由碳纤维增强的碳制备模制体的方法技术

本发明专利技术提供了一种由用碳纤维增强的碳制备模制体的方法，其中纤维以具有确定长度、宽度和厚度的束的形式存在。纤维在束中的确定布置允许增强纤维在碳基质中针对性的布置，和因此允许适合负荷地设计对由碳纤维增强的碳形成的模制体例如刹车片的增强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及由用碳短纤维增强的碳制备模制体例如刹车片的方法。
技术介绍
包括一个用碳纤维增强的碳基质的复合材料(CFRC材料)，也称作碳/碳复合材料(C/C材料)，显示出高的机械和热负载能力。因此，该复合材料尤其是一种适合用于高效刹车例如用于飞机或赛车运动中的材料。增强性碳纤维经常以平面或三维的纺织织构(Gebilde)，例如作为织物或针刺的预成型体存在。但是两种变型在制备时都是比较费事的并且只能有限地与复杂的几何形状相匹配。另一种情形在于由疏松的短纤维和/或短纤维束形成纤维增强体。在专利文本US5,242,746中，公开了一种包括多个不同功能层的由碳纤维增强的碳形成的摩擦部件。该摩擦部件包括至少一个典型地为10-20mm厚的结构层，该结构层显示出高机械强度，和至少一个典型地为3-7mm厚的具有有利的摩擦性能和高磨损强度的摩擦层。结构层的纤维增强体具有较粗的质地并通过长丝股(粗纱)的束状片断形成，其中片断具有5-60mm的平均长度和包括1,000-320,000根几乎平行定向的单根长丝。切成束的长丝股可以被预浸渍，以便避免束分解。摩擦层的纤维增强体具有细的质地并由粉碎的单根长丝或少于100根平均长度为0.05-60mm，优选0.2-2mm的单根长丝的束形成。结构层中的纤维束同样如同单根长丝一样在摩擦层中是随机分布的。在两层之间存在一个在纤维增强体和碳基质质地中的连续过渡区，使得层形成一个单块构件。如果象在US5,242,746中建议的那样，纤维束通过将长丝股切割来制备，则通过将长丝股预浸渍尽管可以降低束的分解。但是，如此获得的束仅能通过平均长度和单根长丝的数目进行确定，即它不具有确定的可针对性调整的宽度(垂直于纤维长度方向上的尺寸，取决于并排放置的纤维数目)和厚度(垂直于长度和宽度的尺寸，取决于上下放置的纤维数目)。在长丝股中单根长丝也就是既可以相互并排存在也可以上下存在，并且其布置强烈取决于长丝股或由其切断的片断经受的外部条件(混合时的压力、拉伸、剪切力等)，直到浸渍被固化到将长丝以该时刻存在的布置固定的程度。利用本专利技术，提供一种用含有碳纤维增强体的碳基质制备模制体(C/C模制体)的方法，该方法使得可以由具有确定尺寸的纤维束形成增强体，其中纤维在束中的结合和平行空间布置在混入到模塑材料中时得到保持。纤维在束中的确定布置允许增强纤维在碳基质中的针对性布置，和因此允许对增强体进行适合负荷的设计。本专利技术由用碳短纤维束增强的碳基质制备模制体尤其刹车片的方法包括下列步骤-制备或提供由通过形状地稳定固化的可碳化粘结剂结合在一起的平行定向的碳纤维形成的束，其中该束具有针对性调整的确定的长度、宽度和厚度，-通过将纤维束、可碳化的基质形成剂和任选的助剂混合而制备模塑材料，-通过将模塑材料在接近最终轮廓的压制模具中在升高的温度下压制，同时固化可碳化的基质形成剂，接着脱模，制备接近最终轮廓的坯料型体，-将坯料型体碳化成碳化的模制体，-将碳化的模制体进行机械后处理，如果需要-碳化的模制体用一种可碳化的基质形成剂任选地进一步浸渍并碳化，-通过将碳基质借助于CVI方法沉积而压实碳化的模制体。根据本专利技术的第二个变型方案，该方法包括下列步骤-制备或提供由通过碳化的粘结剂结合在一起的平行定向的碳纤维形成的束，其中该束具有针对性调整的确定的长度、宽度和厚度，-用一种可碳化的基质粘结剂在机械产生的流化床中浸渍纤维束，-通过将浸渍的纤维束、可碳化的基质形成剂和任选的助剂混合制备模塑材料，-通过将模塑材料在接近最终轮廓的压制模具中在升高的温度下压制，同时固化可碳化的基质形成剂，接着脱模，制备接近最终轮廓的坯料型体，-将坯料型体碳化成碳化的模制体，-将碳化的模制体机械后处理，如果需要-碳化的模制体用一种可碳化的基质形成剂任选地进一步浸渍并碳化，-通过将碳基质借助于CVI方法沉积而压实碳化的模制体。在该方式中，纤维束通过在流化床中浸渍而压实。由含有浸渍纤维束的模塑材料形成的坯料型体和由其获得的碳化模制体因此比第一变型方案中的压实度高。因此，在第二种变型方案中，用于借助CVI沉积而压实碳化的模制体需要的时间较少。本专利技术的其它细节、变型和优点可以从下面的说明书，实施例和附图得知。附图说明图1示意表示对用于制备具有纤维束切向定向的刹车片的模具的填充。图2示意表示具有填充栅格的模具。图3示意表示纤维在模具中通过填充栅格调整的切向定向。具体实施例方式碳纤维理解为所有类型的碳纤维，与起始材料无关，其中聚丙烯腈纤维、沥青纤维和纤维素纤维是最常见的起始材料。在欧洲专利申请EP1 645 671中公开了一种制备具有确定长度，宽度和厚度的纤维束的方法，该纤维束包括平行定向的碳纤维和形状稳定地固化的聚合物粘结剂。在其为本专利技术而改进的变型方案中该方法包括如下步骤-将至少一个包括大量平行的碳纤维长丝的长丝股用可碳化的粘结剂浸渍，使得获得预浸渍体，-将至少一个浸渍的长丝股或多个平行布置的浸渍长丝股压制成由平行取向的长丝形成的具有确定厚度的铺置片(Gelegebahn)(单向铺置，下面称为UD铺置)，其中粘结剂通过热处理固化，使得获得确定厚度的形状稳定的铺置片，-将任选地拆分成单个带的UD铺置片切割为具有确定宽度和长度的片段(纤维束)。优选地，将长丝股在浸渍之前呈扇形打开，以便使纤维并排平行布置在平面中容易。预浸渍体的质量基粘结剂含量为25-48％并取决于选择的浸渍条件。预浸渍体的面积基质量为200-500g/m2。以一个或多个并排布置的浸渍长丝股形式的预浸渍体输送通过轧辊机架、砑光机、带式压机或其它合适的连续压制装置。在这些压制装置中，优选地通过多个前后布置的具有下降的静宽度的轧辊间隙将过量的粘结剂从长丝股中压挤出来，将各股压平，使得每股包括不多于三个上下安置的纤维层，并优选包括仅仅一个具有基本上平行走向的长丝的单个纤维层。预浸渍体的压制在温热状态(在直到200℃的温度)下进行，使得可碳化的粘结剂完全固化或者至少固化到获得形状稳定的长丝股的程度，在其中单根长丝以其平行的布置相互并排和上下地固定。现在平面的通过固化的粘结剂结合的长丝股的冷却也优选在压制装置中进行。在离开连续的压制装置时，存在一种厚度为0.15-0.4mm的平行长丝形成的平面铺置片(单向铺置，下面称为“UD铺置”)。铺置片在需要的情形下可以拆分成宽度为20-60mm的带，以更好地操作。这种UD铺置片或带现在根据长度切割成其宽度相应于所希望的纤维束宽度的条。优选地，这是借助于一个切割辊或多个并排布置的切割辊进行的。也可以将该铺置片或带在尚未完全固化的状态下通过在带通路中张紧的金属丝切割成条。这些条直接输送到优选连续运行的切断装置并切割成希望长度的片段(纤维束)。但是也可以在具有其它速度的与条的切割分开的方法中进行切断。为此目的，将切割到选择的宽度的条卷绕到线轴上并运送到切断装置。条连续切断到希望的长度优选使用切割辊进行。如此获得的纤维束显示出确定的均匀的长度、宽度和厚度。纤维束厚度，即上下放置的纤维层的尺寸，在将长丝股压制成铺置片时进行调整。纤维束宽度，即垂直于纤维方向的由在纤维层中平行并排放置的纤维数目确定的尺寸，在铺置片或带切割成条时进行调整。纤维束长度，即纤维方向的尺寸，在条切断为片段本文档来自技高网...

【技术保护点】
由用碳纤维束增强的碳基质制备模制体的方法，包括下列步骤：－制备或提供由通过形状稳定地固化的可碳化粘结剂结合在一起的平行定向的碳纤维形成的束，其中该束具有针对性调整的确定的长度、宽度和厚度，－通过将纤维束、可碳化的基质形成剂和任选的助剂混合制备模塑材料，－通过将模塑材料在接近最终轮廓的压制模具中在升高的温度下压制，同时固化可碳化的基质形成剂，接着脱模，制备接近最终轮廓的坯料型体，－将坯料型体碳化成碳化的模制体，－将碳化的模制体进行机械后处理，如果需要－通过将碳基质借助于ＣＶＩ方法沉积而压实碳化的模制体。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：I克雷奇默，A金茨勒，
申请(专利权)人：SGL碳股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[]