способ изготовления фрикционного изделия

Формула изобретения

Способ изготовления фрикционного изделия, включающий механическое смешивание турбулентным потоком транспортирующего агента штапелированного углеродного волокна с порошком пека, последующее осаждение смеси на фильтрующем элементе действием потока транспортирующего агента с образованием пресс-пакета, имеющего структуру с ориентацией размещения филаментов волокна по всему объему по меньшей мере в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, формование заготовки изделия посредством объемного уплотнения пресс-пакета при температуре ниже температуры размягчения пека, формование изделия посредством прессования заготовки с одновременным воздействием давления и тепла при температуре более температуры размягчения пека и стабилизирующую термообработку изделия, отличающийся тем, что в качестве транспортирующего агента применен сжатый газ, при этом ориентацию размещения волокна меняют изменением скорости потока сжатого газа и созданием отрицательного градиента перепада давления на фильтрующем элементе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химии и металлургии, к средствам изготовления изделий абразивного и фрикционного назначения.

Известны способы изготовления фрикционного изделия посредством смешения волокна со связующим полимерным материалом, формования заготовки изделия из смеси посредством объемного уплотнения смеси и формования изделия посредством прессования заготовки с химико-термическим воздействием в режиме полимеризации связующего материала (см., например, SU 1114340, С 08 J 5/14, 1984 г.).

Недостатком известных способов изготовления является образование фрикционной поверхности с нестабильным коэффициентом трения при тепловом воздействии в режиме эксплуатации.

Более совершенным и наиболее близким аналогом заявляемому является способ изготовления фрикционного изделия, включающий механическое смешивание турбулентным потоком транспортирующего агента штапелированного углеродного волокна с порошком пека, последующее осаждение смеси на фильтрующем элементе действием потока транспортирующего агента с образованием пресс-пакета, имеющего структуру с ориентацией размещения филаментов волокна по всему объему по меньшей мере в двух взамно перпендикулярных плоскостях, формование заготовки изделия посредством объемного уплотнения пресс-пакета при температуре ниже температуры размягчения пека, формование изделия посредством прессования заготовки с одновременным воздействием давления и тепла при температуре более температуры размягчения пека и стабилизирующую и упрочняющую термообработку изделия (RU 2002763, С 08 J 5/14, 1993 г.).

Однако указанный способ малопроизводителен, так как для образования структуры с различной ориентацией волокон требуется применение ткани из соответствующего волокна, что существенно усложняет технологию изготовления и снижает надежность изделия вследствие нарушения структуры в промежуточных фазах.

Техническим результатом, достигаемым заявляемым способом, является упрощение технологии и продолжительности изготовления, а также повышение надежности фрикционного изделия, что особенно важно для узлов трения с высокими динамическими нагрузками.

Указанный технический результат достигается способом изготовления фрикционного изделия, включающим механическое смешивание турбулентным потоком транспортирующего агента штапелированного углеродного волокна с порошком пека, последующее осаждение смеси на фильтрующем элементе действием потока транспортирующего агента с образованием пресс-пакета, имеющего структуру с ориентацией размещения филаментов волокна по всему объему по меньшей мере в двух взамно перпендикулярных плоскостях, формование заготовки изделия посредством объемного уплотнения пресс-пакета при температуре ниже температуры размягчения пека, формование изделия посредством прессования заготовки с одновременным воздействием давления и тепла при температуре более температуры размягчения пека и стабилизирующую термообработку изделия за счет того, что в качестве транспортирующего агента применен сжатый газ, при этом ориентацию размещения волокна меняют изменением скорости потока сжатого газа и созданием отрицательного градиента перепада давления на фильтрующем элементе.

Реализация заявляемого способа поясняется на примере работы установки, схема которой представлена на чертеже.

Штампелированное на отрезки необходимой длины углеродное волокно (например, графитированное полиакрилнитрильное волокно, ТУ48-20-23-83) в требуемом количестве для изготовления одного фрикционного изделия загружают в дозатор 1 волокна. Одновременно в бункер 2 питателя загружают порошок пека (например, каменноугольный пек по ГОСТ 10200-83).

В процессе работы установки волокно из дозатора 1 с помощью сжатого газа (например, воздуха) выдается равномерным во времени потоком и по трубопроводу 3 поступает в камеру 4 смешения. В камере 4 смешения турбулентным потоком происходит разделение волокна на отдельные филаменты и перемешивание волокна с порошком пека, поступающим в камеру 4 из бункера 2. Полученная смесь действием потока сжатого газа осаждается на фильтрующем элементе (не показан) в формовочной камере 5. Управляемое изменение скорости потока сжатого газа меняет скорость витания филаментов волокна и, как следствие, ориентацию расположения филаментов волокна в момент осаждения. Одновременно посредством вентилятора 6 всасывающего действия на фильтрующем элементе создается отрицательный градиент перепада давления, способствующий проникновению (внедрению) филаментов волокна внутрь объемной структуры, образуемой уже осевшими на фильтрующем элементе филаментами волокна с порошком пека.

Как результат описанного процесса на фильтрующем элементе образуется пресс-пакет, имеющий структуру, насыщенную порошком пека и с ориентацией размещения филаментов волокна по всему объему по меньшей мере в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

По окончании образования пресс-пакета производят формование заготовки изделия посредством объемного уплотнения пресс-пакета до заданной величины деформации при температуре ниже размягчения пека, при котором происходит встречное внедрение в массив заготовки выше и ниже расположенных филаментов, ориентированных преимущественно в вертикальном направлении. Полученная таким образом заготовка обладает прочностью, необходимой для последующей трансформации без нарушения структуры и измельчения филаментов волокна.

Для получения фрикционного изделия заготовку подвергают нагреву до температуры выше температуры размягчения пека (160...200^oС), прессуют до заданных размеров с выдержкой 5 минут на 1 мм толщины изделия, а для стабилизации структуры и придания ей свойств твердого тела с необходимыми фрикционными параметрами подвергают стабилизирующей термообработке (например, в режиме карбонизации и графитации).