RU2196150C2

RU2196150C2 - Method of frictional article manufacture

Info

Publication number: RU2196150C2
Application number: RU2001103781/04A
Authority: RU
Inventors: А.В. Алифанов; А.В. Демин; В.И. Костиков; В.В. Кулаков; Б.С. Окулов; Ю.Г. Сверчков; В.Б. Тюх
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Термар"
Priority date: 2001-02-12
Filing date: 2001-02-12
Publication date: 2003-01-10

Abstract

FIELD: chemistry and metallurgy, means of manufacture of articles of abrasive and frictional application. SUBSTANCE: frictional article is manufactured from mixture of fiber with medium-temperature pitch and additional impregnation with high-temperature pitch and subsequent carbonization and heat treatment of blank formed by pressing of initial composition with heating to temperature of not below softening temperature of medium- temperature pitch. EFFECT: higher stability of friction coefficient, increased wear resistance and strength. 1 tbl

Description

Изобретение относится к области химии и металлургии, к средствам изготовления изделий абразивного и фрикционного назначения. The invention relates to the field of chemistry and metallurgy, to means for the manufacture of abrasive and frictional products.

Известны способы изготовления фрикционного изделия посредством образования исходной композиции из волокон и полимерного связующего вещества и формования заготовки изделия с нагревом до температуры размягчения полимерного связующего материала, прессованием и последующим отверждением (см., например, патент ЧССР 166771, кл. С 08 L 61/10, 1977 г.). Known methods for the manufacture of a friction product by forming the initial composition of fibers and a polymeric binder and molding the product blank with heating to the softening temperature of the polymeric binder material, pressing and subsequent curing (see, for example, patent Czechoslovakia 166771, CL 08 L 61/10 , 1977).

Недостатком известных способов изготовления является образование фрикционной поверхности с термопластичными свойствами, не адекватными температурным условиям эксплуатации. A disadvantage of the known manufacturing methods is the formation of a friction surface with thermoplastic properties that are not adequate to the temperature operating conditions.

Более совершенным и наиболее близким прототипом заявляемому является способ изготовления, включающий образование исходной композиции посредством механического смешения волокна с пеком, осаждение исходной композиции, формование заготовки изделия прессованием исходной композиции при одновременном воздействии давления и тепла при температуре не ниже температуры размягчения пека, и карбонизацию исходной композиции (ЕР 0554902, С 08 J 5/14, 1993 г.). A more perfect and closest prototype of the claimed is a manufacturing method, which includes the formation of the original composition by mechanical mixing of the fiber with the pitch, the deposition of the original composition, molding of the product by pressing the original composition at the same time pressure and heat at a temperature not lower than the softening temperature of the pitch, and carbonization of the initial composition (EP 0554902, C 08 J 5/14, 1993).

Однако указанный способ не обеспечивает стабильность коэффициента трения и износостойкость, особенно важные в тяжелонагруженных фрикционных дисках авиационных тормозов. However, this method does not ensure the stability of the coefficient of friction and wear resistance, especially important in heavily loaded friction discs of aircraft brakes.

Техническим результатом, достигаемым заявляемым изобретением, является повышение стабильности коэффициента трения, увеличение износостойкости и прочности фрикционных изделий. The technical result achieved by the claimed invention is to increase the stability of the coefficient of friction, increase the wear resistance and strength of friction products.

Указанный технический результат достигается способом изготовления фрикционного изделия, включающим образование исходной композиции посредством механического смешения волокна с пеком, осаждение исходной композиции, формование заготовки изделия прессованием исходной композиции при одновременном воздействии давления и тепла при температуре не ниже температуры размягчения пека и карбонизацию исходной композиции, за счет того, что заготовку изделия перед карбонизацией под давлением подвергают обжигу и последующей пропитке пеком, а после карбонизации под давлением осуществляют термообработку в режиме обеспечения графитации пека, при этом для образования исходной композиции применяют среднетемпературный пек, а для последующей пропитки заготовки - высокотемпературный пек. The specified technical result is achieved by a method of manufacturing a friction product, including the formation of the initial composition by mechanical mixing of the fiber with the pitch, deposition of the initial composition, molding of the product blank by pressing the original composition while simultaneously applying pressure and heat at a temperature not lower than the softening temperature of the pitch and carbonization of the initial composition, due to the fact that the workpiece before carbonization under pressure is subjected to firing and subsequent impregnation with pitch, and p pressurized follows carbonization heat treatment is carried out in a mode to ensure graphitization of pitch, thus to form a starting composition used medium temperature pitch, and for the subsequent impregnation of the preform - the high-temperature pitch.

А также за счет того, что заготовку изделия после термообработки подвергают по меньшей мере одной дополнительной пропитке высокотемпературным пеком с последующей карбонизацией и термообработкой в режиме обеспечения графитации. And also due to the fact that the workpiece after heat treatment is subjected to at least one additional impregnation with high-temperature pitch, followed by carbonization and heat treatment in the mode of providing graphitization.

А также за счет того, что для образования исходной композиции и последующей пропитки пек и волокно применены при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Пек среднетемпературный - 30 - 40
Пек высокотемпературный - 10 - 20
Волокно - Остальное
Реализация заявляемого способа изготовления фрикционного изделия осуществляется следующим образом.And also due to the fact that for the formation of the initial composition and subsequent impregnation, pitch and fiber are used in the following ratio of components, wt.%:
Medium temperature pitch - 30 - 40
High temperature pitch - 10 - 20
Fiber - Else
Implementation of the proposed method for the manufacture of friction products is as follows.

Навеску волокна (например, графитированное полиакрилнитрильное волокно ТУ48-20-23-83), предварительно штапелированного на отрезки необходимой длины, и среднетемпературный пек (например, по ГОСТ 10200-83 с температурой размягчения=65^oС) перемешивают до образования исходной композиции с обеспечением дозировки компонентов при следующем соотношении, мас.%:
Волокно - 70
Пек среднетемпературный - 30
Полученную таким образом исходную композицию осаждают, например, с образованием пресс-пакета на фильтре с помощью воздушного потока, создаваемого насосом высокого давления.A portion of the fiber (for example, graphite polyacrylonitrile fiber TU48-20-23-83), pre-stapled into segments of the required length, and the medium-temperature pitch (for example, according to GOST 10200-83 with a softening temperature = 65 ^o C) are mixed until the initial composition is formed, ensuring dosage of components in the following ratio, wt.%:
Fiber - 70
Medium temperature pitch - 30
Thus obtained initial composition is precipitated, for example, with the formation of a press bag on the filter using the air flow generated by the high pressure pump.

Для формования заготовки изделия сформированный пресс-пакет нагревают до температуры не ниже температуры размягчения пека (например, 160...200^oС) и прессуют с приданием формы кольца требуемых размеров (например, наружный диаметр - 490 мм, а внутренний - 230 мм) и с выдержкой 5 мин на 1 мм толщины кольца при удельном давлении 18...25 мПа.To mold the workpiece, the formed press bag is heated to a temperature not lower than the softening temperature of the pitch (for example, 160 ... 200 ^o C) and pressed into a ring shape of the required size (for example, the outer diameter is 490 mm and the inner diameter is 230 mm) and with a shutter speed of 5 min per 1 mm of ring thickness at a specific pressure of 18 ... 25 MPa.

По окончании формования заготовки изделия подвергают обжигу, в частности для указанных компонентов в нейтральной среде по соответствующему режиму до температуры 1200^oС.At the end of the molding of the workpiece, the product is fired, in particular for the specified components in a neutral medium according to the appropriate mode, to a temperature of 1200 ^o C.

Обожженные заготовки изделия подвергают последующей пропитке высокотемпературным пеком (например, с температурой размягчения=135...145^oС по ТУ 14-6-84-87), карбонизируют под давлением (например, в аппарате высокого давления) и затем термообрабатыватют в режиме обеспечения графитации пека.The fired product blanks are subjected to subsequent impregnation with high-temperature pitch (for example, with a softening temperature = 135 ... 145 ^o С according to TU 14-6-84-87), carbonized under pressure (for example, in a high-pressure apparatus) and then heat treated in the supply mode graphite pitch.

При необходимости повторяют пропитку высокотемпературным пеком с последующей карбонизацией под давлением и термообработкой. If necessary, repeat the impregnation with high temperature pitch, followed by carbonization under pressure and heat treatment.

В результате (например, при осуществлении 4...5 циклов) получают заготовку с плотностью 1,75...1,85 г/см³, содержащую матрицу связующего материала с твердой кристаллической решеткой на основе двух пеков (средне - и высокотемпературного).As a result (for example, in the implementation of 4 ... 5 cycles), a preform with a density of 1.75 ... 1.85 g / cm ³ containing a matrix of a binder material with a solid crystal lattice based on two pitch (medium and high temperature) is obtained .

В зависимости от количества циклов пропитки получается композиция с колебанием соотношения компонентов в следующих пределах, мас.%:
Пек среднетемпературный - 30 - 40
Пек высокотемпературный - 10 - 20
Волокно - Остальное
Заготовки из упомянутых материалов, прошедшие все перечисленные стадии изготовления, подвергают механической обработке для получения готовых изделий в виде тормозных дисков, а для повышения надежности работы их покрывают пленкой пироуглерода при обработке в среде метана.Depending on the number of impregnation cycles, a composition is obtained with a variation in the ratio of components in the following ranges, wt.%:
Medium temperature pitch - 30 - 40
High temperature pitch - 10 - 20
Fiber - Else
Billets from the mentioned materials that have passed all of the above stages of manufacture are machined to produce finished products in the form of brake discs, and to increase the reliability of their work, they are coated with a pyrocarbon film during processing in a methane environment.

В таблице приведены данные сравнительных испытаний, проведенных на инерционном стенде ИМ-58 при начальной скорости торможения 20 м/с, моменте инерции маховых масс 4,15 кг•см•с², запасе кинетической энергии 3200 кг•м и удельной мощности торможения 30 кг•м/с•см². Данные свидетельствуют об увеличении плотности, износостойкости и стабильности коэффициента трения при изготовлении фрикционных изделий по технологии, согласно заявляемому способу.The table shows the data of comparative tests conducted on an inertial test bench IM-58 with an initial braking speed of 20 m / s, a moment of inertia of fly mass of 4.15 kg • cm • s ² , a kinetic energy reserve of 3200 kg • m and a specific braking power of 30 kg • m / s • cm ² . The data indicate an increase in density, wear resistance and stability of the coefficient of friction in the manufacture of friction products by technology, according to the claimed method.

Claims

A method of manufacturing a friction product, including the formation of the initial composition by mechanical mixing of the fiber with the pitch, the deposition of the initial composition, molding of the product blank by pressing the original composition under the influence of pressure and heat at a temperature not lower than the softening temperature of the pitch, and carbonization of the initial composition, characterized in that the preform Before carbonization under pressure, the products are fired and then impregnated with pitch, after carbonization under pressure I carry out t heat treatment in the mode of ensuring graphitization of the pitch, and after heat treatment is subjected to at least one re-impregnation of the pitch with subsequent carbonization and heat treatment in the mode of ensuring graphitization, in this case, medium temperature pitch and graphitized polyacrylonitrile fiber are used to form the initial composition, for subsequent and repeated impregnation - high temperature pitch, and at least one re-impregnation is carried out to obtain a composition with a fluctuation in the ratio of components in the following pre ate, wt. %:
Medium temperature pitch - 30 - 40
High temperature pitch - 10 - 20
Fiber - Else