JPH04234476A - 炭素繊維強化炭素質摩擦ディスクの製造方法 - Google Patents

炭素繊維強化炭素質摩擦ディスクの製造方法

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JPH04234476A
JPH04234476A JP2409451A JP40945190A JPH04234476A JP H04234476 A JPH04234476 A JP H04234476A JP 2409451 A JP2409451 A JP 2409451A JP 40945190 A JP40945190 A JP 40945190A JP H04234476 A JPH04234476 A JP H04234476A
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JP
Japan
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fiber
carbon
reinforced
carbon fiber
carbonaceous
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Withdrawn
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JP2409451A
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English (en)
Inventor
Mitsuo Saga
嵯 峨 三 男
Masaru Sato
佐 藤  勝
Tsuneo Kaneshiro
金 城 庸 夫
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭素繊維強化炭素質摩
擦ディスクの製造方法に関し、航空機、鉄道車両、自動
車等の、特に、軽量、かつ高速下で高い機械的強度及び
良好な制動特性が要求される炭素質摩擦材料の製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】炭素繊維強化炭素材料(以下C/Cコン
ポジットと記す)は熱硬化性もしくは熱可塑性樹脂等の
炭素質マトリクスを炭素繊維で補強した複合材料である
。C/Cコンポジットは従来の炭素材料に比して耐熱性
、機械的強度特性、摩擦及び制動特性等に優れることか
ら、とくに、航空機、鉄道車両及び自動車等の制動部材
として実用化が急がれる材料である。
【0003】製造に際しては、一般に炭素繊維のトウ、
クロス、フェルト等の強化構造物とフェノール樹脂、フ
ラン樹脂等の熱硬化性樹脂またはピッチ類のバインダー
を用い、加圧成形、プレス成形等で得られた成形体を不
活性雰囲気中で焼成した後、前記樹脂またはピッチ類を
用いて含浸、焼成を繰返すかまたは1000℃以上の高
温下で炭化水素を導入し、分解生成する炭素を繊維表面
に沈着させる(以下CVD法と記す)等の緻密化を経て
C/Cコンポジットを得る方法が知られている。
【0004】その中で、摩擦材料として摺動面の耐剪断
性を強化する方法では、炭素繊維の織布、不織布または
それらの積層物にニードルパンチを施して繊維層間を交
絡させることを特徴とする方法及び炭素繊維の織布と不
織布を交互に積層することによって不織布を構成する短
繊維の起毛が繊維層間を交絡させ、耐剪断性の強化に寄
与する方法が、それぞれ特開昭61−2930 、特開
昭61−2929 に開示されている。また、特開昭6
1−27325では、炭素繊維織布を切断した小片の積
層物にフェノール樹脂を含浸後、常法により成形、焼成
して得たC/CコンポジットにCVD処理を施すか、ま
たは予めCVD処理を施した前記織布の小片もしくはそ
の積層物にフェノール樹脂を含浸後、常法により成形、
焼成してC/Cコンポジットを得る。即ち、織布の小片
を用いCVD法と組合せることによって耐剪断性及び対
酸化性を向上させる方法が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】C/Cコンポジットの
強化材に束、織布、不織布等の構造物を用いることによ
って摩擦材料の摺動面に平行な1方向及び2方向は強化
されるが、摺動面に垂直な方向は強化されず、特に剪断
強度が極めて低いというように、強度特性に異方性を有
することが欠点である。しかし、前記したような方法、
即ち短繊維の集合体であるフェルト、マット等の不織布
では繊維間の絡みを強くするために、繊維長を大きくす
ると繊維の摺動面の垂直方向に対する配向頻度が減少し
、繊維長を小さくすると、繊維間の絡みを弱くするのみ
ならず、座屈による折損が多くなって繊維層間の結合力
が低下する等いずれにおいても剪断強度は極めて小さい
。前記集合体にニードルパンチを施す方法は、摺動面の
垂直方向に対する繊維の配向を強制し、繊維層間の交絡
頻度を増すことによって、これら欠点の改善を意図した
ものであるが、この方法では一般に、より高いニードリ
ング密度を要するため、前記繊維の配向頻度は見掛上増
加するが繊維の粉化、折損等による繊維密度の低下及び
繊維長さの不均一化が著しく、所望の補強効果が発現し
ない。炭素繊維織布の小片は切断、積層、成形等の処理
過程において、織布のほつれやストランドの解織が多く
剪断強度は大きく向上しない。特に、摺動面と平行な長
さ方向では繊維同志の結合力が弱く、曲げ強度は極めて
小さくなる。いずれにしても、炭素繊維の短繊維化、織
布の小片化、フェルト化及びニードリング等の諸工程を
経る従来の方法では、C/Cコンポジットの高密度化は
可能であるが、安定した摺動特性を有する摩擦材料は得
られない。また、CVD法は生産性が低く、高密度化に
多大の時間と高度な技術を要する等から実用化に問題が
多い。本発明は、前記問題点を簡易な方法で解決するこ
とによって制動性に優れた摩擦材料が容易に得られる炭
素繊維強化炭素質摩擦ディスクの製造方法を提供するこ
とを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明によれば、炭素繊維の織布または不織布と炭素
質バインダーからなる積層構造物を成形した後、不活性
雰囲気中で焼成して炭素化もしくは黒鉛化する炭素繊維
強化炭素質摩擦ディスクの製造方法において、前記炭素
繊維の織布または不織布に任意に切り込みを設け、これ
に前記炭素質バインダーを含浸させて、繊維先端部を摺
動面の垂直方向に配向させることによって繊維層間の結
合を強化し、剪断強度を向上させることを特徴とする炭
素繊維強化炭素質摩擦ディスクの製造方法が提供される
【0007】以下に本発明をさらに詳細に説明する。
【0008】本発明方法は炭素繊維からなるシート状構
造物の平面に任意の切り込みを設け、これに炭素質バイ
ンダーを含浸させた後、所定厚さに積層して成形する。 この成形体を硬化後、不活性雰囲気中で焼成して炭素化
もしくは黒鉛化することからなる。その特徴は、単繊維
、トウ、ストランド等をチョップに切断するまたは織布
を小片に切断する等の工程を不要とし、前記シート状構
造物に任意の切り込みを設けることで、耐剪断性を容易
に向上させることにある。
【0009】前記シート状構造物は織布または種々のチ
ョップの集合体からなるフェルト、マット等のいずれで
も良いが、後者では繊維長さを過度に小さくして補強効
果を減ずる恐れがあるため、好ましくは織布である。シ
ート状構造物平面のX軸(長さ方向)、Y軸(幅方向)
に平行に設ける切り込み間隔は5〜50m/mが好まし
い。50m/m超ではシート状構造物平面の単位面積当
りの切り込み数が少ないと同時に、摺動面に垂直な方向
(以下Z軸方向と記す)への繊維の配向頻度が不足し補
強硬化が小さくなる。また、5m/m未満では、切り込
み数は多くなるが、繊維層間の交絡が小さくなって摺動
面に平行な繊維層(X軸、Y軸)の結合力が弱く、遂に
曲げ強度を確保できなくなる。それ故切り込み数との組
合せで任意に選択できるが、好ましくは10〜20m/
mである。切り込みの長さも任意に選択できるが、好ま
しくは図1に示したように、切り込み部と非切り込み部
を同一方向に、同一長さで交互に、かつX軸、Y軸に均
一に設けることである。不均一に設けると、強度特性の
バラツキを大きくし、とくに曲げ強度の低下を大きくす
る恐れがある。即ち、織り込まれた織布の中で切断され
た短繊維先端部が、成形時にシート状構造物のバンドル
、マトリクスもしくはフィラー等の相互作用によってZ
軸方向に配向して交絡頻度を増し、隣接する繊維層間の
結合を強化することが剪断強度を向上させる理由である
。シート状構造物に切り込みを設けた後、樹脂またはピ
ッチ等の炭素質バインダーを含浸するが、予め前記バイ
ンダーを含浸したプリプレグを用いても良い。また、炭
素繊維が成形時に可塑状態にあるバインダーに随伴して
移動し、繊維層の交絡に効果的に寄与するため、ピッチ
等の熱可塑性バインダーが好ましい。
【0010】所定の厚さに積層後、加圧成形もしくはプ
レス成形して得られた成形体を酸化性もしくは不活性雰
囲気中、加圧もしくは常圧のもとで硬化した後、不活性
雰囲気中1000℃もしくは1000℃以上の温度域で
焼成し、炭素化もしくは黒鉛化する。また、必要に応じ
て樹脂またはピッチ類の含浸、焼成を繰返して緻密化し
、剪断強度及び曲げ強度に優れた炭素繊維強化炭素質摩
擦ディスクを容易に得ることができる。
【0011】
【実施例】以下に本発明を実施例に基づき具体的に説明
する。
【0012】(実施例1)市販の炭素繊維織布(PAN
系、朱子織り)に長さ100m/m、X軸(長さ方向)
、Y軸(幅方向)に平行な間隔10m/mに固定し、図
1に示した位置に切り込みを設けた。即ち、切り込み数
は500本/m2 、切り込み部と非切り込み部の面積
比は1:1である。この織布にフェノール樹脂を含浸し
、目付量約35%(wt)に調整したプリプレグを46
枚積層し、150℃、1.0kg/cm2 の加圧下で
成形した後、引き続き、酸化性雰囲気中200℃で5h
r処理して硬化させ、更に同温度で40hrアフターキ
ュアーを施して250φ、厚さ16m/mの成形体を得
た。この成形体を治具で固定して黒鉛容器にセットし、
コークスブリーズでパッキングした後、不活性雰囲気中
200〜600℃間5℃/hr、600〜1000℃間
60℃/hrの昇温速度で加熱し、引続き同温度で2h
r保持し炭素化した。
【0013】次いで、この焼成体にコールタールピッチ
を含浸し、不融化、炭素化を繰返して見掛密度1.6以
上とした後、不活性雰囲気中2000℃で焼成して黒鉛
化した。得られたC/Cコンポジットの強度特性は以下
のとおりであった。 見掛密度        剪断強度        曲
げ強度(g/cm3 )      (MPa/mm2
 )    (MPa/mm2 )1.62     
     21            240
【00
14】(実施例2)市販の炭素繊維織布(PAN系、朱
子織り)に長さ100m/m、X軸(長さ方向)、Y軸
(幅方向)に平行な間隔25m/mに固定し、図2に示
した位置に切り込みを設けた。切り込み数は250本/
m2 、切り込み部と非切り込み部の面積比は1:1で
ある。以下実施例1と同様に処理して得たC/Cコンポ
ジットの強度特性は以下のとおりであった。 見掛密度        剪断強度        曲
げ強度(g/cm3 )      (MPa/mm2
 )    (MPa/mm2 )1.64     
     19            210
【00
15】(比較例1)炭素繊維織布を前記切り込みを設け
ずに用いた以外は実施例1と同様に処理して得たC/C
コンポジットの強度特性は以下のとおりであった。 見掛密度        剪断強度        曲
げ強度(g/cm3 )      (MPa/mm2
 )    (MPa/mm2 )1.61     
       6            170
【0
016】(比較例2) 炭素繊維織布を20m/m角に切断した小片を用いた以
外は実施例1と同様に処理して得たC/Cコンポジット
の強度特性は以下のとおりであった。 見掛密度        剪断強度        曲
げ強度(g/cm3 )      (MPa/mm2
 )    (MPa/mm2 )1.63     
     15            135
【00
17】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、炭素質摩擦材料の摺動面の垂直方向を強化
したことによって、剪断強度は従来の2方向強化摩擦材
料の3〜4倍に向上し、機械的強度における異方性が極
度に縮小した。しかるに、高速下で高い機械的強度及び
安定した制動特性が要求される摩擦材料には好適である
【0018】また、単繊維、ストランド、トウ等のチョ
ップ化、フェルトもしくはマット化、織布の小片化等の
複雑な工程を要せず、簡便かつ、低コストで製造できる
有利性がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】長さ100m/mの切込みをX軸、Y軸に10
m/mの等間隔で設けた炭素繊維織布の模式図である。
【図2】長さ100m/mの切込みをX軸、Y軸に25
m/mの等間隔で設けた炭素繊維織布の模式図である。
【符号の説明】
W    切込み幅 S    切込み間隔 L    切込み長さ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  炭素繊維の織布または不織布と炭素質
    バインダーからなる積層構造物を成形した後、不活性雰
    囲気中で焼成して炭素化もしくは黒鉛化する炭素繊維強
    化炭素質摩擦ディスクの製造方法において、前記炭素繊
    維の織布または不織布に任意に切り込みを設け、これに
    前記炭素質バインダーを含浸させて、繊維先端部を摺動
    面の垂直方向に配向させることによって繊維層間の結合
    を強化し、剪断強度を向上させることを特徴とする炭素
    繊維強化炭素質摩擦ディスクの製造方法。
JP2409451A 1990-12-28 1990-12-28 炭素繊維強化炭素質摩擦ディスクの製造方法 Withdrawn JPH04234476A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8338766B2 (en) * 2007-08-31 2012-12-25 The Hillshire Brands Company Microwaveable package for food products
IT201800003741A1 (it) * 2018-03-19 2019-09-19 Freni Brembo Spa Metodo per realizzare una preforma fibrosa e una preforma fibrosa così ottenuta

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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