一种高密度柔性碳/碳复合摩擦材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高密度柔性碳/碳复合摩擦材料及其制备方法，依次通过将聚丙烯腈纤维、粘胶基纤维、沥青基纤维等经进行预氧化处理，之后将预氧化丝纱线编织成织物；然后将所编制的织物进行碳化处理得到碳纤维织物；最后，将碳纤维织物放入气态CxHy中，在N2的保护下经化学气相沉积处理后得到所制备的高密度柔性碳/碳复合摩擦材料。最终得到经纬纱线弯曲度大于30°的碳纤维织物增强碳基复合材料。本发明专利技术通过利用预氧化丝模量低，易编织成经纬纱弯曲度高的产品，易达到设计所需厚度，同时具有优良的柔性，经过碳化和CVD沉积碳处理后，能够得到柔性较好的碳/碳摩擦材料。

【技术实现步骤摘要】
一种高密度柔性碳/碳复合摩擦材料及其制备方法
本专利技术属于摩擦材料
，具体涉及一种高密度柔性碳/碳复合摩擦材料及其制备方法。
技术介绍
同步器是变速箱的重要组成部分，它能够有效地保证换档的平顺、简化操作、减轻驾驶员的劳动强度。随着卡车向大吨位、大扭矩的方向发展，对同步器提出了越来越高的要求，传统的同步环用摩擦材料强度低，耐磨损能力差，摩擦系数不稳定，使用寿命短，已经无法满足使用要求。碳纤维增强碳基复合材料，具有稳定的摩擦系数、耐高温、耐腐蚀、抗冲击、耐磨损等特性，广泛应用于飞机刹车片、高性能跑车刹车片等领域，是目前较为理想的摩擦材料。但由于目前碳碳复合材料为刚性材料，不易弯曲，无法应用于汽车同步器齿环，同时由于碳纤维模量高，编织性相对较差，难以编织成经纬纱弯曲度高的产品，织物及其制品柔性较差。因此本专利技术找到了一种制备高密度柔性碳/碳复合摩擦材料的方法及其所制备的材料。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种高密度柔性碳/碳复合摩擦材料及其制备方法。实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：一种制备高密度柔性碳/碳复合摩擦材料的方法，包括以下步骤：步骤一：将聚丙烯腈纤维、粘胶基纤维、沥青基纤维等经进行预氧化处理，之后将预氧化丝纱线编织成织物；步骤二：将所编制的织物进行碳化处理得到碳纤维织物；步骤三：将碳纤维织物放入气态CxHy中，在N2的保护下经化学气相沉积处理后得到所制备的高密度柔性碳/碳复合摩擦材料。作为本专利技术的进一步改进，步骤一中所述的预氧化处理包括将所述的聚丙烯腈纤维通过预氧化炉的导辊，依次经过设置在预氧化炉中的四个温区，预氧化时间为30～120min，得到含碳量大于60％的预氧化丝。作为本专利技术的进一步改进，所述的预氧化炉中的四个温区所设定的温度从进线端到出线端逐级升高，依次为一区180～210℃，二区210～250℃，三区240～280℃，四区270～300℃。作为本专利技术的进一步改进，所述的步骤一预氧化纱线包括连续预氧化纤维，还包括将所得到的预氧化连续纤维经过纺纱工序制备成2～20支，0.5～30捻/cm的预氧丝纱线。作为本专利技术的进一步改进，步骤一中所述的预氧丝纱线按照单经单纬或者多经多纬的方式进行编织，所编织的织布结构的经纬密度为5～20*5～20根/cm。作为本专利技术的进一步改进，步骤二中所述的碳化处理包括将织布结构放入碳化炉中，在氮气的保护下，在500～1600℃的温度下碳化30～60min，得到含碳量大于95％的碳纤维织物。作为本专利技术的进一步改进，步骤三中所述的化学气相沉积，将碳纤维织物放入真空沉积炉中，真空沉积炉中所述的CxHy选自中的x小于4气体的有机烃，所述的CxHy在900-1000℃产生热解，热解产生的碳沉在纤维表面积，形成碳纤维增强碳基复合材料。作为本专利技术的进一步改进，化学气相沉积过程中，真空沉积炉中的炉压为20～800乇，气体流量CxHy:N2为1：30～40，沉积时间为2～5小时。本专利技术还包括根据以上所述的制备方法制备的高密度柔性碳/碳复合摩擦材料。本专利技术的有益效果：本专利技术通过利用预氧化丝模量低，易编织成经纬纱弯曲度高的产品，易达到设计所需厚度，同时具有优良的柔性，经过碳化和CVD沉积碳处理后，能够得到柔性较好的碳/碳摩擦材料。附图说明图1为高密度柔性碳/碳复合摩擦材料截面图；图2高密度柔性碳/碳复合摩擦材料制备流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。如图1所示本专利技术所制作的高密度柔性碳/碳复合摩擦材料的结构，包括相交的经纱和纬纱所编制的双经双纬的平面织物，纤维通过化学气相沉积碳基体结合到一起，其弯曲半径小于2cm。其中，所述的经纱或纬纱的纤维丝为含碳量大于95％的由聚丙烯腈纤维、粘胶基纤维等原丝经预氧化、碳化得来的碳纤维丝，因此能够保持较高的摩擦系数和较高的弯曲度。所述的经纱或纬纱的纤维丝弯曲角度大于30°。本专利技术的一种实施例中，所述的平面织物中所述的经纱或纬纱的密度大于或等于5根/cm，所编制的平面织物的厚度大于0.4mm。由于图1中的平面织物是基于碳纤维增强碳基复合材料，碳纤维在含碳量较高时，其模量高编制性能差。因此为了获得图1所示的高密度柔性碳/碳纤维摩擦材料，本专利技术通过如图2所示的制备流程制备摩擦材料。具体的通过如下的两个实施例进行说明。实施例一：如图1所示的一种高密度柔性碳/碳复合摩擦材料，其制备工艺包含以下步骤：第一步：制备预氧化丝。选取1K聚丙烯腈纤维放入预氧化炉中，在预氧化炉中的导辊转动的带动下，依次经过预氧化炉的四个温区。设定的温度依次为，一区温度180～210℃，二区温度220～250，三区温度270～280℃，四区温度290～300℃，时长60min，最终得到碳含量大于65％的预氧化丝。所得到的预氧化丝仍具有较高的柔性度，易于编织。第二步：制备加捻预氧化丝，即将预氧化丝通过加捻设备，加捻至0.5～2捻/cm。第三步：编制成织布结构将预氧化丝布按照双经双纬方式编织，经纬密度8.5(±0.5)*8.5(±0.5)根/cm，编制成柔性的织布结构。由于所制备的织布的含碳量较低，强度较低、耐摩擦能力较差，因此需要进行以下两步的处理进一步提高含碳量。第四步：制备碳布将织布在氮气的保护下，放入500～1600℃的碳化炉中碳化30～60min，得到碳含量大于95％的碳纤维布。第五步：制备柔性碳/碳摩擦材料将碳纤维布在950℃，炉压220-260乇，C3H8:N2流量比为1:35条件下，化学气相沉积2-4小时，得到碳含量大于98％的高密度的碳/碳耐摩擦材料，同时所制备的碳/碳耐摩擦材料仍将有较高的柔性。实施例二：第一步：制备预氧化丝。选取3K粘胶基纤维，放入预氧化炉中，在预氧化炉中的导辊转动的带动下，依次经过预氧化炉的四个温区。设定的温度依次为，一区温度180～200℃，二区温度210～230，三区温度240～260℃下，四区温度270～300℃，预氧化90min，得到碳含量大于65％的预氧化丝。第二步：制备加捻预氧化丝，将预氧化丝通过加捻设备，加捻至0.2-1捻/cm。第三步：编制成织布结构将预氧化丝布按照经纬密度7(±0.5)*7(±0.5)根/cm进行编织，编制成柔性的织布结构。第四步：制备碳布将织布在氮气的保护下，放入500～1600℃的碳化炉中碳化30～60min，得到碳含量大于95％的碳纤维布。第五步：制备柔性碳/碳摩擦材料将碳纤维布在900℃，炉压280～300乇，CH4:N2流量比为1:30条件下，化学气相沉积3～5小时，得到碳含量大于98％的高密度柔性碳/碳复合摩擦材料。以上显示和描述了本专利技术的基本原理和主要特征和本专利技术的优点。本行业的技术人员应该了解，本专利技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利技术的原理，在不脱离本专利技术精神和范围的前提下，本专利技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本专利技术范围内。本专利技术要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备高密度柔性碳/碳复合摩擦材料的方法，包括以下步骤：步骤一：将聚丙烯腈纤维、粘胶基纤维、沥青基纤维等经进行预氧化处理，之后将预氧化丝纱线编织成织物；步骤二：将所编制的织物进行碳化处理得到碳纤维织物；步骤三：将碳纤维织物放入气态CxHy中，在N2的保护下经化学气相沉积处理后得到所制备的高密度柔性碳/碳复合摩擦材料。

【技术特征摘要】
1.一种制备高密度柔性碳/碳复合摩擦材料的方法，包括以下步骤：步骤一：将聚丙烯腈纤维、粘胶基纤维、沥青基纤维等经进行预氧化处理，之后将预氧化丝纱线编织成织物；步骤二：将所编制的织物进行碳化处理得到碳纤维织物；步骤三：将碳纤维织物放入气态CxHy中，在N2的保护下经化学气相沉积处理后得到所制备的高密度柔性碳/碳复合摩擦材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤一中所述的预氧化处理包括将所述的聚丙烯腈纤维通过预氧化炉的导辊，依次经过设置在预氧化炉中的四个温区，预氧化时间为30～120min，得到含碳量大于60％的预氧化丝。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的预氧化炉中的四个温区所设定的温度从进线端到出线端逐级升高，依次为一区180～210℃，二区210～250℃，三区240～280℃，四区270～300℃。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤一预氧化纱线包括连续预氧化纤维，还包括将所得到的预氧化连续纤维经过纺纱工序制备成2～20支，0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：单云刚，龚承涛，陆千夏，赵志清，
申请(专利权)人：昆山盛夏复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32