一种高强度三维穿刺碳陶刹车盘预制体的制备方法技术

本发明专利技术涉及碳陶刹车盘预制体的制备工艺，特别涉及一种高强度三维穿刺碳陶刹车盘预制体的制备方法。包括以下步骤：1)碳纤维无纬布制备：采用无捻聚丙烯腈长碳纤维丝制备无纬布；2)碳纤维网胎制备：采用无捻聚丙烯腈短切碳纤维丝制备网胎；3)碳布网胎铺层穿刺结合：采用一层网胎一层无纬布的循环铺层方式，其中无纬布为0

【技术实现步骤摘要】
一种高强度三维穿刺碳陶刹车盘预制体的制备方法


[0001]本专利技术涉及碳陶刹车盘预制体的制备工艺，特别涉及一种高强度三维穿刺碳陶刹车盘预制体的制备方法。

技术介绍

[0002]现有的碳陶刹车盘主要有两种制备工艺方式：一是短纤模压碳陶刹车盘，主要采用短切碳纤维加树脂原料通过加热模压的方式进行固化成型胚体，然后采用液相渗硅的方式制备碳陶刹车盘。二是长纤碳陶刹车盘，主要采用三维针刺碳纤维预制体通过化学气相沉积和树脂浸渍碳化的方式进行碳基体致密化，然后通过液相渗硅的方式制备碳陶刹车盘。
[0003]以上两种方式制备的碳陶刹车盘均存在层间结合强度不高，在高速重载条件下，刹车盘容易产生分层破环的安全风险。短纤模压碳陶刹车盘由于只有短切纤维，刹车盘的整体承载能力不高，容易发生断裂、崩边、分层等缺陷而形成安全隐患。
[0004]专利号为2015109917839的专利技术专利公开了一种碳陶刹车材料的制备方法和一种碳陶刹车盘的制备方法，该方法虽然能大幅度降低材料的制造成本，生产出的碳陶刹车材料具有良好的力学、热物理、摩擦磨损性能，但其自身的导热性能较差在制动过程中盘面散热能力差，温度高。
[0005]长纤碳陶刹车盘虽然采用长纤维三维针刺的方式制备了碳纤维预制体，但是针刺工艺会对内部长纤维造成损伤而影响刹车盘整体力学性能，同时在厚度方向上，由于针刺纤维无法整体贯穿整个厚度层且纤维含量较低，导致厚度方向层间结合强度不高。同时这两种方式制备的碳陶刹车盘由于材料自身的导热性能较差，导致在制动过程中盘面散热能力差，温度高，对周边部件的使用安全性产生影响。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是提供一种高强度三维穿刺碳陶刹车盘预制体的制备方法，以解决
技术介绍
中提出问题。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种高强度三维穿刺碳陶刹车盘预制体的制备方法，包括以下步骤：
[0008]1)碳纤维无纬布制备：采用无捻聚丙烯腈长碳纤维丝制备无纬布；
[0009]2)碳纤维网胎制备：采用无捻聚丙烯腈短切碳纤维丝制备网胎；
[0010]3)碳布网胎铺层穿刺结合：采用一层网胎一层无纬布的循环铺层方式，其中无纬布为0
°
和90
°
两个方向交替使用，在厚度方向上采用整束纤维穿刺结合，单位平方厘米穿刺纤维束1～9根，预制体整体密度0.3～1.0g/cm3，预制体在厚度方向上形成较多的贯穿性孔洞。
[0011]优选地，所述长碳纤维丝的面密度为180～360g/m2，无纬布方向分为0
°
和90
°
。
[0012]优选地，所述长碳纤维丝束大小为1K、3K、6K、12K、24K、48K。
[0013]优选地，所述短切碳纤维丝束长度为50～90mm，面密度为20～100g/m2。
[0014]优选地，所述短切碳纤维丝束大小为1K、3K、6K、12K、24K、48K。
[0015]优选地，在所述步骤1)中，所述长碳纤维为日本东丽T300、T700级别碳纤维，或同级别进口碳纤维，或同级别国产碳纤维。
[0016]优选地，在所述步骤2)中，所述短切碳纤维为日本东丽T300、T700级别碳纤维，或同级别进口碳纤维，或同级别国产碳纤维。
[0017]优选地，在所述步骤3)中，所述纤维为日本东丽T300、T700级别碳纤维，或同级别进口碳纤维，或同级别国产碳纤维。
[0018]优选地，一种高强度三维穿刺碳陶刹车盘预制体的制备方法制备而得的预制体。
[0019]优选地，包括循环铺层方式连接的网胎、0
°
无纬布、穿刺纤维束和90
°
无纬布，所述0
°
无纬布与所述90
°
无纬布交替使用，在厚度方向上采用整束穿刺纤维束穿刺结合形成预制体。
[0020]优选地，还包括在厚度方向上采用单束穿刺纤维束(3)往复穿刺结合形成预制体。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0022]本专利技术通过在三维针刺预制体的基础上，改变接力式针刺结合碳布和网胎的方式，在厚度方向上引入整束纤维贯穿其中，主要有以下优点：
[0023](1)整束纤维的引入改变了针刺纤维自身长度较短，纤维含量低的缺点，将所有的碳布及网胎层整体串联起来，预制体的整体剪切强度得到提高，同时整束纤维可以极大的提高垂直于盘面方向上材料的导热性能。
[0024](2)一次穿刺引入整束纤维极大的规避了三维针刺工艺反复针刺过程针刺对长纤维的损伤作用，提高了预制体的整体力学性能。
[0025](3)预制体在厚度方向上形成较多的贯穿性孔洞，为后续的化学气相沉积和浸渍碳化分别提供裂解气体和树脂进入材料内部的通道，有益于提高预制体在后续工艺过程的致密化效率。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的方法制备而得的预制体的结构示意图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0028]实施例1
[0029]一种高强度三维穿刺碳陶刹车盘预制体的制备方法，包括以下步骤：
[0030]步骤1：碳纤维无纬布制备
[0031]采用无捻聚丙烯腈长碳纤维丝制备无纬布，面密度为180g/m2，无纬布方向分为0
°
和90
°
。纤维采用日本东丽T300、T700级别碳纤维或同级别进口或国产纤维，纤维丝束大小可采用1K、3K、6K、12K、24K、48K。
[0032]步骤2：碳纤维网胎制备
[0033]采用无捻聚丙烯腈短切碳纤维丝制备网胎，短切纤维丝束长度为50mm，面密度为20g/m2。纤维采用日本东丽T300、T700级别碳纤维或同级别进口或国产纤维，纤维丝束大小可采用1K、3K、6K、12K、24K、48K。
[0034]步骤3：碳布网胎铺层穿刺结合
[0035]采用一层网胎一层无纬布的循环铺层方式，其中无纬布为0
°
和90
°
两个方向交替使用。在厚度方向上采用整束纤维穿刺结合，单位平方厘米穿刺纤维束1根，预制体整体密度0.3g/cm3。纤维采用日本东丽T300、T700级别碳纤维或同级别进口或国产纤维，纤维丝束大小可采用1K、3K、6K、12K、24K、48K。
[0036]实施例2
[0037]一种高强度三维穿刺碳陶刹车盘预制体的制备方法，包括以下步骤：
[0038]步骤1：碳纤维无纬布制备
[0039]采用无捻聚丙烯腈长碳纤维丝制备无纬布，面密度为240g/m2，无纬布方向分为0
°
和90
°
。纤维采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度三维穿刺碳陶刹车盘预制体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)碳纤维无纬布制备：采用无捻聚丙烯腈长碳纤维丝制备无纬布；2)碳纤维网胎制备：采用无捻聚丙烯腈短切碳纤维丝制备网胎；3)碳布网胎铺层穿刺结合：采用一层网胎一层无纬布的循环铺层方式，其中无纬布为0
°
和90
°
两个方向交替使用，在厚度方向上采用整束纤维穿刺结合，单位平方厘米穿刺纤维束1～9根，预制体整体密度0.3～1.0g/cm3，预制体在厚度方向上形成较多的贯穿性孔洞。2.根据权利要求1所述的高强度三维穿刺碳陶刹车盘预制体的制备方法，其特征在于：所述长碳纤维丝的面密度为180～360g/m2，无纬布方向分为0
°
和90
°
。3.根据权利要求1所述的高强度三维穿刺碳陶刹车盘预制体的制备方法，其特征在于：所述长碳纤维丝束大小为1K、3K、6K、12K、24K、48K。4.根据权利要求1所述的高强度三维穿刺碳陶刹车盘预制体的制备方法，其特征在于：所述短切碳纤维丝束长度为50～90mm，面密度为20～100g/m2。5.根据权利要求4所述的高强度三维穿刺碳陶刹车盘预制体的制备方法，其特征在于：所述短切碳纤维丝束大小为1K、3K、6K、12K、24K、48K。6.根据权利要求1所述的高强度三维穿...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱文志，何留阳，黄其勋，
申请(专利权)人：贵州省紫安新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：