 2 разных давлениях в последних 5 прогонах были усреднены для каждой частоты вращения для каждого образца. Результаты для трех разных образцов, полученные для каждого типа фрикционной бумаги, усреднены для каждой частоты вращения и представлены на фиг.1.

Из фиг.1 можно видеть, что коэффициент трения фрикционной бумаги на основе волокнистой массы А (по изобретению) выше коэффициента трения фрикционной бумаги на основе волокнистой массы В (сравнительной) почти при всех частотах вращения при обоих давлениях. Кроме того, коэффициент статического трения (при приближении частоты вращения к нулю) фрикционной бумаги на основе волокнистой массы А (по изобретению) ниже коэффициента динамического трения (то есть имеется положительный наклон при низких частотах вращения), что, как правило, считается положительным для обеспечения комфорта при вождении (повышения плавности включения сцепления).

Изобретение относится к фрикционному материалу, содержащему арамид. Фрикционная бумага содержит наполнитель, параарамидную волокнистую массу и смолу. Причем параарамидная волокнистая масса содержит 0,1-10% масс. поливинилпирролидона (PVP). Бумага имеет граммаж в диапазоне от 100 до 800 г/м². Количество параамидной волокнистой массы, содержащей РVP, составляет 5-60% масс., наполнитель составляет 5-55% масс., а смола составляет 5-50% масс. Обеспечиваются улучшенные фрикционные характеристики, улучшенные прочностные характеристики и улучшенное удерживание наполнителя. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 4 пр.

1. Фрикционная бумага, содержащая наполнитель, параарамидную волокнистую массу и смолу, отличающаяся тем, что параарамидная волокнистая масса содержит от 0,1 до 10% масс. поливинилпирролидона (PVP), при этом бумага имеет граммаж в диапазоне от 100 до 800 г/м², и количество параарамидной волокнистой массы, содержащей поливинилпирролидон (PVP), составляет от 5 до 60% масс., наполнитель составляет от 5 до 55% масс., а смола составляет от 5 до 50% масс.

2. Фрикционная бумага по п.1, в которой параарамид представляет собой поли(амид парафенилентерефталевой кислоты).

3. Фрикционная бумага по любому из предшествующих пунктов, в которой параарамидная волокнистая масса содержит от 0,5 до 6% масс. поливинилпирролидона (PVP).

4. Фрикционная бумага по любому из предшествующих пунктов, в которой параарамидная волокнистая масса, содержащая PVP, имеет длину (LL_0,25) в диапазоне 0,7-1,5 мм, в частности, в диапазоне 0,9-1,3 мм.

5. Фрикционная бумага по любому из предшествующих пунктов, в которой параарамидная волокнистая масса, содержащая PVP, имеет степень помола в градусах Шоппер-Риглера (°ШР) в диапазоне от 15 до 80 °ШР.

6. Фрикционная бумага по любому из предшествующих пунктов, в которой параарамидная волокнистая масса, содержащая PVP, имеет садкость массы по канадскому стандарту (CSF) в диапазоне 15-700 мл.

7. Фрикционная бумага по любому из предшествующих пунктов, в которой параарамидная волокнистая масса, содержащая PVP, получена способом, включающим стадии

- соединения параарамидного мелкоизмельченного материала с PVP в водном растворе для образования смеси,

- подвергания смеси стадии рафинирования для образования параарамидной волокнистой массы, содержащей PVP.

8. Фрикционная бумага по любому из предшествующих пунктов, которая имеет граммаж в диапазоне 200-600 г/м².

9. Фрикционная бумага по любому из предшествующих пунктов, в которой арамидная волокнистая масса, содержащая PVP, имеется в количестве от 5 до 55% масс., более конкретно, в диапазоне от 8 до 45% масс., еще более конкретно, в диапазоне от 10 до 35% масс.

10. Фрикционная бумага по любому из предшествующих пунктов, в которой наполнитель имеется в количестве от 10 до 45% масс., более конкретно, в диапазоне от 20 до 35% масс.

11. Фрикционная бумага по любому из предшествующих пунктов, в которой смола имеется в количестве от 15 до 40% масс.

12. Фрикционная бумага по любому из предшествующих пунктов, в которой смола представляет собой фенольную смолу.

13. Фрикционная бумага по любому из предшествующих пунктов, при этом бумага дополнительно содержит армирующие волокна, как правило, в количестве от 2 до 40% масс., в частности, 5-35% масс.

14. Способ производства фрикционной бумаги по любому из предшествующих пунктов, включающий этапы производства бумаги, содержащей арамидную волокнистую массу, содержащую PVP, смолу и наполнитель, и нагрева бумаги при таких условиях, что смола отверждается.