以纤维增强材料制造制动盘的方法和该方法制造的制动盘技术

本发明专利技术涉及一种用于制造纤维增强材料的制动盘的方法，每个制动盘包括具有预定厚度s的制动带，所述方法包括下列操作步骤：a)设置缠绕心轴10；b)形成具有预定宽度W的至少一个纤维层20；c)用至少一种粘合剂树脂浸渍该纤维层；d)绕心轴缠绕用树脂浸渍了的纤维层直至形成同轴中空柱形本体30，该柱形本体具有预定外直径De和与心轴的直径D1大体上相等的内直径Di，纤维层根据大体上平行于层20的长度L的方向的至少一个缠绕方向绕心轴缠绕；e)加热柱形本体到使粘合剂树脂至少部分地交联的温度和时间段以便获得固体半成品柱形本体。特别地，该方法包括步骤f)：根据预定的厚度s1与柱形本体本身的纵向轴线成横向地将半成品柱形本体切割成切片，每个切片是至少限定了制动盘的制动带的盘形本体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于制造纤维增强材料的制动盘的方法和通过这种方法制造的制动盘。现有技术车辆的盘式制动系统的制动盘包括环状结构(或制动带)和被称为钟盖(bell，钟罩)的中心紧固元件，圆盘通过该中心紧固元件固定到车辆的悬挂系统的旋转部件(比如毂)上。制动带设有相对的制动表面，该制动表面适于与被收容在至少一个卡钳本体中的摩擦元件(制动片)配合，其中该至少一个卡钳本体横跨该制动带设置并且与车辆的悬挂系统的非旋转部件成一体。相对的制动片与制动带的相对的制动表面之间通过摩擦进行的受控的相互作用决定了允许车辆减速或者停止的制动动作。通常，制动盘由金属制成，特别是由灰铸铁或者钢制成。特别地，灰铸铁允许以相对低的成本获得良好的制动性能(特别是在遏制磨损方面)。金属制动盘由于重量的原因而具有很大的限制，并且不能保证高行程车辆和赛车中所需要的制动性能。在这些领域中，金属盘已经长期被由碳(CC，碳-碳)或者碳陶瓷材料(CCM，碳陶瓷材料)制成的盘取代。实际上，由碳或者碳陶瓷制成的盘兼有光亮和机械、化学及尺寸稳定性，保证了高制动性能。通常，两种类型的材料(碳和碳陶瓷)都用纤维进行增强。实际上，纤维的存在显著地改善了盘的所有特性，并且特别是改善了机械强度和热传导性质。关于这点，纤维在盘内部的设置发挥了至关重要的作用。纤维增强材料具有充当用于纤维的粘合剂的支承基质(supportmatrix)。该基质与纤维配合以传递施加到材料上的应力，并且保护纤维不受可能的损伤。基质通常通过使有机树脂和添加剂(其取决于欲获得的材料的类型和/或材料本身的最终特性而变化)经受适合的热处理(特别是加热和热解或者碳化)而产生。在最常用的有机树脂中，我们应该注意到酚醛树脂和环氧树脂。纤维可以具有无序的设置或者根据一个或多个优先方向定向。也存在既包含无序设置的纤维也包含定向的纤维的材料。纤维可以以纤维丝或者纤维丝束的形式分散在基质中，也可以以纺织的或者无纺的织物的形式进行组织。增强纤维可以具有不同的类型。最常用的是碳纤维。通常，以CC或者以CCM制造制动盘的方法设置了一个制造成形的半成品(坯体)的初始步骤。坯体可以通过模制树脂、纤维和添加剂的混合物而获得。纤维可以在已经与树脂和添加剂混合后设置在模具内部，或者它们可以相对于树脂和添加剂的混合物单独地设置在模具内部以便将它们适当地定向。可替换地，坯体可以通过叠加以纺织的或者无纺的织物的形式的纤维层而获得，其中该纤维层被预先浸渍了粘合剂树脂(预浸处理)并且根据盘的形状进行切割。仍然可替换地，坯体可以通过绕心轴缠绕被预先浸渍了粘合剂树脂的纤维或者纤维束而获得。与通过简单模制进行的成形技术相比，通过在心轴上缠绕而形成坯体允许制动盘内的纤维更容易地且有效地定向。通常，根据特定的方向设置纤维以赋予坯体和最终的盘特定的机械和/或热性质是已知的。例如，纤维的周向定向使得破坏性的径向裂缝从中心到周缘的蔓延受到阻挠，从而提高了总体机械强度。坯体的形成步骤必然涉及热处理，热处理被设计成决定树脂的(至少部分的)交联。实际上，坯体必须具有这种机械强度特性，以便使它在后续的处理步骤中易于被操作而没有折断或者破裂的风险。如此获得的坯体然后经受在比如用以导致树脂的碳化或者热解的温度下的热烧制处理。通过这种烧制的效果，半成品由于在碳化或者热解温度下的挥发性材料的丧失而获得一定的多孔性。如果需要CC盘，则碳化步骤之后是利用碳的增浓步骤，其可以通过用液体树脂的浸渍或者通过气相沉积而获得。进一步的碳化和增浓步骤可以随后顺序进行直至内部的孔隙被完全填满。如果需要CCM盘，则碳化步骤之后是利用硅浸渗的增浓步骤。熔融的硅在碳本体中渗透以便与碳化硅中的碳起反应并且导致陶瓷结构的形成。随后通常进行抗氧化剂处理和机械加工以及表面精加工步骤。如此获得的盘然后通过将它关联到钟盖上而完成。上文中描述的用以制造纤维增强材料的制动盘的传统方法操作复杂并且成本高昂。制造坯体的初始步骤是特别繁重的。实际上，它是非常精密的处理步骤，因为它决定纤维在盘内的分布。如上文中已经提到的一样，坯体必须具有机械强度特性以便使它在后续的处理步骤中易于被操作而没有折断或者破裂的风险。为了防止本体内的张力的形成，热处理不应该是太高能的。因此采用非常低的温度曲线。这在通过在心轴上缠绕纤维而获得坯体的情况下是特别重要的。实际上，纤维的分层结构与无序设置的纤维结构相比更多地经受张力和变形。这导致处理的加长并且因此导致成本的升高。从这个角度来看，设有通风道的用纤维增强了的CC或者CCM制动盘的实施加重了上文中提到的问题。实际上，除非用于产生通风道的步骤是通过去除材料而实现(全都涉及操作复杂性)，否则通风道只能通过在成形的过程中在模具内或者围绕心轴将适当的型芯插入坯体中而制成。这极大地增加了坯体的初始形成步骤的复杂性。因此，在纤维增强的CC或CCM制动盘的制造中非常需要简化制造过程，采用能够使用于制造单个制动盘的加工时间最小化的解决方案。
技术实现思路
通过根据权利要求1的用于制造纤维增强材料的制动盘的方法能够满足这种需求。特别地，通过一种用于制造纤维增强材料的制动盘(每个制动盘包括具有预定厚度s的制动带)的方法能够满足这种需求，该方法包括下列操作步骤：a)设置具有预定外直径D1的缠绕心轴10；b)形成具有预定宽度W的至少一个纤维层20；c)将纤维层20用至少一种粘合剂树脂进行浸渍；d)绕心轴10缠绕用树脂浸渍了的纤维层以形成同轴中空柱形本体30，该柱形本体具有预定的外直径De和与心轴10的直径D1大体上相等的内直径Di，纤维层沿大体上平行于层20的长度L的方向的至少一个缠绕方向绕心轴进行缠绕；以及e)在使粘合剂树脂至少部分地交联的温度下和时间段内加热柱形本体，以获得半成品柱形本体。根据一个优选的实施例，该方法包括切割步骤f)：根据预定的厚度s1与柱形本体本身的纵向轴线成横向地将半成品柱形本体切割成切片，每个切片是至少限定了制动盘的制动带的盘形本体。可替换地，柱形本体可以被设定尺寸以便它本身限定了单个盘形本体，其中该单个盘形本体至少限定了制动盘的制动带。该方法可以包括后交联/后固化热处理步骤g)。该步骤g)可以在所形成的半成品柱形本体上执行以便它本身限定了至少限定制动盘的制动带的单个盘形本体。可替换地，该步骤g)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造纤维增强材料的制动盘的方法，每个制动盘(1)包括具有预定厚度(s)的制动带(2)，所述方法包括下列操作步骤：a)设置具有预定外直径(D1)的缠绕心轴(10)；b)形成具有预定宽度(W)的至少一个纤维层(20)；c)将所述纤维层(20)用至少一种粘合剂树脂进行浸渍；d)绕所述心轴(10)缠绕用树脂浸渍了的所述纤维层以形成同轴中空柱形本体(30)，所述柱形本体具有预定的外直径(De)和与所述心轴(10)的外直径(D1)大体上相等的内直径(Di)，所述纤维层沿大体上与所述纤维层(20)的长度(L)的方向平行的至少一个缠绕方向绕所述心轴进行缠绕；以及e)在使所述粘合剂树脂至少部分地交联的温度下和时间段内加热所述柱形本体，以获得固体半成品柱形本体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制造纤维增强材料的制动盘的方法，每个制动盘(1)包括
具有预定厚度(s)的制动带(2)，所述方法包括下列操作步骤：
a)设置具有预定外直径(D1)的缠绕心轴(10)；
b)形成具有预定宽度(W)的至少一个纤维层(20)；
c)将所述纤维层(20)用至少一种粘合剂树脂进行浸渍；
d)绕所述心轴(10)缠绕用树脂浸渍了的所述纤维层以形成同
轴中空柱形本体(30)，所述柱形本体具有预定的外直径(De)和
与所述心轴(10)的外直径(D1)大体上相等的内直径(Di)，所
述纤维层沿大体上与所述纤维层(20)的长度(L)的方向平行的至
少一个缠绕方向绕所述心轴进行缠绕；以及
e)在使所述粘合剂树脂至少部分地交联的温度下和时间段内加
热所述柱形本体，以获得固体半成品柱形本体。
2.根据权利要求1所述的方法，包括切割步骤f)：根据预定的厚度(s1)
与所述柱形本体本身的纵向轴线成横向地将所述半成品柱形本体切
割成切片，每个所述切片是至少限定了所述制动盘(1)的所述制动
带(2)的盘形本体(31)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中加热所述柱形本体的所述步
骤e)是在使所述粘合剂树脂仅部分地交联的温度下和时间段内执
行，以便获得仍然是能塑性变形的半成品柱形本体。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，包括后交联热处理步骤g)，
所述步骤g)是在所述半成品柱形本体(30)上执行。
5.根据权利要求1、2或3所述的方法，包括后交联热处理步骤g)，
所述步骤g)是在作为所述切割步骤f)的结果而获得的所述柱形本
体的所述切片(31)的至少一部分上执行。
6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，包括模制步骤h)：
模制所述柱形本体(30)或者模制作为所述切割步骤f)的结果而获
得的所述柱形本体的各切片(31)，所述模制步骤h)优选地是在所
述后交联热处理步骤g)之前执行。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述模制步骤h)是通过使所述
柱形本体的中心部分或由单个切片限定的所述盘形本体的中心部分
在轴向方向上塑性变形而在所述柱形本体(30)上或在所述柱形本
体(30)的各切片(31)上执行，以在所述柱形本体上或在所述盘
形本体本身上获得从中轴向突出的同轴帽(32)，所述同轴帽(32)
优选地限定所述制动盘(1)的钟盖(3)，所述柱形本体的未变形的
周缘环状部分或所述盘形本体的未变形的周缘环状部分限定所述制
动盘的所述制动带(2)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述心轴(10)的外直径(D1)
小于将要获得的所述制动盘的所述制动带(2)的内直径，这样使得
所述柱形本体(30)或由单个切片限定的所述盘形本体(31)在意
图限定将要获得的所述制动盘(1)的所述制动带(2)的环状部分
上径向地向内延伸。
9.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，包括切出步骤i)：
在所述纤维层(20)上切出贯通开口(50)，所述切出步骤i)是在
绕所述心轴(10)缠绕所述纤维层的所述步骤d)之前执行。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述贯通开口按照行分布的方式
在所述纤维层(20)上获得，每行(51-55)开口(50)在所述纤维

\t层的宽度(W)的方向上延伸，一行的所述开口(50)在所述纤维
层(20)的长度(L)的方向上与其他行的所述开口对准。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述开口的行之间的间距(H)
是根据单个行在所述柱形本体中相对于其他行必须占有的径向位置
而进行调节，这样使得在进行缠绕的所述步骤d)期间所述开口径
向地重叠以便形成径向空腔，每个所述空腔优选地从最终的柱形本
体的外表面延伸到预定的径向深度，所述空腔限定了在将要获得的
所述制动盘的所述制动带的厚度上形成的径向通风道。
12.根据权利要求11所述的方法，其中各行的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马西米利亚诺·瓦莱，米尔科·基奥迪，富里奥·罗扎，马尔科·奥兰迪，罗伯托·瓦瓦索里，
申请(专利权)人：派特欧赛拉米克斯股份公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT