碳纖維剎車(chē)盤(pán)的創(chuàng)新

      飛機(jī)已經(jīng)成為越來(lái)越多中國(guó)人的工作和旅游出行的首選交通工具，但是當(dāng)人們坐在波音、空客等世界頂尖的民航飛機(jī)中，很少會(huì)有人知道，這些從國(guó)外進(jìn)口的大型飛機(jī)上，國(guó)產(chǎn)零部件已經(jīng)占據(jù)一席之地，其中由江蘇宜興天鳥(niǎo)高新技術(shù)有限公司研制的飛機(jī)碳剎車(chē)預(yù)制件制造的國(guó)產(chǎn)碳剎車(chē)盤(pán)就在默默無(wú)聞地承載著無(wú)數(shù)乘客一次次地安全起降。

　　隨著航空事業(yè)的快速發(fā)展，飛機(jī)負(fù)載大型化、中小型飛機(jī)多樣化，這就對(duì)飛機(jī)剎車(chē)裝置提出了更高的要求。剎車(chē)盤(pán)是飛機(jī)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)和保障飛機(jī)安全著陸的最關(guān)鍵部件之一。目前使用的剎車(chē)盤(pán)主要有金屬基粉末冶金材料和碳纖維增強(qiáng)的碳／碳復(fù)合材料兩大類(lèi)。金屬剎車(chē)盤(pán)在高溫條件下容易出現(xiàn)變形、開(kāi)裂、剎車(chē)力距不穩(wěn)定等問(wèn)題，而且磨損量大、使用周期短、不易維修。 123456

　　碳／碳復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、熱物理性能以及良好摩擦磨損性能。用其制備飛機(jī)剎車(chē)盤(pán)，即使在高溫條件下也不易變形，不易開(kāi)裂、不粘結(jié)、剎車(chē)力距穩(wěn)定、磨損量小、使用壽命長(zhǎng)，而且可以翻修復(fù)用。因此，碳／碳復(fù)合材料飛機(jī)剎車(chē)盤(pán)，已經(jīng)成為國(guó)際航空業(yè)的重要發(fā)展方向。 內(nèi)容來(lái)自123456

　　但在國(guó)際上，碳／碳復(fù)合材料剎車(chē)盤(pán)市場(chǎng)幾乎被美、英、法三國(guó)的五家公司所壟斷，價(jià)格昂貴，民用飛機(jī)須以舊換新，軍機(jī)則完全封鎖。我國(guó)民航每年要用巨額外匯從國(guó)外進(jìn)口這一貴重的航空器材，而軍用飛機(jī)不得不長(zhǎng)期使用重量大、性能低的金屬剎車(chē)盤(pán)，對(duì)提高我軍的戰(zhàn)斗能力極為不利。

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　　鑒于發(fā)展碳／碳復(fù)合材料的必要性，1998年國(guó)家發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)批發(fā)了關(guān)于碳／碳復(fù)合材料航空剎車(chē)副重點(diǎn)工業(yè)性項(xiàng)目的批復(fù)，由中南大學(xué)等科研單位和軍工企業(yè)聯(lián)合攻關(guān)。天鳥(niǎo)公司作為該項(xiàng)目的配套單位，專(zhuān)門(mén)成立了以繆云良總經(jīng)理為核心的攻關(guān)小組，并且正式立項(xiàng)定名為“TS飛機(jī)碳剎車(chē)預(yù)制件” copyright 123456

　　國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品現(xiàn)狀及本產(chǎn)品的技術(shù)方案 本文來(lái)自123

　　經(jīng)分析研究發(fā)現(xiàn)，國(guó)外是采用聚丙烯腈預(yù)氧化纖維(PANOF)制作預(yù)制件。采用該方案制作預(yù)制件，必須首先經(jīng)過(guò)一道碳化工序，使預(yù)氧纖維結(jié)構(gòu)變?yōu)樘祭w維結(jié)構(gòu)。然而對(duì)具有一定初始密度的預(yù)氧纖維預(yù)制件進(jìn)行碳化時(shí)，因?qū)嵯禂?shù)低、碳化可控性較差、工藝難度大、對(duì)設(shè)備及工藝要求高，在高溫碳化過(guò)程中，預(yù)制件內(nèi)部的長(zhǎng)、短纖維產(chǎn)生不同引力而蠕動(dòng)造成整體收縮變形，易分層；同時(shí)碳化后的預(yù)制件密度會(huì)降低、體積密度不易均勻；碳化過(guò)程中若工藝控制不好還容易造成結(jié)焦，復(fù)合成碳／碳復(fù)合材料后結(jié)焦處易形成不均勻低密度區(qū)，對(duì)最終產(chǎn)品各層面的摩擦磨損性能均勻性會(huì)有一定影響。況且在無(wú)法實(shí)施張力情況下，預(yù)氧纖維碳化轉(zhuǎn)變成的碳纖維強(qiáng)度與專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)的碳纖維相比要低得多，這對(duì)后續(xù)CVD碳／碳復(fù)合材料的力學(xué)性能也會(huì)有一定影響。 copyright 123456

　　因此，天鳥(niǎo)公司開(kāi)展了用聚丙烯腈碳纖維直接制作預(yù)制件的科研攻關(guān)，主要解決了碳纖維成網(wǎng)的技術(shù)難點(diǎn)。經(jīng)實(shí)踐表明，用碳纖維直接制作預(yù)制件，不僅節(jié)省了碳化工序，有利于后續(xù)CVD工藝，而且制得的預(yù)制件整體均勻、層間致密、性能穩(wěn)定，生產(chǎn)周期短、制作成本低。該項(xiàng)目技術(shù)不同于法國(guó)Messier-Bugatti、美國(guó)B.F.goodrich所采用預(yù)氧纖維制備的也是目前國(guó)際上最具代表性的“Novoltex”技術(shù)；也不同于英國(guó)Dunlop所采用的預(yù)氧纖維針刺薄氈疊層的技術(shù)；更不同于美國(guó)Honeywell所采用的短切纖維混合樹(shù)脂模壓成形的技術(shù)。經(jīng)檢測(cè)和實(shí)際應(yīng)用表明，天鳥(niǎo)公司直接采用碳纖維制作的預(yù)制件，要比上述幾家國(guó)外公司領(lǐng)先一籌。

　　五大創(chuàng)新點(diǎn)支撐起世界一流的碳剎車(chē)盤(pán) 123456

　　TS飛機(jī)碳剎車(chē)預(yù)制件，其結(jié)構(gòu)是在平面方向由碳纖維連續(xù)長(zhǎng)纖維組成的無(wú)緯平面織物，結(jié)合一定長(zhǎng)度碳纖維組成的非織造無(wú)紡織物相夾疊層，垂直方向通過(guò)連續(xù)針刺滲透，產(chǎn)生垂直方向的纖維均勻連接若干固定層面直至產(chǎn)品所需的厚度，形成一種碳纖維整體準(zhǔn)三維結(jié)構(gòu)的預(yù)制件。其特點(diǎn)是多層面結(jié)合且層間致密均勻、體積密度均勻、性能穩(wěn)定。在碳／碳復(fù)合過(guò)程中，節(jié)省了碳化工序，縮短了生產(chǎn)周期，在氣相沉積(CVD)過(guò)程中易沉積，降低了生產(chǎn)成本，制成的飛機(jī)碳剎車(chē)盤(pán)抗拉抗壓強(qiáng)度高，導(dǎo)熱性能好，摩擦磨損性能好，各項(xiàng)性能指標(biāo)及部分性能指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)了國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平。

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　　經(jīng)國(guó)防科工委組織專(zhuān)家鑒定表明，該技術(shù)具有下列所述創(chuàng)新性：

　　(1)采用聚丙烯腈碳纖維(PANCF)代替聚丙烯腈預(yù)氧化纖維(PANOF)，直接疏理成網(wǎng)

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　　這一工藝為國(guó)內(nèi)獨(dú)創(chuàng)，比國(guó)外生產(chǎn)工藝有較大改進(jìn)，采用縱向纖維提高預(yù)制件縱向強(qiáng)度，提供了生產(chǎn)碳剎車(chē)盤(pán)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料，況且直接采用碳纖維短切纖維制成，與平面方向鋪層的碳纖維性質(zhì)相同一致，使生產(chǎn)碳剎車(chē)盤(pán)過(guò)程不易變形，保持良好的性能。

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　　(2)短切碳纖維的柔性處理

　　由于碳纖維模量高、抱合性差，伸長(zhǎng)率低，為了使短切的碳纖維疏理成網(wǎng)，天鳥(niǎo)公司經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)和試制，采用機(jī)械開(kāi)松、合理溫室溫度，在一定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行處理，增強(qiáng)柔軟性，并在成網(wǎng)過(guò)程中產(chǎn)生一定的抱合性，使之可疏理成一種無(wú)須化學(xué)樹(shù)脂粘結(jié)且具有可針刺性的非織造無(wú)紡織物。 123456

　　(3)最優(yōu)力學(xué)性能鋪設(shè)疊層角度的選擇

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　　由于飛機(jī)碳剎車(chē)是一種圓形超高強(qiáng)的摩擦材料，鑒于它的運(yùn)動(dòng)方向，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)，根據(jù)不同的機(jī)型找到了最合理的平面方向不同的鋪設(shè)角度，提供給制造飛機(jī)剎車(chē)盤(pán)的預(yù)制件最優(yōu)秀的平面抗拉、抗折強(qiáng)度。

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　　(4)研制開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的特種針刺機(jī) 123456

　　由于碳纖維強(qiáng)度高、模量高等特性，為了使碳剎車(chē)預(yù)制件提高縱向纖維含量，增強(qiáng)縱向強(qiáng)度，控制好層間密度，天鳥(niǎo)公司研制了雙向喂入超高位自動(dòng)剝離特種針刺機(jī)，可以將平面方向鋪設(shè)的短切纖維制成的網(wǎng)氈與長(zhǎng)纖維制成的平面織物，通過(guò)該設(shè)備進(jìn)行逐漸滲透若干固定層次，連續(xù)針刺而解決了預(yù)制件的縱向纖維含量，有效控制了層間密度一致。 123456

　　(5)采用垂直方向的穿刺提高了飛機(jī)剎車(chē)盤(pán)的性能 copyright 123456

　　本項(xiàng)目方案是采用全碳纖維制成的碳剎車(chē)預(yù)制件，是采用碳纖維非織造無(wú)紡織物與碳纖維長(zhǎng)纖維無(wú)緯織物在平面方向最優(yōu)角度鋪設(shè)疊層，逐漸滲透若干固定層次，連續(xù)針刺，并且與毗鄰的若干固定層次相接的準(zhǔn)三維立體織物。從而大大提高了飛機(jī)碳剎車(chē)盤(pán)垂直方向的導(dǎo)熱性、剪切強(qiáng)度以及抗拉強(qiáng)度。同時(shí)，由于針刺帶來(lái)的垂直方向纖維促使在平面方向產(chǎn)生無(wú)數(shù)且較均勻細(xì)點(diǎn)，經(jīng)合理的CVD工藝后，也會(huì)給飛機(jī)碳剎車(chē)盤(pán)帶來(lái)優(yōu)化摩擦磨損性能的應(yīng)有作用。

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　　目前，采用天鳥(niǎo)公司預(yù)制件生產(chǎn)的飛機(jī)碳剎車(chē)盤(pán)，已批量裝備于國(guó)防重點(diǎn)型號(hào)的軍用戰(zhàn)機(jī)，以及國(guó)產(chǎn)“新舟60”飛機(jī)和進(jìn)口B757—200型飛機(jī)上，使用效果良好。據(jù)專(zhuān)家介紹，“TS飛機(jī)碳剎車(chē)預(yù)制件”的研制成功，對(duì)航空航天和國(guó)防技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用，它不僅能在飛機(jī)、航天工程上得到廣泛應(yīng)用，將來(lái)還可以在坦克、高速列車(chē)、高級(jí)轎車(chē)上看到它的身影。 123456