RU2294942C1 - Способ изготовления фрикционного изделия - Google Patents

Способ изготовления фрикционного изделия Download PDF

Info

Publication number
RU2294942C1
RU2294942C1 RU2005132646/04A RU2005132646A RU2294942C1 RU 2294942 C1 RU2294942 C1 RU 2294942C1 RU 2005132646/04 A RU2005132646/04 A RU 2005132646/04A RU 2005132646 A RU2005132646 A RU 2005132646A RU 2294942 C1 RU2294942 C1 RU 2294942C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon fiber
temperature
article
product
manufacture
Prior art date
Application number
RU2005132646/04A
Other languages
English (en)
Inventor
Валерий Васильевич Кулаков (RU)
Валерий Васильевич Кулаков
Евгений Иванович Крамаренко (RU)
Евгений Иванович Крамаренко
Original Assignee
Валерий Васильевич Кулаков
Евгений Иванович Крамаренко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Валерий Васильевич Кулаков, Евгений Иванович Крамаренко filed Critical Валерий Васильевич Кулаков
Priority to RU2005132646/04A priority Critical patent/RU2294942C1/ru
Priority to CN2006800396799A priority patent/CN101297014B/zh
Priority to PCT/RU2006/000555 priority patent/WO2007049991A2/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2294942C1 publication Critical patent/RU2294942C1/ru

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D69/02Composition of linings ; Methods of manufacturing
    • F16D69/023Composite materials containing carbon and carbon fibres or fibres made of carbonizable material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • C04B35/83Carbon fibres in a carbon matrix
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2200/00Materials; Production methods therefor
    • F16D2200/0082Production methods therefor
    • F16D2200/0086Moulding materials together by application of heat and pressure

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Изобретение относится к химии и металлургии и может быть использовано при изготовлении изделий абразивного и фрикционного назначения. Способ изготовления фрикционного изделия включает штапелирование углеродного волокна, механическое смешивание его турбулентным потоком транспортирующего агента с порошком пека, последующее осаждение смеси на фильтрующем элементе действием потока транспортирующего агента с образованием пресс-пакета, имеющего структуру с различной ориентацией филаментов волокна по всему объему, формование заготовки изделия объемным уплотнением пресс-пакета при температуре ниже температуры размягчения пека, формование изделия прессованием заготовки с одновременным воздействием давления и тепла при температуре более температуры размягчения пека и стабилизирующую термообработку изделия. Перед штапелированием исходное углеродное волокно в виде непрерывных жгутов аппретируют коксообразующим полимером, формируют в пасмы из непрерывных жгутов и графитируют при 2000-3050°С при плотной упаковке пасм. Изобретение обеспечивает предотвращение разрушений графитированных волокон на технологических переделах производства тормозного диска. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Description

Изобретение относится к химии и металлургии, к средствам изготовления изделий абразивного и фрикционного назначения.
Известны способы изготовления фрикционного изделия посредством смешения волокна со связующим полимерным материалом, формования заготовки изделия из смеси посредством объемного уплотнения смеси и формования изделия посредством прессования заготовки с химико-термическим воздействием в режиме полимеризации связующего материала (см., например, SU 1114340, С 08 J 5/14, 1984 г.).
Недостатком известных способов изготовления является образование фрикционной поверхности с нестабильным коэффициентом трения при тепловом воздействии в режиме эксплуатации.
Более совершенным и наиболее близким аналогом заявляемому является способ изготовления фрикционного изделия, включающий штапелирование углеродного волокна, механическое смешивание турбулентным потоком транспортирующего агента штапелированного углеродного волокна с порошком пека, последующее осаждение смеси на фильтрующем элементе действием потока транспортирующего агента с образованием пресс-пакета, имеющего структуру с различной ориентацией филаментов волокна по всему объему, формование заготовки изделия посредством объемного уплотнения пресс-пакета при температуре ниже температуры размягчения пека, формование изделия посредством прессования заготовки с одновременным воздействием давления и тепла при температуре более температуры размягчения пека и стабилизирующую термообработку изделия (RU 2194057 2001-02-12 C 08 J 5/14).
Однако реализация упомянутого способа предусматривает полное разделение исходных углеродных графитированных жгутов до элементарных волокон-филаментов при использовании относительно низкоплотных карбонизованных волокон (плотностью не более 1,75 г/см3). Упомянутое практически исключает возможность применения в качестве исходного сырья графитированных углеродных волокон, т.к. последние без применения специальных приемов чрезмерно измельчаются на стадиях формования и фрикционного изделия при эксплуатации, либо ограничивает производство фрикционного изделия с требуемыми характеристиками.
Вместе с тем использование высокомодульных (Е>400 ГПа) и высокоплотных (более 1,9 г/см3) графитированных волокон в качестве исходного сырья для производства углерод-углеродных фрикционных изделий имеет ряд преимуществ, а именно: позволяет обеспечить на уплотненном фрикционном изделии плотность не менее 1,85 г/см3 за более короткий технологический цикл, снизить окисляемость композита и обеспечить требуемую анизотропию теплопроводности. Наиболее важным фактором при использовании графитированного волокна является то, что имеются более широкие возможности для достижения требуемых значений коэффициента трения без увеличения износа.
Техническим результатом, достигаемым заявляемым способом, является предотвращение разрушений графитированных волокон на технологических переделах производства тормозного диска.
Указанный результат достигается способом изготовления фрикционного изделия, включающим штапелирование углеродного волокна, механическое смешивание турбулентным потоком транспортирующего агента штапелированного углеродного волокна с порошком пека, последующее осаждение смеси на фильтрующем элементе действием потока транспортирующего агента с образованием пресс-пакета, имеющего структуру с различной ориентацией филаментов волокна по всему объему, формование заготовки изделия посредством объемного уплотнения пресс-пакета при температуре ниже температуры размягчения пека, формование изделия посредством прессования заготовки с одновременным воздействием давления и тепла при температуре более температуры размягчения пека и стабилизирующую термообработку изделия за счет того, что перед штапелированием углеродное волокно в виде непрерывных жгутов аппретируется коксообразующим полимером, формируется в пасмы из непрерывных жгутов и графитируется до температуры 2850-3250°С при плотной упаковке пасм.
А также тем, что в качестве углеродного волокна используют карбонизованное углеродное волокно.
А также тем, что в качестве углеродного волокна используют окисленное углеродное волокно.
Количественная характеристика состояний компонентов изделия в процессе технологического передела иллюстрируется данными таблицы.
Реализация заявляемого способа осуществляется следующим образом.
Заявляемый технический результат достигается при использовании любого полиакрилнитрильного волокна (ПАН). В качестве исходного волокна может быть использовано карбонизованное или окисленное углеродное волокно. Однако применение окисленного волокна в производстве углерод-углеродных композиционных материалов приводит к усложнению производственного процесса из-за необходимости применения дополнительного дорогостоящего оборудования для улавливания и обезвреживания ядовитых летучих соединений (цианидов), что в конечном счете сказывается на стоимости продукции.
Исходное углеродное волокно в виде непрерывных жгутов аппретируется коксообразующим полимером (аппретом, например, эпоксидноалифатическая композиция, поливиниловый спирт, полиакриламид или фенолформальдегидная смола) и формируется в пасмы (мотки), которые плотно упаковываются (например, в графитовый контейнер) и графитируются до температуры 2850-3250°С. Опытным путем подобрано оптимальное количество коксообразующего полимера, например, эпоксидно-алифатической композиции, 2-4%, в которой соотношение эпоксидной смолы к алифатическому полимеру (полиакриламиду) составляет 1:10. В то же время для остальных указанных полимеров содержание аппрета оказалось либо слишком большим (для фенолформальдегидной смолы больше 60% неразделенных филаментов), либо очень малым - 5-10% неразделенных филаментов. При оптимальном количестве коксообразующего полимера, например, эпоксидно-алифатической композиции, 2%-4% (соотношение эпоксидной смолы к алифатическому полимеру 1:10) содержание неразделенных до филаментов графитированных фрагментов жгута (5-20 тыс.волокон ⌀10 мкм) в углерод-углеродном композите составляет не менее 20- 30% и его прочность достигает значений, требуемых для обеспечения работоспособности композита, например, в тормозах самолетов. В процессе графитации углеродного волокна, пропитанного полимером заданной концентрации и уложенного в виде пасм в графитовый контейнер, происходит частичное регулируемое спекание филаментов (например, при диаметре филамента - 10 мкм количество филаментов в жгуте может составлять до 350 тыс. филаментов). В данном случае степень спекания при графитации определяется типом и количеством коксообразующего полимера. При последующем штапелировании жгуты в обработанных упомянутым образом пасмах распадается, но не до отдельных филаментов, как в известном способе, а до образования фрагментов жгута, содержащих от 2 до 20 тыс. филаментов, предопределяющих их сохранение на последующих технологических переделах. Количество спеченных филаментов в жгутике регулируется подбором концентрации полимера и его видом. Величина линейного износа не превышает 1 мкм на торможение при достаточно стабильном коэффициенте трения (см. таблицу).
Сформированное таким образом углеродное волокно действием турбулентного потока транспортирующего агента, где в качестве упомянутого агента может быть использован углекислый газ, азот и др., однако как самый дешевый и доступный в применении выбран воздушный агент, подвергается механическому смешиванию с порошком пека (например, каменноугольный пек по ГОСТ 10200-83) и осаждению смеси на фильтрующем элементе в камере формирования с образованием пресс-пакета, имеющего структуру насыщенную порошком пека и с различной ориентацией филаментов волокна по всему объему. Из пресс-пакета формуют заготовку изделия посредством объемного уплотнения до заданной величины деформации при температуре ниже температуры размягчения пека. В этом технологическом переделе как результат описанного процесса филаменты легко измельчаются, а фрагменты жгутов сохраняются.
Полученная таким образом заготовка обладает прочностью, необходимой для последующей трансформации без нарушения структуры и чрезмерного измельчения филаментов углеродного волокна. Для получения фрикционного изделия заготовку подвергают нагреву до температуры выше температуры размягчения пека (160...200°С), прессуют до заданных размеров с выдержкой (например, 5 минут на 1 мм толщины изделия), а для стабилизации структуры и придания ей свойств твердого тела с необходимыми фрикционными параметрами подвергают стабилизирующей термообработке (например, в режиме карбонизации и графитации).
В результате обеспечивается требуемая прочность фрикционного изделия и другие эксплуатационные свойства.
Figure 00000001

Claims (3)

1. Способ изготовления фрикционного изделия, включающий штапелирование углеродного волокна, механическое смешивание турбулентным потоком транспортирующего агента штапелированного углеродного волокна с порошком пека, последующее осаждение смеси на фильтрующем элементе действием потока транспортирующего агента с образованием пресс-пакета, имеющего структуру с различной ориентацией филаментов волокна по всему объему, формование заготовки изделия посредством объемного уплотнения пресс-пакета при температуре ниже температуры размягчения пека, формование изделия посредством прессования заготовки с одновременным воздействием давления и тепла при температуре более температуры размягчения пека и стабилизирующую термообработку изделия, отличающийся тем, что перед штапелированием углеродное волокно в виде непрерывных жгутов аппретируется коксообразующим полимером, формируется в пасмы из непрерывных жгутов и графитируется до температуры 2850-3250°С при плотной упаковке пасм.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродного волокна используют карбонизованное углеродное волокно.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродного волокна используют окисленное углеродное волокно.
RU2005132646/04A 2005-10-24 2005-10-24 Способ изготовления фрикционного изделия RU2294942C1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005132646/04A RU2294942C1 (ru) 2005-10-24 2005-10-24 Способ изготовления фрикционного изделия
CN2006800396799A CN101297014B (zh) 2005-10-24 2006-10-24 摩擦制品的制造方法
PCT/RU2006/000555 WO2007049991A2 (fr) 2005-10-24 2006-10-24 Procede de fabrication d'un dispositif de frottement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005132646/04A RU2294942C1 (ru) 2005-10-24 2005-10-24 Способ изготовления фрикционного изделия

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2294942C1 true RU2294942C1 (ru) 2007-03-10

Family

ID=37968240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005132646/04A RU2294942C1 (ru) 2005-10-24 2005-10-24 Способ изготовления фрикционного изделия

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN101297014B (ru)
RU (1) RU2294942C1 (ru)
WO (1) WO2007049991A2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2510387C1 (ru) * 2012-11-22 2014-03-27 Открытое акционерное общество "Авиационная корпорация "Рубин" (ОАО "АК "Рубин") Способ получения фрикционного композиционного углерод-углеродного материала и материал

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102350498B (zh) * 2011-09-22 2013-04-03 山东金麒麟股份有限公司 一种c/c复合材料刹车片及其制备方法
CN107474798A (zh) * 2017-08-17 2017-12-15 苏州曼里尼斯金属科技有限公司 一种用废旧刹车片制备摩擦材料的方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU952887A1 (ru) * 1977-06-06 1982-08-23 Предприятие П/Я М-5409 Способ получени углеродного фрикционного издели
US4256801A (en) * 1979-12-14 1981-03-17 Raybestos-Manhattan, Incorporated Carbon fiber/flame-resistant organic fiber sheet as a friction material
RU2002763C1 (ru) * 1991-08-15 1993-11-15 Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита Способ получени фрикционных изделий из углерод-углеродных материалов
RU2194057C2 (ru) * 2001-02-12 2002-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Термар" Способ изготовления фрикционного изделия
RU2199553C1 (ru) * 2001-07-04 2003-02-27 Закрытое акционерное общество Научно-производственный центр "Ланта-Карбон" Фрикционное изделие и способ его изготовления
CN1247668C (zh) * 2004-05-14 2006-03-29 武汉理工大学 汽车钢制同步器齿环碳纤维摩擦材料及用法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2510387C1 (ru) * 2012-11-22 2014-03-27 Открытое акционерное общество "Авиационная корпорация "Рубин" (ОАО "АК "Рубин") Способ получения фрикционного композиционного углерод-углеродного материала и материал

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007049991A3 (fr) 2007-06-21
CN101297014A (zh) 2008-10-29
CN101297014B (zh) 2011-10-05
WO2007049991A2 (fr) 2007-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7575799B2 (en) Carbon fiber containing ceramic particles
US3084394A (en) Method of making carbon articles
US6749937B2 (en) Melt-infiltrated pitch-pan preforms
EP0402915B1 (en) Hybrid carbon/carbon composite material
US8003026B2 (en) Pitch-only densification of carbon-carbon composite materials
US5614134A (en) Process for preparing carbon/carbon composite preform and carbon/carbon composite
RU2294942C1 (ru) Способ изготовления фрикционного изделия
DE60010845T3 (de) Geformtes Verbundmaterial für Bremsen und Verfahren zu seiner Herstellung
EP1930619A2 (de) Frikionsbelastbare Scheiben aus faserverstärkter Keramik
EP1489331A1 (de) Reibkörper aus metallinfiltriertem, mit Fasern verstärktem porösem Kohlenstoff
RU2510387C1 (ru) Способ получения фрикционного композиционного углерод-углеродного материала и материал
EP0539476B1 (en) Carbon-carbon composite material
RU2194057C2 (ru) Способ изготовления фрикционного изделия
GB2069988A (en) Method of producing filter pads
DE102007053499A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Reibscheiben aus faserverstärkten keramischen Werkstoffen
RU2199553C1 (ru) Фрикционное изделие и способ его изготовления
CN101688007A (zh) 刹车和离合器片的改进
RU2781577C1 (ru) Тормозное устройство и способ изготовления его элементов
RU2488569C1 (ru) Пресс-пакет для производства фрикционных углерод-углеродных композиционных материалов и способ его получения
RU2484035C1 (ru) Связующее для производства фрикционных композиционных углерод-углеродных материалов, способ получения материала и материал
RU2784696C1 (ru) Тормозное устройство из композиционного материала и способ изготовления его элементов силицированием углеродсодержащего материала
RU2778489C1 (ru) Элемент тормозного устройства и способ его изготовления
RU2558876C1 (ru) Армированный жаростойкими волокнами карбид кремния и способ изотовления из него герметичных тонкостенных изделий
US4568533A (en) Method of providing a flowable carbon material
KR970008693B1 (ko) 고밀도 탄소섬유강화 탄소복합재의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161025