[發(fā)明專利]環(huán)狀纖維預(yù)制件及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310164378.0
• 申請(qǐng)日: 2013-05-07
• 公開（公告）號(hào): CN103233323A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 繆云良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇天鳥高新技術(shù)股份有限公司
• 主分類號(hào): D04H1/4374
• 分類號(hào): D04H1/4374;D04H1/46;D04H1/76;B32B1/08;B32B5/08
• 代理公司: 北京中恒高博知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11249
• 代理人: 劉洪京

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及摩擦材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種纖維預(yù)制件，如飛機(jī)碳/碳剎車盤用環(huán)狀纖維預(yù)制件，也可以用于高速列車、高級(jí)汽車等摩擦材料預(yù)制件。

背景技術(shù)

剎車盤，現(xiàn)有技術(shù)一般采用由碳基體和預(yù)氧化纖維增強(qiáng)或碳纖維增強(qiáng)復(fù)合制備，相比于以前的粉末冶金材料制備的剎車盤，具有機(jī)械性能好、熱庫性能強(qiáng)、摩擦性能優(yōu)異、產(chǎn)品可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。生產(chǎn)復(fù)合材料剎車盤首要是制備出結(jié)構(gòu)性能優(yōu)異且易于后期基體增密的環(huán)形纖維預(yù)制件。

現(xiàn)有技術(shù)公開了一種通過圓式針刺臺(tái)針刺疊置環(huán)形層獲得的環(huán)狀纖維預(yù)制件，其中環(huán)形層是由無緯織物上切割長纖維呈徑向及切線方向分布的兩種扇形單元交錯(cuò)拼接成（US5323523，US5705264，US4955123），該方法材料損失比從完整的方形或圓形件上進(jìn)行切割要少，但其提供的切割方式帶來的損耗仍然不可忽視。以上發(fā)明中兩種類型扇形部分交錯(cuò)疊置，面內(nèi)和層間均勻一致性差，且當(dāng)扇形單元拼接數(shù)量為奇數(shù)時(shí)，預(yù)制體平面內(nèi)勢必出現(xiàn)不均勻的兩種纖維連接結(jié)構(gòu)，破壞預(yù)制件的整體一致性，最終影響摩擦材料的穩(wěn)定性；同時(shí)，制動(dòng)力切線方向長纖維含量少而不均勻，經(jīng)C/C復(fù)合后摩擦材料的耐磨損及抗振性差；還可以明顯看出，發(fā)明中扇形單元采用搭接的方式，該方案易造成面內(nèi)和層間的不均勻，搭接處相較之下密實(shí)且層厚，堵塞了后期碳基體沉積通道，加大了復(fù)合工藝控制難度，使復(fù)合后摩擦材料內(nèi)部存在明顯的性能差異，工作穩(wěn)定性差，且單層扇形單元數(shù)量越多，預(yù)制件厚度越大，差異越明顯越突出，整體結(jié)構(gòu)及性能越難控制。

已報(bào)道的另一種常見制備方法是由纖維織物疊合經(jīng)針刺連接后裁切成環(huán)狀纖維預(yù)制件（美國專利US5869411、中國專利96121709、95191073及CN02138191.7），但上述方法成型的環(huán)狀纖維預(yù)制件均需按照使用形狀和尺寸去除材料，這使得原材料的有效利用率僅為30%-55%，造成材料的嚴(yán)重浪費(fèi)；且碳纖維采用0°/90⁰纖維疊置，在制動(dòng)力切線方向轉(zhuǎn)動(dòng)面上長纖維量相對(duì)較少，影響產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性。

另外，采用預(yù)氧化纖維制備環(huán)形纖維預(yù)制件是目前公開的、較成熟工藝（CN101575766、CN1945048、CN101503844、CN02138191.7），其優(yōu)勢在于其紡織操作性強(qiáng)，制成短纖維薄氈與長纖維織物交替鋪層針刺獲得一定預(yù)期特征的預(yù)制件。然而，該技術(shù)有一些缺點(diǎn)。首先，以上方法也需去除材料獲得環(huán)狀纖維預(yù)制件，材料利用率低；其次，預(yù)氧化纖維需施加張力碳化才能獲得較好的強(qiáng)度，但與碳纖維的力學(xué)特征相比顯著降低并顯示出更廣泛的分散作用，且預(yù)氧化纖維預(yù)制件碳化變形較大，與碳纖維組合使用時(shí)，由于兩者具有不同的熱膨脹系數(shù)使得后續(xù)高溫碳化過程造成內(nèi)應(yīng)力分布不均勻，增加了工藝控制難度，影響材料的使用性能。

上述不足仍有值得改進(jìn)的地方。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種環(huán)狀纖維預(yù)制件，該預(yù)制件整體均勻性好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有纖維含量高、力學(xué)性能優(yōu)異、原材料利用率高等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)C/C復(fù)合后復(fù)合材料的摩擦性能提高，綜合性能優(yōu)良。

還提出了上述環(huán)狀纖維預(yù)制件的制備方法，有效消除了扇形拼接纖維織物后期針刺變形錯(cuò)位的現(xiàn)象，克服了扇形纖維織物搭接方式引起的經(jīng)C/C復(fù)合后摩擦材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差的不足，提高了預(yù)制件面內(nèi)及層間的均勻一致性，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、性能優(yōu)良。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明第一目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：一種環(huán)狀纖維預(yù)制件，該預(yù)制件是由環(huán)狀單元疊置針刺成型的準(zhǔn)三維立體織物，環(huán)狀單元為由環(huán)狀的纖維織物與環(huán)狀的纖維網(wǎng)胎經(jīng)預(yù)針刺定型的環(huán)狀復(fù)合織物，或?yàn)樵摥h(huán)狀復(fù)合織物與環(huán)狀的纖維網(wǎng)胎疊置針刺構(gòu)成環(huán)狀物；環(huán)狀纖維網(wǎng)胎由短切纖維薄氈或短切預(yù)氧化纖維薄氈制成。

進(jìn)一步地，環(huán)狀纖維織物由2～6個(gè)相同扇形的纖維織物拼接構(gòu)成。

進(jìn)一步地，環(huán)狀復(fù)合織物中長纖維含量為50%～90%。

進(jìn)一步地，纖維織物的面密度為120～450g/m²，纖維規(guī)格為50K、48K、24K、12K、6K、3K、1K。

進(jìn)一步地，短切碳纖維薄氈或短切預(yù)氧化纖維薄氈的面密度為20～300g/m²，纖維規(guī)格為320K、50K、48K、24K、12K。?

進(jìn)一步地，該環(huán)狀纖維預(yù)制件層間密度為10～18層/cm，長纖維含量為45～85%。

進(jìn)一步地，該預(yù)制件體積密度為0.35～0.70g/cm³。