способ изготовления заготовок тормозных дисков из композиционных углерод-углеродных материалов и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ изготовления заготовок тормозных дисков из композиционных углерод-углеродных материалов, характеризующийся тем, что углеродное волокно режут на отрезки заданного размера, при этом на рабочий орган устройства для резки подают напряжение от источника постоянного тока, полученные отрезки углеродного волокна одновременно со связующим дозированно подают в формообразующую часть камеры смешения, дно которой заземлено, и в которой их смешивают и из полученной смеси формируют заготовку.

2. Установка для изготовления заготовок тормозных дисков из композиционных углерод-углеродных материалов, содержащая устройство для резки углеродного волокна, питатель связующего и камеру смешения, при этом рабочий орган устройства для резки содержит, по меньшей мере, один нож и соединен с источником постоянного тока, а камера смешения содержит формообразующую часть, выполненную кольцевой формы, наружный и внутренний диаметр которой соответствуют размерам получаемой заготовки, и дно которой заземлено.

3. Установка по п.2, в которой устройство для резки выполнено в виде барабанных ножниц.

4. Установка по п.2, в которой устройство для резки выполнено в виде гильотинных ножниц.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области изготовления заготовок из композиционных углерод-углеродных материалов и предназначено для изготовления фрикционных элементов тормозных дисков как для авиационной техники, так и для наземного транспорта.

Известен способ изготовления заготовок тормозных дисков из композиционных углерод-углеродных материалов, согласно которому углеродное волокно режут на отрезки заданного размера, которые одновременно со связующим дозированно подают в камеру смешения, в которой их смешивают, и из полученной смеси формируют заготовку (см., например, RU 2088705, D01G 25/00, 1997). Данный способ может быть реализован на установке для изготовления заготовок тормозных дисков из композиционных углерод-углеродных материалов, которая содержит устройство для резки углеродного волокна, питатель связующего и камеру смешения, при этом рабочий орган устройства для резки содержит, по меньшей мере, один нож, а камера смешения содержит формообразующую часть (см., например, RU 2088705, D01G 25/00, 1997).

Недостатком известных способа и установки для изготовления заготовок тормозных дисков из композиционных углерод-углеродных материалов является то, что отрезки углеродных волокон разделяются на монофиламенты частично, в результате чего в получаемых заготовках присутствуют не до конца разделенные волокна в виде плотных пучков, что существенно снижает объемную однородность свойств конечных материалов, а также качество пропитки волокон. При этом отрезки волокон при смешивании со связующим и попадании на формообразующую часть камеры смешения ориентируются за счет свободного падения прежде всего параллельно поверхности дна камеры смешения. В результате производимые заготовки характеризуются невысокими механическими и эксплуатационными характеристиками и высокой анизотропией свойств. При этом прочность и теплопроводность композита в направлении, перпендикулярном поверхности трения тормозного диска, незначительны.

Задачей изобретения является повышение качества заготовок тормозных дисков из композиционных углерод-углеродных материалов за счет повышения механических и эксплуатационных свойств, которые могут быть получены благодаря объемной однородности смеси волокон со связующим и ориентации значительной части волокон перпендикулярно поверхности трения заготовки тормозного диска.

Технический результат достигается посредством способа изготовления заготовок тормозных дисков из композиционных углерод-углеродных материалов, который характеризуется тем, что углеродное волокно режут на отрезки заданного размера, полученные отрезки углеродного волокна одновременно со связующим дозированно подают в формообразующую часть камеры смешения, в которой их смешивают, и из полученной смеси формируют заготовку. При этом для максимально полного разделения жгутов на монофиламенты и ориентации отрезков волокон перпендикулярно плоскости трения получаемой заготовки на рабочий орган устройства для резки подают напряжение от источника постоянного тока, а дно формообразующей части камеры смешения заземляют.

Также технический результат достигается посредством установки для изготовления заготовок тормозных дисков из композиционных углерод-углеродных материалов, посредством которой может быть осуществлен описанный выше способ, и которая содержит устройство для резки углеродного волокна, питатель связующего и камеру смешения, при этом рабочий орган устройства для резки содержит, по меньшей мере, один нож и соединен с источником постоянного тока, а камера смешения содержит формообразующую часть, дно которой заземлено.

Вышеизложенные особенности и преимущества предлагаемого изобретения будут понятны из последующего описания предпочтительных примеров их осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями:

на фиг.1 представлена схема установки для изготовления заготовок тормозных дисков из композиционных углерод-углеродных материалов в соответствии с настоящим изобретением, в котором устройство для резки углеродного волокна выполнено в виде гильотинных ножниц;

на фиг.2 - схема устройства для резки углеродного волокна в виде барабанных ножниц.

Способ изготовления заготовок тормозных дисков из композиционных углерод-углеродных материалов в соответствии с изобретением характеризуется следующим образом. Углеродное волокно 1 режут на отрезки заданного размера (длиной 5-50 мм). При этом в процессе резки углеродного волокна на рабочий орган 2 устройства 3 для резки подают напряжение от источника 4 постоянного тока. Полученные отрезки углеродного волокна дозированно подают одновременно со связующим 5 в формообразующую часть 6 камеры 7 смешения, дно которой заземлено (8), где их смешивают и формируют заготовку 9. В результате все составляющие монофиламенты отрезков волокна в процессе резки при контакте с рабочим органом 2 устройства 3 для резки получают одинаковый по знаку заряд, и за счет электростатического отталкивания происходит максимально полное разделение отрезков углеродного волокна на монофиламенты, а также их ориентация перпендикулярно плоскости трения изготавливаемого тормозного диска.

Для получения отрезков углеродного волокна заданного размера (длиной 5-50 мм) при изготовлении углерод-углеродных композиционных материалов, применяемых в тормозных системах в авиации, автомобильном и железнодорожном транспорте, могут быть использованы непрерывные углеродные волокна в виде жгутиков с количеством монофиламентов от 500 до 320000, которые в зависимости от способа получения, как правило, имеют форму ленты или эллипса заданной толщины. Также могут быть использованы и отходы углеродных волокон.

Описанный выше способ может быть осуществлен на установке для изготовления заготовок тормозных дисков из композиционных углерод-углеродных материалов, пример выполнения которой приведен ниже.

Установка содержит сматывающий узел 10, подающие валки 11, устройство 3 для резки, источник 4 постоянного тока, питатель 12 для связующего и камеру 7 смешения.

Устройство 3 для резки волокна содержит рабочий орган 2, который выполнен в виде, по меньшей мере, одного ножа 13. При этом устройство 3 для резки волокна может быть выполнено, например, в виде гильотинных ножниц (см. фиг.1), которые имеют один нож 13, барабанных ножниц (см. фиг.2), в которых рабочий орган имеет множество ножей 13 и объединен с подающими валками. Также могут быть использованы любые другие известные устройства для резки углеродного волокна. При этом рабочий орган 2 устройства 3 для резки соединен с источником 4 постоянного электрического тока для подачи заряда на ножи 13.

Камера 7 смешения имеет формообразующую часть 6, выполненную кольцевидной формы, наружный и внутренний диаметры которой соответствуют размерам получаемой заготовки. При этом дно 14 формообразующей части 6 выполнено с отверстиями (например, в виде решетки) и заземлено 8. Под дном 14 расположен отсос 15 воздуха. Камера 7 смешения установлена с возможностью вращения вокруг своей оси.

Установка для изготовления заготовок тормозных дисков из композиционных углерод-углеродных материалов работает следующим образом.

Углеродное волокно со сматывающего узла 10 подающими валками 11 подают к устройству 3 для резки, где волокно 1 режут на отрезки заданной длины. В процессе резки волокна на рабочий орган 2 (на нож 13) устройства 3 для резки подают напряжение от источника 4 постоянного тока. В результате все отрезки составляющих монофиламентов волокна получают одинаковый по знаку заряд, и вследствие электростатического отталкивания расстояние между отрезками волокна увеличивается. Полученные короткие отрезки волокон дозированно загружают в камеру 7 смешения, куда одновременно из питателя 12 подают связующее, например, пек. В камере 7 смешения при ее вращении связующее и отрезки волокна равномерно перемешиваются и оседают в формообразующую часть 6 камеры 7 смешения на заземленное дно 14, через отверстия которого производится отсос воздуха, обеспечивающий осаждение пеко-волокнистой смеси и формирование заготовки 9. Поскольку потенциал на волокнах скапливается на концах монофиламентов, это приводит к дополнительной ориентации углеродных волокон в направлении, перпендикулярном поверхности трения заготовки 9 тормозного диска.

Таким образом, предлагаемые способ и установка позволяют осуществлять максимально возможное разделение составляющих монофиламентов, и ориентация волокон в заготовке по направлению, перпендикулярному поверхности трения, составляет не менее 20%, что позволяет формировать заготовки фрикционных элементов тормозов высокого качества.

Описанные выше примеры осуществления следует во всех аспектах рассматривать лишь как иллюстративные и не обуславливающие никаких ограничений. Следовательно, могут быть использованы другие примеры осуществления настоящего изобретения и примеры внедрения, которые не выходят за пределы описанных здесь существенных признаков.