CN107974764A - 一种双面针刺碳刹车盘预制体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种双面针刺碳刹车盘预制体的制备方法，是一种双面复合针刺技术，双面复合针刺预制体采用网胎/无纬布叠加铺设。从双面每铺设一面网胎或无纬布进行双面针刺的方式。复合针刺机的进给速度与针刺频率、针刺压力与针刺速度达到最佳匹配性以及采用网胎对网胎，无纬布对无纬布的背靠背结构铺设的方式。本发明提高了20％的沉积速率，并且能够很好的防止偏磨现象的发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳/碳复合材料用碳纤维预制体制备方法。
背景技术
碳刹车盘预制体作为增强体影响碳/碳复合材料的各种性能，合理的预制体结构决定了碳/碳复合材料的质量优劣。
碳/碳或新型碳复合刹车盘预制体目前主要采用无纬布交错铺叠结构，即整体针刺毡结构。它克服了2D铺层预制体层间强度弱的缺点，同时又克服了3D编织预制体工艺复杂.成本高的弱点，是目前各国争相采用的一种多用途.高技术含量的预制体成型技术。法国欧洲动力装置公司、上海大学、兰州炭素厂、中航制动、宜兴天鸟公司和宜兴飞舟公司等企业或大学已经进行碳纤维预制体的研究与生产工作。其中,宜兴天鸟公司和宜兴飞舟公司抓住刹车盘国产化的商机，大力发展碳布/网胎铺层针刺技术，已成为军工企业以及民用企业针刺毡制品的主要供应商。但是目前碳刹车盘预制体主流工艺是从单面进行针刺的，这就导致了制得的预制体整体孔隙率较低、针刺面结构异于未针刺面的缺点，使得预制体在沉积过程中沉积周期长，碳刹车盘双面性能不匹配。
发明内容
为克服现有技术中存在的碳刹车盘沉积效率低、碳刹车盘双面因结构不对称引起性能不匹配的不足，本发明提出了一种双面针刺碳刹车盘预制体的制备方法。
本发明的具体过程是：
步骤1，制造网胎。
步骤2，制造单元层。步骤3，设定针刺参数。所述的针刺参数包括针刺频率、针刺深度和步进速度。
所设定针刺参数分别为：
针刺频率为160次/min～180次/min，针刺深度为4.5mm/次～5.5mm/次，步进速度为12mm/min～16mm/min。
步骤4，复合针刺过程。
将第一单元层和第二单元层叠加并放置于托网板上。对叠加的两层单元层进行针刺，得到第一针刺层。在得到的第一针刺层的上表面叠加第三单元层并放置于托网板上，并进行针刺，得到第二针刺层。在得到的第二针刺层的下表面叠加第四单元层并放置于托网板上，并进行针刺，得到第三针刺层。重复所述叠加、放置和针刺过程，直至得到的针刺层的高度满足设计要求。得到预制体的半成品。
所述针刺层的高度根据设计要求确定。
所述针刺时按设定的针刺频率、针刺深度和步进速度进行。
在叠加时，第一单元层的无纬布表面与第二单元层的无纬布表面相对应；第三单元层的网胎表面与第一针刺层的上表面对应，第四单元层的网胎面与第一针刺层的下表面对应。按照无纬布表面与无纬布表面相对应、网胎表面与网胎表面相对应的原则完成叠加。叠加时，相邻两层无纬布碳纤维丝的方向成90°。
通过复合针刺机进行针刺；针刺时，通过复
合针刺机的剥网板下压固定托入叠加的单元层；通过针板针刺，针刺的方向为单元层的厚度方向；针刺完毕后针板上移，刺针跟着退回，与单元层的厚度方向同向的纤维通过之间的结合力紧紧抱合，最后剥网板上移，完成一次针刺；针刺完一面后，将完成一面针刺的叠加单元层翻面，依照所述针刺过程针刺另一面。所使用刺针的长度为85mm。
步骤5，裁切。根据设计要求，将得到的预制体的半成品在线切割机上裁切，得到碳刹车盘用预制体。
本发明是一种双面复合针刺技术。双面复合针刺预制体采用网胎/无纬布叠加铺设。从双面每铺设一面网胎或无纬布进行双面针刺的方式。复合针刺机的进给速度与针刺频率、针刺压力与步进速度达到最佳匹配性以及采用网胎对网胎，无纬布对无纬布的背靠背结构铺设的方式。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.双面复合针刺预制体双面的孔隙结构都能到达单面复合针刺预制体单面孔隙结构的程。在沉积过程中，裂解的气体会通过预制体的空隙进入到预制体内部，整体而言本预制体孔隙率相比现有预制体孔隙率增多，为CVD沉积过程提供充足的气体扩散通道。相比于现有预制体沉积速率提高了20％。
2.由于对称的预制体结构，双面复合针刺结构制备的刹车盘的两端面至中心的密度梯度.导热率以及单面的磨损率的差异比同尺寸单面针刺结构刹车盘要小。一般来说，传统单面针刺盘式刹车片在使用过程中会存在因两面摩擦系数不同造成两面刹车性能不同，而出现偏磨现象。对于双面针刺刹车盘来说，针刺结构为对称结构，两面摩擦系数相近，可以很好的防止偏磨现象的发生。
表1 本发明的沉积效率与现有技术的沉积效率对比
附图说明
图1是双面针刺毡空间排布结构；
图2是针刺过程示意图；
图3是双面针刺毡针刺示意图；
图4是本发明的流程图。图中：
1.针板；2.剥网板；3.刺针；4.半成品；5.托网板；6.无纬布；7.网胎。
具体实施方案
本实施例是一种双面复合针刺预制体的制备。所述的预制体采用HTS-12K PAN基碳纤维。
步骤1，制造网胎。
利用现有技术的网胎生产线制造网胎7。将裁切好的短碳纤维细丝通过进料帘输送到梳理机内，经过锡林与梳理棍梳理成网，形成350mm×50m的成品网胎7，成卷备用。
步骤2，制造单元层。
在裁切工作台上展开得到的成品网胎。将碳纤维丝通过碳纤维线架引出后铺设在网胎上。对铺设有所述碳纤维丝的网胎裁切，得到多个350mm×350mm的单元层。
步骤3，设定针刺参数。
针刺之前首先设置好针刺频率、针刺深度和步进速度。
所述针刺频率、针刺深度和步进速度分别为：
针刺频率为160次/min～180次/min，针刺深度为4.5mm/次～5.5mm/次，步进速度为12mm/min～16mm/min。
步骤4，复合针刺。
首先将第一单元层和第二单元层叠加并放置于托网板上。采用常规的针刺方法对叠加的两层单元层进行针刺，得到第一针刺层。在得到的第一针刺层的上表面叠加第三单元层并放置于托网板上，并进行针刺，得到第二针刺层。在得到的第二针刺层的下表面叠加第四单元层并放置于托网板上，并进行针刺，得到第三针刺层。重复所述叠加、放置和针刺过程，直至得到的针刺层的高度满足设计要求。得到预制体的半成品4。
所述针刺层的高度根据设计要求确定。
所述针刺时按设定的针刺频率、针刺深度和步进速度进行。
在叠加时，第一单元层的无纬布6表面与第二单元层的无纬布表面相对应；第三单元层的网胎7表面与第一针刺层的上表面对应，第四单元层的网胎面与第一针刺层的下表面对应。按照无纬布表面与无纬布6表面相对应、网胎7表面与网胎表面相对应的原则完成叠加。叠加时，相邻两层无纬布碳纤维丝的方向成90°。
针刺是采用常规的针刺方法进行。托入叠加的单元层先由剥网板下压固定，再由针板针刺，针刺的方向为单元层的厚度方向。刺针长度为85mm。通过倒钩带动纤维，使纤维在厚度方向分布，针刺完毕后针板上移，刺针跟着退回，与单元层的厚度方向同向的纤维通过之间的结合力紧紧抱合，最后剥网板2上移，完成一次针刺。针刺过程示意图见图1。针刺完一面后，将完成一面针刺的叠加单元层翻面，依照所述针刺过程针刺另一面。双面针刺毡空间排布结构图见图1；针刺过程示意图见图2；双面针刺毡针刺效果图见图3。
针刺时，通过调节针板1下降距离来调整针刺深度，通过调节喂料棍的转速控制步进速度。针刺效果主要决定于针刺频率、针刺深度和步进速度。
步骤5，裁切。
根据设计要求，将得到的预制体的半成品4在线切割机上裁切，得到碳刹车盘用预制体。
本发明通过三个具体实施例详细说明本发明的具体过程。三个实施例的制备过程相同，不同之处在于各实施例中设定的参数。
表1 各实施例的参数
| 实施例 | 预制体高度mm | 针刺频率次/min | 针刺深度mm/次 | 步进速度mm/min |
| 1 | 28 | 160 | 4.5 | 12 |
| 2 | 30 | 170 | 5 | 14 |
| 3 | 29 | 180 | 5.5 | 16 |
表3 各实施例的力学性能
Claims (4)
1.一种双面针刺碳刹车盘预制体的制备方法，其特征在于，具体过程是：
步骤1，制造网胎；
步骤2，制造单元层；
步骤3，设定针刺参数：所述的针刺参数包括针刺频率、针刺深度和步进速度；
所设定针刺参数分别为：
针刺频率为160次/min～180次/min，针刺深度为4.5mm/次～5.5mm/次，步进速度为12mm/min～16mm/min；
步骤4，复合针刺：将第一单元层和第二单元层叠加并放置于托网板上；对叠加的两层单元层进行针刺，得到第一针刺层；在得到的第一针刺层的上表面叠加第三单元层并放置于托网板上，并进行针刺，得到第二针刺层；在得到的第二针刺层的下表面叠加第四单元层并放置于托网板上，并进行针刺，得到第三针刺层；重复所述叠加、放置和针刺过程，直至得到的针刺层的高度满足设计要求；得到预制体的半成品；
所述针刺层的高度根据设计要求确定；
所述针刺时按设定的针刺频率、针刺深度和步进速度进行；
步骤5，裁切：根据设计要求，将得到的预制体的半成品在线切割机上裁切，得到碳刹车盘用预制体。
2.如权利要求1所述双面针刺碳刹车盘预制体的制备方法，其特征在于，在叠加时，第一单元层的无纬布表面与第二单元层的无纬布表面相对应；第三单元层的网胎表面与第一针刺层的上表面对应，第四单元层的网胎面与第一针刺层的下表面对应；按照无纬布表面与无纬布表面相对应、网胎表面与网胎表面相对应的原则完成叠加；叠加时，相邻两层无纬布碳纤维丝的方向成90°。
3.如权利要求1所述双面针刺碳刹车盘预制体的制备方法，其特征在于，通过复合针刺机进行针刺；针刺时，通过复合针刺机的剥网板下压固定托入叠加的单元层；通过针板针刺，针刺的方向为单元层的厚度方向；针刺完毕后针板上移，刺针跟着退回，与单元层的厚度方向同向的纤维通过之间的结合力紧紧抱合，最后剥网板上移，完成一次针刺；针刺完一面后，将完成一面针刺的叠加单元层翻面，依照所述针刺过程针刺另一面。
4.如权利要求1所述双面针刺碳刹车盘预制体的制备方法，其特征在于，所述的刺针的长度为85mm。
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