偏航控制用制动块及制动构件的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种偏航控制用制动块，其具有制动部，所述制动部包含氟树脂纤维集合体和浸渍于该氟树脂纤维集合体中的基体树脂、且具有制动面。
【专利说明】偏航控制用制动块及制动构件
【技术领域】
[0001] 本发明涉及偏航控制用制动块及使用其的制动构件。
【背景技术】
[0002] 以前，作为在无润滑下具有耐磨损性的材料，例如已知酚醛树脂成型材料（例如， 参照专利文献1。）、碳材（例如，参照专利文献2。）等。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1 :日本特开2008-001883号公报
[0006] 专利文献2 :日本特开2008-249129号公报
【发明内容】
[0007] 发明要解决的问题
[0008] 有时使用设置在风车轴承上的制动块进行风车的偏航控制。对于该偏航控制用制 动块而言，从其结构来看，由于风车发动机舱的质量等，连续长时间承受高压负荷。
[0009] 如果偏航控制制动块使用以前的树脂材料或者碳材料，则存在对于高压负荷的强 度不足、制动块容易破裂这样的问题。即，得到具有偏航控制所需要的高耐磨损性且具有能 够连续长期耐受高负荷的高压缩强度的制动块是非常困难的。
[0010] 因此，本发明的目的在于提供一种具有能够连续长期耐受高负荷的高压缩强度、 且具有优异的耐磨损性的偏航控制用制动块。
[0011] 用于解决问题的方法
[0012] 本发明涉及一种偏航控制用制动块，其具有制动部，所述制动部包含氟树脂纤维 集合体和浸渍于该氟树脂纤维集合体中的基体树脂、且具有制动面。
[0013] 上述本发明的制动块具有能够连续长期耐受高负荷的高压缩强度、且具有优异的 耐磨损性。
[0014] 以上述制动部的总质量作为基准，制动部中的基体树脂的比例可以为20?50质 量％。另外，氟树脂纤维集合体可以为纺织物。在压缩强度和耐磨损性方面，制动块具有这 些构成更有利。
[0015] 本发明的制动块可以进一步具有设置在制动部的与制动面相反侧的、支撑制动部 的底座部。该底座部可以包含非氟树脂纤维集合体和浸渍于该非氟树脂纤维集合体中的基 体树脂。
[0016] 制动部可以进一步包含非氟树脂纤维集合体，且氟树脂纤维集合体与非氟树脂纤 维集合体交替地层叠。
[0017] 上述非氟树脂纤维集合体可以为由从棉、毛、丝、麻、人造丝、尼龙、腈纶、维尼纶、 聚酯、聚烯烃、聚氨酯、芳纶、硼、PBO纤维（Zylon)、玻璃以及碳中选择的至少1种纤维形成 的集合体。
[0018] 制动块可以包含20?60张片状的氟树脂纤维集合体，且这些纤维集合体层叠。或 者，制动块可以包含片状的氟树脂纤维集合体和片状的非氟树脂纤维集合体，这些纤维集 合体的合计数为20?60张，这些纤维集合体层叠。
[0019] 基体树脂例如为酚醛树脂组合物或者环氧树脂组合物的固化物。
[0020] 另一方面，本发明涉及一种具备具有凹处的支撑构件和嵌入该凹处的制动块的风 车偏航控制用制动构件。本发明的制动构件具有上述本发明的偏航控制用制动块。
[0021] 发明效果
[0022] 根据本发明，能够得到一种具有能够连续长期耐受高负荷的高压缩强度、且具有 优异的耐磨损性的制动块。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1是示意性地表示制动块的一个实施方式的截面图。
[0024] 图2是示意性地表示制动块的另一个实施方式的截面图。
[0025] 图3是示意性地表示制动块的另一个实施方式的截面图。
[0026] 图4是表示制动构件的一个实施方式的示意图。
【具体实施方式】
[0027] 下面对本发明的实施方式进行详细说明。但是，本发明不限于以下的实施方式。
[0028] 图1是表示制动块的一个实施方式的截面图。图1所示的制动块100具备：具有 平坦的制动面S的制动部1和设置在制动部1的与制动面S相反侧、支撑制动部1的底座 部2。
[0029] 通过制动部1的制动面S与被制动构件的接触，从而对非制动构件施加用于偏航 控制的摩擦阻力。制动部1包含具有片状的氟树脂纤维集合体和浸渍于其中的基体树脂的 多个氟树脂纤维强化树脂层10。各氟树脂纤维强化树脂层10所含的氟树脂纤维集合体沿 着与它们的主面垂直的方向进行层叠。相邻氟树脂纤维强化树脂层10的基体树脂通常多 彼此形成为一体，在两者之间不形成明显的界面。
[0030] 通过使制动部1具有氟树脂纤维集合体和基体树脂，从而制动块100能够具有与 以前的树脂材料、碳烧结体同等以上的耐磨损特性，且能够具有即使在由于非制动构件的 质量等而承受了高负荷的情况下也不损伤非制动构件的摩擦系数低的特性。
[0031] 构成制动部1的氟树脂纤维集合体主要由氟树脂纤维构成。但是，以提高氟树脂 纤维与树脂等的润湿性和降低成本等为目的，在不损害氟树脂纤维的低摩擦特性的范围 内，氟树脂纤维集合体也可以通过混纺、混捻或者混棉等方法而包含其它纤维材料。
[0032] 氟树脂纤维集合体以及后述的非氟树脂纤维集合体可以为纺织物、编织物、混纺 物或者毛毡。通过使用这些形态的纤维集合体，能够进一步有效地防止在承受高负荷时制 动块破裂。从基体树脂的浸渍性的观点考虑，纤维集合体可以为空隙率容易调整的纺织物。
[0033] 形成氟树脂纤维集合体的氟树脂纤维，例如可以包含从由聚四氟乙烯（PTFE)纤 维、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物（FEP)纤维、四氟乙烯-对氟烷基乙烯基醚共聚物（PFA)纤 维、聚氯三氟乙烯（PCTFE)纤维、以及乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE)所组成的组中选择的 1种或者2种以上纤维。从耐磨损性的观点考虑，例如可以选择PTFE纤维。
[0034] 底座部2包含具有片状的非氟树脂纤维集合体和浸渍于其中的基体树脂的多个 非氟树脂纤维强化树脂层11、12。在图1的实施方式的制动块100中，非氟树脂纤维强化树 脂层11与非氟树脂纤维强化树脂层12中包含不同种类的非氟树脂纤维。
[0035] 与非制动构件接触的制动部1要求优异的耐磨损性和能够耐受高负荷的强度，相 对于此，底座部2虽然要求能够耐受高负荷的强度，但由于在使用制动块的期间内不会与 非制动构件接触，因此无需高度的耐磨损性。因此，底座部2只要由具有能够耐受高负荷的 强度的材料构成即可。通过使制动块具有层叠构成不同的制动部1和底座部2的2层结构， 且仅在制动部1中使用赋予耐磨损性的氟树脂纤维，从而能够减少高价的氟树脂纤维的使 用量。由此能够兼顾低成本和高耐磨损性。
[0036] 非氟树脂纤维集合体例如包含从棉、毛、丝、麻、人造丝、尼龙、腈纶、维尼纶、聚酯、 聚烯烃、聚氨酯、芳纶、硼、PBO纤维（Zylon)、玻璃以及碳中选择的至少1种纤维。从低成本 的观点考虑，可以选择天然纤维的棉、合成纤维的聚酯、或者无机纤维的玻璃。从高强度的 观点考虑，可以选择天然纤维的麻、合成纤维的芳纶纤维、或者无机纤维的碳纤维。
[0037] 构成制动块的基体树脂可以为包含从酚醛树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂以及不 饱和聚酯树脂等中选择的1种或者2种以上热固性树脂的热固性树脂组合物的固化物，也 可以为从聚酰胺以及聚缩醛等中选择的热塑性树脂。从耐热性的观点考虑，可以选择热固 性树脂组合物。酚醛树脂与氟树脂纤维的润湿性良好。环氧树脂与纤维的粘接性良好，也 具有优异的机械特性。构成制动部或者底座部的各纤维强化树脂层的基体树脂的组成彼此 可以相同，也可以不同。
[0038] 酚醛树脂例如可以使用酚醛清漆型酚醛树脂、甲阶酚醛（Resol)型酚醛树脂或者 它们两者。从成型稳定性的观点考虑，可以选择甲阶酚醛型酚醛树脂。
[0039] 环氧树脂例如可以为从双酚A缩水甘油醚型环氧树脂、双酚F缩水甘油醚型环氧 树脂、双酚S缩水甘油醚型环氧树脂、双酚AD缩水甘油醚型环氧树脂、苯酚酚醛清漆型环氧 树脂、联苯型环氧树脂以及甲酚酚醛清漆型环氧树脂所组成的组中选择的至少1种。
[0040] 基体树脂的含有率（基体树脂相对于纤维集合体和基体树脂的合计质量的比例） 可以为20?50质量％。通过使基体树脂的含有率处于20?50质量％的范围内，有能够 使强度和作为制动块的摩擦特性特别良好的倾向。从同样的观点考虑，基体树脂的含有率 可以为25?45质量％、或者30?40质量％。制动部中的基体树脂的含有率可以处于上 述范围内，制动块整体中基体树脂的含有率也可以处于上述范围内。
[0041] 图2也是表示制动块的一个实施方式的截面图。图2所示的制动块100具备：具 有制动面S的制动部1和设置在制动部1的与制动面S相反侧、支撑制动部1的底座部2。 在制动部1中，包含氟树脂纤维集合体的氟树脂纤维强化层10与包含非氟树脂纤维集合体 的非氟树脂纤维强化层11交替地层叠。通过这样将氟树脂纤维集合体与其它材料的纤维 集合体交替地层叠，能够实现进一步的低成本化。在这种情况下，虽然耐磨损性稍有降低， 但其降低的程度轻微，能够得到实用上能够耐受的充分耐磨损性。图2所示的制动块2的 底座部2由多个非氟树脂纤维强化层11构成。
[0042] 图3也是表示制动块的一个实施方式的截面图。关于图3所示的制动块100,在制 动部1中，纤维集合体（纤维强化树脂层）的层叠方向（与各层的主面垂直的方向）相对 于制动面S倾斜，在这点上与图2的制动块不同。通过采用这样的构成，即使制动块由于长 时间的摩擦而磨损，也能够保持氟树脂纤维在作为最外表面的制动面S露出的状态。因此， 能够使用非氟树脂纤维而实现低成本化，且能够进一步提高耐磨损性。为了最大限度地发 挥氟树脂纤维的低摩擦特性，纤维集合体的层叠方向相对于制动面S的角度（倾斜角度） 可以为2?90°。从成型加工的观点考虑，如果倾斜角度小则能够提高成型加工的成品率， 因此可以将倾斜角度设为2?30°。
[0043] 本发明的制动块不限于以上例示的实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内能够 适当变形。例如，不一定必须设有由非氟树脂纤维强化层构成的底座部。另外，可以在非氟 树脂纤维强化层（底座部）的下部（与制动部相反侧）进一步设置与具有制动面的制动部 不同的氟树脂纤维强化层。通过采用这样由非氟树脂纤维强化层和将其从两侧夹住的氟树 脂纤维强化层构成的三明治（sandwich)结构，从而使层叠构成为上下对称或者近似上下 对称的构成，得到翘曲降低的效果。
[0044] 图4的（a)和（b)分别是表示偏航控制用制动构件的一个实施方式的俯视图和截 面图。图4所示的制动构件200具备：具有圆筒状凹处111的支撑构件110和嵌入凹处111 的圆筒状的本实施方式的制动块100。将多个制动构件200安装在风车的轴承等上，适宜地 用作追随改变风车旋转面的风向的偏航控制装置的制动构件。支撑构件例如为黄铜制。
[0045] 装在制动构件上的制动块（研磨盘）由于承受由发动机舱的质量以及风产生的负 荷，进一步在偏航工作时也承受其动态载荷，因此必须具有能够耐受上述负荷和动态载荷 的强度和耐久性。本实施方式的制动块由于强度和耐久性优异，因此在长期使用时能够有 效地抑制破裂、破损。
[0046] 制动块由于连续地磨损，因此必须定期地进行更换，但期望其更换频率尽可能减 少。本实施方式的制动块由于具有高耐磨损性，因此寿命长，能够减少更换频率。进一步， 通过提高耐磨损性，也能够维持长寿命且使制动部的厚度变薄。其结果是能够得到制动构 件轻量化、削减原料成本、降低产生磨损粉这样的效果。
[0047] 实施例
[0048] 以下通过实施例更具体地说明本发明。但是，本发明的范围不限于这些实施例。
[0049] (预浸料的制作）
[0050] 将切成IOOmmX IOOmm尺寸的PTFE纤维织布（东丽株式会社制、商品名： TOYOFURON(注册商标）、产品编号：2402、单位面积质量：201g/m2)和玻璃纤维织布（日东纺 织株式会社制、单位面积质量：570g/m 2)分别浸渍于甲阶酚醛型酚醛树脂溶液（日立化成 工业株式会社制、商品名：VP-51N)中后提上来。将浸渍了上述树脂溶液的织布通过110°C、 10分钟的加热进行干燥，得到具有PTFE纤维织布、或者玻璃纤维织布和浸渍于它们中的基 体树脂的预浸料。干燥后的基体树脂浸渍率（基体树脂相对于预浸料质量的比例）在PTFE 树脂纤维织布的预浸料中为37质量％、在玻璃纤维织布的预浸料中为45质量％。基体树 脂的浸渍率是，将干燥后的预浸料质量减去一张织布的质量而得到的值作为基体树脂浸渍 量，基体浸渍量除以预浸料全体的质量而得到的值。将所得到的预浸料用于制作以下实施 例和比较例的成型体。
[0051] 实施例1
[0052] (成型体的制作）
[0053] 层叠 50张 PTFE纤维织布预浸料，使用300吨油压成型机（东邦PRESS制作所株 式会社制），在165°C、8MPa进行10分钟压制后，在180°C加热1小时，得到包含酚醛树脂的 固化物作为基体树脂的厚度7. 5_的成型体。在所得到的成型体中，PTFE树脂纤维/基体 树脂=66/34(质量％ )。纤维和基体树脂的含有率是，将所得到的成型体的质量减去使用 的纤维织布的质量而得到的值作为基体树脂含有量，纤维织布或者基体树脂含有量除以成 型体全体的质量而得到的值。
[0054] (压缩强度试验）
[0055] 关于压缩强度试验，根据JIS-A 1108,使用阿姆斯勒（Amsler)式万能试验机 (株式会社岛津制作所制），对成型体在预浸料的层叠方向施加载荷来进行。压缩强度为 2IOMPa〇
[0056] (磨损试验）
[0057] 使用环盘（ring-on-disc)型磨损试验机（株式会社茨城制作所制）进行磨损 试验。在切成50mmX10mmX5mm的样品的PTFE纤维织布侧推压环（材质：SUS304(JIS-G 4303 :2005)、外径：34mm、内径：25. 6mm、宽度：4. 2mm)，在表面压力：8MPa、旋转速度： 0. 16m/s的条件下测定8小时。单位时间的磨损深度为0. 02mm/h。
[0058] 实施例2
[0059] 将17张 PTFE纤维织布预浸料、1张玻璃纤维织布预浸料、40张棉织布预浸料（日 立化成工材株式会社制、商品名：GP-51NS、基体树脂浸渍率：60质量％)依次层叠。使用 300吨油压成型机（东邦PRESS制作所株式会社制），在165°C、8MPa下对所得到的层叠体进 行10分钟压制后，在180°C加热1小时，得到由包含PTFE纤维织布的控制部（厚度2. 6_) 和底座部（厚度：4. Omm)构成的成型体，上述底座部由包含玻璃纤维织布的玻璃纤维织布 强化层与包含棉织布的棉纤维强化层构成。在所得到的成型体中，PTFE树脂纤维/玻璃纤 维/棉纤维/基体树脂=31/5/31/33 (质量％ )。
[0060] 对于所得到的成型体，与实施例1同样地进行压缩强度试验以及磨损试验。压缩 强度为300MPa，单位时间的磨损深度为0. 02mm/h。
[0061] 实施例3
[0062] 将20张 PTFE纤维织布预浸料与棉织布预浸料交替地层叠，进一步在其下部层叠 40张棉织布预浸料。对所得到的层叠体与实施例1同样地进行压制和加热处理，得到由 PTFE纤维织布与棉纤维织布交替地层叠而成的控制部（厚度2. 5_)和棉织布层叠而成的 底座部（厚度4. Omm)构成的成型体。在所得到的成型体中，PTFE树脂纤维/棉纤维/基 体树脂=20/45/35(质量％ )。
[0063] 对于所得到的成型体，与实施例1同样地进行压缩强度试验以及磨损试验。压缩 强度为280MPa，单位时间的磨损深度为0. 10mm/h。
[0064] 实施例4
[0065] 将17张 PTFE纤维织布预浸料、16张棉织布预浸料（日立化成工材株式会社制、 商品名：GP-51NS)、17张 PTFE纤维织布预浸料依次层叠。对所得到的层叠体与实施例1同 样地进行压制和加热处理，得到由PTFE纤维织布强化层层叠而成的部分（厚度：2. 5mm)、棉 织布强化树脂层层叠而成的部分（厚度I. 7_)以及PTFE纤维织布强化层层叠而成的部分 (厚度2. 5_)构成的成型体。在所得到的成型体中，PTFE树脂纤维/棉纤维/基体树脂= 56/11/33(质量％ )。
[0066] 对于所得到的成型体，与实施例1同样地进行压缩强度试验以及磨损试验。压缩 强度为230MPa，单位时间的磨损深度为0. 02mm/h。
[0067] 实施例5
[0068] 将30张 PTFE纤维织布预浸料与棉织布预浸料交替地层叠。对所得到的层叠体与 实施例1同样地进行压制和加热热处理，得到成型体。将得到的成型体沿着相对于层叠方 向倾斜5°的方向切断，切出厚度：2. 5mm的作为控制部的部分。在其上层叠40张棉织布预 浸料，与实施例1同样地进行压制和加热处理，得到由PTFE纤维与棉纤维倾斜同时交替地 层叠而成的控制部（厚度2. 5mm)、和棉纤维层叠而成的底座部（厚度4. Omm)构成的成型 体。在所得到的成型体中，PTFE树脂纤维/棉纤维/基体树脂=21/46/33 (质量％ )。
[0069] 对于所得到的成型体，与实施例1同样地进行压缩强度试验以及磨损试验。压缩 强度为240MPa，单位时间的磨损深度为0. 06mm/h。
[0070] 比较例1
[0071] 对层叠50张棉纤维织布预浸料而得到的层叠体与实施例1同样地进行压制和加 热处理，得到成型体（棉纤维/基体树脂=67/33 (质量％ ))。对于所得到的成型体，与实 施例1同样地进行压缩强度试验以及磨损试验。压缩强度为260MPa，单位时间的磨损深度 为 2. 0mm/h〇
[0072] 比较例2
[0073] 获得碳滑动材料（日立化成工业株式会社制、商品名：HITAROKKU HCB-10、 HITAROKKU为注册商标），与实施例1同样地进行压缩强度试验以及磨损试验。压缩强度为 lOOMPa，单位时间的磨损深度为0. 17mm/h。
[0074] 比较例3
[0075] 将酚醛树脂（Air Water株式会社制、商品名：BELLPEARL S890、BELLPEARL为注册 商标）：70质量％和石墨（日本石墨工业株式会社制、商品名：CB150) :30质量％混炼。将 所得到的混炼物放入加热至150°C的金属模具中，以2MPa进行5分钟压制后，在180°C进行 8小时处理，得到酚醛树脂成型体。对于所得到的成型体，与实施例1同样地进行压缩强度 试验以及磨损试验。压缩强度为220MPa，单位时间的磨损深度为0. 40mm/h。
[0076] 表1汇总显示各实施例和比较例的成型体的压缩强度以及磨损深度。
[0077] [表 1]
[0078]
【权利要求】
1. 一种偏航控制用制动块，其具有制动部，所述制动部包含氣树脂纤维集合体和浸溃 于该氣树脂纤维集合体中的基体树脂、且具有制动面。
2. 根据权利要求1所述的偏航控制用制动块，所述制动部中的所述基体树脂的比例W 所述制动部的总质量作为基准为20?50质量％。
3. 根据权利要求1或者2所述的偏航控制用制动块，所述氣树脂纤维集合体为纺织物。
4. 根据权利要求1?3中任一项所述的偏航控制用制动块，进一步具有设置在所述制 动部的与所述制动面相反侧的、支撑所述制动部的底座部， 所述底座部包含非氣树脂纤维集合体和浸溃于该非氣树脂纤维集合体中的基体树脂。
5. 根据权利要求1?4中任一项所述的偏航控制用制动块，所述制动部进一步包含非 氣树脂纤维集合体，所述氣树脂纤维集合体与所述非氣树脂纤维集合体交替地层叠。
6. 根据权利要求4或者5所述的偏航控制用制动块，所述非氣树脂纤维集合体为由从 棉、毛、丝、麻、人造丝、巧龙、膳绝、维巧绝、聚醋、聚締姪、聚氨醋、芳绝、棚、PBO纤维巧Ion、 玻璃W及碳中选择的至少1种纤维形成的集合体。
7. 根据权利要求1?6中任一项所述的偏航控制用制动块，包含20?60张片状的所 述氣树脂纤维集合体，层叠有该些纤维集合体。
8. 根据权利要求1?6中任一项所述的偏航控制用制动块，包含片状的所述氣树脂纤 维集合体和片状的所述非氣树脂纤维集合体，该些纤维集合体的合计数为20?60张，层叠 有该些纤维集合体。
9. 根据权利要求1?8中任一项所述的偏航控制用制动块，所述基体树脂为酪醒树脂 组合物或者环氧树脂组合物的固化物。
10. -种风车的偏航控制用制动构件，其具备： 具有凹处的支撑构件、和 嵌入该凹处的权利要求1?9中任一项所述的偏航控制用制动块。
【文档编号】F16D69/02GK104471270SQ201280074751
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2012年7月23日 优先权日:2012年7月23日
【发明者】小船美香, 永井晃, 藤田淳, 上田浩一, 荒川容好 申请人:日立化成株式会社