Способ получения углеродного фрикционного изделия Советский патент 1983 года по МПК C01B31/04 B32B31/14 F16D69/00 

Изобретение относится к области композиционных углеродных материало и может быть использовано при получении фрикционных изделий, например для изготовления тормозных дисков Известен способ пoлsдJeния углеро дистых фрикционных изделий из компо зиционных углеродных материалов, включающий укладку пропитанной связующим ткани, прессование и карбонизацию Cl. Однако сроки работы таких изделий в условиях с повышенными нагруз ками резко снижаются из-за недостаточной межслоевой прочности дисков. Известен также способ получения :углеродного фрикционного изделия, включающий гидроперемешивание графитированного волокна на основе поли акрил онитрила со связующим, например пеком,сушку полученной композиции, прессование заготовки, ее обжиг, про питку пеком, повторный обжиг и последующее уплотнение заготовки пиролитическим углеродом 2. Такой способ также не позволяет получить фрикционные изделия, обеспечивающие длительный срок работы изделия из-за недостаточной прочност дисков на разрыв. Решить же вопрос увеличения прочности дисков за счет изменения режимов гидроперемешивания или вида волокна (в пределах, обеспечивающих длительную работоспособность фрикционного изделия), практически невозможно. Это обусловлено тем, что в процессе гидроперемешивания происходит измельчение углеродного волокна -и длина его ограничена сравнитель но узким пределом 5-40 мм. Целью изобретения является увеличение срока работы фрикционного изделия в условиях значительных динами ческих нагрузок и прочности на разрыв дисков без снижения их межслоевой прочности. Это достигается тем, что графитированное волокно на основе полиакрилонитрила подвергают гидроперемешива нию со связующим, например пеком, су шат полученную композицию, параллель но углеродную ткань (графитированную на основе вискозы) пропитывают водной суспензией пека, подвергают ее термоокислительной обработке на воздухе при 140-l8b°C и затем прессуют заготовку из чередующихся слоев пропитанной ткани со слоями высушенной композиции графитированных волокон с пеком, заготовку обжигают, пропитывают пеком, повторно обжигают и затем уплотняют пироуглеродом. Заготовка после прессования содержит, вес.%: Углеродная ткань 15-45 Графитированное волокно25-40 ПекОстальное В качестве углеродной ткани целесообразно использовать ткань на основе вискозы. Совокупностьуказанных отличий обеспечивает срок работы фрикционного изделия в условиях повышенных ста тических и динамических нагрузок, например в авиационных тормозах, за счет увеличения прочности изделий на разрыв без снижения ее межслоевой прочности, так как энергия сопротивления . началу распространения трещин в углеродном материале, содержащем ткань, значительно выше аналогичной величины для композиций, армированных дискретными волокнами. П р и,м е р. Диски изготавливают из графитированной вискозной ткани, графитированного волокна и каменноугольного пека. Используемые материаsm имеют следующие характеристики: ткань марки ТГЙ-2М (ТУ-48-2019/72) с пределом прочности на разрыв кгс/5 см, на основе-БО, по утку - 10; волокно марки ВМЯ-кЗ на основе полиакрилнитрила длиной 5-40 мм с температурой обработки , предел прочности при разрыве 185 КГС/MN., модуль упругости 50,2x10 кгс/мм ; плотность 2,02 г/см; пек каменноугольный среднетемпературный с tpooM 65°С (гост 1038-65). Графитированные полиакрилнитрильные филаменты подвергают гидроперемешиванию в нутч-фильтре, снабженном пропеллерной мешалкой с 2000 об/с и с соотношением волокна и воды It30 в течение 10-15 мин. Воду удаляют с помощью вакуумного насоса и массу высушивают при 70-80°С в течение 2-3 ч на воздухе. Графитированную вискозную ткань, предварительно сшитую в виде ленты, пропускают через ванну с воднопековой суспензией (соотношение воды и пека при этом составляет 1:6 вес.ч) . Пропитанную пековой суспензией ткань термообрабатываюг на воздухе при 140°С в течение 30 мин. Затем загружают пресс-форму путем последовательной укладки 26 слоев углеродной ткани, пропитанной пеком, со слоями высушенной композиции графитированных волокон с пеком {весом 10-40 г) толщиной 0,5-5 мм. После загрузкипроводят прессование заготовок в виде колец Фнар, 320 мм Фвн. 160x20 мм при 140°С с выдержкой 5 мин на 1 мм толщины изделия при удельном давлении 200250 кгс/см2. Обжиг заготовок осуще1ствляют в нейтральной среде углеродной засыпки до температуры 1200 С со средней скоростью подъема температуры 20с и последующей выдержкой при конечной

температуре в течение 40 ч. После обжига заготовки подвергают пропитке пеком в автоклаве при температуре 190-220 С с выдержкой при остаточном давлении 100 мм рт.ст. в течение 30 мин и последующем поднятии давления до 6 атм в течение 3ч,

Пропитанные пеком заготовки повторяо обжигают при указанных режимах и подвергают механической обработке для получения готовых изделий в виде тоЕ юзных дисков. Для повышения надежности в работе фрикционных дисков их покрывают пленкой пироуглерода при обработке в среде метана при 950-980°С,остаточном давлении

,80 мм рт.ст. и расходе газа 1,8 лТми в течение 90 ч.

Для получения сравнительных данных изготовляют различные составы композиций, для которых определяют физико-механические показатели.

Фрикционные испытания проводят на инерционном стенде при начальной скорости торможения 20 м/с, моменте инерции маховых масс 4,15 кг см с , запасе кинетической энергии 3200 кгм и удельной мощности торможения 30 кгм/с-см.

В таблице представлены данные по характеристикам углеродных фрикционных изделий.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО ФРИКЦИОННОГО ИЗДЕЛИЯ, включающий гидроперемешивание графити- рованного волокна на основе полиакри- лонитрила со связующим, например пеком, сушку полученной композиции, прессование заготовки,, оожиг, пропитку пеком,, повторный обжиг и последующее уплотнение пиролитическим углеродом , отличающийся тем, что, с целью увеличения срока работы изделия и прочности на разрыв, углеродную ткань пропитывают водной суспензией пека, подвергают ее термоокислительной обработке на воздухе при 140-180°С и прессуют заготовку из чередующихся слоев пропитанной ткани со слоями высущенной композиции графитированных волокон с пеком.2.Способ по п. 1, отличающий с я тем, что заготовка содержит, вес,%:Углеродная ткань 15-45 Графитированное волокно25-40 Пек Остальное3.Способ по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что в качестве углеродной ткани используют графитиро- ванную ткань на основе вискозы.СПо^00СП •VI

Известный ll

60 Известный t23

60

Примечание. Остальное - связующее Как видно из таблицы, фрикционный материал, изготовленный по пред- 45 лагаемому способу, обеспечивает увеличен1иё ресурса работы тормоза более, чем в 3 раза. Кроме того, увеличе480

5 0,3

0,25 280 0,3 ние прочности дисков значительно повышает надежность в работе тормозных систем. Фрикционный материал, изготовленный по предлагаемому способу получил название ТЕРМАР-ТД,