DE3024200A1 - Verfahren zur herstellung von kohlenstoff-kohlenstoffaserzusammensetzungen zur verwendung als flugzeugbremsscheiben - Google Patents

Verfahren zur herstellung von kohlenstoff-kohlenstoffaserzusammensetzungen zur verwendung als flugzeugbremsscheiben

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DE3024200A1 DE19803024200 DE3024200A DE3024200A1 DE 3024200 A1 DE3024200 A1 DE 3024200A1 DE 19803024200 DE19803024200 DE 19803024200 DE 3024200 A DE3024200 A DE 3024200A DE 3024200 A1 DE3024200 A1 DE 3024200A1
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Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT, DIPLOMCHEMIKER
5 KÖLN 51, OBERLÄNDER UFER 90 - 5 -
Beschreibung :
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Kohlenstoff-Kohlenstoff aserzusammensetzung verbesserter Festigkeit. Genauer gesagt richtet sich die Erfindung auf ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Kohlenstofffaserzusainmensetzungen, die als Bremsscheiben in Flugzeugen verwendet werden können,bei denen die einzelnen Fasern in kreisförmiger Richtung orientiert sind, um eine optimale Festigkeit zu erhalten.
Kohlenstoff-Kohlenstoffaserzusainmensetzungen wurden hergestellt durch Binden von Kohlenstoffasern mit einem Binder, anschließendes Erhitzen auf eine ausreichend hohe Carbonisierungstemperatur, wobei die Fasern in einer Kohlenstoffmatrix miteinander verbunden sind. Diese Zusammensetzungen haben ein hohes Festigkeits- zu Gewichtsverhältnis und widerstehen höheren Temperaturen, beispielsweise 800 bis 30000C ohne Festigkeitsverlust. Wegen dieser Eigenschaften wurden derartige Kohlenstoffaserzusainmensetzungen in Flugzeugbremsscheiben als tragendes und reibendes Material verwendet.
Um eine vergleichbare Festigkeit von Bremsscheiben zu erreichen sollten die Kohlenstoffasern längs orientiert sein, um die vorteilhafte Festigkeit der Einzelfasern auszunutzen. Bisher wurde die Faserorientierung dadurch herbeigeführt, daß man Gewebe, ausgerichtete Schichten oder gewundene Filamente verwendete.
Gehackte Fasern sind einsetzbar bei der Herstellung von Zusammensetzungen, weil die Fasern wegen ihrer kurzen Länge leicht mit den bekannten Kohlenstoffbindern gemischt und
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druckgeformt werden können. Jedoch sind die Fasern in derartigen Zusammensetzungen statistisch orientiert, so daß nicht die Strukturfestigkeit erreicht wird, die vorhanden wäre bei einheitlich ausgerichteten Fasern wie beispielsweise in gewebten offenen Waren. Es besteht deshalb der Wunsch nach einer Möglichkeit gehackte Fasern in einer Richtung auszurichten, um eine optimale Festigkeit der ξ
Zusammensetzung zu erreichen, beispielsweise in kreisförmi- | ger Richtung im Falle von Bremsscheiben. Eines der Haupt- J
Probleme beim Ausrichten von Fasern bestand darin, daß die Z
Fasern leicht brechen beim Mischen oder bei Extrusionsverfahren, was bei hohen Konzentrationen von flüssigen Bindern wie Phenolharzen auftritt. Ein weiteres Problem bestand in der Tendenz der gehackten Fasern aneinander zu haften und in Form hochkonzentrierter Bündel die Gleichmäßigkeit der Zusammensetzung zu zerstören.
Es bestand deshalb die Aufgabe ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Kohlenstoffaserzusammensetzungen mit einer so hohen Festigkeit aufzuzeigen, daß sie insbesondere zur Herstellung von Flugzeugbremsscheiben geeignet sind.
Es wurde gefunden, daß man gute FaserStrömungseigenschaften bei einem Extrusionsverfahren erreicht, wenn der Mischung hohe Anteile an pulverförmigen Füllmaterial beigefügt werden, so daß die Harz-Faserkombination einen ausreichenden Harz-Faser Körper aufweist und einen gleichmäßigen Fluß der verstärkenden Fasern ergibt. Die Verwendung von Füllstoffen erniedrigt jedoch den Fasergehalt der späteren Faserzusammensetzung, so daß eine Verringerung der Festigkeit resultiert.
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ORIGINAL INSPECTED
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht in einem verbesserten Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Faserzusammensetzungen durch Extrudieren einer Mischung, die kurze Kohlenstoffasern und ein Binder/Verdickungsmittel enthält, wobei die Mischung bezüglich der Ausrichtung der Fasern ein ausgezeichnetes Stömungsverhalten aufweist.
Die Kohlenstoff-Kohlenstoffharzzusammensetzungen zur Verwendung als Bremsscheiben in Flugzeugen werden hergestellt durch Extrudieren einer wässrigen gelierten Mischung, die gehackte Kohlenstoffasern und ein Binde-Verdickungsmittel enthält in Form eines verlängerten Bandes in dem die Fasern in Strömungsrichtung orientiert sind. Das Band wird dann in einer spiralförmigen Konfiguration angeordnet und es werden flache scheibenförmige Artikel gebildet, in denen die Fasern in kreisförmiger Richtung orientiert sind. Die scheibenförmigen Artikel werden getrocknet, dann auf eine zur Carbonisierung des Binders ausreichende Temperatur erwärmt und die Mischung dann mit einem flüssigen Kohlenstoffbinder imprägniert und nachfolgend durch Erhitzen auf mindestens Carbonisierungstemperatur eine Verdichtung des Materials herbeigeführt.
Gegenstand der Erfindung ist das Verfahren nach Anspruch
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht auch die Herstellung von Kohlenstoff-Kohlenstoffaserzusammensetzungen durch Extrusion einer Mischung vor, die gehackte hitzegehärtete mesophasische Teerfasern (thermoset mesophase pitch fibers) enthält, die dann zu ausgerichteten Fasern in der gebildeten Zusammensetzung carbonisiert werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist überraschende Vorteile und Verbesserungen auf. Das verbesserte Verfahren basiert auf der Entdeckung das eine Mischung von gehackten Kohlenstoffasern und einem Binde/Verdickungsmittel extrudiert werden kann, wobei die einzelnen Pasern dabei gleichzeitig im wesentlichen in Strömungsrchtung ausgerichtet werden, wenn ein hoher Anteil von Wasser in der Mischung zusammen mit einem die Viskosität stark erhöhenden Verdickungsmittel angewandt wird, um der Mischung ein gelartige Konsistenz zu geben. Es wurde überraschend festgestellt, daß die wässrige gelierte Mischung einen ausreichenden Grundkörper für die Mischung darstellt, der einen gleichmäßigen Strom der Pasern erlaubt und zu einer Orientierung in Strömungsrichtung führt ohne daß dabei die Fasern zerstört während des Ausbringens durch die Extrusionsdüse werden. Das extrudierte Band mit den ausgerichteten Kohlenstoffasern kann dann auf einer flachen Oberfläche in kreisförmigem Muster abgelegt werden, um eine Scheibe zu bilden. Die Fasern sind dann kreisförmig innerhalb der Scheibe ausgerichtet, so daß sich eine optimale Festigkeit ergibt.
Für die Erfindung geeignet Kohlenstoffasern schließen ein nichtcarbonisierte thermohärtende Teerfasern, carbonisierte Kohlenstoffasern und Graphitfasern oder Mischungen davon. Eine für das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut geeignete Kohlenstoffaser sind gehackte hitzehärtende isophasische Teerfasern (thermoset mesophase pitch fibers). Diese Fasern können umgewandelt werden zu solchen mit hohem Modul, hoher Festigkeit der Kohlenstoffasern und werden hergestellt aus kohlenstoffartigen Teeren, die umgewandelt wurden zu flüssigen Kristallen oder sogenannten mesophasisehen Zuständen. Eine detaillierte Beschreibung dies.er Fasern und ihres Herstellungsverfahrens ist in US-PS 4 005 183 beschrieben.
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Unter gehackten Fasern werden erfindungsgemäß kurze Kohlenstoffasern verstanden, die eine Länge im Bereich zwischen 304,8 μπι und etwa 76,2 mm haben. Der bevorzugte Bereich der Faserlänge liegt zwischen etwa 6,35 mm und etwa 50,8 mm. Ganz besonders bevorzugt sind gehackte Fasern mit einer Länge von etwa 25,4 mm. Die typischen Kohlenstoffasern, die erfindungsgemäß verwendet werden haben einen Durchmesser von etwa 10 μπι.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Kohlenstof f-Kohlenstoffaserzusammensetzungen hoher Festigkeit bildet man eine wässrige gelierte Mischung aus gehackten Kohlenstof fasern und einem wasserlöslichen Binde/Verdickungsmittel. Die gelierte Mischung wird in Form eines kontinuierlichen gedehnten Bandes extrudiert, wobei sich die einzelnen Kohlenstof fasern im wesentlichen in Strömungsrichtung ausrichten. Das gedehnte Band wird in Form kreisförmiger Muster unter Bilden von flachen scheibenförmigen Artikeln angeordnet. Die Artikel werden zur Entfernung von Wasser zunächst getrocknet und dann auf eine mindestens zur Carbonisierung des Binders in der Mischung ausreichenden Temperatur erwärmt. Anschließend werden die Artikel mit einem üblichen flüssigen Kohlenstoffbindematerial imprägniert und wieder mindestens auf Carbonisierungstemperatur erhitzt, um die endgültige Kohlenstoff-Kohlenstoffaserzusammensetzung zu bilden.
Bei der Herstellung der gelierten wässrigen Mischung, die die Kohlenstoffasern enthält kann jegliches Material, das als Verdickungsmittel wirkt, verwendet werden, das wasserlöslich ist und die Mischung zu einer gelartigen Konsistenz verdickt, die auch ausreichend körperreich ist, um die Kohlenstof fasern in gleichmäßiger Ausrichtung mit der Strömungsrichtung zu halten. Im allgemeinen soll das Verdickungsmittel eine Viskosität von mindestens etwa 10.000 bei 250C aufweisen. Brauchbare Verdickungsmittel sind PoIy-
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äthylenoxid, Äthylmethylzellulose, Hydroxyäthylzellulose, Hydroxyäthyl-Methylzellulose, Hydroxypropyl-Methylzellulose, Methylzellulose, Polyarcylamid, Polyvinylalkohol, Polyvinylmethyläther, Stärke, Gelatine und dergleichen. Polyäthylenoxid und Hydroxyäthylzellulose sind die bevorzugten Verdickungsmittel. Obwohl jedes der genannten Mittel einzeln verwendet werden kann, lassen sie sich auch in Mischungen anwenden. Es wurde überraschend festgestellt, daß die Kombination von zwei Verdickungsmitteln ganz besonders überragende Strömungseigenschaften der Mischung ergeben. Es handelt sich dabei um die bevorzugte Mischung von Polyäthylenoxid und Hydroxyäthylzellulose.
Es wird darauf hingewiesen, daß das in der Mischung zu verwendende Binder/Verdickungsmittel einen hohen Rückstand nach der Carbonisierung aufweisen soll, beispielsweise 12 % Verkohlungswert im Falle einer Kombination von Polyäthylenoxid und Hydroxyäthylzellulose. Dadurch wird eine ausreichende Faserbindungsfestigkeit erreicht, die ein problemloses Handhaben und Imprägnieren der Artikel ermöglicht. Das für die erfindungsgemäßen Zwecke verwendbare Polyäthylenoxid ist wasserlöslich, hat ein Molekulargewicht zwischen etwa 100.000 bis zu etwa 5.000.000 und ist ein im Handel erhältliches Produkt von der Union Carbide Corporation unter der Markenbezeichnung "Polyox" vertrieben wird. Die Type WSR N-3.000 hat sich als besonders geeignet erwiesen. Diese Type hat ein Molekulargewicht von etwa 400.000 und eine 3%ige wässrige Lösung dieses Stoffes weist eine Viskosität
wipe» S
zwischen etwa 300 * und 500 - bei 250C auf. Eine 5%ige Lösung hat eine Viskosität zwischen etwa 2.000 und 3.000 Ccne bei 250C.
Die erfindungsgemäß zu verwendende Hydroxyäthylzellulose ist ebenfalls wasserlöslich, hat ein Molekulargewicht von etwa 50.000 bis etwa 1.200.000 und ist ebenso ein handelsübliches Produkt, das von der Union Carbide Corporation
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unter der Markenbezeichnung "Cellosize" vertrieben wird. Dieses Material ist eine Mischung von Äthern mit einem mittleren Hydroxylgehalt von 0,9 bis 1,0 an jeder an Hydroglukoseeinheit der Zellulose, die mit Äthylenoxid reagiert hat und einem mittleren Anteil von 1,8 bis 2,0 Äthylenoxidmolekülen an jeder an Hydroglykoseeinheit durch Reaktion mit der Hydroxylgruppe. Wenn ein Äthylenoxidmolekül mit einer Hydroxylgruppe reagiert hat, können zusätzliche Äthylenoxidmoleküle sich ebenso an dieser Stelle anlagern. Alternativ zum Ringschluß mit sich selbst können die Verbindungen aber auch mit anderen Hydroxylgruppen erfolgen. Die Type QP-100 M hat ein Molekulargewicht von etwa 1.000.000 und eine 0,5%ige Lösung
cup« s dieses Stoffes weist eine Viskosität zwischen 300 ee und 500 bei 250C auf, während eine 1%ige Lösung bereits eine Viskosität zwischen etwa 4.000 und 6.000 Centipoise bei 25°C hat.
Die verschiedenen Anteile an Bestandteilen in der gelierenden Mischung hängen vom vorgesehenen Verwendungszweck der Zusammensetzung ab. Für den Fall, daß eine Verwendung als Flugzeugbremsscheiben vorgesehen ist sind die Anteile der einzelnen Bestandteile wie folgend: Gehackte Kohlenstofffasern zwischen etwa 5 und 15 Gew.%, thermischer Ruß-Füllstoff zwischen etwa 0 und 5 Gew.%, Verdickungsmittel, beispielsweise eine 50 : 50 % Mischung von Hydroxyäthylzellulose und Polyäthylenoxid zwischen etwa 3 und 10 Gew.% wobei der Rest auf 100 % der Mischung Wasser ist.
Die üblichen Extrusxonseinrichtungen können für das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Das einzige Erfordernis der Vorrichtung besteht darin, daß sie die Extrusion der Mischung mit einer hohen Geschwindigkeit zu einem kontinuierlichen gedehnten Band der erwünschten Form und Größe ermöglichen muß.
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Üblicherweise wird ein rechteckiges Band ausgeformt, wenn es sich um die Herstellung von Bremsscheiben für Flugzeuge handelt. Das extrudierte Band mit den ausgerichteten Kohlenstoffasern wird auf einer flachen Oberfläche in kreisförmigen Mustern abgelegt, um scheibenförmige Artikel zu bilden. Üblicherweise kann man das bewerkstelligen, indem man das extrudierte Band auf eine drehende Scheibe ablegt. Die Ablagescheibe dreht sich dabei kontinuierlich während das Band in Form einer Spirale oder eines Stiftrades geführt wird. Durch diese Art der Ablagerung bekommen die Kohlenstoffasern eine kreisförmige Orientierung, so daß sich eine optimale Festigkeit ergibt. Es können aber auch andere Verfahren verwendet werden, um kreisförmige oder spiralförmige Muster zur Bildung von Scheiben zu erzeugen, beispielsweise aus Reihen von Ringen mit ständig kleiner werdendem Durchmesser.
Nach dem das extrudierte Band, das die ausgerichteten Fasern enthält, in die gewünschte Form gebracht ist, wird das Wasser durch Trocknen bei erhöhten Temperaturen entfernt. Das Verdickungsmittel der Mischung hält die Kohlenstoffasern zusammen und ergibt die für die Handhabung erforderliche Festigkeit.
Die scheibenähnlichen Artikel oder Gegenstände werden nach dem Trocknen auf eine Temperatur erhitzt, die ausreichend hoch ist, um das Binde-Verdickungsmittel der Mischung zu carbonisieren. Wenn die Artikel in der Mischung eine vorcarbonisierte Faser enthalten, reicht ein Erwärmen auf Temperaturen von etwa 3000C aus. Wenn andererseits die in der Mischung verwendeten Fasern noch nicht carbonisiert sind, z.B. hitzehärtende Teerfasern oder dergleichen sind, ist es erforderlich die Artikel auf eine höhere Temperatur zu erwärmen, mindestens auf etwa 8000C, um die Fasern in ausreichendem Maße zu carbonisieren.
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Wenn anstelle vorcarbonisierter Fasern nichtcarbonisierte hitzehärtende Teerfasern in der Mischung verwendet werden, bietet das erfindungsgemäße Verfahren noch den Vorteil der möglichen Kombination der Carbonisierung der Teervorstufenfasern und des Bindemittels, um die Zahl der Verfahrensschritte zu verringern, wobei trotzdem eine Zusammensetzung mit einer Festigkeit erreicht wird, die für die Verwendung von Bremsscheiben für Flugzeuge ausreichend ist.
Nach dem der Binder und erforderlichenfalls die Fasern carbonisiert worden sind, können die scheibenförmigen Artikel verdichtet werden durch Imprägnieren mit einer Lösung, die ein flüssiges thermohärtendes Harz enthält. Üblicherweise wird eine 50%ige Lösung eines phenolischen Harzes in Aceton für diese Zwecke verwendet. Nachdem die Gegenstände vollständig durchimprägniert sind, durch Sättigung mit der Lösung, werden die Artikel erneut unter Druck in einer Form auf ausreichend hohe Temperaturen erhitzt, um das flüssige Kohlenstoffharzbindemittel zu carbonisieren und das Endprodukt zu verdichten. Bei dieser Verfahrensstufe ist es wünschenswert die Gegenstände mindestens auf Temperaturen von etwa 8000C oder höher zu erwärmen. Als letzte Stufe können die Artikel einer Vakuumdruckimprägnierung mit einem flüssigen Imprägnierungsmittel, das einen hohen Verkokungswert hat, unterzogen werden mit anschließendem Erwärmen in einem Kohlenstoff block auf etwa 2.8000C. Im allgemeinen gilt, je höher die verwendete Graphitisierungstemperatur ist desto bessere Reibungseigenschaften erhält die Zusammensetzung zur Verwendung als Bremsscheibe, kann aber schlechte Verschleißeigenschaften haben. Andererseits weisen nur bis Temperaturen von etwa 1.2000C erwärmte Zusammensetzungen eine längere Lebensdauer auf, aber ihre Reibeigenschaften sind gering. Deshalb werden erfindungsgemäß vorzugsweise Temperaturen zwischen etwa 2.200 und 3.0000C angewendet.
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Die Erfindung wird nun noch näher erläutert durch das folgende Beispiel der Herstellung von Bremsscheiben für Flugzeuge.
Es wurde eine Mischung der nachfolgenden Zusammensetzung hergestellt: 100 Gewichtsteile zerhackte hitzehärtende mesophasische Teerfasern, 20 Gewichtsteile thermischer Ruß der Type P-33, 50 Gewichtsteile Hydroxyäthylzellulose der Type QP 100, 50 Gewichtsteile Polyäthylenoxid der Type Polyox WSR-H-3000 und 1.000 Gewichtsteile Wasser.
Diese Bestandteile wurden in einem Sigma-Blade Mischer zu einheitlicher Konsistenz durchgemischt. 600 g dieser Mischung wurden in eine luftgetriebene Pistole für Dichtungsmassen eingebracht und extrudiert durch eine Düse mit einer Öffnung von 3,2 χ 9,6 mm (1/8 Inch χ 3/8 Inch) und einer Länge von 76,2 mm auf eine sich drehende Scheibe zur Bildung einer Fiberscheibe mit einem Außendurchmesser von 254 mm (10 inch OD) und 101,6 mm Innendurchmesser (4 inch ID). Das extrudierte Band mit den ausgerichteten Fasern wurde auf die drehende Scheibe in spiralförmiger Anordnung abgelegt, wobei benachbarte Bänder der Spirale in innigem Kontakt miteinander stehen. Zehn der mit ausgerichteten Fasern versehenen Scheiben wurden in einem Ofen bei 1100C über Nacht getrocknet und dann bei 1.8000C in einer inerten Atmosphäre gebacken. Durch diese Behandlung wurden die hitzehärtenden Fasern in Kohlenstofffasern umgewandelt. Die carbonisierte Scheibe wurde dann gesättigt mit einer 50%igen Lösung eines phenolischen Harzes in Aceton. Der Feststoffgehalt an Harz in den Scheiben betrug 48 %. Die Scheiben wurden über Nacht an Luft getrocknet, so daß das Aceton verdunstete.
Die zehn harzimprägnierten Scheiben wurden in eine Stahlform verbracht und heiß verpreßt mit einem Druck von
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34,5 bar (500 psi) bei 6000C und Stickstoffatmosphäre in einem Induktionsofen. Durch diese Behandlung wurden gleichzeitig die einzelnen Scheiben stabilisiert und miteinander verbunden und der phenolische Harzbinder carbonisiert.
Der heißgepreßte Gegenstand wurde danach weiter verdichtet durch eine Vakuumdruckimprägnierung mit einem flüssigen Imprägniermittel, das einen hohen Verkokungswert hat. Die imprägnierte, stabilisierte Scheibe wurde in einen Induktionsofen mit Kohlenstoffteilen eingebracht und auf 2.8000C erwärmt. Nach dem die Scheibe zwei oder mehrere Imprägnierungsbehandlungen bei 2.8000C hinter sich hatte.
Die Kohlenstoff-Kohlenstoffaserzusammensetzung der Bremsscheibe wurde dann auf ihre maximale Festigkeit geprüft. Die Tabelle I gibt die Festigkeitswerte der Bremsscheiben wieder, die nach dem vorstehenden Beispiel hergestellt wurden, zusammen mit Festigkeitswerten für Bremsscheiben die mit mesophasischen Teervorläufergraphitgeweben hergestellt wurden (8 Harnisch-Satin-Gewebe, 4,747 kg/m2 (14oz/yd2)).
Tabelle I
Festigkeitseigenschaften von ausgerichteten gehackten Faserzusammensetzungen im Vergleich mit Gewebelaminatzusammen-
MPa* ausgerichtete Gewebelaminat ,5
MPa Fasern ,7
Biegefestigkeit GPa 136,0 113 ,3
Reißfestigkeit 79,3 73
Schallmodul 94,6 82
(Sonic Modulus)
*SI-Einheiten
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Claims (17)

PATENTANWALT DR. HANS-ÜUNTHER EGGERT, DIPLOMCHEMIKER 5 KÖLN 51, OBERLÄNDER UFER 90 Köln, den 23. Juni 1980 Nr. 28 UNION CARBIDE CORPORATION, 270 Park Avenue, New York, N.Y. 10017, USA Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Kohlenstofffaserzusammensetzungen zur Verwendung als Flugzeugbremsscheiben Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Kohlenstofffaserzusammensetzungen hoher Festigkeit, gekennzeichnet durch,
Bilden einer wässrigen gelierten Mischung mit gehackten Kohlenstoffasern und einem wasserlöslichen Verdickungsmittel ,
Extrudieren der gelierten Mischung in Form eines kontinuierlichen gedehnten Bandes, in dem die einzelnen
Kohlenstoffasern im wesentlichen in Richtung des flüssigen Stromes ausgerichtet sind,
Anordnen des gedehnten Bandes in kreisförmigen Mustern und Bilden von flachen scheibenförmigen Artikeln,
Trocknen der Artikel zur Entfernung von Wasser,
Erwärmen der getrockneten Artikel auf eine mindestens
zur Carbonisierung des Binders ausreichende Temperatur, anschließendes Imprägnieren der Artikel mit einem flüssigen Kohlenstoffbindemittel und
nachfolgendes Erwärmen der Artikel in einer Form unter Druck auf mindestens Carbonisierungstemperatur und
Verdichten c : Artikel.
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ORIGINAL INSPECTED
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gehackten Kohlenstofffasern eine Länge im Bereich von etwa 304,8 μπι bis etwa 76,2 mm aufweisen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gehackten Kohlenstoffasern eine Länge im Bereich von etwa 6,35 mm bis etwa 50,8 mm aufweisen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gehackten Kohlenstoffasern eine Länge von etwa 55,4 mm und einen Durchmesser von 10 μια aufweisen.
5. Verfahren nach Anspruch 2, daß die gehackten Kohlenstofffasern carbonisierte Kohlenstoffasern, nichtcarbonisierte hitzegehärtete Teerfasern oder Graphitfasern oder Mischungen davon sind.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gehackten Kohlenstoffasern nichtcarbonisierte hitzegehärtete mesophasische Teerfasern sind.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Binde/Verdickungsmittel eine Viskosität von mindestens etwa 10.000 bei 250C aufweist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Binde/Verdickungsmittel eine wasserlösliche Verbindung wie Polyäthylenoxid, Äthylmethylzellulose, Hydroxyläthylzellulose, Hydroxyäthyl-Methylzellulose, Hydroxypropylmethylzellulose, Methylzellulose, Polyacrylamid, Polyvinylalkohol, Polyvinylmethyläther, Stärke und Gelatine oder Mischungen davon ist,
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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Binde/Verdickungsmittel eine Mischung aus Polyäthylenoxid und Hydroxyäthylzellulose ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gelierte Mischung zwischen etwa 5 und 15 Gew.% gehackte Kohlenstoffasern, zwischen etwa 0 und 5 Gew.%
thermischem Ruß und zwischen etwa 3 und 10Gew.% einer
Mischung von Polyäthylenoxid und Hydroxyäthylzellulose und der Rest Wasser ist.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das gedehnte Band spiralförmig auf eine rotierende Trägerscheibe führt und einen flachen scheibenförmigen Artikel bildet.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenstoffbindermaterial ein flüssiges wärmehärtendes Harz ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige wärmehärtende Harz eine~50%ige Lösung eines phenolischen Harzes in Aceton ist.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die getrockneten Artikel mindestens auf eine Temperatur von etwa 3000C erwärmt, wenn die Mischung carbonisierte Fasern enthält.
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Artikel mindestens auf eine Temperatur von
etwa 8000C erwärmt, wenn die Mischung nicht carbonisierte thermohärtende Teerfasern enthält.
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16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Artikel nach dem Imprägnieren auf eine Temperatur von mindestens 1.2000C erwärmt.
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Artikel nach dem Erwärmen auf Carbonxsierungstemperaturen mittels eines hochsiedenden flüssigen Imprägniermittels imprägniert und anschließend in einer inerten Atmosphäre auf Temperaturen im Bereich zwischen etwa 2.200 bis etwa 3.0000C erwärmt.
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DE3024200A 1979-06-29 1980-06-27 Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Kohlenstoffaserzusammensetzungen zur Verwendung als Flugzeugbremsscheiben Expired DE3024200C2 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4438456A1 (de) * 1994-10-28 1996-05-02 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Reibeinheit

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2557240B1 (fr) * 1983-12-21 1989-05-19 Europ Propulsion Disque de frein a garnitures demontables
US5405560A (en) * 1987-06-18 1995-04-11 Societe Nationale Industrielle Et Aerospatiale Process for the production of a part, particularly a carbon-carbon brake disk and to the part obtained
US4815572A (en) * 1987-07-24 1989-03-28 Parker-Hannifin Corporation Brake system with improved brake material
JPH0323265A (ja) * 1989-06-16 1991-01-31 Akebono Brake Res & Dev Center Ltd 摩擦材用ハイブリッドｃ／ｃコンポジットとその製法
US5238672A (en) * 1989-06-20 1993-08-24 Ashland Oil, Inc. Mesophase pitches, carbon fiber precursors, and carbonized fibers
JP2675642B2 (ja) * 1989-11-02 1997-11-12 ダイセル化学工業株式会社 易崩壊性の繊維成形体及びその製造方法
JP3173891B2 (ja) * 1992-10-21 2001-06-04 株式会社曙ブレーキ中央技術研究所 摩擦材の製造方法
JPH06183835A (ja) * 1992-12-19 1994-07-05 Maruzen Petrochem Co Ltd 短繊維強化ｃ／ｃコンポジット用プリフォーム体の製造方法および該方法で製造されたプリフォーム体
JPH07108616A (ja) * 1993-10-15 1995-04-25 Fuji Electric Co Ltd 動力伝達用摩擦板の樹脂含浸方法およびその装置
US5654059A (en) * 1994-08-05 1997-08-05 Amoco Corporation Fiber-reinforced carbon and graphite articles and method for the production thereof
US5803210A (en) * 1994-12-28 1998-09-08 Nippon Oil Co., Ltd. Disk brakes
EP0809037B1 (de) * 1996-05-03 2000-09-13 Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH Bremsscheibenanordnung, insbesondere für Schienenfahrzeug-Scheibenbremsen
US5871844A (en) * 1997-04-02 1999-02-16 Fiberite, Inc. Carbon--carbon parts having filamentized composite fiber substrates and methods of producing the same
US7168528B1 (en) 1999-05-11 2007-01-30 Goodrich Corporation Three run disk brake stack and method of assembly
US6340075B1 (en) 1999-11-24 2002-01-22 The B. F. Goodrich Company Three run disk brake stack and method of assembly
US6524438B2 (en) * 2000-07-07 2003-02-25 Honeywell International Inc. Method for making preforms
CN1144958C (zh) * 2000-10-27 2004-04-07 西安兰空航空设备公司 飞机碳刹车盘的快速气相沉碳方法及其设备
DE10148658C1 (de) * 2001-10-02 2003-02-06 Sgl Carbon Ag Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus faserverstärkten keramischen Materialien
US6764628B2 (en) * 2002-03-04 2004-07-20 Honeywell International Inc. Composite material comprising oriented carbon nanotubes in a carbon matrix and process for preparing same
DE10338199B4 (de) * 2003-08-20 2006-06-08 Audi Ag Kupplungsbeläge aus faserverstärkten keramischen Werkstoffen
US20060006729A1 (en) * 2004-07-07 2006-01-12 Honeywell International Inc. Composite wheel beam key
US7763192B2 (en) * 2005-04-12 2010-07-27 Honeywell International Inc. Resin transfer molding to toughen composite beam keys
EP1845075B1 (de) * 2006-04-11 2016-04-06 SGL Carbon SE Formkörper aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff und ein Verfahren zur deren Herstellung
JP2009197054A (ja) * 2008-02-19 2009-09-03 Toyota Motor Corp 摩擦材及びその製造方法
US7897072B2 (en) * 2008-03-17 2011-03-01 Honeywell International Inc. Densification of carbon fiber preforms with pitches for aircraft brakes
EP2324263B1 (de) * 2008-09-18 2021-10-27 Carlisle Brake & Friction, Inc KOHLENSTOFFFASERVERSTÄRKTER KOHLENSTOFFMATRIXVERBUNDSTOFF FÜR EINE BREMSBELAGRÜCKPLATTE und Verfahren zur Herstellung
US8597772B2 (en) * 2011-09-20 2013-12-03 Honeywell International Inc. Corrugated carbon fiber preform

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1049661A (en) * 1962-07-09 1966-11-30 Union Carbide Corp Improvements in and relating to carbon articles

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2842799A (en) * 1955-03-03 1958-07-15 Politzer Alfred Method of producing artificial sponges
US3328501A (en) * 1962-07-02 1967-06-27 Johns Manville Extrusion process for orienting fibers in molding material
CA933321A (en) * 1964-10-01 1973-09-11 J. Parratt Noel Processes for orienting fibres
US3462289A (en) * 1965-08-05 1969-08-19 Carborundum Co Process for producing reinforced carbon and graphite bodies
GB1249291A (en) * 1967-03-29 1971-10-13 Nat Res Dev Improvements in or relating to composite materials
US3552533A (en) * 1968-10-01 1971-01-05 Abex Corp Carbonized friction article
US3867491A (en) * 1970-06-22 1975-02-18 Carborundum Co Process for reinforced carbon bodies
DE2206700B2 (de) * 1972-02-12 1976-07-01 Sigri Elektrographit Gmbh, 8901 Meitingen Verfahren zur herstellung von faserverstaerkten verbundkoerpern
US4005183A (en) * 1972-03-30 1977-01-25 Union Carbide Corporation High modulus, high strength carbon fibers produced from mesophase pitch
GB1447029A (en) * 1972-07-21 1976-08-25 Hyfil Ltd Carbon fibre composite
US3970174A (en) * 1974-01-16 1976-07-20 Goodyear Aerospace Corporation Low wear disk brake assembly
CA1060161A (en) * 1974-09-27 1979-08-14 Union Carbide Corporation Process for producing an improved graphite body having a low coefficient of thermal expansion
US4178413A (en) * 1977-10-03 1979-12-11 The Carborundum Company Fiber reinforced carbon and graphite articles and a method of producing said articles

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1049661A (en) * 1962-07-09 1966-11-30 Union Carbide Corp Improvements in and relating to carbon articles

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4438456A1 (de) * 1994-10-28 1996-05-02 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Reibeinheit
DE4438456C2 (de) * 1994-10-28 2002-07-11 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Reibeinheit

Also Published As

Publication number Publication date
GB2053177A (en) 1981-02-04
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JPS569271A (en) 1981-01-30
JPS6020350B2 (ja) 1985-05-21
FR2460350B1 (de) 1985-01-04
GB2053177B (en) 1983-05-18
US4297307A (en) 1981-10-27

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