[发明专利]一种短纤维模压制备汽车刹车盘的方法

说明书

一种短纤维模压制备汽车刹车盘的方法，采用短切碳纤维预浸料模压成型制备碳基汽车刹车盘，通过控制短切碳纤维与酚醛树脂的比例，采用熔融浸渍工艺，得到密度≥1.80g/cm³的汽车刹车盘预制体。短切碳纤维模压工艺+熔融浸渍工艺于传统CVI工艺和树脂浸渍‑碳化工艺相比，它通过高温压制固化工艺快速得到碳纤维增强树脂基复合材料，之后通过碳化过程将基体中的有机物转化为无机物，得到多孔碳基复合材料，最后利用熔融硅在毛细管力的作用下渗透到C/C复合材料的内部，生成SiC陶瓷基体。不仅大大缩短制备周期(表1)，并且这种复合材料具有良好的韧性和强度，具有生产周期短、韧性和强度更为优异的特点。

技术领域

本发明涉及一种碳基复合材料的制造领域，具体是一种汽车碳刹车盘的制备方法。

背景技术

碳基刹车材料是20世纪90年代发展起来的以高强度碳纤维为增强体，以热解碳、改性粉料等为基体的多相复合刹车材料，近年来发展的新一代碳/陶刹车材料，具有密度低(约2.0g/cm³)、摩擦因数高、制动平稳、抗腐蚀、抗氧化、耐高温以及使用寿命长等优点，该材料还具有较高的静摩擦系数以及在恶劣的环境下(潮气、霉菌和油污等)刹车性能具有更好的稳定性。

汽车刹车盘是结构/功能一体化材料，既要有良好的摩擦磨损性能和热学性能，又要具有足够高的力学性能。刹车过程就是通过对偶间的摩擦阻力做功，将动能转化为热能并耗散的过程。对刹车盘来说，摩擦力是两摩擦表面上微凸体之间发生相互啮合、碰撞、弹塑性变形以及微凸体或硬质点嵌入软表面后在滑动中形成的犁沟效应等机械作用和两摩擦表面上分子力作用的综合结果。与飞机刹车副相比，汽车刹车副的刹车方式、摩擦磨损性能及对磨材料均有所不同，即汽车刹车副为钳式刹车，即刹车盘与刹车闸片对磨，刹车闸片摩擦面积仅为刹车盘面积的20％左右；碳基汽车刹车副为碳基刹车盘与其他材质刹车闸片对磨，要求刹车盘的磨损远小于刹车闸片的磨损。因此，相对于飞机刹车盘的严酷要求，汽车刹车盘在保证安全的条件下，成本和性能要求更低。

目前，国内外制备碳刹车盘的主流方法为化学气相渗透(CVI)工艺和树脂浸渍-碳化工艺。而这两种工艺存在沉碳效率低、表面易结壳、生产周期过长和工艺成本高等缺点。专利号201510946901.4《一种汽车刹车片及其制备方法》公开了一种汽车刹车片的制备方法，该方法采用模压方法制备树脂基复合材料刹车片，其制备周期短、摩擦性能稳定，但是其配方复杂、磨损率大、力学性能低。其次，《固体火箭技术》2008 年第4期第31卷发表一篇论文《快速制备不同预制体C/C复合材料摩擦学性能研究》描述了一种以短纤维模压毡为预制体，采用快速CVI工艺制备C/C复合材料的方法。与碳布叠层预制体结构相比，该方法提高了材料的摩擦磨损性能。但是与本发明相比，其C/C复合材料成品密度低、生产周期长、摩擦性能低。

发明内容

为克服传统CVI工艺和树脂浸渍-碳化工艺制备碳刹车盘技术中存在的不足，本发明提出了一种短纤维模压制备汽车刹车盘的方法。

本发明的具体过程是：

步骤1，混料：

采用改性氨酚醛树脂，所述的改性氨酚醛树脂由短切碳纤维和树脂组成，并且短切碳纤维：树脂＝30％～50％：50％～70％，得到长度为短切碳纤维预浸料。所述的比例为质量百分比。

所述的短切碳纤维由长度为15mm和30mm两种碳纤维按1:1比例混合而成。

步骤2，烘干：

烘干短切碳纤维预浸料时，烘干温度为65～75℃，时间2h。

步骤3，压制固化成型：

采用阶梯增压和阶梯升温的方式进行压制固化成型。