專利名稱：由碳纖維增強(qiáng)的碳制備模制體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由用碳短纖維增強(qiáng)的碳制備模制體例如剎車片的方法。
背景技術(shù)：
包括一個(gè)用碳纖維增強(qiáng)的碳基質(zhì)的復(fù)合材料(CFRC材料)，也稱作碳/碳復(fù)合材料(C/C材料)，顯示出高的機(jī)械和熱負(fù)載能力。因此，該復(fù)合材料尤其是一種適合用于高效剎車?yán)缬糜陲w機(jī)或賽車運(yùn)動(dòng)中的材料。
增強(qiáng)性碳纖維經(jīng)常以平面或三維的紡織織構(gòu)(Gebilde)，例如作為織物或針刺的預(yù)成型體存在。但是兩種變型在制備時(shí)都是比較費(fèi)事的并且只能有限地與復(fù)雜的幾何形狀相匹配。
另一種情形在于由疏松的短纖維和/或短纖維束形成纖維增強(qiáng)體。
在專利文本US5,242,746中，公開(kāi)了一種包括多個(gè)不同功能層的由碳纖維增強(qiáng)的碳形成的摩擦部件。該摩擦部件包括至少一個(gè)典型地為10-20mm厚的結(jié)構(gòu)層，該結(jié)構(gòu)層顯示出高機(jī)械強(qiáng)度，和至少一個(gè)典型地為3-7mm厚的具有有利的摩擦性能和高磨損強(qiáng)度的摩擦層。
結(jié)構(gòu)層的纖維增強(qiáng)體具有較粗的質(zhì)地并通過(guò)長(zhǎng)絲股(粗紗)的束狀片斷形成，其中片斷具有5-60mm的平均長(zhǎng)度和包括1,000-320,000根幾乎平行定向的單根長(zhǎng)絲。切成束的長(zhǎng)絲股可以被預(yù)浸漬，以便避免束分解。
摩擦層的纖維增強(qiáng)體具有細(xì)的質(zhì)地并由粉碎的單根長(zhǎng)絲或少于100根平均長(zhǎng)度為0.05-60mm，優(yōu)選0.2-2mm的單根長(zhǎng)絲的束形成。
結(jié)構(gòu)層中的纖維束同樣如同單根長(zhǎng)絲一樣在摩擦層中是隨機(jī)分布的。在兩層之間存在一個(gè)在纖維增強(qiáng)體和碳基質(zhì)質(zhì)地中的連續(xù)過(guò)渡區(qū)，使得層形成一個(gè)單塊構(gòu)件。
如果象在US5,242,746中建議的那樣，纖維束通過(guò)將長(zhǎng)絲股切割來(lái)制備，則通過(guò)將長(zhǎng)絲股預(yù)浸漬盡管可以降低束的分解。但是，如此獲得的束僅能通過(guò)平均長(zhǎng)度和單根長(zhǎng)絲的數(shù)目進(jìn)行確定，即它不具有確定的可針對(duì)性調(diào)整的寬度(垂直于纖維長(zhǎng)度方向上的尺寸，取決于并排放置的纖維數(shù)目)和厚度(垂直于長(zhǎng)度和寬度的尺寸，取決于上下放置的纖維數(shù)目)。在長(zhǎng)絲股中單根長(zhǎng)絲也就是既可以相互并排存在也可以上下存在，并且其布置強(qiáng)烈取決于長(zhǎng)絲股或由其切斷的片斷經(jīng)受的外部條件(混合時(shí)的壓力、拉伸、剪切力等)，直到浸漬被固化到將長(zhǎng)絲以該時(shí)刻存在的布置固定的程度。
利用本發(fā)明，提供一種用含有碳纖維增強(qiáng)體的碳基質(zhì)制備模制體(C/C模制體)的方法，該方法使得可以由具有確定尺寸的纖維束形成增強(qiáng)體，其中纖維在束中的結(jié)合和平行空間布置在混入到模塑材料中時(shí)得到保持。纖維在束中的確定布置允許增強(qiáng)纖維在碳基質(zhì)中的針對(duì)性布置，和因此允許對(duì)增強(qiáng)體進(jìn)行適合負(fù)荷的設(shè)計(jì)。
本發(fā)明由用碳短纖維束增強(qiáng)的碳基質(zhì)制備模制體尤其剎車片的方法包括下列步驟-制備或提供由通過(guò)形狀地穩(wěn)定固化的可碳化粘結(jié)劑結(jié)合在一起的平行定向的碳纖維形成的束，其中該束具有針對(duì)性調(diào)整的確定的長(zhǎng)度、寬度和厚度，-通過(guò)將纖維束、可碳化的基質(zhì)形成劑和任選的助劑混合而制備模塑材料，-通過(guò)將模塑材料在接近最終輪廓的壓制模具中在升高的溫度下壓制，同時(shí)固化可碳化的基質(zhì)形成劑，接著脫模，制備接近最終輪廓的坯料型體，-將坯料型體碳化成碳化的模制體，-將碳化的模制體進(jìn)行機(jī)械后處理，如果需要-碳化的模制體用一種可碳化的基質(zhì)形成劑任選地進(jìn)一步浸漬并碳化，-通過(guò)將碳基質(zhì)借助于CVI方法沉積而壓實(shí)碳化的模制體。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)變型方案，該方法包括下列步驟-制備或提供由通過(guò)碳化的粘結(jié)劑結(jié)合在一起的平行定向的碳纖維形成的束，其中該束具有針對(duì)性調(diào)整的確定的長(zhǎng)度、寬度和厚度，-用一種可碳化的基質(zhì)粘結(jié)劑在機(jī)械產(chǎn)生的流化床中浸漬纖維束，-通過(guò)將浸漬的纖維束、可碳化的基質(zhì)形成劑和任選的助劑混合制備模塑材料，-通過(guò)將模塑材料在接近最終輪廓的壓制模具中在升高的溫度下壓制，同時(shí)固化可碳化的基質(zhì)形成劑，接著脫模，制備接近最終輪廓的坯料型體，-將坯料型體碳化成碳化的模制體，-將碳化的模制體機(jī)械后處理，如果需要-碳化的模制體用一種可碳化的基質(zhì)形成劑任選地進(jìn)一步浸漬并碳化，-通過(guò)將碳基質(zhì)借助于CVI方法沉積而壓實(shí)碳化的模制體。
在該方式中，纖維束通過(guò)在流化床中浸漬而壓實(shí)。由含有浸漬纖維束的模塑材料形成的坯料型體和由其獲得的碳化模制體因此比第一變型方案中的壓實(shí)度高。因此，在第二種變型方案中，用于借助CVI沉積而壓實(shí)碳化的模制體需要的時(shí)間較少。
本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、變型和優(yōu)點(diǎn)可以從下面的說(shuō)明書，實(shí)施例和附圖得知。


圖1示意表示對(duì)用于制備具有纖維束切向定向的剎車片的模具的填充。
圖2示意表示具有填充柵格的模具。
圖3示意表示纖維在模具中通過(guò)填充柵格調(diào)整的切向定向。
具體實(shí)施例方式
碳纖維理解為所有類型的碳纖維，與起始材料無(wú)關(guān)，其中聚丙烯腈纖維、瀝青纖維和纖維素纖維是最常見(jiàn)的起始材料。
在歐洲專利申請(qǐng)EP1 645 671中公開(kāi)了一種制備具有確定長(zhǎng)度，寬度和厚度的纖維束的方法，該纖維束包括平行定向的碳纖維和形狀穩(wěn)定地固化的聚合物粘結(jié)劑。在其為本發(fā)明而改進(jìn)的變型方案中該方法包括如下步驟-將至少一個(gè)包括大量平行的碳纖維長(zhǎng)絲的長(zhǎng)絲股用可碳化的粘結(jié)劑浸漬，使得獲得預(yù)浸漬體，-將至少一個(gè)浸漬的長(zhǎng)絲股或多個(gè)平行布置的浸漬長(zhǎng)絲股壓制成由平行取向的長(zhǎng)絲形成的具有確定厚度的鋪置片(Gelegebahn)(單向鋪置，下面稱為UD鋪置)，其中粘結(jié)劑通過(guò)熱處理固化，使得獲得確定厚度的形狀穩(wěn)定的鋪置片，-將任選地拆分成單個(gè)帶的UD鋪置片切割為具有確定寬度和長(zhǎng)度的片段(纖維束)。
優(yōu)選地，將長(zhǎng)絲股在浸漬之前呈扇形打開(kāi)，以便使纖維并排平行布置在平面中容易。
預(yù)浸漬體的質(zhì)量基粘結(jié)劑含量為25-48％并取決于選擇的浸漬條件。預(yù)浸漬體的面積基質(zhì)量為200-500g/m2。
以一個(gè)或多個(gè)并排布置的浸漬長(zhǎng)絲股形式的預(yù)浸漬體輸送通過(guò)軋輥機(jī)架、砑光機(jī)、帶式壓機(jī)或其它合適的連續(xù)壓制裝置。在這些壓制裝置中，優(yōu)選地通過(guò)多個(gè)前后布置的具有下降的靜寬度的軋輥間隙將過(guò)量的粘結(jié)劑從長(zhǎng)絲股中壓擠出來(lái)，將各股壓平，使得每股包括不多于三個(gè)上下安置的纖維層，并優(yōu)選包括僅僅一個(gè)具有基本上平行走向的長(zhǎng)絲的單個(gè)纖維層。預(yù)浸漬體的壓制在溫?zé)釥顟B(tài)(在直到200℃的溫度)下進(jìn)行，使得可碳化的粘結(jié)劑完全固化或者至少固化到獲得形狀穩(wěn)定的長(zhǎng)絲股的程度，在其中單根長(zhǎng)絲以其平行的布置相互并排和上下地固定。
現(xiàn)在平面的通過(guò)固化的粘結(jié)劑結(jié)合的長(zhǎng)絲股的冷卻也優(yōu)選在壓制裝置中進(jìn)行。在離開(kāi)連續(xù)的壓制裝置時(shí)，存在一種厚度為0.15-0.4mm的平行長(zhǎng)絲形成的平面鋪置片(單向鋪置，下面稱為“UD鋪置”)。
鋪置片在需要的情形下可以拆分成寬度為20-60mm的帶，以更好地操作。
這種UD鋪置片或帶現(xiàn)在根據(jù)長(zhǎng)度切割成其寬度相應(yīng)于所希望的纖維束寬度的條。優(yōu)選地，這是借助于一個(gè)切割輥或多個(gè)并排布置的切割輥進(jìn)行的。也可以將該鋪置片或帶在尚未完全固化的狀態(tài)下通過(guò)在帶通路中張緊的金屬絲切割成條。
這些條直接輸送到優(yōu)選連續(xù)運(yùn)行的切斷裝置并切割成希望長(zhǎng)度的片段(纖維束)。但是也可以在具有其它速度的與條的切割分開(kāi)的方法中進(jìn)行切斷。為此目的，將切割到選擇的寬度的條卷繞到線軸上并運(yùn)送到切斷裝置。條連續(xù)切斷到希望的長(zhǎng)度優(yōu)選使用切割輥進(jìn)行。
如此獲得的纖維束顯示出確定的均勻的長(zhǎng)度、寬度和厚度。纖維束厚度，即上下放置的纖維層的尺寸，在將長(zhǎng)絲股壓制成鋪置片時(shí)進(jìn)行調(diào)整。纖維束寬度，即垂直于纖維方向的由在纖維層中平行并排放置的纖維數(shù)目確定的尺寸，在鋪置片或帶切割成條時(shí)進(jìn)行調(diào)整。纖維束長(zhǎng)度，即纖維方向的尺寸，在條切斷為片段(纖維束)時(shí)進(jìn)行調(diào)整。
如此制備的纖維束的至少90％具有的長(zhǎng)度是平均長(zhǎng)度的90-110％，和具有的寬度是平均寬度的90-110％。
如此獲得的纖維束顯示出很好的操作性，它是可傾倒和可流動(dòng)的，并且容易與其它組分混合成較均勻的模塑材料。在束內(nèi)纖維通過(guò)形狀穩(wěn)定地固化的粘結(jié)劑結(jié)合在一起，使得束在進(jìn)一步加工時(shí)不會(huì)分裂和纖維在束內(nèi)以其平行的空間布置而固定。
對(duì)于本發(fā)明的方法特別合適的是厚度為0.15-0.4mm，長(zhǎng)度為6-15mm和寬度為0.5-3.5mm的纖維束。優(yōu)選細(xì)纖維束，即厚度低(盡可能只有一個(gè)纖維層)和寬度小(最多1mm)，因?yàn)橛纱丝梢詫?shí)現(xiàn)纖維在模塑材料中特別均勻的分布，和從而模塑材料相當(dāng)均勻的厚度和模制體特別均勻的組織結(jié)構(gòu)。模制體的組織結(jié)構(gòu)越均勻，負(fù)荷下出毛病的可能性越小。
纖維束與一種可碳化的基質(zhì)形成劑和任選地助劑混合成模塑材料。
可碳化的基質(zhì)形成劑理解為是含有碳的聚合物材料，例如樹(shù)脂，它在非氧化性氣氛中加熱時(shí)形成基本上由碳組成的熱解殘余物。可碳化的基質(zhì)形成劑可以作為粉末狀的干燥樹(shù)脂或作為濕樹(shù)脂存在。特別適合作為基質(zhì)形成劑的是酚醛樹(shù)脂。模塑材料中纖維束的質(zhì)量基含量為70-80％。如果使用干燥樹(shù)脂作為基質(zhì)形成劑，則混合過(guò)程可以在一個(gè)傾斜轉(zhuǎn)鼓混合器中進(jìn)行。使用濕樹(shù)脂時(shí)，需要密切的充分混合，如使用Eirich混合器可以取得的。
通過(guò)纖維束中將平行并排放置的纖維結(jié)合在一起的形狀穩(wěn)定地固化的粘結(jié)劑，實(shí)現(xiàn)了纖維束在與基質(zhì)形成劑混合時(shí)不散開(kāi)。因此保證了模塑材料中的纖維束具有基本上均一的確定的長(zhǎng)度、寬度和厚度。
需要時(shí)，可以向模塑材料狀摻入助劑，例如碳化硅，以改善摩擦性能，和抑制氧化的物質(zhì)例如碳化鋯，碳化鉭或硼化鉭，它們?cè)谂龅窖鯕鈺r(shí)通過(guò)形成玻璃而抑制氧化侵蝕。模塑材料中助劑的質(zhì)量基含量總共為最高10％。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)有利進(jìn)一步發(fā)展，在模塑材料制備之前首先將在纖維束中包含的可碳化的粘結(jié)劑進(jìn)行碳化，或者另外將粘結(jié)劑在UD鋪置中在束切割之前進(jìn)行碳化。如此獲得的束包括通過(guò)碳化的粘結(jié)劑結(jié)合在一起的平行定向的碳纖維。由于碳化時(shí)發(fā)生粘結(jié)劑體積縮小，該束是相對(duì)開(kāi)孔的，并因此可以直接接收進(jìn)一步的可碳化基質(zhì)形成劑?？商蓟幕|(zhì)形成劑理解為是含有碳的聚合物材料，例如酚醛樹(shù)脂，它在非氧化性條件下加熱時(shí)形成一種基本上由碳組成的熱解殘余物。
為了阻止浸漬纖維束由于其表面上粘附的樹(shù)脂而相互粘結(jié)，浸漬有利地在一個(gè)機(jī)械產(chǎn)生的流化床中進(jìn)行。這可以借助于葉片式混合器產(chǎn)生。在其過(guò)程中，碳纖維束首先在以Froude數(shù)小于1混合的情況下預(yù)熱到用于樹(shù)脂固化或干燥足夠的溫度。接著，在Froude數(shù)快速升高到1.5-4，優(yōu)選最大2.5的值的情況下將樹(shù)脂計(jì)量加入，在其混入后將流化床在Froude數(shù)小于1下保持直到樹(shù)脂完全固化或干燥，使得纖維束不再相互粘結(jié)。
在這種浸漬中，由通過(guò)碳化的粘結(jié)劑結(jié)合在一起的平行定向的碳纖維形成的束可以吸收最高為其原有質(zhì)量35％的可碳化基質(zhì)形成劑。
浸漬過(guò)程的其它細(xì)節(jié)在同一申請(qǐng)人于同一天遞交的發(fā)明名稱為“碳纖維的浸漬方法”的專利申請(qǐng)中獲知。
從浸漬的纖維束、可碳化的基質(zhì)形成劑和任選地助劑以前面所述的方式和方法制備模塑材料。
從模塑材料借助于接近最終輪廓設(shè)計(jì)的壓制模具制備具有所希望的形狀，例如具有剎車片形狀的坯料型體。壓機(jī)典型地使用1.5-5N/mm2的壓力在120-200℃的溫度下進(jìn)行。優(yōu)選地使用熱擠壓機(jī)。在完全固化后，脫去模具并取出接近最終輪廓的坯料型體。
在下一步驟中，可碳化的基質(zhì)形成劑在坯料型體中轉(zhuǎn)化為碳基質(zhì)，從而獲得一種碳化的模制體。為此，將坯料型體在保護(hù)氣氛下，即在非氧化性條件下緩慢地加熱到基質(zhì)形成劑熱解成基本上由碳組成的殘余物的溫度，并在該溫度下保持一定時(shí)間。加熱必須足夠緩慢，以避免由于氣態(tài)熱解產(chǎn)物突然釋放而在模制體中形成裂紋。典型地，以1K/min的速度加熱到900℃的溫度，然后保持大約1小時(shí)。隨后，型體再緩慢地冷卻到室溫。在碳化時(shí)，模制體由于從基質(zhì)形成劑中裂解出氣態(tài)熱解產(chǎn)物而經(jīng)歷了質(zhì)量損失和相應(yīng)地孔隙度增加。典型地，碳化模制體的密度約為1.3-1.45 g/cm3。為了補(bǔ)償質(zhì)量損失，碳化的模制體可以用可碳化的基質(zhì)形成劑(樹(shù)脂或?yàn)r青)進(jìn)一步浸漬和然后重新碳化。
碳化的模制體可以進(jìn)行機(jī)械后加工，只要需要的話。例如，對(duì)于剎車片可以塑造出冷卻槽或增加孔。
但是也可以借助于消失型芯在制備坯料型體時(shí)就進(jìn)行這樣的成型。在壓制工藝中借助于消失型芯制備含有空腔的模制體屬于現(xiàn)有技術(shù)，消失型芯的外周尺寸相應(yīng)于要制備的空腔的尺寸并放到模塑材料中要制備的空腔的位置。型芯由一種在壓制溫度下幾乎無(wú)殘留地被熱分解并因此留下所希望的空腔的材料組成。
多孔的碳化模制體通過(guò)借助于化學(xué)氣相滲入法(CVI)沉積碳基質(zhì)而進(jìn)一步壓實(shí)，使得其密度升高到1.6-1.8g/cm3的值。借助于化學(xué)氣相滲入法(CVI)沉積碳的該方法屬于現(xiàn)有技術(shù)。一種合適的碳供體氣體是甲烷。
如果纖維束在混入模塑材料中之前用一種可碳化的基質(zhì)形成劑浸漬，使得獲得一種致密的坯料型體，則用于借助于CVI進(jìn)一步壓實(shí)所需要的時(shí)間花費(fèi)可以減少大約10-30％。另外，用一種可碳化的基質(zhì)形成劑進(jìn)一步浸漬碳化的模制體并隨后碳化起到可比地縮短進(jìn)行CVI所需的時(shí)間的作用。
纖維束在本發(fā)明制備的模制體中的取向可以是隨機(jī)的，即無(wú)規(guī)地分布。如果型體在所有空間方向上經(jīng)受一個(gè)近乎均勻的負(fù)荷的話，這是特別優(yōu)選的。
但是，對(duì)于在一定方向上經(jīng)歷特別負(fù)荷的模制體，希望纖維束具有適合負(fù)荷的取向。這可以通過(guò)簡(jiǎn)單的措施在含有纖維束的模塑材料填充到壓制模具中時(shí)實(shí)現(xiàn)，例如通過(guò)使用填充柵格。對(duì)于剎車片來(lái)說(shuō)，優(yōu)選的是將纖維束相應(yīng)于出現(xiàn)的拉伸負(fù)荷在切向方向上布置。為此，使用一種含有多個(gè)同心布置的環(huán)的填充柵格。
實(shí)施例接著，例如借助于剎車片的制備解釋本發(fā)明方法的一種變型。
制備纖維束分別包括50,000根幾乎平行的單根長(zhǎng)絲的碳纖維股用酚醛樹(shù)脂(Hexion公司的Norsophen 1203)浸漬，使得生成一種質(zhì)量基樹(shù)脂含量為35％和面積重量為320g/m2的預(yù)浸漬體。
該預(yù)浸漬體連續(xù)地以1m/min的速度在1MPa(10巴)壓力下在帶式壓機(jī)上于180℃的溫度下壓實(shí)成厚度為200μm的鋪置片并同時(shí)固化到獲得形狀穩(wěn)定的鋪置片的程度。
該UD鋪置片隨后拆分成寬度分別為50mm的單個(gè)帶。將該帶如上所述切斷為長(zhǎng)度9.4mm和寬度1mm的片段(纖維束)。
制備模塑材料2400g纖維束轉(zhuǎn)移到斜盤式轉(zhuǎn)軸混合機(jī)中并傾倒上600g粉末樹(shù)脂(Hexion公司的酚醛樹(shù)脂SP227，作為可碳化的基質(zhì)形成劑)，相互混合5分鐘。
制備坯料型體壓制模具的填充過(guò)程如圖1中所示意表示。壓制模具1的空腔相應(yīng)于要制備的剎車片的幾何形狀，用含有纖維束3的模塑材料填充。為了實(shí)現(xiàn)纖維束3優(yōu)選的切向定向，使用包括多個(gè)同心環(huán)的填充柵格2，其間距小于或等于纖維束3的長(zhǎng)度。圖2示意表示如何在壓制模具1上布置填充柵格2。填充時(shí)，含有纖維束3的模塑材料下落通過(guò)填充柵格2的同心環(huán)之間的中間空間，和纖維束3呈現(xiàn)了圖3所示意表示的基本上切向的布置。填充的壓制模具在熱擠壓機(jī)上經(jīng)受4.0N/mm2的壓力和160℃的溫度30分鐘并隨后脫模。在壓制過(guò)程中酚醛樹(shù)脂完全固化。獲得剎車片形狀的接近最終輪廓的坯料型體。
碳化坯料型體在保護(hù)氣體爐中在氮?dú)夥障乱?K/min的加熱速度加熱到900℃的溫度。在此過(guò)程中酚醛樹(shù)脂分解為基本上由碳組成的殘余物。該溫度保持1小時(shí)。然后碳化的模制體冷卻到室溫。
通過(guò)CVI的進(jìn)一步壓實(shí)在多孔的碳化模制體中通過(guò)化學(xué)氣相滲入法(CVI)沉積碳基質(zhì)。CVI在1100℃下用甲烷作為碳供體進(jìn)行。通過(guò)碳沉積，碳化的模制體的密度從1.3g/cm3升高到1.8g/cm3。
剎車片的表征在擺動(dòng)載荷測(cè)試臺(tái)上測(cè)定摩擦值μ＝0.5-0.6。通過(guò)纖維束的切向取向，在彎曲試驗(yàn)中測(cè)定的剎車片強(qiáng)度相比于纖維束隨機(jī)分布的剎車片提高了12-20％。
權(quán)利要求
1.由用碳纖維束增強(qiáng)的碳基質(zhì)制備模制體的方法，包括下列步驟-制備或提供由通過(guò)形狀穩(wěn)定地固化的可碳化粘結(jié)劑結(jié)合在一起的平行定向的碳纖維形成的束，其中該束具有針對(duì)性調(diào)整的確定的長(zhǎng)度、寬度和厚度，-通過(guò)將纖維束、可碳化的基質(zhì)形成劑和任選的助劑混合制備模塑材料，-通過(guò)將模塑材料在接近最終輪廓的壓制模具中在升高的溫度下壓制，同時(shí)固化可碳化的基質(zhì)形成劑，接著脫模，制備接近最終輪廓的坯料型體，-將坯料型體碳化成碳化的模制體，-將碳化的模制體進(jìn)行機(jī)械后處理，如果需要-通過(guò)將碳基質(zhì)借助于CVI方法沉積而壓實(shí)碳化的模制體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在第一步驟中制備或提供的纖維束中的粘結(jié)劑是碳化的，并且纖維束在制備模塑材料之前在機(jī)械產(chǎn)生的流化床中用可碳化的基質(zhì)形成劑進(jìn)一步浸漬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，纖維束的制備包括下列步驟-將至少一個(gè)包括大量平行的碳纖維長(zhǎng)絲的長(zhǎng)絲股用可碳化的粘結(jié)劑浸漬，使得獲得預(yù)浸漬體，-將至少一個(gè)浸漬長(zhǎng)絲股或多個(gè)平行布置的浸漬長(zhǎng)絲股壓制成由平行取向的長(zhǎng)絲形成的具有確定厚度的鋪置片(UD鋪置)，其中粘結(jié)劑通過(guò)熱處理固化，使得獲得確定厚度的形狀穩(wěn)定的鋪置片，-將任選地折分成單個(gè)帶的UD鋪置片切割為具有確定寬度和長(zhǎng)度的片段(纖維束)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，纖維束的厚度調(diào)整為0.15-0.4mm，纖維束的長(zhǎng)度調(diào)整為6-15mm和纖維束的寬度調(diào)整為0.5-3.5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，纖維束的寬度為1mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，可碳化的基質(zhì)形成劑是一種酚醛樹(shù)脂。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，模塑材料中纖維束的質(zhì)量基含量為70-80％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，模塑材料含有最大10％的質(zhì)量基含量的助劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，含有下列助劑中的至少一種摩擦助劑例如碳化硅，抑制氧化性的物質(zhì)例如碳化鋯、碳化鉭或硼化鉭。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，模塑材料通過(guò)填充柵格填充到壓制模具中，使得纖維束呈現(xiàn)被填充柵格預(yù)定的定向。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，坯料型體的制備借助于接近最終輪廓設(shè)計(jì)的壓制模具在1.5-5N/mm2的壓力和120-200℃的溫度下在熱擠壓機(jī)中進(jìn)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，碳化的模制體在化學(xué)氣相滲入之前用可碳化的基質(zhì)形成劑進(jìn)一步浸漬并然后再碳化。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于，用于碳化的模制體進(jìn)一步浸漬的碳化基質(zhì)形成劑是一種樹(shù)脂或?yàn)r青。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，在化學(xué)氣相滲入時(shí)使用甲烷作為碳供體。
15.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，模制體是剎車片。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于，模塑材料通過(guò)含有多個(gè)同心環(huán)的填充柵格填充到壓制模具中，使得纖維束呈現(xiàn)切向定向。
17.由用碳纖維束增強(qiáng)的碳形成的模制體，其碳基質(zhì)包括可碳化的基質(zhì)形成劑的熱解殘余物和借助于化學(xué)氣相滲入法(CVI)沉積的碳，其特征在于，碳纖維存在于具有針對(duì)性調(diào)整的確定尺寸的束中，其中束厚度調(diào)整為0.15-0.4mm，束長(zhǎng)度調(diào)整為6-15mm和束寬度調(diào)整為0.5-3.5mm，并且束中的碳纖維平行定向。
18.根據(jù)權(quán)利要求書17的模制體，其特征在于，纖維束的寬度為1mm。
19.根據(jù)權(quán)利要求書17或18的模制體，其特征在于，模制體中纖維束的取向是隨機(jī)的。
20.根據(jù)權(quán)利要求書17或18的模制體，其特征在于，模制體中的纖維束相應(yīng)于模制體的負(fù)載方向而定向。
21.根據(jù)權(quán)利要求書17或18的模制體，其特征在于，模制體是纖維束在其中設(shè)切向布置的剎車片。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種由用碳纖維增強(qiáng)的碳制備模制體的方法，其中纖維以具有確定長(zhǎng)度、寬度和厚度的束的形式存在。纖維在束中的確定布置允許增強(qiáng)纖維在碳基質(zhì)中針對(duì)性的布置，和因此允許適合負(fù)荷地設(shè)計(jì)對(duì)由碳纖維增強(qiáng)的碳形成的模制體例如剎車片的增強(qiáng)。
文檔編號(hào)C09K3/14GK101055008SQ20071009200
公開(kāi)日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2007年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月11日
發(fā)明者I·克雷奇默, A·金茨勒 申請(qǐng)人:Sgl碳股份公司