Гібридне волокно для виготовлення основ деталей з композиційних матеріалів та спосіб його виготовлення

1 Гібридне волокно, що призначене для виробництва волокнистих основ деталей із композиційних матеріалів і містить в основному розрізані паралельні та не скручені нитки, які утримують, обвиваючи їх, зв'язуючі нитки з матеріалу, що легко видаляється, яке відрізняється тим, що містить ретельно перемішані принаймні два види ниток різної природи, які вибрані з вуглецевих ниток або ниток з первинної для отримання вуглецю речовини на основі окисленого поліакрилнітрилу, вуглецевих ниток або ниток з первинної для отримання вуглецю речовини на основі анізотропної смоли, вуглецевих ниток або ниток з первинної для отримання вуглецю речовини на фенольній основі, вуглецевих ниток або ниток з первинної для отримання вуглецю речовини на целюлозній основі, керамічних ниток або ниток первинної для отримання кераміки речовини, при цьому суміш ниток складається з вуглецевих ниток або ниток з первинної для отримання вуглецю речовини, яка після перетворення на вуглець складає, як мінімум, 15% від ваги суміші ниток, які є вуглецевими нитками високої МІЦНОСТІ З межею МІЦНОСТІ на розтягування, що дорівнює, як мінімум, 1500 МПа та модулем, що дорівнює, як мінімум, 150 ГПа 2 Волокно по п 1, яке відрізняється тим що, нитки, які в стані вуглецю є нитками високої МІЦНОСТІ І відібрані з ниток із первинної для отримання вуглецю речовини на основі поліакрилнітрилу та ниток з первинної для отримання вуглецю речовини на основі анізотропної смоли 3 Волокно по будь-якому з пп 1 та 2, яке відрізняється тим, що суміш ниток містить вуглецеві нитки або нитки з первинної для отримання вуглецю речовини, при цьому зазначені нитки у стані вуглецю, є нитками високої МІЦНОСТІ та складають, як мінімум, 30% від ваги всієї суміші ниток 4 Волокно по будь-якому з пп 1-3, яке відрізняється тим, що у стані вуглецю нитки високої МІЦНОСТІ мають межу МІЦНОСТІ на розтягування, що дорівнює, як мінімум, 2000 МПа 5 Волокно по будь-якому з пп 1-4, яке відрізняється тим, що у стані вуглецю нитки мають модуль, що дорівнює, як мінімум, 200 ГПа 6 Волокно по будь-якому з пп 1-5, яке відрізняється тим, що суміш ниток містить вуглецеві нитки або нитки з первинної для отримання вуглецю речовини, які у стані вуглецю складають, як мінімум, 15% від ваги всієї суміші ниток та являють собою вуглецеві нитки з низьким модулем, з модулем Юнга, що не перевищує 100 ГПа 7 Волокно по п 6, яке відрізняється тим що у стані вуглецю, нитки з низьким модулем складають, як мінімум, 30% від ваги суміші ниток 8 Волокно по будь-якому з пп 6-7, яке відрізняється тим, що нитки, які у стані вуглецю мають низький модуль, відбирають з ниток із первинної для отримання вуглецю речовини на фенольній основі, на основі ізотропної смоли, а також на целюлозній основі 9 Волокно по будь-якому з пп 1-8, яке відрізняється тим, що керамічні нитки або нитки з первинної для отримання кераміки речовини після перетворення у керамічний стан являють собою нитки з карбіду кремнію 10 Спосіб виробництва волокнистих основ деталей з композиційних матеріалів складається з кількох етапів, які полягають в - отриманні волокна, що складається з розрізаних паралельних та нескручених ниток, які утримуються за рахунок зв'язуючої нитки, що обмотує їх з матеріалу, що легко видаляється - отриманні з волокна плоскої волокнистої структури, - накладенні шарів, що утворені з цієї волокнистої структури, - видаленні зв'язуючої нитки, О 00 ю 58491 - прошивці накладених один на один шарів з можливістю їх взаємного закріплення за рахунок ниток, що витягуються із зазначених волокон, які просмикуються через зазначені накладені шари, який відрізняється тим, що принаймні для виробництва частки плоскої волокнистої структури використовують гібридне волокно ВІДПОВІДНО до будь-якого з пп 1-9 11 Спосіб по п 10, який відрізняється тим, що зазначена прошита основа підлягає термічній обробці при температурі, що перевищує 1300°С 12 Спосіб по п 10, який відрізняється тим, що зазначена прошита основа підлягає термічній обробці при температурі, що складає приблизно 1600°С 13 Спосіб по будь-якому з пп 10-12, який відрізняється тим, що при виробництві гальмівних дисків шари розташовують паралельно поверхням тертя цих дисків 14 Спосіб по п 13, який відрізняється тим, що для плоскої волокнистої структури принаймні частково використовують гібридне волокно, яке містить вуглецеві нитки з низьким модулем, що мають модуль Юнга, не вище 100 ГПа, а діаметр ниток, що утворюють зазначене волокно ниток, та/або орієнтація голок, які використовують для прошивки, вибирають таким чином, щоб забезпечити при зазначеній прошивці переважне вивільнення ниток з низьким модулем 15 Спосіб по п 14, який відрізняється тим, що використовують гібридне волокно, яке містить вуглецеві нитки з високим модулем, з модулем Юнга, що дорівнює, як мінімум, 150 ГПа, при цьому діаметр зазначених ниток, як мінімум, дорівнює 8 мікронам 16 Спосіб по будь-якому з пп 14-15, який відрізняється тим, що плоска волокниста структура утворена волокнами, які розташовані, як мінімум, у двох напрямках, при цьому орієнтовані у першому напрямку волокна містять суміш ниток з вуглецевими нитками з низьким модулем, з модулем Юнга, що не перевищує 100 ГПа, причому прошивку здійснюють з використанням голок, орієнтованих з можливістю переважного зачіплювання ниток, що орієнтовані у першому напрямку 17 Волокниста основа деталі з композиційного матеріалу, яка містить накладені один на один шари з плоскої волокнистої структури, які закріплені між собою нитками, що витягуються з волокнистої структури та просмикують ці шари, яка відрізняється тим, що нитки волокнистої структури містять, як мінімум, два типи ретельно перемішаних ниток різної природи, при цьому використовують вуглецеві нитки з первинної для отримання вуглецю речовини на основі окисленого поліакрилонітрилу, вуглецеві нитки з первинної для отримання вуглецю речовини на основі анізотропної смоли, вуглецеві нитки з первинної для отримання вуглецю речовини на основі ізотропної смоли, вуглецеві нитки з первинної для отримання вуглецю речовини на фенольній основі, вуглецеві нитки з первинної для отримання вуглецю речовини на основі віскози, а також керамічні нитки, при цьому, як мінімум, 15% від ваги зазначеної суміші ниток складають вуглецеві нитки високої МІЦНОСТІ, ЩО мають межу МІЦНОСТІ на розтягування, що принай мні дорівнює 1500 МПа та модуль, що принаймні дорівнює 150 ГПа 18 Волокниста основа по п 17, яка відрізняється тим, що вуглецеві нитки високої МІЦНОСТІ мають межу МІЦНОСТІ на розтягування, що принаймні дорівнює 2000 МПа 19 Волокниста основа по будь-якому пп 17-18, яка відрізняється тим, що вуглецеві нитки високої МІЦНОСТІ мають модуль, що дорівнює, як мінімум, 200 ГПа 20 Основа по п 15, яка відрізняється тим, що, як мінімум, 15% від ваги суміші складають вуглецеві нитки з низьким модулем, що мають модуль Юнга, який не перевищує ЮОГПа 21 Основа по будь-якому з пп 19-20, яка відрізняється тим, що нитки, які витягують з волокнистої структури та розташовують поперечно до шарів, в основному являють собою вуглецеві нитки з низьким модулем, модуль Юнга яких не перевищує 100 ГПа 22 Спосіб виробництва волокна, що описане у будь-якому з пп 1-9, який відрізняється тим, що складається з етапів - забезпечення необхідних об'ємів безперервних ниток, кожний з об'ємів при цьому складається з ниток, що має один склад, при цьому використовують вуглецеві нитки або нитки з первинної для отримання вуглецю речовини на поліакрилнітриловій основі, вуглецеві нитки або нитки з первинної для отримання вуглецю речовини на основі анізотропної смоли, вуглецеві нитки або нитки з первинної для отримання вуглецю речовини на основі ізотропної смоли, вуглецеві нитки або нитки з первинної для отримання вуглецю речовини на фенольній основі, вуглецеві нитки або нитки з первинної для отримання вуглецю речовини на целюлозній основі, керамічні нитки або нитки з первинної для отримання кераміки речовини, - кожен об'єм ниток підлягає регульованим процесам витягування та ламання для отримання розрізаних та паралельних одна одній ниток, - ретельне змішування один з одним принаймні двох об'ємів ламаних ниток, що мають різну природу, при цьому змішані розрізані нитки розміщують паралельно одна одній і не перекручують, а зазначена суміш складається з вуглецевих ниток або ниток з первинної для отримання вуглецю речовини, яка після перетворення на вуглець складає принаймні 15% від ваги суміші ниток, які є нитками високої МІЦНОСТІ, що мають межу МІЦНОСТІ на розтягування, що дорівнює принаймні 1500 МПа та модуль, що дорівнює принаймні 150 ГПа, - переплетення змішаних розрізаних ниток зв'язуючою ниткою з речовини, що легко видаляється, для отримання цілісної гібридної нитки 23 Спосіб по п 22, який відрізняється тим, що ретельне змішування ниток забезпечують за рахунок пропускання поламаних ниток крізь пристрій з гребінною планкою 24 Спосіб по будь-якому пп 22-23, який відрізняється тим, що нитки у стані вуглецю являють собою нитки високої МІЦНОСТІ, при цьому використовують нитки з первинної для отримання вуглецю речовини на основі окисленого поліакрилонітрилу, а також на основі анізотропної смоли 58491 25 Спосіб по будь-якому пп 22-24, який відрізняється тим, що суміш ниток містить вуглецеві нитки або нитки з первинної для отримання вуглецю речовини, які у стані вуглецю складають, як мінімум, 30% від ваги суміші та являють собою вуглецеві нитки високої МІЦНОСТІ 26 Спосіб по будь-якому пп 22-25, який відрізняється тим, що суміш ниток містить вуглецеві нитки або нитки з первинної для отримання вуглецю речовини, які у стані вуглецю складають, як мінімум, 15% від ваги суміші та являють собою вуглецеві нитки з низьким модулем, що мають модуль Юнга, який не перевищує ЮОГПа 27 Спосіб по п 26, який відрізняється тим, що суміш ниток складає вуглецеві нитки або нитки з первинної для отримання вуглецю речовини, які у стані вуглецю складають, як мінімум, 30% від ваги суміші та являють собою вуглецеві нитки з низьким модулем 28 Спосіб по будь-якому пп 26,27, який відрізняється тим, що нитки у стані вуглецю являють собою нитки з низьким модулем, при цьому використовують нитки первинної для отримання вуглецю речовини на фенольній основі, на основі ізотропної смоли, а також на целюлозній основі 29 Спосіб по будь-якому пп 22-28, який відрізняється тим, що керамічні нитки або нитки з первинної для отримання кераміки речовини у керамічному стані являють собою нитки з карбіду кремнію Винахід стосується виготовлення волокнистих основ деталей з композиційних матеріалів та, зокрема, волокна, що для цього використовується Винахід може бути використаним для створення волокнистої основи для дисків, що труться, з композиційних матеріалів, наприклад, дисків зціплення та, в основному, гальмових дисків В цей час гальмові диски з композиційних матеріалів вуглець-вуглець (С-С) часто використовуються в спортивних автомобілях та, в значно більших масштабах, в багатодискових гальмових системах роторів та статорів літаків Загальновідомо, що виробництво гальмових дисків з композиційного матеріалу С-С потребує виготовлення волокнистої вуглецевої основи та и ущільнення вуглецевою матрицею, яка заповнює ВІЛЬНІ перед тим внутрішні пори цієї основи Ущільення здійснюється загальновідомим способом, шляхом хімічної інфільтрації у пароподібному або рідкому стані, тобто здійснюється просочування первинною речовиною, яка під впливом термічної обробки перетворюється у вуглець Для виготовлення волокнистих основ часто використовується спосіб, який полягає у накладанні одна на одну волокнистих текстур та зшиванні їх між собою Плоскі ВОЛОКНИСТІ текстури можуть уявляти собою перев'язані тканини одного напрямку або шари Зшивання цих шарів здійснюється у порядку накладення, при цьому, як описано в документі FR-A-2 584 106, бажано підтримувати постійну глибину зшивання Ці шари можуть бути накладені один на одній та зшиватися між собою для отримання плоских плит, з яких вирізуються кільцеві основи для гальмових дисків Для того, щоб при цьому уникнути великої КІЛЬКОСТІ ВІДХОДІВ, ці шари можуть формуватися із розташованих поряд кільцеподібних секторів, які вирізуються з плоскої волокнистої структури У цьому випадку розподільні лінії між секторами зсуваються при переході від одного сектору до іншого цеві волокна, які створюють волокна, аніж вилучати нитки для їх розташування у поперечному напрямку в накладених один на один шарах Один із способів вирішення цієї проблеми полягає у тому, що до плоскої текстури додається шар вуглецевих волокон, що можуть бути зачіпленні голками Інше рішення вказаної вище проблеми полягає в тому, що здійснюється прошивка вказаних текстур, які складаються не з вуглецю, а з призначеної для його отримання первинної речовини, яка краще підлягає прошивці Перетворення первинної речовини у вуглець здійснюється шляхом термічної обробки цієї прошитої основи У документі ЕР-А-0 489 637 також пропонується використовувати плеск волокнисті текстури для виготовлення указаних основ, як виготовлені з волокна, що складається в основному з розрізаних паралельних та незкручених ниток Безперервність цих ниток при цьому забезпечується за рахунок зв'язувальної нитки з нестійкої речовини Ця зв'язувальна нитка видаляється шляхом розчинення або термічної обробки При цьому вивільнюються розрізані волокна, що дозволяє здійснити прошивку навіть з використанням вуглецевих ниток Крім того, вивільнення цих ниток спричинює їх розповсюдження по всьому об'єму вказаної основи, що дозволяє забезпечити таку и пористість, яку можна більш легко і рівномірно заповнювати матеріалом матриці на етапі ущільнення При цьому вказаний етап здійснюється більш досконало та однорідно Плоскі ВОЛОКНИСТІ текстури у вигляді тканини або шарів одного напрямку, які складаються з вуглецевих волокон, важко зшивати Дійсно, зазублені голки або голки із виделкою мають тенденцію скоріш розривати безперервні або скручені вугле У випадку використання винаходу для виготовлення гальмових дисків на їх механічні та триболопчні властивості суттєвий вплив мають такі фактори виробництво та властивості волокон, що створюють ці основи, структура плоских текстур, що використовуються для створення цих основ, спосіб зв'язування між собою шарів, що створюються цими текстурами, особливо там, де це стосується параметрів прошивки, обробка, у тому числі термічна, якою можуть бути ущільнені вказані основи, склад матриці та спосіб ущільнення Зокрема, стосовно гальмової системи літаків, 58491 8 або в якому-небудь проміжному стані між первиндиски, що використовуються, мають витримувати ною для отримання вуглецю речовиною та вуглене тільки навантаження у "холодному" та "гарячоцем, наприклад, в стані окислення або полікарбому" режимах, але і властиві їм триболопчні харакнізацм Таким самим чином, під керамічними теристики мають забезпечувати нормальне функволокнами або волокнами з первинної для отриціонування у різних ситуаціях мання кераміки речовини розуміють волокно з пегальмування під час руху в "холодному" режирвинної речовини, або в керамічному стані після мі (рух по зльотній полосі до зльоту), повного перевтілення первинної речовини, або в гальмування під час руху в "гарячому" режим проміжному стані між похідною речовиною та ке(рух по зльотній полосі після приземлення), рамічним станом, наприклад, у стані полікерамізагальмування під час приземлення в нормальцм ному режимі, гальмування в екстреній ситуації ( перериванЗастосування сукупності волокон, що мають ня фази зльоту в разі обмеженої довжини зльотної різний склад, дозволяє забезпечити кращі умови полоси) використання волокнистих основ деталей з композиційних матеріалів Основна характерна риса Однак у випадках, коли мова йде про більш винаходу полягає в тому, що згадана гібридизація незначні КІЛЬКОСТІ поглинаємо! енергії, бажано, аби здійснюється не на рівні волокон, що мають різне поверхні цих дисків під час тертя дуже швидко походження та використовуються для створення нагрівалися до температури, достатньої для того, волокнистих основ, а на рівні ниток, які створюють щоб теплопровідність композиційного матеріалу ці волокна, при забезпечені їх ретельного змішубула більш обмежена, ніж та, що потребує, напривання клад, гальмування літаків в екстреній ситуації Під час проведених на стенді ІСПИТІВ заявник Так, наприклад, для гальмових дисків ретельвиявив значний вплив властивостей волокон осне змішування згаданих ниток на межі розподілу нови на характеристики гальмового диска, і мета поверхней, що труться при їх стиканні, забезпечує винаходу у зв'язку з цим полягає у створенні волоутвореній так званого "третього тіла", яке має одкна, що найбільш відповідає виготовленню волокнорідну структуру по всій межі розподілу та забезнистих основ деталей з композиційних матеріалів печує найкраще використання тих властивостей, та, зокрема (хоча це і не обмежує сферу застосуякі надають виробу вказані нитки різного складу вання винаходу), для гальмових дисків Інша мета Волокниста основа деталі з композиційного винаходу полягає в створенні способу виготовленматеріалу створюється шляхом виготовлення плоня такого волокна скої волокнистої структури, принаймні частково, з гібридного волокна, далі здійснюється накладення ВІДПОВІДНО ДО другого аспекту винаходу, волостворених такою волокнистою структурою шарів, а кно, призначене для виготовлення волокнистих потім, після видалення зв'язуючої нитки здійснюоснов деталей з композиційних матеріалів, які ється просочування згаданих вище накладених складаються з розрізаних паралельних та нескруодин на один шарів чених волокон, які утримуються разом за рахунок використання зв'язувальної нитки з нестійкої речоВидалення зв'язуючої нитки здійснюється до вини, відрізняється тим, що вказане волокно уявмоменту або безпосередньо під час накладення ляє собою гібридне волокно Таке волокно складазгаданих шарів таким чином, аби забезпечити моється із тісно пов'язаних між собою принаймні двох жливість послідовної їх прошивки після накладенрізних компонентів Вибір проводився з вуглецевих ня кожного шару, як це описано у вищезгаданому волокон або волокон з первинної для отримання документі FR-A-2 584 106 вуглецю речовини на поліакрилонітрилові основі, У випадку, коли волокно, що використовується вуглецевих волокон або волокон з первинної для для виготовлення волокнистих основ деталей з отримання вуглецю речовини на основі ізотропної композиційних матеріалів, складається з ниток із смоли, вуглецевих волокон або волокон з первинпервинної речовини або з речовини у проміжному ної для отримання вуглецю речовини на фенольстані між первинним та кінцевим вуглецем або ній основі, вуглецевих волокон або волокон з перкерамікою, перетворення ниток у вуглець або кевинної для отримання вуглецю речовини на раміку здійснюється за рахунок термічної обробки целюлозній основі, керамічних волокон або волоТака обробка може здійснюватися на будь-якому кон з первинної для отримання кераміки речовини, етапі створення прошитої волокнистої основи до и при цьому як мінімум 15% (переважно як мінімум ущільнення, тобто як гібридного волокна, так і го30%) ваги вказаної сукупності волокон складають тової основи або на будь-якому проміжному етапі, вуглецеві волокна або волокна з первинної для У тому випадку, коли згадане гібридне волокно отримання вуглецю речовини, які у стані вуглецю містить нитки в стані вуглецю, прошита волокниста являють собою волокна високої МІЦНОСТІ, ЩО маоснова також може бути термічно оброблена при ють межу МІЦНОСТІ на розтяг принаймні рівну 1500 температурі, що перевищує 1300°С, ця темперамегапаскалям ( переважно 2000 мегапаскалям) та тура може сягати 2300°С Вказана термічна обромодуль, принаймні рівний 150 пгапаскалям (перебка у цьому випадку з хімічної точки зору має ставажно - 200 пгапаскалям) білізуючий вплив на волокна, що використовуються, тобто здійснюється позитивний Під вуглецевими волокнами або волокнами з стабілізуючий вплив на склад волокна, зокрема, первинної для отримання вуглецю речовини, тут має місце видалення азоту, зі структурної точки розуміються волокна, які знаходяться у своєму зору, тобто з точки зору поліпшення у більшому первинному стані, наприклад, у стані поліакрилоніабо меншому ступеню властивостей поверхонь у трила або у стані вуглецю після проведення повплані їх графітзаци, з текстурної точки зору, тобто ного перевтілення первинної речовини у вуглець, 58491 10 локниста структура, в якій гібридні волокна, розз точки зору орієнтації вказаних поверхонь відносташовані в одному напрямку, мають у своєму но ос цього волокна і розташування цих поверскладі значну КІЛЬКІСТЬ вуглецевих ниток з низьким хонь та їх вісей обертання відносно поверхні цього модулем Прошивка згаданої волокнистої структуволокна Таку термічну обробку переважно провори виконується з використанням голок, що орієндити при температурі біля 1800°С товані таким чином, аби вони переважно зачіплюПрисутність вуглецевих ниток високої МІЦНОСТІ, вали гібридні волокна, які були орієнтовані зокрема, передбачається з точки зору механічних вищезгаданим чином властивостей, які потребуються від композиційного матеріалу Для досягнення найліпших властивоЗ іншого боку, мета винаходу є опис способу стей вказані нитки мають складати, принаймні, виготовлення згаданого вище гібридного волокна 30% від одиниці ваги матеріалу Така мета досягається за рахунок використанВарто також використовувати у сукупності воня способу, що включає наступні етапи локон вуглецеві нитки або нитки з первинної для забезпечення необхідних об'ємів безперервотримання вуглецю речовини, які у вуглецевому них ниток, кожний об'єм при цьому складається з стані складають 15% від ваги сукупності волокон ниток, що мають один склад, тут використовуютьта уявляють собою нитки з низьким модулем, тобся вуглецеві нитки або нитки з попередньої для то модулем Юнга, що не перевищує 100 пгапаскаотримання вуглецю речовини, на поліакрилнітрилей Вуглецеві волокна з низьким модулем відбиловій основі, вуглецеві нитки або нитки з поперерають з вуглецевих волокон з первинною дньої для отримання вуглецю речовини на основі речовиною на фенольній основі, з вуглецевих воанізотропної смоли, вуглецеві нитки або нитки з локон з первинною речовиною з Ізотропної смоли попередньої для отримання вуглецю речовини на та з вуглецевих волокон з первинною речовиною фенольній основі, вуглецеві нитки або нитки з пона целюлозній основі передньої для отримання вуглецю речовини на целюлозній основі, керамічні нитки або нитки з Переважно, аби процентне співвідношення похідної для отримання кераміки речовини, волокон з низьким модулем у вуглецевім стані принаймні дорівнювало б 30% кожен об'єм ниток підлягає регульованим процесам витягування та ламання для отримання У випадку, коли прошивка виконується ниткарозрізаних та паралельних одна одній ниток, ми у вуглецевім, а не у первинному стані, бажано використовувати нитки з низьким модулем так, як ретельне змішування один з одним принаймні зазначено заявником, вказані нитки краще і навіть двох об'ємів ламаних ниток, які мають різну приу великій КІЛЬКОСТІ проймаються галками крізь народу, що дозволяє отримати гібридне волокно, в кладені один на один шари Стосовно гальмових якому змішані розрізані нитки розміщуються парадисків, у тому випадку, коли шари, що утворюють лельно одна одній та не перекручуються Вказана згадані основи, розташовуються паралельно посуміш складається з вуглецевих ниток або ниток з верхням, що підлягають тертю, переважна присутпопередньої для отримання вуглецю речовини, ність ниток з низьким модулем, розташованих пеяка після перетворення на вуглець, складає якрпендикулярно до поверхонь, що підлягають найменше 15% (переважно - 30%) від ваги суміші тертю, сприяє зниженню надлишкової поперечної ниток, суміш також складається з вуглецевих ниток жорсткості дисків Ця обставина забезпечує еласвисокої МІЦНОСТІ, які мають межу МІЦНОСТІ на розтятичну деформацію дисків, достатню для забезпегування, принаймні, рівну 1500 мегапаскалям (печення тертя на всьому протязі поверхонь, що стиреважно - 2000 мегапаскалей) та модуль, принайкаються (а не тільки на окремих ділянках), це мні рівний 150 пгапаскалям (переважно - 200 необхідно тоді, коли згадані поверхні недостатньо пгапаскалям), рівні та паралельні, що, наприклад, може мати переплетення змішаних розрізаних ниток зв'ямісце внаслідок нерівномірного зносу зуючою ниткою з легко видаляємої речовини для З того факту, що вказані вуглецеві нитки з низьким модулем розподіляються із застосуванням голок, очевидно те, що вуглецеві нитки з високим модулем (розрізані, а не скручені) - як, наприклад, вуглецеві нитки з первинною речовиною з окисленого поліакрилнітрилу або вуглецеві нитки з первинною речовиною з анізотропної смоли - мають тенденцію ламатися Це тим більш вагомо у випадку, коли вуглецеві нитки з високим модулем мають більший діаметр Таким чином, практично виключний вибір вуглецевих ниток з низьким модулем для прошивки може бути зроблено тоді, коли присутні у гібридному волокні нитки з високим модулем мають діаметр, що перевищує 8 мікрон (переважно - 10 мікрон) При цьому гарантується менша жорсткість волокнистої основи і деталі з композиційного матеріалу у напрямку, перпендикулярному згаданим шарам Один з інших випадків переважного використання для прошивки вуглецевих ниток з низьким модулем - випадок, коли створюється плоска во отримання ЦІЛОСНОСТІ отримуємо"! гібридної нитки Переважно використовувати об'єм ниток у вигляді стрічок, при цьому ретельне змішування ниток, що мають різну природу, із принаймні двох стрічок виконується за рахунок пропускання їх крізь пристрій з гребінною планкою Наведений нижче опис з показовими, але далеко не вичерпними практичними прикладами, розкриває суть винаходу Посилатися будемо на пркладені креслення, на яких на Фіг 1 наведена органіграма, на якій показано процес виробництва гальмового диска з композиційного матеріалу вуглець-вуглець з використанням основи з гібридного волокна згідно з винаходом, на Фіг 2 схематично показано спосіб прошивки, що дозволяє цілеспрямовано відбирати окремі нитки, які створюють волокна прошитої волокнистої структури Наступні приклади стосуються виробництва гальмових дисків з композиційних матеріалів, яке є 58491 12 11 основною прикладною галуззю винаходу, але не ниток, описано в документі FR-A-2 608 641 вичерпує ІНШІ можливості сфери його застосуЗгадані нитки із стрічок 2 12', що пройшли вання процес ламання, ретельне агітуються - створююсь однорідну стрічку 14, яка містить розрізані нитки, У всіх наведених прикладах показаний на Фіг 1 що розташовуються паралельно одна одній та не спосіб використовується для виробництва гібридперекручуються Така процедура може проводитиного волокна, створення плоскої волокнистої струся за рахунок пропускання стрічок 12, 12', що ктури з використанням одного або декількох волопройшли процес ламання, крізь пристрій з гребінкон, з яких принаймні одне є гібридним, створення ною планкою, тобто шар волокон із стрічок 12, 12', волокнистої основи із плоскої волокнистої текстущо пройшли процес ламання, проходить між циліри та виготовлення гальмового диска з композиндрами, що подають та витягують, крізь поле пеційного матеріалу з використання волокнистої осремичок з голками або гребінки В цьому випадку нови мова йде про відомий у текстильній промисловості Згідно з термінологією, що використовується у процес наступнім описі, гібридне волокно є волокном, яке складається з ниток, що мають різну природу Зв'язування сукупності ниток, що створюють Для виробництва гібридного волокна викорисстрічку 14 забезпечується шляхом зв'язування товують об'єми безперервних ниток у вигляді стріниткою 16 з легко видаляємого матеріалу, таким чок або жгутів, при цьому кожний об'єм складаєтьчином утворюється зв'язане гібридне волокно 18 ся з ниток, які мають одну природу, а вказані (або волокно, що уявляє собою шнур з гібридних об'єми ниток, що мають різну природу, відбирають ниток), у якому розрізані нитки розташовуються з урахуванням складу гібридного волокна Провопаралельно одна одній та не перекручуються Легдиться відбір визначеної КІЛЬКОСТІ НИТОК, З урахуко видаляємим матеріалом, що створює зв'язуючу ванням їх діаметра, із різних жгутів та стрічок для нитку, тут вважається будь-яка речовина, яку можотримання необхідного вагового співвідношення на видалити без створення при цьому якогониток у вказаному гібридному волокні небудь залишка на гібридній нитці та без пошкодження створюючих и ниток Як приклад згаданого Як указано вище, гібридне волокно містить вулегко видаляємого матеріалу, з якого вироблено глецеві нитки або нитки із попередньої для отризв'язуючу нитку, можна навести розчинний полімання вуглецю речовини, яка при перетворенні у мер, зокрема, поліхлорвшіловий спирт (PVA) або вуглець складає як мінімум 15% (переважно 30%) такий полімер, що може бути остаточно видалевід ваги суміші ниток Зазначене волокне містить ним шляхом термічної обробки, наприклад, ПОЛІВІтакож вуглецеві нитки високої МІЦНОСТІ, наприклад, нілацетат або поліетилен Зв'язування надає гібвуглецеві нитки, отримані на основі поліакрилонітридній нитці необхідні для здійснення текстильних рила (PAN) або вуглецеві нитки, отримані на оснооперацій властивості, наприклад, створення ткаві анізотропної смоли Крім того, якщо мова йде нини Зв'язування проводять з використанням якопро використання винаходу для виготовлення гаго-небудь відомого засобу, наприклад, вироб льмових дисків, бажано, аби гібридне волокно "Parafil" германського об'єднання Spmdelfabnke складалося з вуглецевих ниток або ниток з перSuessen винної для отримання вуглецю речовини, яка після перетворення у вуглець, складала б як мінімум Плоска текстура 20 створюється, наприклад, в 15% (переважно 30%) вуглецевих ниток з низьким процесі ткання зв'язаної гібридної нитки 18 Момодулем, як, наприклад, нитки на фенольній осножуть також бути створені і ІНШІ текстури, зокрема, ві, нитки на целюлозній основі або нитки на основі текстури, що отримують методом плетіння або ізотропної смоли обплетки згаданої зв'язаної гібридної нитки, а таТут під вуглецевими нитками високої МІЦНОСТІ розуміються вуглецеві нитки, що мають межу МІЦНОСТІ при розтягуванні, рівну як мінімум 1500 мегапаскалям (переважно - 2000 мегапаскалям, ще краще 2500 мегапаскалям), модуль, рівний принаймні 150 пгапаскалям (переважно - 200 пгапаскалям, ще краще - 230 пгапаскалям) Під вуглецевими нитками з низьким модулем розуміються вуглецеві нитки з модулем Юнга, який не перевищує 100 мегапаскалей (переважно не перевищує 70 мегапаскалей) Можуть бути присутні ІНШІ, невуглецеві нитки, наприклад, керамічні нитки, до яких відносяться, зокрема, нитки, які складаються, наприклад, з карбіду кремнію, з карбіду алюмінію, карбіду двоокису кремнія, карбіду солі кремнієвої кислоти, алюмосилікатний карбід та ш Жгути або стрічки, які містять велику КІЛЬКІСТЬ ниток різної природи, наприклад, дві стрічки 10, 10', піддають регульованому процесу витягування та ламання, внаслідок чого вони перетворюються у стрічки 12, 12', які містять розрізані та паралельні одна одній нитки Регульований процес витягування та ламання жгута, який містить велику кількость кож такі текстури, ш отримують шляхом накладення та легкої прошивки кількох однонаправлених шарів, наприклад, двох чи трьох, при цьому напрямок ниток зміщується на деякий кут при переході від шара до шару Гаслу, отримання вказаної текстури згадану зв'язуючу нитку видаляють Тоді, коли мова йде про використання нитки із поліхлорвшілового спирту (PVA), видалення здійснюють шляхом промивання у воді, віджимута сушки У випадку, коли ця зв'язуюча нитка вироблена із полівшілацетату або поліетилену, її видалення здійснюють шляхом термічної обробки Кілька шарів текстури 20 накладають одна на одну та прошивають, внаслідок чого утворюється плита 22, товщина якої суттєво залежить від товщини гальмових дисків, які виготовляють Видалення зв'язуючої нитки дозволяє ниткам, що утворюють гібридне волокно, розповсюдитися у згаданій текстурі та забезпечити можливість здійснення її безпосередньої прошивки Прошивка здійснюється у порядку накладення шарів текстури Кожний новий шар таким чином зшивається з ниж 58491 14 13 HIM шаром при підтримуванні постійної глибини паскалей і межу МІЦНОСТІ на розтягування, що допрошивки Після накладення та прошивки останрівнює приблизно 700 мегапаскалей Приблизно нього шару можуть бути здійснені кілька завершувизначаючи значення 150 пгапаскалей та 1500 ючих проходів голками, як це описано в документі мегапаскалей як межі між низьким та високим моFR-A-2 584 106 дулями і між низькою та високою межею МІЦНОСТІ СЛІД ВІДМІТИТИ, що нитки, у яких як первинна речоІз прошитої плити 22 вирізують кільцеподібні вина використовується поліакрилнітрил, являють основи 24, розміри яких відповідають гальмовим собою нитки з високим модулем та високою медискам, які виготовляють Ущільнення згаданих жею МІЦНОСТІ При цьому нитки із первинної речооснов 24 здійснюється добре відомим способом, вини на фенольній основі являють собою нитки з коли у спеціальній печі ХІМІЧНИМ ШЛЯХОМ матриця з низьким модулем та низькою межею МІЦНОСТІ піролітичного вуглецю у парообразному стані просочується у ці основи Гібридне волокно, отримане внаслідок контролюємих процесів витягування та ламання із вищеУщільнені основи 26 далі підлягають обробці з згаданих жгутів та ретельного змішування ниток, метою отримання гальмових дисків з вирівняними зв'язується з використанням звязуючої нитки з поверхнями тертя, при цьому внутрішні та ЗОВНІШНІ поліхлорвшілового спирту (PVA) за номером краї мають вирізи для забезпечення зв'язку ротор45dtex них 28 або статорних ЗО дисків і якого-небудь колеса абоякого-небудь колеса, що веде Далі здійснюється виготовлення текстури з глянцевим покриттям шляхом ткання зв'язаного Як згадувалося вище, гібридне волокно може гібридного волокна Після видалення зв'язуючої бути виготовлено з вуглецеві або керамічних нинитки шляхом промивання впродовж 10 хвилин у ток, а також з ниток Із первинної для отримання воді з температурою 80°С, віджиму та сушіння, вуглецю або кераміки речовини В останньому шари текстури накладаються одна на одну та випадку це можуть бути нитки, отримані безпосепрошиваються Із отриманих таким чином плит редньо з первинної речовини в її первинному стані вирізуються кільцеподібні основи, які потім ущільабо з первинної речовими у проміжному стані між нюються матрицею із піролітичного вуглецю, яка первинним виглядом згаданої речовини та вуглеХІМІЧНИМ шляхом просочується в зазначену основу цем або керамікою Такий проміжний стан може у пароборазному стані бути станом, коли первинна речовина знаходиться у стані окислення або полікарбонізацм (ВІДПОВІДНО Отримані таким чином два гальмові диски пісполікерамізації) Перетворення первинної речовиля кінцевої обробки проходять іспити на стенді, ни у вуглець або в кераміку здійснюється шляхом підлягаючи тертю один об одний і моделюючи ВІДтермічної обробки Така обробка здійснюється ПОВІДНО після отримання прошитої основи, наприклад, до 5 циклів гальмування, які відповідають умовам або після вирізування із прошитої плити 22 Під руху по землі у "холодному" режимі для літаків час термічної обробки після вирізування основ типу "Airbus A3OO", згаданих вище дисків необхідно враховувати, що 1 цикл приземлення у нормальному режимі, процес перетворення первинної речовини супро5 циклів гальмування, як відповідають умовам воджується усадкою Аби уникнути явища нерівруху по землі у "гарячому" режимі, номірної усадки у випадку, коли нитки гібридного 1 цикл гальмування в екстрений ситуації волокна знаходяться у первинному стані, необхідЗнос дисків при цьому визначається шляхом но виконати умову, коли всі нитки, що створюють виміру зменшення їх товщини та ваги, крім того волокно, мають один і той самий попередній стан вимірюють коефіцієнт тертя під час гальмування в (або який-небудь інший) екстреній ситуації (супроводжується вивільненням великої КІЛЬКОСТІ енергії - близько 25 000 кілоджоПриклад 1 улей на кілограм) Визначається також рівномірВІДПОВІДНО ДО способу виробництва, який опиність коефіцієнту тертя для режимів, пов'язаних з сано з посилкою на Фіг 1, виготовлення гальмових вивільненням середньої КІЛЬКОСТІ енергії (близько дисків з композиційного матеріалу С-С здійснюєть100-200 кілоджоулей на кілограм) ся наступним чином Виробляється гібридне волокно, 75% ваги якоПісля зазначених прикладів наводиться табго складають вуглецеві нитки (при цьому як перлиця, де для кожного з цих прикладів наводяться винна речовина використовується поліакрилнітзначення, що відображують ЯКІСНІ характеристики рил) Зазначені нитки відбираються із жгута, який у порівнянні з еталонними значеннями Ці еталонні містить 12 000 ниток (12К) Цей жгут виготовляєтьзначення отримують внаслідок аналогічних ІСПИТІВ ся компанією Тепах І перебуває на ринку під торпна стенді 2 гальмових дисків, виготовлених ВІДПОвельною маркою "Тепах НТА 5411" 25% ваги заВІДНО до прикладу 1 з тією різницею, що волокно із значеного вище гібридного волокна складають вуглецевих ниток, що використовується при цьому, вуглецеві нитки з первинної речовини на фенольне є гібридним, а отримане тільки з ниток з перній основі, які відбираються із жгута, що містить винної для отримання вуглецю речовини на полі2000 ниток (2К), Цей жгут виробляється компанією акрилнітриловій основі (без ретельного змішуванKynof Вуглецеві нитки, у яких як первинна речовиня), при цьому прошиті кільцеподібні основи до їх на використовується поліакрилнітрил, мають моущільнення підлягають термічній обробці при темдуль Юнга, який складає близько 230 пгапаскалей пературі 1600°С і межу МІЦНОСТІ на розтягування, що дорівнює приПриклад 2 близно 2000 мегапаскалей При цьому вуглецеві Здійснюються ВСІ операції, як наведено у Принитки з первинкою речовиною на фенольній основі кладі 1, за виключенням того, що кільцеподібні мають модуль Юнга, який складає близьке 60 пгаоснови гальмових дисків до їх ущільнення підля 58491 16 15 гають вакуумній термічній обробці при температурі як це наведено у Прикладі 4 1600°С протягом ЗО хвилин Приклад 8 Зазначена термічна обробка проводиться з Здійснюються ВСІ операції, як наведено у Приметою досягнення стабілізуючого впливу на вугкладі 7, але температура термічної обробки сягає лецеві нитки з окисленого поліакрилнітрилу (PAN), 2200°С внаслідок чого досягається вивільнення присутПриклад 9 нього азоту і, як слідство, забезпечується стабіліЗдійснюються ВСІ операції, як наведено у Призація зазначених основ як з хімічної точки зору, так клад 1, але при цьому використовується гібридне і з точки зору їх геометричних розмірів волокно, 85% ваги якого складають нитки з первинної для отримання вуглецю речовини на основі Приклад З поліакрилнітрилу (PAN), які відбирають із жгута Здійснюються ВСІ операції, як наведено у При12Ктипу "Тепах НТА 5411" Інші 15% від ваги вокладі 1, але в цьому випадку використовується локна складають нитки, які складаються виключно гібридне волокно, яке містить 50% від його ваги із карбіду кремнію 12% від ваги цих ниток із карбівуглецевих ниток з поліакрилнітрилу (PAN), які ду кремнію складає кисень, при цьому їх діаметр відбирають з жгута 12К типу Тепах НТА 5411 Інші складає 8 мікрон (отже, вони можуть використову50% вуглецевих ниток є нитки із анізотропної смоватися для прошивки) Ці НИТКИ ВИГОТОВЛЯЮТЬСЯ ли, які відбирають Із волокнуватого жгута японсьяпонською компанією UBB І є присутні на ринку під кої компанії Nippon Oil, який є присутній на ринку торпвельною маркою "Tyranno Lox M" під торпвельною маркою "XNC 15" Вуглецеві нитки з анізотропної смоли мають діаметр 10 мікрон, Приклад 10 модуль Юнга - 160 пгапаскалей та межу МІЦНОСТІ Здійснюються ВСІ операції, як наведено у Прина розтягування 2000 мегапаскалей кладі 9, але при цьому нитки "Tyranno Lox M" замінюються нитками з карбіду кремнію з остаточним Згаданий діаметр цих ниток із смоли вибрано вмістом кисню 0,4% від ваги ниток Останні виготаким чином, що ці нитки не зачіплюються голкатовляються японською компанією Nippon Carbon ми, коли йде прошивка, а ламаються ними Таким та є присутні на ринку під торпвельною маркою чином, переважно вивільнюють нитки з первинної "Ntcalon" Згадані нитки мають діаметр 14 мікрон і, для отримання вуглецю речовини на основі поліотже, практично непридатні для прошивки акрилнітрилу (PAN) Приклад 4 Приклад 11 Здійснюються ВСІ операції, як наведено у ПриЗдійснюються ВСІ операції, як наведено у Прикладі 3, але в цьому випадку кільцеподібні основи кладі 10, але при цьому кільцеподібні основи гагальмових дисків до їх ущільнення підлягають тельмових дисків до їх ущільнення на протязі ЗО рмічній обробці у вакуумі при температурі 1600°С хвилин термічне обробляють у вакуумі при темпепротягом 10 хвилин Така обробка маємету стабіратурі 1600°С Така обробка має стабілізуючий лізуючого впливу на нитки з первинної для отривплив на вуглецеві нитки та нитки із карбіду креммання вуглецю речовини на основі поліакрилнітнію, при цьому низький рівень кисню у цих нитях рилу (PAN), а також збільшення модуля та дозволяє здійснювати стабілізацію підвищення МІЦНОСТІ ниток з первинної для отриПриклад 12 мання вуглецю речовини на основі анізотропної Здійснюються ВСІ операції, як наведено у Присмоли кладі 1, але при цьому використовується гібридне волокно, 50% ваги якого складають нитки з перПриклад 5 винної для отримання вуглецю речовини на основі Здійснюються ВСІ операції, як наведено у Прианізотропної смоли, як наведене у Прикладі 6, а кладі 4, але в цьому випадку температура термічІНШІ 50% складають нитки з первинної для отриної обробки сягає 2200°С, що дозволяє ще підвимання вуглецю речовини на фенольній основі, як щити модуль ниток з первинної для отримання наведено у Прикладі 1 вуглецю речовини на основі смоли Приклад 6 Приклад 13 Здійснюються ВСІ операції, як наведено у ПриЗдійснюються ВСІ операції, як наведено у Прикладі 3, але в цьому випадку використовуються кладі 12, але при цьому кільцеподібні основи ганитки з первинної для отримання вуглецю речовильмових дисків до їх ущільнення на протязі ЗО ни на основі анізотропної смоли діаметром 7 мікхвилин термічне обробляють у вакуумі при темперон, які відбирають з волокнистого жгута 2К, що ратурі 1600°С Така обробка, зокрема, дозволяє виготовляється компанією Nippon Steel та є присузбільшити модуль, а також підвищити МІЦНІСТЬ НИтнім на ринку під торпвельною маркою "NUP 9 ТОК з первинної для отримання вуглецю речовини Eskamos" Зазначені нитки мають модуль Юнга на основі анізотропної смоли 160 пгапаскалей та межу МІЦНОСТІ на розтягування Приклад 14 2500 мегапаскалей Здійснюються ВСІ операції, як наведено у Прикладі 13, але при цьому температура термічної Зазначений діаметр ниток з первинної для обробки сягає 2200°С, що дозволяє ще збільшити отримання вуглецю речовини на основі смоли замодуль ниток з первинної для отримання вуглецю безпечує можливість їх вивільнення в процесі речовини на основі анізотропної смоли прошивки Приклад 7 Приклад 15 Здійснюються ВСІ операції, як наведено у ПриЗдійснюються ВСІ операції, як наведено у Прикладі 6, але в цьому випадку кільцеподібні основи кладі 3, але при цьому нитки з первинної для гальмових дисків до їх ущільнення підлягають теотримання вуглецю речовини на основі анізотропрмічній обробці у вакуумі при температурі 1600°С ної смоли замінюються на нитки з первинної для 17 58491 18 отримання вуглецю речовини на целюлозній осномегапаскалей і модуль Юнга 60 пгапаскалей ві, що мають межу МІЦНОСТІ на розтягування 800 Таблиця Приклад 1 Знос ++ Коефіцієнт тертя в режимі виділення великої КІЛЬКО- = СТІ енергії Рівномірність коефіцієнту тертя в режимі виділення + 2 ++ 3 + 4 ++ 5 + 6 + 7 ++ 8 + 9 ++ ++ + + = + + = ++ = = = = = = = + 10 ++ 12 +++ +++ ++ 11 + 13 14 ++ + 15 + + + ++ ++ + = = +++ середньої КІЛЬКОСТІ енергії У наведеній вище таблиці У графі, що стосується зносу символ = позначає знос, приблизно ВІДПОВІДНИЙ ± 10% у порівнянні з еталонними показниками, символ + позначає зменшення зносу з 10 до 20%, символ ++ позначає зменшення зносу з 20 до 30%, символ +++ позначає зменшення зносу більш, як на 30% У графі, що стосується коефіцієнту тертя, символ - позначає зменшення у межах 5-10% у порівнянні з еталонними показниками, символ = позначає величину, що дорівнює приблизно 5%, символ + позначає збільшення у межах 5-10%, символ ++ позначає збільшення у межах 1015%, символ +++ позначає збільшення у межах більш, як 15% У раніше наведених прикладах для виробництва плоскої волокнистої структури, яка використовується для виготовлення зазначених основ, застосовується одне і те саме гібридне волокно У будь-якому випадку можуть використовуватися різні типи гібридного волокна Наприклад, у текстурі перший тип гібридних ниток може використовуватися як повздовжні нитки основи, а другий тип - як поперечні нитки, або у накладених один на один однонаправлених шарах перший тип гібридних ниток використовується для одного шару, а другий - для іншого шару Можливий випадок, коли у текстурі або в однонаправлених шарах в одному і тому ж напрямку використовується гібридне волокно, а в іншому - непбридне Використання у плоскій волокнистій текстурі різних волокон, орієнтованих у двох напрямках, дозволяє відбирати нитки, які можуть бути зачіплені у процесі прошиви за рахунок ВІДПОВІДНОГО орієнтування голок Таким чином, як це наведено схематично на Фігурі 2, голка з кінцем у вигляді виделки 32, у якої площина самої виделки 32а розташовується паралельно поперечним волокнам 18а текстури 20, практично не зачіплюючи уточні волокна, вивільнює виключно повздовжні волокна основи 18в Якщо існує необхідність того, аби нитки, що вивільнюються у процесі прошивки мали які-небудь особливі якості, наприклад, низький модуль (необхідність цього була зазначена вище для гальмових дисків), ТО у цьому випадку достатньо використовувати волокно основи 18в, що має відносно більшу КІЛЬКІСТЬ ниток невеликого діаметру Можна навіть досягти того, аби здійснювалося зачіплення ТІЛЬКИ ЦИХ НИТОК, ЯКЩО ІНШІ НИТКИ ПОВЗДОВЖНІХ ВОЛОКОН основи мають достатньо великий діаметр і їх не можна використовувати для прошивки Подібний результат може бути досягнутий у випадку використання голки, що має кінець із зазублинами, якщо розташувати зазначені зазублини у тій самій площині, як це зазначено вище 19 58491 20 Зв'я^увувдщш 32 32а ~ШІМ Фїг.2 Комп'ютерна верстка С Волобуева Підписано до друку 05 09 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна