制作纤维预制件的方法以及由此获得的纤维预制件技术

本发明专利技术涉及制作的碳纤维和/或碳前驱体纤维的纤维预制件的方法，包括：‑步骤a)根据预定义的叠置轴线Z来叠置至少两个碳纤维层和/或碳前驱体纤维层，以便形成多层本体2；‑步骤b)借助于至少一个第一针刺装置10在与叠置轴线Z基本上平行的针刺方向上针刺多层本体2，以将至少部分的纤维布置成平行于叠置轴线Z，以便获得经针刺的多层本体3，‑可选的步骤c)将通过应用以上步骤a)和b)分别获得的两个或更多个经针刺的多层本体3根据叠置轴线Z彼此叠置。纤维预制件1由单个多层式经针刺本体3构成或由沿叠置轴线Z彼此叠置的两个或更多个经针刺多层本体3构成。在叠置步骤a)中，通过将一个或更多个非织造形式的纤维层NW叠置在一个或更多个织造形式的纤维层W上来制作多层本体2。在针刺步骤b)中，多层本体2的与第一针刺装置10的针11相遇的第一部分由至少一个非织造层NW构成，以便防止针11直接地接合在下面的织造层W的纤维，并且使得待被布置成与叠置轴线Z平行的纤维20属于以上由至少一个非织造形式的纤维层NW构成的第一部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制作纤维预制件的方法以及由此获得的纤维预制件
本专利技术涉及一种用于制作纤维预制件的方法以及由此获得的纤维预制件。根据本专利技术的纤维预制件可以用作C/C(碳/碳)制动系统部件的增强元件，特别是用作汽车的盘式制动器或航空制动器的转子/定子的增强元件。在这种情况下，意在通过使用树脂或沥青的浸渍或者通过气相沉积进行致密化以获得碳/碳结构。
技术介绍
众所周知，在航空领域和赛车领域中，制动系统是使用碳/碳(C/C)部件制成的，特别是转子/定子和盘式制动器是使用碳/碳(C/C)部件制成的。碳/碳部件由在其中布置有碳增强纤维的碳基质构成。通常，碳纤维或碳前驱体纤维被(单独地或使用粘合剂例如树脂)聚合以形成被称为“预制件”的三维结构。最常用的碳前驱体是PAN(PAN：聚丙烯腈)、沥青和人造丝。碳基质可以以各种方式获得，基本上可归为两类：通过纤维结构的树脂和/或沥青的浸渍、或者通过气体(CVD，“化学气相沉积”)。在生产过程的具体步骤中可以设置存在被添加的添加剂，以便改进中间生产性或最终产品特征，诸如摩擦系数和/或磨损抵抗性。用于生产碳纤维预制件的已知方法包括：-使用树脂来浸渍和/或模制短纤维(劈切)；-使用树脂来浸渍和/或模制织造毡或非织造毡；-针刺可能富含连续纤维的非织造毡；-针刺短纤维(劈切)；-针刺碳或碳前驱体织物；以及-缝纫织物。众所周知，从碳纤维预制件开始获得的成品制动盘的一些关键特征在很大程度上取决于预制件的制作方式。特别地，特征诸如沿着盘的旋转轴线Z(正交于盘平面)的抗压强度/刚度、相对于盘平面的抗剪强度以及沿着轴线Z的热导率强烈地取决于沿轴线Z被引导的纤维的数量和分布。基于浸渍/模制的生产方法涉及沿轴线Z几乎完全不存在纤维的情况，使得以上描述的特征的价值非常有限。通常，这些生产方法由于它们的低成本和生产简单性而被采用，但是最终的技术和质量结果显然地差。替代性生产方法诸如涉及在轴线Z上存在有限的纤维的缝纫，此外，上述纤维不是非常均匀地分布的。相反，方法诸如针刺允许在轴线Z上将纤维有效地且均质地分布。同时，在盘的平面上的纤维的数量、分布和层的数目强烈地影响最终特征诸如盘平面上的挠曲强度和热导率。考虑到纤维布置的随机性和其低密度，或者没有足够地长的纤维的存在，非织造织物或劈切纤维的针刺不允许在盘的平面上具有相对于盘使用中经受的应力以最佳方式布置的高数目的纤维。织物的针刺将被布置在盘平面中的纤维的布置和数量改进，但是涉及对部分纤维自身的被迫的损伤，通常以不可控制的方式降低盘平面中的机械和热特征。因此，迄今为止，在现有技术中，没有这样一种方法可用于制作碳纤维的预制件，该方法允许将纤维受控地分布在预制件的主平面以及与这样的平面正交的平面这两者上，而不会导致对纤维自身的损伤。因此，在制动系统的生产的领域中、特别是在纤维增强的CC制动盘的生产的领域中，意识到非常需要具有用于制作碳纤维的预制件的下述方法，该方法允许将纤维受控地分布在预制件的主平面以及与这样的平面正交的平面这两者上，而不会导致对纤维自身的损伤。
技术实现思路
通过根据权利要求1的用于制作纤维预制件的方法满足这种需要。特别地，通过在碳纤维和/或碳前驱体纤维中制作纤维预制件的方法满足这种需要，该方法包括：-步骤a)根据预定义的叠置轴线来叠置至少两个碳纤维层和/或碳前驱体纤维层，以便形成多层本体；-步骤b)借助于至少一个第一针刺装置在与叠置轴线基本上平行的针刺方向上针刺多层本体，以将至少部分的纤维布置成平行于叠置轴线，以便获得经针刺的多层本体，-可选的步骤c)将通过应用以上步骤a)和b)分别地获得的两个或更多个经针刺的多层本体根据叠置轴线彼此叠置。纤维预制件1由单个多层式经针刺的本体或者沿叠置轴线互相叠置的经针刺的两个或更多个多层本体构成。在叠置步骤a)中，通过将一个或更多个非织造形式的纤维层叠置在一个或更多个织造形式的纤维层上来制作多层本体。在针刺步骤b)中，多层本体的与第一针刺装置的针相遇的第一部分由至少一个非织造层构成，以便防止针直接地接合在下面的织造层的纤维，并且使得待被布置成与叠置轴线平行的纤维属于以上由至少一个非织造形式的纤维层构成的第一部分。优选地，上述第一针刺装置的针各自设置有适于接合一根或更多根纤维的一个或更多个倒钩。在考虑倒钩的数目和大小、以及纤维直径和构成上述第一部分的所述至少一个非织造纤维层的重量的情况下执行前述针刺步骤b)，使得针通过倒钩接合仅第一部分的纤维。有利地，根据所期望的纤维预制件在正交于叠置轴线的平面上的纤维的密度和定向，来选择被布置在以上一个或更多个织造层中的纤维的密度和定向。有利地，根据期望在纤维预制件的内部获得的被布置成与叠置轴线平行的纤维的密度，来选择通过针刺被布置成与针刺方向平行的纤维的数目。有利地，在以上针刺步骤b)中，根据针倒钩的大小和数目、以及构成多层本体的第一部分的所述至少一个非织造纤维层的重量和纤维的直径，对调整针刺密度(针迹密度)进行调整来控制每表面单元中待被布置成与上述叠置轴线平行的纤维的平均数目。有利地，通过根据预制件中的空间位置使针刺密度差异化来执行针刺步骤b)，以便使每表面单元中被布置成与以上叠置轴线平行的纤维的平均数目根据预制件中的空间位置来而差异化。优选地，在以上叠置步骤a)中，通过将单个非织造形式的纤维层叠置在单个织造形式的纤维层上来制作多层本体。在以上叠置步骤a)中，可以通过将两个或更多个非织造形式的纤维层叠置在一个或更多个织造形式的纤维层上来制作多层本体。在叠置步骤a)中，可以通过将一个或更多个非织造形式的纤维层叠置在两个或更多个织造形式的纤维层上来制作多层本体。优选地，非织造层NW具有的重量小于织造层的重量。特别地，非织造层各自具有的重量范围为50至500g/m2。织造层各自具有的重量在100至1000g/m2之间。优选地，织造层中的每一织造层具有与该层的表面延伸平面平行的织造延伸。特别地，织造层可以具有斜纹组织或平纹组织。根据本专利技术的优选实施方式，纤维预制件包括至少两个织造形式的纤维层。这样的两个织造层是同一经针刺的多层本体的一部分或者两个不同的经针刺的多层本体的一部分。前述的至少两个织造层被布置成相对于彼此为下述情况：纤维的纬线相对于另一织造层的纬线绕叠置轴线旋转预定义的角度。优选地，非织造层的至少一部分或全部非织造层由短纤维构成。非织造层的至少一部分或全部非织造层可以由通过连续长丝所限定的纤维构成。纤维层可以由具有相同特征的纤维制成或者由不同纤维的混合物制成。有利地，根据本专利技术的方法可以包括通过切割前述纤维层来执行的、使纤维预制件成型的步骤d)。有利地，根据本专利技术的方法在所述层的纤维至少部分地为碳前驱体纤维的情况下，可以包括碳化的步骤e)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制作碳纤维和/或碳前驱体纤维的纤维预制件的方法，所述方法包括：/n-步骤a)，根据预定义的叠置轴线(Z)来叠置至少两个碳纤维层和/或碳前驱体纤维层，以便形成多层本体(2)；/n-步骤b)，借助于至少一个第一针刺装置(10)、在与所述叠置轴线(Z)基本上平行的针刺方向上针刺所述多层本体(2)，以将至少部分的纤维布置成平行于所述叠置轴线(Z)，以便获得经针刺的多层本体(3)，/n-可选的步骤c)，将通过应用所述步骤a)和b)分别地获得的两个或更多个所述经针刺的多层本体(3)根据所述叠置轴线(Z)彼此叠置，/n其中，所述纤维预制件(1)由单个多层式经针刺本体(3)构成或者由沿所述叠置轴线(Z)彼此叠置的两个或更多个经针刺的多层本体(3)构成，/n其特征在于，在所述叠置步骤a)中，通过将一个或更多个非织造形式的纤维层(NW)叠置在一个或更多个织造形式的纤维层(W)上来制作所述多层本体(2)，/n并且其中，在所述针刺步骤b)中，所述多层本体(2)的与所述第一针刺装置(10)的针(11)相遇的第一部分由至少一个非织造层(NW)构成，以便防止所述针(11)直接地接合在下面的织造层(W)的纤维，并且使得待布置成与所述叠置轴线(Z)平行的纤维(20)属于由至少一个非织造形式的纤维层(NW)构成的所述第一部分。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180319 IT 1020180000037411.一种制作碳纤维和/或碳前驱体纤维的纤维预制件的方法，所述方法包括：
-步骤a)，根据预定义的叠置轴线(Z)来叠置至少两个碳纤维层和/或碳前驱体纤维层，以便形成多层本体(2)；
-步骤b)，借助于至少一个第一针刺装置(10)、在与所述叠置轴线(Z)基本上平行的针刺方向上针刺所述多层本体(2)，以将至少部分的纤维布置成平行于所述叠置轴线(Z)，以便获得经针刺的多层本体(3)，
-可选的步骤c)，将通过应用所述步骤a)和b)分别地获得的两个或更多个所述经针刺的多层本体(3)根据所述叠置轴线(Z)彼此叠置，
其中，所述纤维预制件(1)由单个多层式经针刺本体(3)构成或者由沿所述叠置轴线(Z)彼此叠置的两个或更多个经针刺的多层本体(3)构成，
其特征在于，在所述叠置步骤a)中，通过将一个或更多个非织造形式的纤维层(NW)叠置在一个或更多个织造形式的纤维层(W)上来制作所述多层本体(2)，
并且其中，在所述针刺步骤b)中，所述多层本体(2)的与所述第一针刺装置(10)的针(11)相遇的第一部分由至少一个非织造层(NW)构成，以便防止所述针(11)直接地接合在下面的织造层(W)的纤维，并且使得待布置成与所述叠置轴线(Z)平行的纤维(20)属于由至少一个非织造形式的纤维层(NW)构成的所述第一部分。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一针刺装置(10)的所述针(11)各自配备有适合于接合一根或更多根纤维(20)的一个或更多个倒钩(12)，并且其中，在考虑所述倒钩(12)的数目和尺寸、以及构成所述第一部分的所述至少一个非织造纤维层(NW)的重量和纤维的直径的情况下执行所述针刺步骤b)，使得所述针(11)通过所述倒钩(12)仅接合所述第一部分的纤维。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，根据所期望的所述纤维预制件(1)在正交于所述叠置轴线(Z)的平面上的纤维的密度和定向，来选择被布置在所述一个或更多个织造层(W)中的纤维的密度和定向。


4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，根据期望在所述纤维预制件(1)的内部获得的被布置成与所述叠置轴线(Z)平行的纤维(20)的密度，来选择通过针刺被布置成与所述针刺方向平行的纤维(20)的数目。


5.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中，在所述针刺步骤b)中，通过根据针倒钩的大小和数目、以及根据构成所述多层本体(2)的所述第一部分的所述至少一个非织造纤维层(NW)的重量和纤维的直径，对针刺密度进行调整来控制每表面单元中待被布置成与所述叠置轴线平行的纤维(20)的平均数目。


6.根据权利要求5所述的方法，其中，通过根据所述预制件中的空间位置使针刺密度差异化来执行所述针刺步骤b)，以便使每表面单元中被布置成与所述叠置轴线(Z)平行的纤维(20)的平均数目根据所述预制件中的空间位置而差异化。


7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中，在所述叠置步骤a)中，通过将单个非织造形式的纤维层(NW)叠置在单个织造形式的纤维层(W)上来制作所述多层本体(2)。


8.根据权利要求1至6中的一项或多项所述的方法，其中，在所述叠置步骤a)中，通过将两个或更多个非织造形式的纤维层(NW)叠置在一个或更多个织造形式的纤维层(W)上来制作所述多层本体(2)。


9.根据权利要求1至6中的一项或多项所述的方法，其中，在所述叠置步骤a)中，通过将一个或更多个非织造形式的纤维层(NW)叠置在两个或更多个织造形式的纤维层(W)上来制作所述多层本体(2)。


10.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中，所述非织造层(NW)具有的重量小于所述织造层(W)的重量。


11.根据前述权...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥马尔·奇维迪尼，
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