NL8004090A

NL8004090A - Wrijvingsmateriaal, werkwijze voor de bereiding daarvan, en elementen die het bevatten.

Info

Publication number: NL8004090A
Application number: NL8004090A
Authority: NL
Original assignee: Toho Beslon Co
Priority date: 1979-07-18
Filing date: 1980-07-16
Publication date: 1981-01-20
Also published as: DE3027363C2; GB2055776A; JPS6118951B2; IT1143912B; SE8005239L; DE3027363A1; FR2461848A1; CA1157603A; IT8049262A0; GB2055776B; FR2461848B1; US4339021A; JPS5616575A

Description

k f

Wrijvingsmateriaal, werkwijze voor de bereiding daarvan,en elementen die het bevatten.

Deze uitvinding betreft een wrijvingsmateriaal, met name met koolstofvezel versterkte koolstof (hierna aangeduid als !,KWK"), dat een oxydatietemperatuur van tenminste 800°C en een kristaL<iiniteitsindex R tussen 2,3 en 5»0 heeft, alsmede 5 een werkwijze voor de bereiding daarvan, aan ook elementen die een dergelijk KWK bevatten.

KWK krijgt de laatste jaren toenemende aandacht als materiaal voor het opvangen van wrijving, vooral in remmen van vliegtuigen, dankzij zijn lichte gewicht en goede 10 wrijvingseigenschappen. Voor de bereiding van dergelijk materiaal zijn de volgende werkwijzen bekend: a) koolstofvezel wordt geïmpregneerd met een ver-koolbaar materiaal, dan gevormd en verkoold, en deze impreg-nering en verkoling wordt herhaald om de dichtheid van het ma- 15 teriaal te verhogen, b) op koolstofvezel wordt uit dampfase door pyrolyse ontstane koolstof afgezet(nationaal symposium en tentoonstelling SAMPE van april 1971» blz. 257) en c) koolstofvezel wordt geïmpregneerd met een verkool-20 baar materiaal, gevormd en verkoold, en daarna wordt de dichtheid van het materiaal verhoogd door afzetting uit de dampfase.

Bij deze werkwijzen geeft men er gewoonlijk de voorkeur aan tussen de stappen in of na de gehele bereiding de KWK aan tenminste één verhitting tot hoge temperatuur (gewoonlijk 25 tot tenminste 2500°C) te onderwerpen om de matrix-koolstof te doen grafitizeren; zie Amerikaans octrooischrift 3.970.17^· Dat doet men omdat een hoge mate van grafitizering van de koolstof 8004090 2 tot een verlaging van het wrijvingsverlies hij remmen leidt, hetgeen in remblokken wenselijk is.

Een dergelijke grafitizering geeft echter problemen; namelijk gaan door deze hoge verhitting de productiekosten omhoog 5 en ook wordt de KWK daarbij weker, wat tot een vermindering van sterkte en stijfheid leidt. Maar zonder deze grafitizering is het wrijvingsverlies bij toepassing te hoog, hetgeen ongewenst is.

Deze uitvinding verschaft een nuttig wrijvings-10 materiaal met bij toepassing in remmen weinig wrijvingsverlies bij hoge temperatureneen voldoend hoge wrijving. De uitvinding omvat ook een werkwijze om dergelijk materiaal te verkrijgen, alsmede onderdelen waarin dat materiaal verwerkt is.

Het wrijvingsmateriaal volgens de uitvinding is met 15 koolstofvezel versterkte koolstof waarvan de matrix-koolstof een kristalliniteitindex (R-waarde) tussen 2,3 en 5,0 heeft, en dat zoveel antioxydant bevat dat de oxydatieteraperatuur daarvan tenminste 800°C bedraagt.

De bereiding van deze KWK omvat een stap waarbij 20 de matrix-koolstof zodanig verhit wordt dat het een R-waarde tussen 2,3 en 5,0 krijgt en een stap waarbij er zoveel antioxydant in opgenomen wordt dat de oxydatieteraperatuur daarvan na voltooiing van de werkwijze tenminste 800°C zal bedragen.

Het wrijvingsmateriaal volgens de uitvinding heeft 25 velerlei toepassingen, onder meer in remmen en in een pantograaf van een trein.

Volgens de uitvinding gebruikt men een koolstofvezel als versterkend materiaal. Deze koolstofvezel wordt verkregen door verkolen en/of grafitizeren, in het algemeen bij temperaturen 30 tussen 1000° en 3000°C. Bij uiteenlopende temperaturen gevormde koolstofvezels kunnen in combinatie gebruikt worden, met een geëigende volumeverhouding. Deze vezels kunnen toegepast worden in de vorm van stapelvezel, draden, gesponnen garen, geweven of gebreide weefsels, vilt, niet-geweven materiaal, e.d.. Hoewel 35 de doorsnede van de vezel niet zo belangrijk is zal deze meestal tussen 5 en 20^üm liggen.

8004090 I ,1 3

De KWK bestaat bij voorkeur voor 20 tot 65 vol.#, in het bijzonder voor 25 tot 50 vol.#, uit vezel.

Met "matrix-koolstof" wordt hier al het materiaal anders dan de versterkende vezel bedoeld.

5 De kristalliniteitsindex R en de oxydatietemperatuur

Tq worden als volgt gedefinieerd:

Kristalliniteitsindex R

In röntgen-diffractie-opnamen, bijvoorbeeld met Cu-K,^ X-stralen, is de verstrooiings-intensiteit sterk afhanke-10 lijk van de verstrooiingshoek 2Θ; de sterkste verstrooiing (bijvoorbeeld bij 29 = 26° (welke overeenkomt met het vlak (0 0 2) van het grafiet-kristal) wordt vergeleken met de verstrooiing bij een hoek 29= 1U° die geen enkel verband met de kristalliniteit heeft en welke met 1^ aangeduid wordt (zie 15 het hierbij behorende fig. 1, het deel met de scheve lijnen is de door lucht veroorzaakte verstrooiing). De kristalliniteitsindex R wordt nu gedefinieerd als R = I /1,.,: beide ver-strooiingsintensiteiten worden gecorrigeerd voor de verstrooiing door lucht. De maximale verstrooiing I aan de I,. worden max ι*τ 20 gemeten met röntgenstraling van 35 KV en 15 mA en met een sluiterspleet van 0,5°·

Bij het meten van de R van de matrix-koolstof van het materiaal wordt uit een gebroken oppervlak van een monster enige matrix-koolstof genomen met behulp van een naald of iets 25 dergelijks; overigens wordt het op dezelfde wijze gemeten.

Oxydatietemperatuur Tq

Een monster van 3 mm x 3 mm x 3 mm, dat ongeveer UO mg weegt, wordt uit het te onderzoeken materiaal gesneden en op de monsterplaat van een Thermo-gravimetrische balans geplaatst, 30 (bijvoorbeeld het produkt van de firma Rigaku Denki Co. of van de firma Perkin Elmer Co), en de gewichtsvermindering wordt nagegaan terwijl lucht langs geleid wordt en het monster met een tempo van 10°C per minuut verhit wordt. De temperatuur waarbij het gewicht met 10# afgenomen is wordt de oxydatietemperatuur 35 genoemd. In fig. 2 ziet men een voorbeeld van het verband tussen temperatuur en gewichtsverlies.

8004090 k

Vastgesteld is dat, indien de kristalliniteitsindex R van de matrix-koolstof 5,0 of minder is en de oxydatietempera-tuur Tq op tenminste 80Q°C gebracht wordt (door er een antioxydant in op te nemen) het vrijvingsverlies plotseling afneemt, hetgeen 5 men kan zien door voorbeeld I met vergelijkende voorbeelden 2- en U te vergelijken.

Ook is gevonden, dat, indien R tenminste 2,3 bedraagt de oxydatietemperatuur van de KWK op tenminste 800°C gebracht kan worden, namelijk door er antioxydant in op te nemen 10 (zie vergelijkend voorbeeld 2. ). Maar indien R boven 5,0 komt gaan mechanische sterkte, elasticiteitsmodulus en hardheid van de matrix-koolstof omlaag en gaat het wrijvingsverlies omhoog, zelfs als de oxydatietemperatuur 800°C of meer bedraagt (wat men kan zien door voorbeeld I met voorbeeld VII te vergelijken).

15 Indien R minder dan 2,3 bedraagt is het niet mogelijk de oxydatietemperatuur boven 800°C te krijgen, zelfs niet als men erg veel antioxydant gebruikt (zie vergelijkend voorbeeld 2-). -

Kortom het doel van de uitvinding wordt alleen bereikt indien de oxydatietemperatuur tenminste 800°C (bij voorkeur 20 tenminste 850°C) bedraagt en R tussen 2,3 en 5,0 ligt, bij voorkeur tussen 2,5 en k,5·

Bij de gebruikelijke bereiding van KWK wordt verhit tot een temperatuur van meer dan 2500°C om het koolstof te doen grafitizeren, en zonodig wordt een aanvullende oxydatie toege-A 25 past. Maar zelfs als de oxydatietemperatuur van dat materiaal dan boven 800°C komt zou R gewoonlijk 7 of meer bedragen, en dan is het niet mogelijk het wrijvingsverlies zo laag te krijgen als in het materiaal van de uitvinding vel bereikt wordt (zie vergelijkende voorbeelden 7 en-9).

30 De KWK volgens de uitvinding is duidelijk superieur als wrijvingsmateriaal aan de materialen waarin R meer dan 5 bedraagt en de oxydatietemperatuur boven 800°C ligt; in het bijzonder is het wrijvingsverlies laag en zijn sterkte, elasticiteitsmodulus en hardheid hoog (zie voorbeelden I t/m III).

35 Bij de bereidingsverkvijze volgens de uitvinding worden de hoge temperaturen (voor het versterken van de wrijvings- 8004090 « ·* 5 eigenschappen, in het bijzonder voor de vermindering van het wrijvingsverlies) niet toegepast. In tegendeel wordt nu tot betrekkelijk lage temperaturen verhit, zodat R tussen 2,3 en 5 komt te liggen, en de combinatie van de betrekkelijk lage 5 verhitting en het opnemen van antioxydant maakt het mogelijk een wrijvingsmateriaal te verkrijgen met duidelijk betere eigenschappen dan de tot nog toe gangbare soorten KWK.

In het algemeen wordt KWK als volgt gemaakt: 1) Door koolstofvezel met een verkoolbaar hars te 10 impregneren, het aldus verkregen produkt te vormen en het gevormde produkt te verkolen, waarna men het opnieuw met verkoolbaar hars impregneert en dat opnieuw verhit, zodat de dichtheid van de KWK omhoog gaat.

2) Door op de genoemde versterkende koolstofvezel 15 uit dampfase koolstof af te zetten.

3) Door op de genoemde wijze koolstofvezel te impregneren met verkoolbaar hars, het geheel te vormen en te verkolen, en daarna de dichtheid van het produkt te verhogen door daarop uit de dampfase koolstof aan te brengen.

20 Hoewel elk van deze methoden bij de uitvinding toegepast kan worden moet men een verhitting die R tot boven 5*0 zal brengen vermijden. Daarom zal men bij de werkwijze volgens de uitvinding nooit tot boven 2^00°C verhitten. Volgens de uitvinding wordt de temperatuur bij de verhitting zodanig ingesteld 25 dat R tussen 2,3 en 5>0 komt.

Voor het verhogen van de oxydatiebestendigheid van de KWK wordt tenminste een antioxydant gebruikt, bijvoorbeeld fosfor, borium of verbindingen daarvan. Voorbeelden van fosforen boor-verbindingen die men kan toepassen zijn boorzuur, fosfor-30 zuur en hun zouten (bijvoorbeeld calcium- en zink-zouten), fosfor-zuur-esters zoals trimethylfosfaat. Hieronder genieten fosfor-zuur en boorzuur de voorkeur. Indien het metaalzout onoplosbaar in water is, is het mogelijk een waterige oplossing van een ander zout van dat metaal te gebruiken in combinatie met boorzuur 35 of fosforzuur.

Voor het opnemen van fosfor, borium of verbindingen 8004090 6 daarvan wordt de KWK in het algemeen met een waterige of (in het geval van een fosforzuur-ester) organische oplossing geïmpregneerd.

Het impregneren kan gemakkelijk gebeuren doordat de KWK poreus is. Door herhaald evacueren en toepassen van een druk kan ook het 5 inwendige van de KWK geïmpregneerd raken. Dit impregneren kan gebeuren in iedere fase na de vorming van de matrix-koolstof. 4·

Een geschikte concentratie aan antioxydant in de impregnerings-oplossing is tussen 1 en 10 gev.%. De geïmpregneerde oplossing vloeit niet noemenswaardig uit de KWK weg tenzij men er speciaal 10 moeite voor doet, bijvoorbeeld door centrifugeren.

Na impregneren met de oplossing wordt de KWK gedroogd.

Dit kan bij iedere temperatuur gebeuren waarbij de R van de matrix-koolstof niet boven 5,0 komt. Eerder zorgt men er voor dat de R nu tussen 2,3 en 5,0 komt.

15 Indien fosforzuur of boorzuur (die hygroscopisch zijn aan ongunstige invloed op de wrijvingseigenschappen uitoefenen) of organische verbindingen zoals fosforzuur-esters toegepast worden kan men de KWK na het impregneren een aanvullende verhitting onder niet-oxyderende atmosfeer zoals stikstof geven 20 tot een temperatuur tussen ^00° en 1500°C om deze verbindingen over te voeren in andere die geen ongunstige invloeden uitoefenen.

De toepassing van fosfor, borium en verbindingen daarvan in combinatie met antioxydanten zoals ZnO, CuSO^, AlCl^, 25 ΑΐίΝΟ^)^» Ca(0H)2, CaCl2 en CaCO^ versterkt het antioxydant-effect verder.

Hoewel de hierboven als antioxydant genoemde verbindingen soms bij de verhitting een chemische verandering ondergaan is het voldoende dat tenminste een fosfor- en/of boor-ver-30 binding in een of andere vorm in het eindprodukt aanwezig is.

Als R tussen 2,3 en 5,0 ligt is het effect van de antioxydant opvallend en kan TQ gemakkelijk tot 800°C of meer opgevoerd worden, soms vel tot 930°C toe. Natuurlijk verdient het de voorkeur TQ zo hoog mogelijk te krijgen.

35 De hoeveelheid antioxydant voor een voldoende effect is afhankelijk van de gekozen antioxydant en van de R-waarde van 8004090 7 de matrix-koolst of. Indien R laag is moet men veel of een erg goede antioxydant hebben om de TQ op tenminste 800°C te krijgen, maar als R in de buurt van 5 komt is Tq hoe dan ook al vrij hoog en kan men dit met betrekkelijk weinig antioxydant tot op 800°C 5 krijgen. Maar als R te laag is, is het niet mogelijk om de minimumwaarde van 800°C te realiseren, namelijk met R beneden 2,3.

Indien R minder dan 2,3 is kan het tot boven 2,3 verhoogd worden door een verhitting voor of na de opname van de antioxydant.

10 Het gehalte aan antioxydant voor een voldoende effect ligt gewoonlijk tussen 0,02$ en 0,5$, betrokken op gewicht aan elementair borium of fosfor en het gewicht aan KWK. Naarmate R hoger is (dichter bij 5) kan TQ verder opgevoerd worden en met minder antioxydant. Aan de andere kant heeft men meer antioxydant 15 nodig indien R kleiner is (dichter bij 2,3)» bijvoorbeeld 0,¼ tot 0,5 gew.$. Hoewel meer dan 0,5 gev.% antioxydant toegepast kan worden leidt dit niet tot een overeenkomstig sterker effect.

In het algemeen laat men het gehalte aan antioxydant niet boven 10 gew.$ komen.

20 Het bovengenoemde impregneren maakt een praktisch uniforme opname van fosfor- en/of borium-verbinding in het inwendige van de KWK mogelijk. Indien de KWK als wrijvings-materiaal gebruikt wordt is het niet altijd nodig die elementen uniform in het inwendige te brengen daar hun effect zich op het 25 oppervlak afspeelt; het is dus eigenlijk al voldoende dat er genoeg antioxydant zit in die delen die aan wrijving blootgesteld worden en in de directe omgeving daarvan. In zo’n geval is een impregneren met evacueren en toepassen van druk niet nodig.

Indien T beneden 800°C ligt zal een remblok of o 30 pantograaf die bij hoge temperaturen aan de lucht toegepast wordt een plotselinge opname in wrijving vertonen, zelfs indien R 5»0 of minder is. Verder neemt het wrijvingsverlies toe als R boven 5,0 ligt, zelfs indien TQ ook boven 800°C ligt, en tevens gaan dan sterkte, elasticiteitsmodulus en hardheid omlaag.

35 Zoals uit de eerder gegeven definitie van de kristal- liniteitsindex van de matrix-koolstof blijkt is deze laatste in 800 4090 8 hoofdzaak amorf. In het algemeen gaat koolstof bij verhitten tot hoge temperaturen kristalliseren, en het gemak van de kristallisatie is afhankelijk van de uitgangsstof. Koolstof uit petroleum-fracties (pek en asfalt) en verkregen door afzetting 5 uit de dampfase kristalliseren nogal gemakkelijk, en dan heeft men lagere temperaturen nodig. Maar koolstof uit fenol- en i furaanharsen, uit koolteer e.d. kristalliseren slechts moeilijk en dan is meer verhitting nodig om tot kristallisatie te komen. Verder versnelt de toepassing van druk tijdens de verhitting het 10 kristalliseren.

Om de R-waarde van de matrix-koolstof van de KWK binnen het traject van 2,3 tot 5*0 te houden is het nodig de matrix-koolstof tijdens de bereidingswijze tenminste een keer gedurende 1 minuut tot een uur of langer tot een bepaalde 15 temperatuur te verhitten. Hoewel de temperatuur tot welke hierbij verhit wordt afhankelijk is van het gemak waarmee de matrix-koolstof kristalliseert kan men zeggen dat deze voor gemakkelijk kristalliserende koolstof tussen 1200° en 2100°C moet liggen en voor moeilijk kristalliserende koolstof tussen 1300° en 2U00°C.

20 Een temperatuur tussen 1300° en 2100°C maakt het mogelijk R binnen het gewenste traject te krijgen.

In de praktijk van de bereiding van de KWK volgens de uitvinding moet men de omstandigheden van de verhitting en het inbouwen van de antioxydant zodanig kiezen dat de feitelijk 25 gemeten R en TQ resp. tussen 2,3 en 5,0 en boven 800°C komen te liggen.

Indien de temperatuur van enige verhitting nadat de matrix-koolstof gevormd is boven 300°C komt moet die verhitting onder niet-oxyderende atmosfeer zoals stikstof gebeuren.

30 De volgorde waarin inbouwen van de antioxydant na het verkolen en de verhitting voor het instellen van de R gebeuren is niet belangrijk. De handelingen voor het veiho^gen van de dichtheid kan in verschillende fasen gebeuren, zowel voor als na genoemde behandelingen, en ook daartussen in. Indien het opnemen 35 van de antioxydant voor tenminste één van bovengenoemde handelingen gebeurt is er ook nog een drogen en verhitting om te voor- 9 8004090 9 komen dat de vrijving omlaag gaat bij toepassing van fosforzuur, boorzuur of fosforzuur-esters.

De onder 1) genoemde methode zal nu in meer detail toegelicht vorden.

5 De versterkende vezel wordt geïmpregneerd met een verkoolbare thermohardende hars, zoals een furan- of fenol-hars en dan gevormd. De omstandigheden tijdens het vormen kunnen nogal variëren maar gevoonlijk ligt de temperatuur tussen 100° o 2 en 300°C en de druk tussen atmosferisch en 100 kg/cm . Na het 10 vormen is er een voorlopige oxydatie aan de lucht bij 200 - 350°C indien een hoog verkolingsrendement gewenst is, en daarna is er een verhitting onder inerte atmosfeer tot een temperatuur tussen 700° en 1500°C, bij voorkeur tussen 900° en 1500°C, waarbij het verkolen optreedt.

15 Het tempo waarin de temperatuur opgevoerd wordt kan tussen ruime grenzen variëren, te weten tussen 0,1° en 100°C per minuut, bij voorkeur tussen 1° en 10°C per minuut, zodra de temperatuur boven 200°C ligt. Dit tempo wordt aangehouden totdat een temperatuur tussen 700° en 1500°C bereikt is, en die 20 eindtemperatuur wordt tenminste 1 minuut en bij voorkeur meer dan 10 minuten aangehouden, waarna men het materiaal geleidelijk aan laat afkoelen. In het algemeen is het niet nodig het materiaal langer dan 5 uur op 700° - 1500°C te houden, maar alles bij elkaar (opwarmen, geleidelijk afkoelen, enz.) kost het geheel 25 veel meer tijd, bijvoorbeeld 2h uur, zonder noemenswaardige ongunstige invloed op de R. Afhankelijk van de te verkolen stof en de temperatuur kan bij deze verhitting de R tussen 2,3 en 5,0 ingesteld worden. De aldus verkregen KWK heeft gewoonlijk een lage dichtheid, en dus wordt het gewoonlijk nogeens met een ver-30 koolbaar hars geïmpregneerd en opnieuw verkoold, waardoor de dichtheid omhoog gaat.

Voorbeelden van verkoolbare harsen zijn fenol- en furan-harsen, koolteer, petroleumpek, asfalt en mengsels daarvan. Indien vaste of zeer viskeuze materialen zoals petroleumpek en 35 asfalt toegepast worden worden deze door verhitting vloeibaarder gemaakt. Door herhaald evacueren en toepassen van druk wordt ook 800 40 90 10 het inwendige geïmpregneerd.

De verkoling gebeurt op de eerder beschreven wijze en 2 kan ook gebeuren onder verhoogde druk tussen 10 en 1000 kg/cm .

De dichtheid van het wrijvingsmateriaal is gewoonlijk O *3 5 tenminste 1 kg/dm en bij voorkeur tenminste 1,5 kg/dm . Daar voor moet men het opnieuw impregneren en weer verkolen gewoonlijk meer dan tweemaal herhalen, en vaak van vijf tot tien keer. In het algemeen kan >e dichtheid zo tot ongeveer 1,8 kg/dnr verhoogd worden.

10 Het impregneren met een waterige oplossing van een antioxydant gebeurt gewoonlijk ergens na de eerste verkoling.

De onder 2) genoemde werkwijze kan als volgt uitgevoerd worden:

De versterkende vezel wordt opgesteld tussen twee 15 platen die bijvoorbeeld van kool gemaakt zijn en in een oven geplaatst, waarin het tot een tenqperatuur tussen 900° en 1500°C verhit wordt terwijl men een koolwaterstof die pyrolyse ondergaat en daarbij koolstof vormt (methaan, ethaan, propaan, acetyleen, benzeen, methanol, enz.) in combinatie met een niet oxyderend 20 gas (stikstof, argon, waterstof, enz.) door de cel stromen, waarbij de door pyrolyse ontstane koolstof op de versterkende vezel afgezet wordt. Men gaat met deze afzetting door totdat de dichtheid van de KWK tenminste 1 kg/dirr geworden is. Als de afgezette koolstof tot het oppervlak komt en de dichtheid niet 25 verdan omhoog gaat wordt dat oppervlak aan wrijving blootgesteld, waarna het afzetten uit dampfase opnieuw toegepast wordt, zodat de dichtheid weer wel omhoog gaat.

De werkwijze 3) is een combinatie van methoden 1) en 2), en de handelingen zijn daaronder al genoemd.

30 Het wrijvingsmateriaal volgens de uitvinding heeft uitstekende eigenschappen voor toepassing in remmen en slijt bij hoge temperaturen maar langzaam. Bij de bereidingswijze volgens de uitvinding verhit men niet tot hoge temperaturen, hetgeen energie bespaart en economisch is.

35 De uitvinding wordt nu nader toegelicht door de volgende voorbeelden. Misschien ten overvloede wordt hieraan toe- 8004090 11 gevoegd dat het verkregen materiaal niet alleen in remmen voor vliegtuigen toegepast kan worden, maar ook in alle mogelijke andere remmen en nog andere toepassingen.

Voorbeelden I t/m III en vergelijkende voorbeelden 5 1 t/m 9.

2

Uitgegaan werd van een weefsel van 290 g/m gemaakt van gesponnen koolstofvezel (van de firma Toho Besion Co.,Ltd; sterkte 300 kg/mm ; elasticiteitsmodulus 2^000 kg/mm ). Een opstapeling van U1 lagen van dit weefsel werd geïmpregneerd met 10 een fenol-hars (Sumilight PR-50273) en in 1 uur bij een temperatuur van 150°C en een druk van 50 kg/cm2 samengeperst tot een gelamineerd produkt van ^0 x ^0 x 1,7 cm; een vezelgehalte 1*0 vol.% en dichtheid 1,18 kg/dm^. Deze vorm werd in 3 uur onder stikstofatmosfeer tot ongeveer 1000°C opgewarmd en 1 uur op 15 1000°C gehouden. Daardoor verkoolde het fenol-hars en verkreeg men een KWK.

o

Daar de dichtheid van de KWK tot 1,02 kg/dm gedaald was werd het opnieuw met koolteer gedrenkt (1 uur vacuum van 7^0 Torr en daarna druk tot 5 kg/cm ) waarna op de hierboven 20 beschreven wijze verkoold werd. Dit opvoeren van de dichtheid o werd in totaal 10 maal uitgevoerd, waardoor de dichtheid 1,5 kg/dmJ werd.

Het aldus verkregen materiaal werd 1 uur onder stikstof onderworpen aan een verhitting volgens tabel A, waarna het ver-25 werkt werd tot een ringvormig voorwerp met een binnendoorsnede van 200 mm een buitendoorsnede van 390 mm en een dikte van 15 mm. Deze ring werd gedrenkt in een waterige oplossing van fosforzuur met de in tabel A opgegeven concentratie, bij 150°C gedroogd en 60 minuten op 700°C gehouden.

30 Van de aldus verkregen KWK werden kristalliteitsindex R en oxydatietemperatuur TQ, buigsterkte en wrijvingseigenschappen bepaald, welke in tabel A vermeld zijn.

Geschiktheid in remblokken

De gemiddelde wrijvingscoëfficiënt en het wrijvings-35 verlies per keer stoppen (vermindering van de dikte van een rem- o schijf) werden gemeten bij een traagheid van 320 kg-m/cm rem- 8004090 12 oppervlak en 20 kg/cm remdruk. De temperatuur van het wrijvxngs-materiaal steeg daarbij door de vrijvingswarmte tot ongeveer 1000°C.

Uit tabel A ziet men duidelijk dat de materialen 5 volgens de uitvinding weinig wrijvingsverlies vertonen vergeleken met de materialen van de vergelijkingsvoorbeelden en dus bijzonder 4 geschikt zijn als materiaal in remmen. Dit gaat gepaard met een R tussen 2,3 en 5j0 en een oxydatietemperatuur van tenminste 800°C.

10 In de hierbij behorende tekeningen is fig. 1 een grafiek van een röntgen-diffractiepatroon van de matrix-koolstof van voorbeeld III.

Fig. 2 is een grafiek die het verloop van het gewichtsverlies bij verhitting van het materiaal volgens voorbeeld III 15 weergeeft.

Voorbeelden IV en V en vergelijkende voorbeelden 10 t/m 13 Uitgegaan werd van een weefsel van 370 g/m van de firma Toho Besion Co.,Ltd., hetzij gemaakt van sterk koolstof- Λ garen (a) met een sterkte 3^0 kg/mm , elasticiteitsmodulus 2^000 2 20 kg/mm en aantal draden ongeveer 6000, hetzij van een veer- 2 krachtige koolstofvezel (b) met sterkte 250 kg/mm , modulus p 35000 kg/mm en aantal draden ongeveer 6000. Deze weefsels werden overeenkomstig voorbeeld I opgevouwen, geïmpregneerd, verkoold en zwaarder gemaakt. Daarna ondergingen ze de in voorbeeld I 25 beschreven nabehandeling met de in tabel B genoemde omstandigheden. Voor het inbouwen van de antioxydant werd een 5% fosforzuur-oplossing in water gebruikt, of niets.

Voor het bepalen van de kristalliniteit werd een klein laagje van de gevormde voorwerpen afgeschaafd. Ter vergelijking 30 werd de R van de hele KWK (dus inclusief de versterkende vezel) ook gemeten. Deze vindt men ook in tabel B. De R-waarden van vezels (a) en (b) waren resp. 2,6 en 16,5.

Tenslotte werd overeenkomstig voorbeeld I op elk monster een wrijvingsproef uitgevoerd, en ook daarvan staan de 35 uitkomsten in tabel B.

8004090 13 m

60 A Ö W O

•Η 3) P O VO O

>-HW« » » 00000·“ΙΛΙΤνΡ· -CM oooconw^ - 1

£ S I Λ Λ A

& > \ P t A w :e> C U VO -4 6- =4 CM CA ^ £ ΓΟ — VC Ο

.H.H cnroon ooononcnmcnmcMCM

K ft A 1 ftAAf********* • r-j <h ooo ooooooooo •H :«

A O & U

3) CM -p d I ^ |\o ir\ o 00 ΙΛ IA m co ιλ on ιλ co AAA ΛΛΛΛ»'^ΛΛΛ •H 3) 6DcO £0 CO J-J-COC06— VOVOOJCVl 3 p ,¾ r- I- t— i— i— «— r-t— — — — — « 10^ oTTooo ooooooooo

EH/,WVOt~ p" °0 VO -p- t—- ον ΓΟ OJ

?_ CO CO CO VO f— t— l— t— C— CO CO ov

CO CO LA «— r- 00 CO ΙΛ t\l OJ CO CO

nr1. AAA αλαααλ»2»^

Ol W 4 CM(MWW4!-t-00

C

3)

pI

JIH·^ <" N O -4 — AJ

P 0}¾¾ VO CO CO CO CO <2 _ ^ ai p ooo ooooooooo

Eh 3) » » » « O " "

60000 O " OO

O

§21

> OO

* « OOO ÖOÖIAÖÖOÖO

Ο « Λ Λ Α)«(μ·>4)ί)1>(ϋ1

C p T— la LA (ULAQJO 3) (ÜIA4J1A

03)¾¾ 60 60 60 60 60 O P

P

0

P

P —1 •HO ooo ooooooooo

tfO OOO OOOOOOOOO

A «— VO VO O O — V0V0O-4-4-OO

(11 ··· · ·······

> T- — OJ ·- »— »— OJ CM CM CO CO

-§ Η Η H C Ö Η H 3) 3) 'Ö H ^ fd 800 4 0 90 3) .H3)1-CMcnj-lAVOt-COO\ 3) = 4 H 3) 2

P 3) P

A 60 U

O U O

O 3) 0= = = = = = = = = t> t> > in 3 •Η Η

U

3 > ft Μ Ο bO +3

G W CO A

•Η \ - O O A 00 > e _=fcvj ooj-co ‘r~i P t— r~

•h \ AA

-P

I G

M :0) bO ·Η IA CO -rl· 00 Ov t— G o oo m co co cm cm

• H *rl «VA A A A A

ï» 'h oo oooo •o <H •H :«

U O £ O

X

•H

u

43 CO On 00 On Ov A

j ~V AA A A A A

3 § CVI CM CM CM S- CO

Λ CM CM

3 G Ό

3 O On O On A CO

^ g «<*Ν Λ Λ A A A A

3 o m co co co o *- 3 >o on m •H s—·

+3 I—I

34) O A OOOO

Ό 4) NO t— r OO 00 CO

!>i XS 00 CO t- t- CO CO

X 4)

O bO

§ 3 4) 0 3= 4) -3· X» -ο G = = = O 4)

PL. bO

00 Gv » K ·η

H

4) -2 3 +3

EH O

-P

O O

+Ϊ O O

•HO VO = = = 0 =

Λ O

Ur- 00 4) >

H

m cd ,£ cd ,ο cd ,ο Q) >./ w w > 3 > Ό H> GGOr-CUOO J) D r· r r* (“ Ό Si Td

r-l ·ο H

V -H 4> 3 H 3 rO = 3 rO = = = G bO h

O Sh O

O 3 0 > > > 800 40 90 15

Door vergelijking ziet men het belang dat de R beneden 5 moet liggen en dat zelfs bij versterking met een veerkrachtige koolstofvezel het gewenste effect bereikt kan worden als de R-waarde van de matrix maar 5 of minder is, en als R ook zoveel 5 antioxydant is dat de oxydatietemperatuur 800°C of hoger bedraagt.

Voorbeeld VI

Van het ook in voorbeelden I t/m III gebruikte weefsel werden 30 lagen samen geïmpregneerd met een furan-hars (Hitafuran 502 van de firma Hitachi Chemical Co., Ltd.). Dit werd 2 10 30 minuten onder een druk van 35 kg/cm en een temperatuur van 120°C samengeperst en daarna 1 uur onder dezelfde druk en een temperatuur van 200°C. Dit gaf een laminaat van Ho x kO x 1,7 cm

O

met 30 vol.# vezel en een dichtheid van 0,98 kg/dm . Vervolgens werd de vorm overeenkomstig voorbeeld I verkoold tot een KWK 15 met een dichtheid van 0,30 kg/dm . Het impregneren en weer verkolen werd 11 maal herhaald, net als in voorbeeld I, behalve dat bij de elfde behandeling tot 1800°C verhit werd.

Vervolgens werd de KWK gedrenkt met een 8# boor-zuur-oplossing. Ha evacueren tot 650 Torr liet men de druk weer op 20 de normale waarde komen. Aldus geïmpregneerde vormlingen werden bij 1i+0°C gedroogd en 20 minuten onder stikstof op 500°C verhit.

De dichtheid van de aldus verkregen CFRC was 1,53 kg/dm^; het bevatte 0,0^8# borium, de Tq was 850°C en de R was 3,3. Bij beproeven overeenkomstig voorbeeld I werd een wrijvings-25 coëfficiënt van 0,3^ gevonden en het wrijvingsverlies was 2,8^um/stop.

8004090

Claims

1. Met koolstofvezel versterkte koolstof, met het kenmerk, dat de kristalliniteitsindex van de matrix-koolstof tussen 2,3 en 5»0 ligt en dat het zoveel antioxydant bevat dat 5 de oxydatietemperatuur daarvan tenminste 800°C bedraagt.

2. Materiaal volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het voor 20 tot 65 vol.# uit koolstofvezel bestaat.

3. Materiaal volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het als antioxydant tenminste één fosfor- en/of 10 borium-verbinding bevat. b, Materiaal volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het 0,02 tot 0,5 gew.# (betrokken op elementair fosfor en/of boor en op het totaal) aan antioxydant bevat.

5· Werkwijze voor het bereiden van met koolstofvezel 15 versterkte koolstof, met het kenmerk, dat het materiaal tot zo'n temperatuur verhit wordt dat de kristalliniteitsindex van de matrix-koolstof tussen 2,3 en 5>0 ligt en dat tijdens één of meer der bewerkingen zoveel antioxydant in het geheel opgenomen wordt dat de oxydatietemperatuur van het geheel tenminste 800°C 20 bedraagt.

6. Werkwijze volgens conclusie 5» met het kenmerk. dat als antioxydant fosfor, borium en/of één of meer verbindingen daarvan gebruikt worden.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, 25 dat men in de met koolstofvezel versterkte koolstof zoveel antioxydant opneemt dat deze 0,02 tot 0,5 gew.# aan boor en/of fosfor (betrokken op de elementen) bevat.

8. Werkwijze volgens een der conclusies 5» 6 of 7» waarbij men een weefsel van koolstofvezel met een verkoolbaar 30 hars impregneert, men het geheel zodanig verhit dat het hars verkoolt, en men de dichtheid van het geheel verhoogt door de verkoolde vorm weer met hars te impregneren en het hars opnieuw door verhitten te doen verkolen.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, 35 dat men een fenol- en/of een furan-hars gebruikt. 800 4 0 90

10. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat men voor het verhogen van de dichtheid een fenol- of furan-hars, petroleumpek, koolteer en/of asfalt gebruikt.

11. Werkwijze volgens een der conclusies 5 t/m 10, 5 met het kenmerk, dat men onder niet oxyderende atmosfeer verhit tot een temperatuur tussen 1300° en 2100°C.

12. Werkwijze volgens conclusie 10, waarbij men een fenol- of furan-hars of koolteergebruikt, met het kenmerk, dat men onder niet oxyderende atmosfeer verhit tot een temperatuur 10 tussen 1300° en 2kOQ°C.

13. Werkwijze volgens conclusie 10, waarbij men een petroleumpek en/of asfalt gebruikt, met het kenmerk, dat men onder niet oxyderende atmosfeer verhit tot een temperatuur tussen 1200° en 2100°C. 15 ik. Werkwijze volgens een der conclusies 5» 8 of 7, met het kenmerk, dat de met koolstofvezel versterkte koolstof verkregen was door koolstof uit de dampfase op de vezel af te zetten. 15.Werkwijze volgens conclusie 1k, met het kenmerk, 20 dat het geheel onder niet oxyderende atmosfeer verhit wordt tot een temperatuur tussen 1200° en 2100°C. Té. Materiaal volgens conclusie k, met het kenmerk, dat het voor 25 tot 50 vol.$ uit vezel bestaat.

17. Materiaal volgens een der conclusies 1 t/m b of 25 16, met het kenmerk, dat het als aanvullende antioxydant ZnO, CuSO^, AlCl^, AliNO^Jg» Ca(0H)2, CaCl2 en /of.CaCO^ bevat.

18. Wrijvingselement, met het kenmerk, dat het een materiaal volgens een der conclusies 1, 2, 3, k, 16 of 17 bevat. 800 40 90