[发明专利]一种碳刹车盘预制体及其制备方法

说明书

本发明提出一种碳刹车盘预制体及其制备方法，该预制体包括芯层组件及表层组件，表层组件设有一对，并分别接合于芯层组件两侧，其中，芯层组件的密度大于表层组件的密度，芯层组件的厚度小于表层组件的厚度，芯层组件与表层组件之间通过针刺复合；该碳刹车盘预制体的芯层组件采用长纤维层与短纤维层针刺复合形成，具有一定的力学强度及抗扭转能力，且芯层长纤维层密度高，中间沉积速率要高于两侧，更容易致密，而表层组件采用短纤维层针刺复合形成，其水平方向纤维损伤小，分散效果好，基本为单丝纤维相互搭接，形成均匀分布的孔隙，气体扩散速率大于沉积速率，可有效缓解沉积过程中碳刹车盘表面结壳的现象，有利于增密，使整体结构比较均匀。

技术领域

本发明涉及碳纤维制品，尤其涉及一种碳刹车盘预制体及其制备方法。

背景技术

碳刹车盘是采用碳纤维复合材料制作的刹车盘，其耐磨性能优异，使用寿命长。常用的碳刹车盘预制体一般采用以下结构：

1.碳布叠层预制体，这种预制体存在成本昂贵，质量一致性不好，在实际使用过程中容易出现剥层脱落现象，磨损量大，使用寿命短等问题；

2.短纤维模压预制体，这种预制体中纤维呈不连续分布，并随机取向，其最大的缺点是力学性能偏低；

3.连续纤维为主的针刺毡预制体，通常为碳布针刺毡预制体或无纬布针刺毡预制体，成型工艺基本为碳布-网胎为单元层铺层到一定厚度进行逐层针刺复合，相较于其他两种刹车盘预制体结构，其各向同性有所改善，Z向纤维使垂直方向导热及层间剪切强度得到提高，但在沉积过程中容易产生瓶颈效应，后期致密化慢，需经过反复热处理和加工来消除这种缺陷，导致制备周期长、成本高，所制备碳刹车盘的摩擦性能磨损性能不稳定。

碳/碳刹车盘预制体厚度为30～50mm，通常使用针刺毡结构的碳/碳复合材料，在沉积过程中，表面易结壳，必须通过多次热处理及机械加工消除结壳，直至最终致密化。同时针刺毡结构的碳/碳复合材料的开气孔率呈两侧低、中间高分布特征，容易产生瓶颈效应。

因此，有必要对这种碳刹车盘预制体及其制备方法进行结构优化，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳刹车盘预制体及其制备方法，解决碳刹车盘材料制备周期长、成本高和摩擦性能不稳定的问题。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种碳刹车盘预制体，包括芯层组件及表层组件，表层组件设有一对，并分别接合于芯层组件两侧，其中：

芯层组件的密度大于表层组件的密度；

芯层组件的厚度小于表层组件的厚度；

芯层组件与表层组件之间通过针刺复合。

进一步，芯层组件采用长纤维层与短纤维层针刺复合形成；

表层组件采用短纤维层针刺复合形成。

进一步，长纤维层采用长纤维经纬布或长纤维无维布制作；

短纤维层采用短纤维网胎制作。

进一步，芯层组件的密度为0.55～0.65g/cm³，表层组件的密度为0.2～0.3g/cm³；

芯层组件的厚度为8～10mm，表层组件的厚度为12～14mm；

针刺复合过程中垂直渗透6％～10％的Z向纤维。

上述刹车盘预制体的制备方法，包括：

制备芯层组件：准备复数层长纤维层及短纤维层，复数层长纤维层及短纤维层间隔叠层并通过针刺复合，形成芯层组件；