用于制作制动系统部件的预成型件技术方案

本发明专利技术涉及用于制作制动系统部件的预成型件，该预成型件由纤维增强陶瓷复合材料构成，该纤维增强陶瓷复合材料是通过预浸料的成型和随后的热解获得的。这样的预浸料包括用聚合物粘合剂组合物浸渍的纤维质，该聚合物粘合剂组合物基于选自由硅氧烷树脂和倍半硅氧烷树脂组成的组中的一种或多种树脂，并且可以可选地包括一种或多种有机树脂。硅氧烷树脂包括聚硅氧烷，倍半硅氧烷树脂包括聚倍半硅氧烷。前述聚合物粘合剂组合物在从50℃至70℃的温度处表现为具有从55000至10000mPas的粘度的液体。纤维增强复合陶瓷材料包括陶瓷基质或部分陶瓷的基质，该陶瓷基质或部分陶瓷的基质在纤维质的空隙中发展自身，并且包括碳化硅和由Si‑O‑C链构成的非晶形结构。碳化硅和前述Si‑O‑C链通过热解过程在所述聚硅氧烷和/或所述聚倍半硅氧烷上生成。纤维增强陶瓷复合材料具有通过热解在预浸料的聚合物粘合剂组合物上生成的孔隙。本发明专利技术还涉及全部或部分由所述预成型件制作的制动系统部件，以及用于制作纤维增强陶瓷复合材料的预成型件的方法。

Preformed parts for brake system components

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制作制动系统部件的预成型件
用于制作制动系统部件的预成型件形成了本专利技术的主题，该预成型件由通过预浸料的成型和热解而获得的纤维增强陶瓷复合材料构成。根据本专利技术的预成型件在下述部件的生产中有特别的应用，所述部件被设计为在提高的温度(高于400℃)处操作，诸如例如是盘式制动器的部件(如制动带、钟形件(bell)、制动钳)或发动机的零件。特别地，根据本专利技术的预成型件被设计为经历致密化过程，以用于制作特别是盘式制动器的部件或发动机的零件。
技术介绍
众所周知，用术语讲，用聚合物粘合剂组合物预浸渍的纤维增强复合材料被简称为“预浸料”。预浸料由纤维通常是碳纤维和/或玻璃纤维和/或陶瓷纤维构成，纤维被布置以形成织造或非织造织物，并且用热固性或热塑性聚合物组合物进行浸渍。在任何成型过程中，对纤维进行浸渍的聚合物组合物形成使纤维彼此固定的粘合基质。借助于在比材料的典型玻璃化转变温度高的温度处的加热来加工热塑性基质。这允许聚合物链以可逆过程在彼此上移动和滑动，直到温度回到玻璃化转变温度(Tg)以下。在热固性基质的情况下，在相邻的链(交联或固化)之间创建一定量的化学键之前进行加工，相邻的链之间创建一定量的化学键使得其防止相邻的链的相对运动，导致聚合物以不可逆过程硬化。在预浸料的生产中，所使用的热固性聚合物组合物基于有机树脂，通常是环氧树脂或酚醛树脂或乙烯基酯基树脂或氰酸酯基树脂。为了这些目的，在这些树脂族中，使用具有这种流变特征(特别是粘度)的树脂，以允许在浸渍阶段期间获得纤维与树脂之间的期望的整合/浸渍水平。在预浸料的生产中，所使用的热塑性聚合物粘合剂组合物是例如聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)和聚对苯硫醚(PPS)。在预浸料的生产期间，热固性聚合物基质不交联或仅部分交联，以便使预浸料可操纵但仍可加工。为此目的，保持预浸料处于低温以防止交联完成。可操作地，预浸料的生产过程包括浸渍步骤，其中，纤维布置在平坦表面上并且以这样的构造用聚合物组合物进行浸渍。在现有技术中，在这样的步骤期间，取决于所使用的聚合物组合物，在变化的温度下可能发生热固性聚合物组合物的部分交联。然后材料在室温处被冷却。因此，可以得到呈平坦可加工的片材形式的预浸料，然后可以对其进行加工以获得具有极其复杂的形状的部件，例如，以用于成层(stratification，分层)或轧制以及随后的成形操作。即使在部分交联之后，有机树脂也赋予预浸料最佳的机械耐受性(resistance，阻力、抵抗力)特征。然而，用有机树脂制作的预浸料存在一系列限制，这些限制制约了从上述预浸料获得的材料的特征，或者使得它们不能用于某些应用。例如，在热解之后，有机树脂形成碳质残留物，在环氧树脂的情况下，该碳质残留物还极其受限于并且不足以确保复合物具有良好的稠度。这样的碳质残留物也不适合于氧化环境中高温处的应用，并且其硬度不足以确保良好的耐磨性。例如，热解后环氧树脂的低产量使得环氧树脂基预浸料不适合于创建用于致密化过程的预成型件。特别地，传统的有机树脂基预浸料可以显示出以下限制：-树脂完全交联之后获得的复合物的低操作温度；尽管具有优异的机械耐受性特征，但这样的复合物可能不太可能在氧化性环境中在200℃以上工作；-对由机械摩擦引起的磨损的低耐受性，这是由于所获得的复合物中存在碳质基质引起的；-热解后不可能生成无机非晶形结构和/或晶体结构；-复合物的低热导率，这使其不适合于需要提高的散热能力的应用，诸如，例如，盘式制动器部件的生产。因此，需要生产由成型和热解后的预浸料获得的具有无机非晶形结构和/或晶体结构的纤维增强陶瓷复合材料，该无机非晶形结构和/或晶体结构使得它们使因此获得的复合材料：-特征在于提高的热导率；-适合于生产用于致密化过程的预成型件；-特征在于较大的硬度，以便确保增加的耐磨性。迄今为止，这样的需求尚未得到满足，这是由于下述事实：替代性树脂诸如例如预陶瓷硅有机树脂(硅氧烷树脂、硅氮烷树脂等)潜在地能够满足前述技术要求，但是具有这样的流变特征，使得上述替代性树脂不适合于使用标准预浸料生产制作技术来浸渍纤维质(mass，块、团)。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是消除或至少减少与现有技术有关的前述问题，提供用于制作制动系统部件的预成型件，该预成型件由从成型和热解后的预浸料获得的具有无机非晶形结构和/或晶体结构的纤维增强陶瓷复合材料构成，该无机非晶形结构和/或晶体结构使得预成型件适合于制作被设计为在提高的温度处操作的部件。特别地，本专利技术的目的是提供用于制作制动系统部件的预成型件，该预成型件由从成型和热解后的预浸料获得的具有无机非晶形结构和/或晶体结构的纤维增强陶瓷复合材料构成，该无机非晶形结构和/或晶体结构使得纤维增强陶瓷复合材料适合于制作用于致密化过程的预成型件，并且纤维增强陶瓷复合材料具有提高的热导率和较大的硬度，以便确保增加的耐磨性。附图说明从所附权利要求的内容中可以清楚地看到本专利技术的技术特征，并且根据下面参照所附附图做出的表示本专利技术的仅通过非限制性实施例例示的一个或多个实施方式的详细描述，本专利技术的优点将变得更加明显，附图中：-图1示出了取决于纤维增强复合材料的模制压力的密度的趋势图，该纤维增强复合材料通过预浸料的热成型(借助于压缩模制)获得，并且由该纤维增强复合材料通过热解获得纤维增强陶瓷复合材料。具体实施方式本专利技术涉及用于制作制动系统部件的预成型件，该预成型件由通过预浸料的成型和热解获得的纤维增强陶瓷复合材料构成。通常，“纤维增强陶瓷复合材料”是指下述材料，所述材料具有陶瓷基质或部分陶瓷的基质，该陶瓷基质或局部陶瓷的基质在内部布置有增强纤维。术语“陶瓷基质”是指由属于预陶瓷树脂族的硅氧烷和/或倍半硅氧烷树脂的热解获得的基质。基质的部分或完全陶瓷化可以通过调节热解温度来获得。低温(400至900℃)处的热解处理允许获得部分热解的热解残留物，但仍富含有机结构。较高温度处的热解引起热解残留物的完全陶瓷化，这可以形成无机非晶形结构或晶体结构(后者处于超过约1300℃的热解温度)。陶瓷基质或部分陶瓷的基质的构成取决于用于制作该材料的陶瓷前体的类型。如以下描述中所述，在特定情况下，所使用的陶瓷前体是聚硅氧烷或聚倍半硅氧烷。陶瓷基质或部分陶瓷的基质包括碳氧化硅(SiOC)和/或碳化硅(SiC)。特别地，碳氧化硅(SiOC)可以形成由不同长度的Si-O-C链构成的非晶形结构。根据本专利技术，预浸料——从其通过成型和热解获得构成预成型件的纤维增强陶瓷复合材料——包括纤维质，该纤维质用基于选自由硅氧烷树脂和倍半硅氧烷树脂组成的组中的一种或多种树脂的聚合物粘合剂组合物进行浸渍。“基于……”的表述是指选自由硅氧烷树脂和倍半硅氧烷树脂组成的组的树脂按重量计占聚合物粘合剂组合物的至少70％。可选地，前述聚合物粘合剂组合物可以包括有机树脂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于制作制动系统部件的预成型件，所述预成型件由纤维增强陶瓷复合材料构成，所述纤维增强陶瓷复合材料是通过预浸料的成型和随后的热解获得的，其特征在于，所述预浸料由用聚合物粘合剂组合物浸渍的纤维质构成，所述聚合物粘合剂组合物基于选自由硅氧烷树脂和倍半硅氧烷树脂组成的组中的一种或多种树脂，并且能够可选地包括一种或多种有机树脂，所述硅氧烷树脂包括聚硅氧烷，并且所述倍半硅氧烷树脂包括聚倍半硅氧烷，其中，所述聚合物粘合剂组合物在50℃至70℃之间的温度处表现为具有在55000至10000mPAs之间的粘度的液体，其中，所述纤维增强陶瓷复合材料包括陶瓷基质或部分陶瓷的基质，所述陶瓷基质或部分陶瓷的基质在所述纤维质的空隙中发展自身，并且包括碳化硅和由Si-O-C链构成的非晶形结构，所述碳化硅和所述Si-O-C链通过热解过程在所述聚硅氧烷和/或所述聚倍半硅氧烷上生成，所述纤维增强陶瓷复合材料具有通过热解在所述预浸料的所述聚合物粘合剂组合物上生成的孔隙。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170803 IT 1020170000893981.用于制作制动系统部件的预成型件，所述预成型件由纤维增强陶瓷复合材料构成，所述纤维增强陶瓷复合材料是通过预浸料的成型和随后的热解获得的，其特征在于，所述预浸料由用聚合物粘合剂组合物浸渍的纤维质构成，所述聚合物粘合剂组合物基于选自由硅氧烷树脂和倍半硅氧烷树脂组成的组中的一种或多种树脂，并且能够可选地包括一种或多种有机树脂，所述硅氧烷树脂包括聚硅氧烷，并且所述倍半硅氧烷树脂包括聚倍半硅氧烷，其中，所述聚合物粘合剂组合物在50℃至70℃之间的温度处表现为具有在55000至10000mPAs之间的粘度的液体，其中，所述纤维增强陶瓷复合材料包括陶瓷基质或部分陶瓷的基质，所述陶瓷基质或部分陶瓷的基质在所述纤维质的空隙中发展自身，并且包括碳化硅和由Si-O-C链构成的非晶形结构，所述碳化硅和所述Si-O-C链通过热解过程在所述聚硅氧烷和/或所述聚倍半硅氧烷上生成，所述纤维增强陶瓷复合材料具有通过热解在所述预浸料的所述聚合物粘合剂组合物上生成的孔隙。


2.根据权利要求1所述的预成型件，其中，所述聚合物粘合剂组合物仅包括选自由硅氧烷树脂和倍半硅氧烷树脂组成的组的树脂，并且不包括有机树脂。


3.根据权利要求1或2所述的预成型件，其中，所述陶瓷基质或部分陶瓷的基质按重量计占所述纤维增强复合陶瓷材料的从15％至70％，并且其中，所述纤维质按重量计占所述纤维增强复合陶瓷材料的30％至85％。


4.根据权利要求1、2或3所述的预成型件，其中，所述陶瓷基质或部分陶瓷的基质包括呈粉末形式的导热惰性填料，所述导热惰性填料优选地选自由氮化硼或高结晶度石墨或金属或其组合组成的组，优选地，所述惰性填料按体积计占所述纤维增强复合陶瓷材料的从10％至30％。


5.根据前述权利要求中的一项或多项所述的预成型件，其中，所述纤维质由选自由碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维或其混合物组成的组的纤维构成，优选地，所述碳纤维是来自聚丙烯腈(PAN)的碳纤维和/或来自沥青的碳纤维，优选地，所述玻璃纤维或陶瓷纤维由氧化铝、氧化锆或碳化硅构成。


6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的预成型件，其中，浸渍所述预浸料所用的所述聚合物粘合剂组合物包括下述的混合物：
-选自由在室温处为固态且熔点范围在40至90℃之间的硅氧烷树脂和倍半硅氧烷树脂组成的组的至少一种树脂；以及
-选自由在室温处为液态且在室温处的粘度在1mPa·s至5000mPa·s之间的硅氧烷树脂和倍半硅氧烷树脂组成的组的至少一种树脂；
在室温处为固态的树脂与在室温处为液态的树脂之间的重量比在100/30至100/50之间。


7.根据权利要求6所述的预成型件，其中，所述在室温处为固态的树脂选自由苯基硅氧烷树脂、甲基硅氧烷树脂、苯基甲基倍半硅氧烷树脂、甲基倍半硅氧烷树脂组成的组，并且其中，所述在室温处为液态的树脂选自由甲基甲氧基硅氧烷树脂和甲基苯基乙烯基硅氧烷树脂组成的组。


8.根据权利要求1或5中的一项或多项所述的预成型件，其中，所述聚合物粘合剂组合物包括下述的混合物：
-选自由在室温处为液态且在室温处的粘度在1至5000mPa·s之间的硅氧烷树脂和倍半硅氧烷树脂组成的组的单一树脂；以及
-粉末状的惰性填料，
所述惰性填料与室温处为液态的聚合物的体积比在10/100至40/100之间。


9.根据前述权利要求中的一项或多项所述的预成型件，其中，所述聚合物粘合剂组合物还包括选自能够使硅氧烷树脂和倍半硅氧烷树脂溶解的化合物的至少一种溶剂，优选地，所述溶剂是二乙烯基苯，优选地，所述溶剂按重量计占所述预浸料小于1％。


10.根据前述权利要求中的一项或多项所述的预成型件，其中，所述聚合物粘合剂组合物还包括至少一种催化剂，所述至少一种催化剂适合于在成型步骤期间促进所述聚合物粘合剂组合物的所述一种或多种树脂在高于100℃的温度处的交联，优选地，所述催化剂选自由钛酸盐、金属辛酸盐和胺类组成的组，并且甚至更优选地，所述催化剂选自由四丁醇钛、辛酸锌和N-3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基)乙二胺组成的组，优选地，所述催化剂按重量计占所述聚合物粘合剂组合物小于1％。


11.根据前述权利要求中的一项或多项所述的预成型件，其中，所述成型是通过真空袋法和随后的固化的热处理来进行的，优选地，所述真空袋法在2至14bar之间的压力和180℃至300℃之间的温度处进行60至150分钟之间的时段。


12.根据权利要求1至10中的一项或多项所述的预成型件，其中，所述成型是通过热压缩模制进行的，优选地在不低于40bar的压力和不低于200℃的温度处进行60至150分钟之间的时段。


13.制动系统部件，其特征在于，所述制动系统部件完全地或部分地由根据前述权利要求中的一项或多项所述的预成型件制作，优选地，所述制动系统部件是通过优选地使用聚合物浸渗热解(PIP)技术使所述预成型件经受致密化过程获得的，优选地，所述部件是盘式制动器的部件，优选地是制动带、钟形件或制动钳体。


14.用于制作纤维增强复合陶...

【专利技术属性】
技术研发人员：洛伦佐·卡瓦利，卢卡·米纳帕斯，
申请(专利权)人：福乐尼·乐姆宝公开有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT