CN110863346A - 一种重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳‑碳纤维复合材料的制备方法，对聚丙烯腈原丝依次进行预氧化、碳化、石墨化处理、表面处理和上浆处理，得碳纤维织物；对烃源气体通过化学相沉积法进行脱氢分解并以碳纤维织物为基体沉积碳，得碳‑碳纤维摩擦层；取FB树脂胶和环氧树脂混合并均质化，得预浸胶液；碳‑碳纤维摩擦层单面涂抹预浸胶液，保温后固化，自然冷却，得到重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳‑碳纤维复合材料。所制备的碳‑碳纤维复合材料具有摩擦系数高、耐磨性能稳定、综合性能强和使用寿命长的优点。

Description

一种重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复 合材料的制备方法
技术领域
本发明属于碳纤维复合材料技术领域，特别涉及一种重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料的制备方法。
背景技术
在重型汽车变速箱中同步器锥环是同步器总成的核心部件，高效、耐磨、摩擦系数稳定的摩擦层是同步器总成实现机械摩擦换挡的决定性因素。目前重型汽车变速器同步器中常用的摩擦材料主要是碳纤维树脂复合材料，其摩擦系数低、耐磨性能不稳定，综合性能低，使用寿命短。
发明内容
本发明目的在于提供一种摩擦系数高、耐磨性能稳定、综合性能强和使用寿命长的重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：对聚丙烯腈原丝依次进行预氧化、碳化、石墨化处理、表面处理和上浆处理，得碳纤维织物；
步骤2：对烃源气体通过化学相沉积法进行脱氢分解并以碳纤维织物为基体沉积碳，得碳-碳纤维摩擦层；
步骤3：按质量比(3～5):1分别取FB树脂胶和环氧树脂混合并均质化，得预浸胶液；
步骤4：每900mm×(1163～1167)mm的碳-碳纤维摩擦层单面涂抹 235～245g预浸胶液，在80～100℃下保温后在200～250℃下固化，自然冷却，得重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料。
进一步的，步骤1中聚丙烯腈原丝为通过湿法纺丝形成的6K聚丙烯腈原丝。
进一步的，步骤1中湿法纺丝的纺丝原液由丙烯腈双键打开后在衣康酸共聚单体作用下获得。
进一步的，步骤1中预氧化温度为200～300℃，碳化温度为1000～1500℃，石墨化处理的温度为2500～3000℃，表面处理和上浆处理均采用双酚A类环氧。
进一步的，步骤1中碳纤维织物的经向和纬向拉力均不小于 4200N/25mm，经纬密度为6.3～6.7根/cm。
进一步的，步骤2中烃源气体为甲烷，化学相沉积法采用氮气作为惰性载体并在1100～1125℃下脱氢分解，甲烷压力为10～30KPa，甲烷滞留时间为 0.08～0.7s。
进一步的，步骤2中沉积碳的时间为110～130h。
进一步的，步骤4中保温为80℃下保温1～2h，100℃下保温0.5～1.5h。
进一步的，步骤4中固化的时间为1～1.5h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的一种重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料的制备方法，其在碳纤维织物基底上沉积高耐磨的碳颗粒并用预浸胶液浸润固化，进而形成重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料；由于在碳纤维织物基底上沉积了高耐磨的碳颗粒，因此能够增大该复合材料的耐磨性，因此该复合材料的耐磨性能稳定；又由于碳的熔点非常高，因此该复合材料还具备耐高温的优点，碳基的摩擦层的摩擦系数大于树脂材料的摩擦层的摩擦系数，因此采用碳基的摩擦层，增大了该复合材料的摩擦系数，碳基的使用使摩擦层具备含油散热性；配制的预浸胶液能够增强碳-碳纤维的界面结合性能，能够克服固化过程内裂纹和气泡等缺陷，有力增强了该复合材料的综合机械性能指标；由于该复合材料的摩擦性能稳定，且具有较强的综合性能，因此其使用寿命长。
具体实施方式
实施例1
一种重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：对通过湿法纺丝形成的6K聚丙烯腈原丝依次在200℃下进行预氧化、在1250℃下进行碳化、在2800℃下进行石墨化处理、采用双酚A类环氧进行表面处理和上浆处理，得碳纤维织物；其中，湿法纺丝的纺丝原液由丙烯腈双键打开后在衣康酸共聚单体作用下获得；碳纤维织物的经向和纬向拉力均不小于4200N/25mm，经纬密度为6.5根/cm；
步骤2：对甲烷通过化学相沉积法且采用氮气作为惰性载体在1115℃下进行脱氢分解并以碳纤维织物为基体沉积碳120h，得碳-碳纤维摩擦层；其中，脱氢分解时甲烷压力为20KPa，甲烷滞留时间为0.08s；
步骤3：按质量比4:1分别取FB树脂胶和环氧树脂混合并均质化，得预浸胶液；
步骤4：每900mm×1163mm的碳-碳纤维摩擦层单面均匀涂抹240g预浸胶液，在80℃下保温1h，100℃下保温0.5h后在200℃下固化1.5h，自然冷却，得1.9g/cm3的重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料。
经测定，所制备的碳-碳纤维复合材料室温下抗拉强度为807MPa，高温抗拉强度为852MPa，经过摩擦试验机测定的摩擦系数为0.3。将碳-碳纤维复合材料进行高温高压固化工艺粘结在同步器锥环基体上，在150℃工作条件下，使用寿命达到13万次以上。
实施例2
一种重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：对通过湿法纺丝形成的6K聚丙烯腈原丝依次在255℃下进行预氧化、在1500℃下进行碳化、在3000℃下进行石墨化处理、采用双酚A类环氧进行表面处理和上浆处理，得碳纤维织物；其中，湿法纺丝的纺丝原液由丙烯腈双键打开后在衣康酸共聚单体作用下获得；碳纤维织物的经向和纬向拉力均不小于4200N/25mm，经纬密度为6.3根/cm；
步骤2：对甲烷通过化学相沉积法且采用氮气作为惰性载体在1125℃下进行脱氢分解并以碳纤维织物为基体沉积碳110h，得碳-碳纤维摩擦层；其中，脱氢分解时甲烷压力为10KPa，甲烷滞留时间为0.4s；
步骤3：按质量比3:1分别取FB树脂胶和环氧树脂混合并均质化，得预浸胶液；
步骤4：每900mm×1167mm的碳-碳纤维摩擦层单面均匀涂抹245g预浸胶液，在80℃下保温1.5h，100℃下保温1.5h后在230℃下固化1.2h，自然冷却，得重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料。
经测定，所制备的碳-碳纤维复合材料室温下抗拉强度为816MPa，高温抗拉强度为864MPa，经过摩擦试验机测定的摩擦系数为0.29。
实施例3
一种重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：对通过湿法纺丝形成的6K聚丙烯腈原丝依次在300℃下进行预氧化、在1000℃下进行碳化、在2500℃下进行石墨化处理、采用双酚A类环氧进行表面处理和上浆处理，得碳纤维织物；其中，湿法纺丝的纺丝原液由丙烯腈双键打开后在衣康酸共聚单体作用下获得；碳纤维织物的经向和纬向拉力均不小于4200N/25mm，经纬密度为6.7根/cm；
步骤2：对甲烷通过化学相沉积法且采用氮气作为惰性载体在1100℃下进行脱氢分解并以碳纤维织物为基体沉积碳130h，得碳-碳纤维摩擦层；其中，脱氢分解时甲烷压力为30KPa，甲烷滞留时间为0.7s；
步骤3：按质量比5:1分别取FB树脂胶和环氧树脂混合并均质化，得预浸胶液；
步骤4：每900mm×1165mm的碳-碳纤维摩擦层单面均匀涂抹235g预浸胶液，在80℃下保温2h，100℃下保温1h后在250℃下固化1h，自然冷却，得重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料。
经测定，所制备的碳-碳纤维复合材料室温下抗拉强度为821MPa，高温抗拉强度为882MPa，经过摩擦试验机测定的摩擦系数为0.31。
因此所制备的碳-碳纤维复合材料室温下抗拉强度大于800MPa，高温抗拉强度大于850MPa，经过摩擦试验机测定的摩擦系数大于0.28。

Claims (9)

1.一种重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对聚丙烯腈原丝依次进行预氧化、碳化、石墨化处理、表面处理和上浆处理，得碳纤维织物；
步骤2：对烃源气体通过化学相沉积法进行脱氢分解并以碳纤维织物为基体沉积碳，得碳-碳纤维摩擦层；
步骤3：按质量比(3～5):1分别取FB树脂胶和环氧树脂混合并均质化，得预浸胶液；
步骤4：每900mm×(1163～1167)mm的碳-碳纤维摩擦层单面涂抹235～245g预浸胶液，在80～100℃下保温后在200～250℃下固化，自然冷却，得重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中聚丙烯腈原丝为通过湿法纺丝形成的6K聚丙烯腈原丝。
3.根据权利要求2所述的一种重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中湿法纺丝的纺丝原液由丙烯腈双键打开后在衣康酸共聚单体作用下获得。
4.根据权利要求1所述的一种重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中预氧化温度为200～300℃，碳化温度为1000～1500℃，石墨化处理的温度为2500～3000℃，表面处理和上浆处理均采用双酚A类环氧。
5.根据权利要求1所述的一种重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中碳纤维织物的经向和纬向拉力均不小于4200N/25mm，经纬密度为6.3～6.7根/cm。
6.根据权利要求1所述的一种重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中烃源气体为甲烷，化学相沉积法采用氮气作为惰性载体并在1100～1125℃下脱氢分解，甲烷压力为10～30KPa，甲烷滞留时间为0.08～0.7s。
7.根据权利要求1所述的一种重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中沉积碳的时间为110～130h。
8.根据权利要求1所述的一种重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4中保温为80℃下保温1～2h，100℃下保温0.5～1.5h。
9.根据权利要求1所述的一种重型汽车变速器同步器锥环锥面摩擦层用碳-碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4中固化的时间为1～1.5h。
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