JPS5830245B2 - 炭素摩擦材の製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭素質組成物、さらに特定すれば炭素摩擦材の
製法に関する。

本発明は、たとえば航空機用ブレーキの製造にもつとも
有利に使用することができる。

周知のごとく炭素摩擦材の製法は、炭素布帛層を重ねて
補強材とし、結合剤を含浸させ、熱処理して素材とし、
これを機械加工して所望の形状とし、これにピロカーボ
ンを飽和させて黒鉛化温度で熱処理する工程からなる。

上記製法において補強材を形成するには、たとえば炭素
布帛層を重ね、ついで有機結合剤を含浸させる（米国特
許第３７９４５０９号）。

得られた素材は、厚みの不均一な有機結合剤層をはさん
だ布帛層からなる。

繊維が相互に接触する点には薄い樹脂層がはさまれ、繊
維相互間の空隙には大量の樹脂が充填される。

その結果焼成時に素材が不均一に収縮して、粗い孔、割
れ目および上皮の剥れが生じ、時には製品が層状に割れ
ることもある。

さらに、結合剤の物理的および化学的の性質は繊維相互
の接触点および繊維間の空隙において、不均一である。

たとえば結合剤の強さは繊維相互の接触点では最大であ
るが、繊維間の空隙においては最小である。

このため上記製法によって得られた炭素摩擦材は割れ目
、上皮の剥れなどの内部欠陥が多くて構造が不均一であ
る。

この構造の不均性は摩擦性能の安定性に極めて悪い影響
を与える。

有機結合剤にもとづくこの欠点を解消する試みとして、
気相物質を熱分解することによって結合剤を沈着させる
摩擦材の製法が提案された（英国特許第１４６９７５４
号参照）。

しかしこの製法によって得られた炭素材料は補強力が小
さい。

すなわち布帛積層体の最初の密度が極めて小さいので、
この材料に含まれる繊維の体積対この材料の全体積の比
は２０〜４０％より小さい。

そしてこの材料は補強されたピロカーボン層と補強され
ないピロカーボン層とが交互に重なる。

これらの補強層と非補強層とは摩擦性能および熱的性能
を異にするので、この材料からなる摩擦材は摩擦性能が
変化し、安定性が減少して破損することがある。

周知のごとく、配向しないばらばらの炭素繊維を使用す
る公知の製法によって得られた組成物は摩擦性能がもつ
とも均一である。

この製法によって得られた材料の摩擦性能は十分に安定
であるが。

得られた摩擦材の欠点は、静的および動的の荷重が太き
いときに割れに対する抵抗力が小さいことである。

本発明の目的は得られた炭素摩擦材の動作中の摩擦性能
を改良し、かつ層状に割れることを防止するように補強
材を形成する炭素摩擦材の製法を提供することである。

本発明の上記目的は、補強材を形成し、この補強材に結
合剤を含浸させ、熱処理して素材とし、この素材を機械
加工して所望の形状とし、引き続いてピロカーボンを飽
和させかつ黒鉛化温度で熱処理する、炭素摩擦材の製法
であって、炭素繊維布帛層とばらばらの黒鉛化された単
繊維からなる層とを交互に重ね、前記布帛層に前記単繊
維が部分的に侵入するように配向させて一体化すること
によって前記補強材を形成することを特徴とする、炭素
摩擦材の製法によって達成することができる。

上記炭素摩擦材の製法によって、材料中に比較的厚い非
補強結合剤が存在することにもとづく材料中の層対層の
不均一性を解消して、製品の摩擦性能の安定性を改良す
ることができる。

本発明の製法において、黒鉛化された単繊維は結合剤層
中に一体化し、この繊維が、繊維布帛層に侵入するよう
に配向させて補強材を形成する。

このようにばらばらの黒鉛化された単繊維を結合剤層中
に一体化することによって、繊維間の空隙が引き続いて
形成されることを減少させ、従って焼成中に粗い孔、上
皮の剥れ、および層状の割れが素材に生ずることを防止
できる。

繊維布帛層中にばらばらの炭素繊維が部分的に侵入する
ことによっても、動作中に製品が層状に割れることを防
止する。

また気相熱分解によって結合剤を沈着させて本発明の製
法を行なえば、仕上り製品中にピロカーボンの厚い層が
できることを解消し、これによって製品の摩擦性能の安
定性を改良することができる。

本発明の製法の他の利点としては、弾性率の異なる２種
の補強材を協働する部材の摩擦面として使用して、動作
に関与させることができる。

これによって弾性率の大きい成分が弾性率の小さい部材
により深く侵入するので摩擦係数を大きくすることがで
きる。

炭素組成物の摩擦係数は、摩擦面に対する繊維の配向程
度に大いに依存する。

摩擦面に対して直角に配向するときは、一般に摩擦係数
が最大である。

本発明の製法によって繊維を侵入させると、繊維は摩擦
面に対して部分的に直角に配向するので、これによって
も静止摩擦係数を含む摩擦係数を増加させることができ
る。

さらに重要なことには、この製法によって摩擦係数を改
良した摩擦材は、このために実際に摩耗を増加しない。

繊維層を重ねて補強材を形成するには、ばらばらの単繊
維を含む水性懸濁液を各炭素繊維布帛層に順次強制的に
通すことによって行なうことが好ましい。

この方法によってはらはらの単繊維を部分的に配向させ
て、各炭素繊維布帛層に侵入させることができる。

また補強材は、ばらばらの単繊維を含む空気流を各炭素
繊維布帛層に順次強制的に通すことによって重ねて形成
するときは、乾燥工程を省略するので、補強材の形成に
要する時間を著しく短縮することができる。

本発明の製法によって製造した製品の主要な特徴はいず
れも摩擦性能が優れていることである。

本発明の製法によって製造した航空機用ブレーキ部材の
摩耗係数の安定性は、エンジンの静止条件においてさえ
、正常の着陸時における摩擦係数の約９０％である。

正常の着陸時における摩擦係数の代表的な値は、レーヨ
ン布帛とばらばらのポリアクリロニトリル単繊維とから
製造した部材では０．３８〜０．４０であり、ポリアク
リロニトリル繊維布帛とばらばらのポリアクリロニトリ
ル単繊維とから製造した部材ではこの値がやや低くて０
．０３〜０．３５である。

本発明のその他の目的および利点は次の実施例から明か
になるであろう。

実施例 １ 摩擦材は８枚おさサテンレーヨン布帛とピッチ結合剤と
を使用して製造した。

補強材は黒鉛化されたレーヨン布帛層とばらばらの黒鉛
化された単繊維層とを交互に重ねて製造した。

長さ０．１〜５ｍｍのばらばらの単繊維は、黒鉛化され
たポリアクリロニトリル糸を、プロペラ攪拌機によって
強力に攪拌して細断し、ヌツツエ沖過器で吸引して得た
。

次に単繊維を含む水性懸濁液を真空ポンプによって、布
帛層に強制的に通して重ねた。

素材の組成は重量比で、炭素布帛１５、ばらばらの黒鉛
化された単繊維２５、軟化点６５℃の石炭ピッチ残部で
あり、次に圧縮成形し加熱処理した。

これを平均温度上昇率２０℃／ｈで加熱し、１２００℃
で焼成し、再びピッチを含漬させて焼成した。

得られた素材を機械加工し、９５０〜９８０℃においＴ
９０時間ピロカーボンを飽和させ、２０００℃で■焼し
て密度が１．６５１？／ｃｒ？１の摩擦材とした。

得られた炭素摩擦材は航空機車輪用として使用すること
ができる。

実施例 ２ 炭素化されたポリアクリロニＩ−ＩＪル繊維をブレーキ
ディスクにおいて応力が最大となる方向に配向するよう
に、たとえば放射方向に絡み合うように螺旋状に巻いた
。

補強材の製造は、ポリアクリロニトリル糸からなる布帛
層と黒鉛化された単繊維層とを交互に重ねて一体化した
。

ここで使用したばらばらの黒鉛化された単繊維は実施例
１記載のごとくに製造し、重量が一定になるまで乾燥し
た。

一体化するには、乾式法すなわち、ばらばらの単繊維を
含む空気流を高圧ポンプによって強制的に炭素繊維布帛
層に通した。

得られた積層体をクランプに固定し、ピロカーボンを飽
和させて密度１．６ｉｉｉ’／ｃｒｌＩとした。

この素材を２０００℃に熱処理し、機械加工して表面層
を除去し、次に再びピロカーボンを飽和させて密度Ｌ７
？／−とした。

この熱処理と、ピロカーボン密実化と、表面層の除去と
を反復してディスクの密度を１．７５〜１．８０？／−
まで高めた。

この方法によって得られた摩擦材は航空機車輪用の重荷
重摩擦ディスクとしてもっとも好ましく使用することが
できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 補強材を形成し、この補強材に結合剤を含浸させ、
   熱処理して素材とし、この素材を機械加工して所望の形
   状とし、引き続いてピロカーボンを飽和させかつ黒鉛化
   温度で熱処理する。 炭素摩擦材の製法において、炭素繊維布帛層とばらばら
   の黒鉛化された単繊維からなる層とを交互に重ね、前記
   布帛層に前記単繊維が部分的に侵入するように配向させ
   て一体化することによって前記補強材を形成することを
   特徴とする、炭素摩擦材の製法。 ２ 前記ばらばらの単繊維を含む水性懸濁液をそれぞれ
   の前記炭素繊維布帛層に順次強制的に通すことによって
   一体化する、特許請求の範囲第１項記載の炭素摩擦材の
   製法。 ３ 前記ばらばらの単繊維を含む空気流をそれぞれの前
   記炭素繊維布帛層に順次強制的に通すことによって一体
   化する、特許請求の範囲第１項記載の炭素摩擦材の製法
   。