RU2194057C2

RU2194057C2 - Method of manufacturing frictional product

Info

Publication number: RU2194057C2
Application number: RU2001103779/04A
Authority: RU
Inventors: А.В. Алифанов; А.В. Демин; В.И. Костиков; В.В. Кулаков; Б.С. Окулов; Ю.Г. Сверчков; В.Б. Тюх
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Термар"
Priority date: 2001-02-12
Filing date: 2001-02-12
Publication date: 2002-12-10

Abstract

FIELD: frictional materials. SUBSTANCE: invention relates to means for manufacturing abrasive- and friction- destination products. Method of manufacturing frictional product is distinguished by that, when forming blank from mixture of stapled carbon fiber and pitch powder, filaments are precipitated on filter element and their orientation is changed by velocity of compressed gas stream and by creating negative pressure gradient on filter element. EFFECT: increased reliability of frictional product manufactured according to simplified technology. 1 dwg

Description

Изобретение относится к химии и металлургии, к средствам изготовления изделий абразивного и фрикционного назначения. The invention relates to chemistry and metallurgy, to means for the manufacture of abrasive and friction products.

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.). Known methods for manufacturing a friction product by mixing the fiber with a binder polymer material, forming the workpiece of the product from the mixture by volume compaction of the mixture and molding the product by pressing the workpiece with chemical-thermal action in the mode of polymerization of the binder material (see, for example, SU 1114340, C 08 J 5/14, 1984).

Недостатком известных способов изготовления является образование фрикционной поверхности с нестабильным коэффициентом трения при тепловом воздействии в режиме эксплуатации. A disadvantage of the known manufacturing methods is the formation of a friction surface with an unstable coefficient of friction during thermal exposure during operation.

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.). A more perfect and closest analogue of the claimed is a method of manufacturing a friction product, comprising mechanically mixing a stapled carbon fiber with a pitch powder by a turbulent flow of the carrier agent, subsequent deposition of the mixture on the filter element by the action of the flow of the transporting agent with the formation of a press bag having a structure with the orientation of the placement of fiber filaments over the entire volume in at least two mutually perpendicular planes, forming the workpiece I by means of volumetric compaction of the press bag at a temperature below the softening temperature of the pitch, molding the product by pressing the blank with simultaneous pressure and heat at a temperature higher than the softening temperature of the pitch and stabilizing and hardening the heat treatment of the product (RU 2002763, 08 J 5/14, 1993 .).

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. However, this method is inefficient, because the formation of a structure with a different orientation of the fibers requires the use of fabric from the corresponding fiber, which significantly complicates the manufacturing technology and reduces the reliability of the product due to structural disruption in the intermediate phases.

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. The technical result achieved by the claimed method is to simplify the technology and manufacturing time, as well as increase the reliability of the friction product, which is especially important for friction units with high dynamic loads.

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. The specified technical result is achieved by a method of manufacturing a friction product, including mechanical mixing of a stapled carbon fiber with a pitch powder by a turbulent flow of the carrier agent, subsequent deposition of the mixture on the filtering element by the action of the flow of the transporting agent with the formation of a press bag having a structure with the orientation of the placement of fiber filaments throughout the volume in at least two mutually perpendicular planes, molding the workpiece by volume compression of the press bag at a temperature below the softening temperature of the pitch, molding the product by pressing the blank with simultaneous pressure and heat at a temperature higher than the softening temperature of the pitch and stabilizing the heat treatment of the product due to the fact that compressed gas is used as the transporting agent, with the orientation of the placement the fibers are changed by changing the flow rate of the compressed gas and creating a negative gradient of the pressure drop across the filter element.

Реализация заявляемого способа поясняется на примере работы установки, схема которой представлена на чертеже. The implementation of the proposed method is illustrated by the example of the installation, a diagram of which is presented in the drawing.

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). Stamped onto segments of the required length carbon fiber (for example, graphitized polyacrylonitrile fiber, TU48-20-23-83) in the required quantity for the manufacture of one friction product is loaded into the fiber dispenser 1. At the same time, pitch powder is loaded into the hopper 2 of the feeder (for example, coal tar pitch according to GOST 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. In the process of the installation, the fiber from the dispenser 1 with the help of compressed gas (for example, air) is issued uniformly in time and flow through a pipe 3 enters the mixing chamber 4. In the mixing chamber 4 by turbulent flow, the fiber is separated into individual filaments and the fiber is mixed with pitch powder entering the chamber 4 from the hopper 2. The resulting mixture is deposited by the action of a compressed gas stream on a filter element (not shown) in the molding chamber 5. Controlled change in the flow rate compressed gas changes the speed of fiber filament soaring and, as a result, the orientation of the location of the fiber filaments at the time of deposition. At the same time, a negative pressure gradient is created on the filter element by means of a suction fan 6, which facilitates the penetration (introduction) of fiber filaments into the bulk structure formed by fiber filaments with pitch powder that have already settled on the filter element.

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. As a result of the described process, a press bag is formed on the filter element having a structure saturated with pitch powder and with the orientation of the placement of fiber filaments throughout the volume in at least two mutually perpendicular planes.

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. At the end of the formation of the press bag, the workpiece is molded by volumetric compaction of the press bag to a predetermined strain at a temperature below the softening of the pitch, at which counter-introduction into the workpiece array occurs above and below the filaments oriented mainly in the vertical direction. Thus obtained preform has the strength necessary for subsequent transformation without disturbing the structure and grinding of fiber filaments.

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).To obtain a friction product, the workpiece is heated to a temperature above the softening temperature of the pitch (160 ... 200 ^o C), pressed to the specified size with a holding time of 5 minutes per 1 mm of the product thickness, and to stabilize the structure and give it the properties of a solid body with the necessary friction parameters are subjected to stabilizing heat treatment (for example, in the mode of carbonization and graphitization).

Claims

A method of manufacturing a friction product, comprising mechanically mixing a stapled carbon fiber transport agent with a pitch powder by a turbulent flow of the pitch, subsequent deposition of the mixture on the filter element by the action of the transporting agent flow to form a press bag having a structure with the orientation of the placement of fiber filaments throughout the volume in at least two mutually perpendicular planes, forming the product blank by volumetric compaction of the press bag at a temperature of the same softening temperature of the pitch, molding the product by pressing the workpiece with simultaneous pressure and heat at a temperature higher than the softening temperature of the pitch and stabilizing heat treatment of the product, characterized in that compressed gas is used as a transporting agent, while the orientation of the fiber is changed by changing the flow velocity of the compressed gas and creating a negative gradient of the pressure drop across the filter element.