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基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料及其制备方法

阅读:1122发布:2020-07-28

IPRDB可以提供基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料及其制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本发明涉及一种基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料及其制备方法,包括钢芯板层,钢芯板层的表面设有碳纸基摩擦层,该摩擦材料采用2.5D多维碳纤维作为尺度维度可控;具体制备方法:碳组元成份的配比;2.5D多维编织机上预制体的制备;复合摩擦材料的制备;本发明由下列重量成份比例的原料制成:纳米碳0.5~2份、碳纤维85~90份、芳纶纤维5~8份、玻璃纤维4~5份。本发明通过使用纳米碳、碳纤维,使纳米碳更均匀地分散于基体中,从而制得具有质轻、高比强度、较高的摩擦系数、磨损率小;制品气孔率低、摩擦材料均匀致密;延长了产品使用寿命,减少纤维脱落现象;且抗热衰退性能更好的碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料及其制备方法。,下面是基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料及其制备方法专利的具体信息内容。

1.一种基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料,包括多维纤维类高性能摩擦材料,其特征在于:多维纤维类高性能摩擦材料的钢芯板层采用抗热碳纤维65Mn增强材料的基材。

2.根据权利要求1所述的基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料的制备方法,其特征在于:具体制备过程如下:(1)编织纤维布:

编织采用碳组元,碳组元成份的配比:纳米碳0.5~2份、碳纤维85~90份、芳纶纤维5~

8份、玻璃纤维4~5份;

纤维布编织成环形, 通过3~6层纤维的2.5D多维碳纤维自动编织,按接纱沿厚度方向

0°~90°贯穿各层,织成浅交弯联、深交联或三维正交结构的碳纤维机织预制体,实现内径、外径、层数和厚度可控且让不同纤维混合编织成圆环;

(2)将纤维布卷曲成型并浸渍树脂及烘干固化和冷却:

浸渍树脂时,把扇形卷曲成环形,并放入套置工装将之固定成型,采用每层摩擦片用铁丝网隔开,将工装沉入到浸胶器内,浸胶器加盖紧固,打开真空泵抽真空,真空是0.08~

0.12Pa之间,抽真空的时间为D分钟,然后关真空泵加入胶液,浸胶器中的胶液为50%的基体树脂胶和50%的无水酒精,浸胶时间为αH1小时,直至浸透并打开盖,取出工装控干胶液,沥干时间为αH2小时;

进行烘干固化时,待酒精挥发到5%~10%后,进入烘箱中进行预烘干定型控制环形摩擦层的尺度维度不产生微量形变,烘干的温度设置成T1℃,烘至酒精完全挥发后烘干的温度设置成T2℃,至烘干为止;

(3)取钢板进行冲压成型、热平整、热处理、清洗和晾干后作为底层的钢芯板层;

(4)底层的钢芯板层用丙酮擦洗芯板两面晾干后与上层的环形摩擦层通过中间层的有机粘接剂进行粘结形成摩擦片。

3.根据权利要求2所述的基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料的制备方法,其特征在于:纳米碳与铜粉的球磨合金化,纳米碳与铜粉快速熔融,冷却后用多螺杆挤压破碎造粒,经过多次循环造粒。

4.根据权利要求3所述的基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料的制备方法,其特征在于:纳米碳与铜粉快速熔融的温度为T3℃,熔融结束后进行冷却到常温,放入冰柜进行T4℃制冷,再取出放置到常温。

5.根据权利要求2所述的基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料的制备方法,其特征在于:采用自动化编程直接编织出摩擦材料应有的凹型槽作为油槽,且摩擦材料层按产品规格尺寸直接编程设计成大扇形。

6.根据权利要求2所述的基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料的制备方法,其特征在于将粘结成型的摩擦片进行倒角和开油槽,所述的开油槽采用热刀开预留尺寸槽,再用冷刀将槽型开到所需尺寸。

说明书全文

基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种复合摩擦材料,尤其涉及一种基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 摩擦离合器利用摩擦副间的摩擦力实现机械机构或机器主动部份与从动部份的接合、分离或不同步运转;摩擦制动器利用摩擦副间的摩擦力实现机械机构或机器的减速、限速或停止。摩擦副由摩擦片和对偶片组成,其中摩擦副的性能主要取决于摩擦片的摩擦磨损性能。随着机械装置向高负载、高运转速度及大功率发展的要求,对摩擦装置也提出了4
更高性能的要求,如能量负荷值大于70000J·W/cm ,功率大于1500HP,速度大于75m/s的要求,传统的粉末冶金摩擦材料已不能完全满足高能量密度摩擦系统。
[0003] 摩擦装置是机械传动系统中的重要部件,其广泛应用于船舶动力传动系统、车辆传动系统、农业与工程机械传动系统、通用机械传动系统,以及军民用飞机刹车制动系统、车辆及摩托赛车刹车制动系统,和工程及矿用湿式桥制动系统等领域,摩擦装置包括摩擦离合器和摩擦制动器,它涉及到船舶或车辆动力传递与控制的可靠性。
[0004] 目前应用于高速、重载工况下的高性能摩擦材料主要包括:粉末冶金摩擦材料、碳/碳摩擦材料、陶瓷基摩擦材料、半金属摩擦材料和纸基摩擦材料。沉积型碳/碳摩擦材料的高成本和陶瓷基摩擦材料的脆性制约了其规模化应用,因此,具有超稳定摩擦系数、高动态冲击强度、高耐热性、低磨损率、低制造成本的摩擦材料及摩擦副,成为国内外研究机构和摩擦材料企业研究的热点、重点和难点。近年来,我国机械传动装备的整体技术提升与产业发展趋势,要求在摩擦材料行业领域里开发出具有更高耐热性能和耐磨性能的摩擦材料与之相适应,因而研究具有较低制造成本,且具有稳定的摩擦系数、低磨损率和高耐热性能的摩擦材料及其摩擦副,是国内外摩擦材料市场非金属基摩擦副的研究和发展方向。
[0005] 此外,现有国产摩擦片在实际使用过程中,依然存在摩擦性能不稳定、磨损率高和耐热性能低等问题,严重制约了机械系统优良机动性能的发挥。特别是在军工领域高速、重载、高能量负荷工况下,摩擦副的性能稳定性更显得重要。因此,研制与传动系统或制动系统相匹配的、使用寿命长、可靠性高的新型摩擦片及摩擦副显得十分迫切和必要。

发明内容

[0006] 本发明主要是解决现有技术所存在的生产出来的摩擦片承受的能量负荷和压力负荷较小,摩擦性能低、对摩擦层的磨损较高、制动不稳定及制造成本高的技术问题,提供一种具有质轻、高比强度、较高的摩擦系数、磨损率小;制品气孔率低、摩擦材料均匀致密;延长了产品使用寿命,减少纤维脱落现象;且抗热衰退性能更好的基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料及其制备方法。
[0007] 一种基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料,包括多维纤维类高性能摩擦材料,其特征在于:多维纤维类高性能摩擦材料的钢芯板层采用抗热碳纤维65Mn增强材料的基材。
[0008] 作为优选,基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料的制备方法,按以下步骤进行:(1)编织纤维布:
编织采用碳组元,碳组元成份的配比:纳米碳0.5~2份、碳纤维85~90份、芳纶纤维5~
8份、玻璃纤维4~5份;
纤维布编织成环形, 通过3~6层纤维的2.5D多维碳纤维自动编织,按接纱沿厚度方向
0°~90°贯穿各层,织成浅交弯联、深交联或三维正交结构的碳纤维机织预制体,实现内径、外径、层数和厚度可控且让不同纤维混合编织成圆环;
(2)将纤维布卷曲成型并浸渍树脂及烘干固化和冷却:
浸渍树脂时,把扇形卷曲成环形,并放入套置工装将之固定成型,采用每层摩擦片用铁丝网隔开,将工装沉入到浸胶器内,浸胶器加盖紧固,打开真空泵抽真空,真空是0.08~
0.12Pa之间,抽真空的时间为D分钟,然后关真空泵加入胶液,浸胶器中的胶液为50%的基体树脂胶和50%的无水酒精,浸胶时间为αH1小时,直至浸透并打开盖,取出工装控干胶液,沥干时间为αH2小时;所述的D数值为10~15,α为可调节系数0.8~1.2,H1数值为2~2.5,H2数值为2~2.5;
进行烘干固化时,待酒精挥发到5%~10%后,进入烘箱中进行预烘干定型控制环形摩擦层的尺度维度不产生微量形变,烘干的温度设置成T1℃,烘至酒精完全挥发后烘干的温度设置成T2℃,至烘干为止;所述的T1数值为55~70,T2数值为120~130;
(3)取钢板进行冲压成型、热平整、热处理、清洗和晾干后作为底层的钢芯板层;
(4)底层的钢芯板层用丙酮擦洗芯板两面晾干后与上层的环形摩擦层通过中间层的有机粘接剂进行粘结形成摩擦片。
[0009] 作为优选,纳米碳与铜粉的球磨合金化,纳米碳与铜粉快速熔融,冷却后用多螺杆挤压破碎造粒,经过多次循环造粒。
[0010] 作为优选,纳米碳与铜粉快速熔融的温度为T3℃,熔融结束后进行冷却到常温,放入冰柜进行T4℃制冷,再取出放置到常温。所述的T3数值为60~80,T2数值为-8~-2。
[0011] 作为优选,采用自动化编程直接编织出摩擦材料应有的凹型槽作为油槽,且摩擦材料层按产品规格尺寸直接编程设计成大扇形。
[0012] 作为优选,将粘结成型的摩擦片进行倒角和开油槽,所述的开油槽采用热刀技术开预留尺寸槽,再用冷刀将槽型开到所需尺寸。温度达500℃~600℃的热刀将预留尺寸的槽快速开好,经过液氮制冷后的刀具能将槽型平整切刀所需尺寸,且让槽型表面的粗糙度提高,在过油散热方面起到性能强化;油槽的形式有多种多样,根据客户产品设计需求进行开槽。
[0013] 本发明能够达到如下效果:(1)、通过对碳组元的选用、配比、排列、维度和联接方式匹配,实现不同尺度碳组元的协同作用,提升摩擦材料的摩擦磨损和耐热性能;通过对碳纤维二维、三维规则排列和空间结构设计,实现材料摩擦学性能的设计性,提高材料的摩擦磨损性能;
(2)、通过纳米碳粉与铜粉的球磨合金化,纳米碳粉与铜粉快速熔融,冷却,然后多螺杆挤压破碎造粒,经过多次循环造粒,实现纳米碳粉在复合材料中均匀分散;
(3)、通过3~6层纤维的2.5D编织,实现内径、外径、层数和厚度可控及不同纤维混合编织的圆环的制备;
(4)、传统的纤维编织类摩擦材料的槽型是后续加工或通过拼接而成,而我们采用的是自动化编程直接编织出摩擦材料应有的凹型槽作为油槽;
(5)、传统的纤维类材料是整块织物经冲切或裁剪成圆环,这种加工方式的缺点是纤维的连续性受到破坏,严重浪费原材料。而本项目采用的是利用2.5D编织机直接按照产品所需的尺寸规格要求编织成型,纤维连续完整整齐,且无毛边和切边。
[0014] 本发明内容包括一是摩擦材料技术研究,涉及的有碳组元,优化纳米碳材料或碳纤维材料;再通过多维编织碳纤维与金属基材的优化复合,以创新形成一种新型的碳纤维摩擦材料,从而制得具有质轻、高比强度、较高的摩擦系数、磨损率小;制品气孔率低、摩擦材料均匀致密;延长了产品使用寿命,减少纤维脱落现象;且抗热衰退性能更好的碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料及其制备方法。二是技术的产业化制备方法研究,通过对专用设备和生产研制、生产流水线设计和生产过程信息化管理等,提高企业产品产业化水平。

具体实施方式

[0015] 下面通过实施例,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0016] 实施例1:一种基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料,钢芯板层的基材采用特殊的抗热碳纤维65Mn材料,包括底层、中间层和上层,底层与上层通过中间层相粘结而成,底层为钢芯板层,中间层为有机粘结剂,上层为环形碳基摩擦层。
[0017] 基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料的制备方法,具体过程如下:(1)碳组元成份的配比:
纳米碳1份、碳纤维86份、芳纶纤维8份、玻璃纤维5份。
[0018] 纳米碳与铜粉的球磨合金化,纳米碳与铜粉在温度为65℃下快速熔融,熔融结束后进行冷却到常温,放入冰柜进行-5℃制冷,再取出放置到常温后用多螺杆挤压破碎造粒,经过多次循环造粒。
[0019] (2) 2.5D多维碳纤维自动编织成环:通过3层纤维的2.5D编织,按接纱沿厚度方向30°贯穿各层,织成浅交弯联、深交联或三维正交结构的碳纤维机织预制体。实现内径、外径、层数和厚度可控及不同纤维混合编织的圆环的制备。
[0020] 采用自动化编程直接编织出摩擦材料应有的凹型槽作为油槽,且摩擦材料层按产品规格尺寸直接编程设计成大扇形,然后弯成环形。
[0021] (3)基体树脂浸渍方法:把扇形卷曲成环形,并放入套置工装将之固定成型,采用每层摩擦片用铁丝网隔开,将工装沉入到浸胶器内,浸胶器加盖紧固,打开真空泵抽真空,真空是0.10Pa,抽真空的时间为12分钟,然后关真空泵加入胶液,浸胶器中的胶液为50%的基体树脂胶和50%的无水酒精,浸胶时间为2.5小时,直至浸透,打开盖,取出工装控干胶液,沥干时间为2小时。
[0022] (4)进行烘干:待酒精挥发到5%~10%后,进入烘箱中进行预烘干定型控制环形摩擦层的尺度维度不产生微量形变,烘干的温度设置成65℃,烘至酒精完全挥发后,再进入烘箱中进行烘干,烘干的温度设置成125℃,至烘干为止。
[0023] (5)固化及冷却:将碳纤维摩擦层交错叠放置入烘箱内,烘箱内升温调至125℃,设定保温时间为17分钟,保温后,将烘箱内的升温调至160℃,碳基片在烘箱内保温25分钟,打开烘箱门进行放气一次,然后再升温调至178℃,保温2小时,保温完成后自然冷却,即打开烘箱门冷却,冷却结束后再拿出碳纤维摩擦层。
[0024] (6)钢芯板制作:取钢板,先使用冲床冲内外圆;再以外圆进行定位,根据芯板厚度调整热平整的温度,温度在660度,进行热平整,正反叠保温2小时;然后进行热处理,淬火硬度HRC38;再振动去氧化皮,在清洗机上进行清洗,去净表面油污,进行晾干;再用丙酮擦洗芯板两面,清理掉钢背表面微细孔灰尘和残存油渍,保证表面清洁干净。晾干后待上胶处理。
[0025] (7)钢芯板上胶钢芯板上胶方式:在涂胶机上对钢芯板进行双面涂胶,所使用的胶水以树脂型胶水为主。根据不同的要求也可使用其它类型的胶水,通常我们使用的是酚醛树脂型204胶水,芯板上胶后晾干待用。
[0026] (8)贴片粘结:将涂好胶后晾干的钢芯板和固化后的碳纤维摩擦层放入到硫化压机热板上,设置在硫化压机上的温度为180℃,压力为235Kg/mm2,保压时间为7分钟,制成了碳组元尺度维度可控的复合摩擦片。
[0027] (9)倒角:要通过倒角去除多余的碳基层及毛刺。
[0028] (10)表面开油槽碳基摩擦片开油槽,开油槽采用热刀技术开预留尺寸槽,再用冷刀将槽型开到所需尺寸。温度达500℃~600℃的热刀将预留尺寸的槽快速开好,经过液氮制冷后的刀具能将槽型平整切刀所需尺寸,且让槽型表面的粗糙度提高,其油槽的作用一是为了摩擦片在工作时起到散热作用,散热可保护摩擦片表面不遭破坏,摩擦性能不急剧衰退,还能起到调节摩擦系数的效果、另一个作用是在干式工况下起到排屑作用、排屑可以保护对偶件不损坏。
[0029] 油槽的形式有多种多样,有径向槽、平行槽、螺旋槽、网状槽、华夫槽等,具体要根据客户产品设计的槽进行。
[0030] 实施例2:一种基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料,钢芯板层的基材采用特殊的抗热碳纤维65mn材料,包括底层、中间层和上层,底层与上层通过中间层相粘结而成,底层为钢芯板层,中间层为有机粘结剂,上层为环形碳基摩擦层。
[0031] 基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料的制备方法,具体过程如下:(1)碳组元成份的配比:
纳米碳2份、碳纤维86份、芳纶纤维7份、玻璃纤维5份。
[0032] 纳米碳与铜粉的球磨合金化,纳米碳与铜粉在温度为65℃下快速熔融,熔融结束后进行冷却到常温,放入冰柜进行-5℃制冷,再取出放置到常温后用多螺杆挤压破碎造粒,经过多次循环造粒。
[0033] (2)2.5D多维碳纤维自动编织成环:通过3层纤维的2.5D编织,按接纱沿厚度方向45°贯穿各层,织成浅交弯联、深交联或三维正交结构的碳纤维机织预制体。实现内径、外径、层数和厚度可控及不同纤维混合编织的圆环的制备。
[0034] 采用自动化编程直接编织出摩擦材料应有的凹型槽作为油槽,且摩擦材料层按产品规格尺寸直接编程设计成大扇形,然后弯成环形。
[0035] (3)基体树脂浸渍方法:把扇形卷曲成环形,并放入套置工装将之固定成型,采用每层摩擦片用铁丝网隔开,将工装沉入到浸胶器内,浸胶器加盖紧固,打开真空泵抽真空,真空是0.10Pa,抽真空的时间为12分钟,然后关真空泵加入胶液,浸胶器中的胶液为50%的基体树脂胶和50%的无水酒精,浸胶时间为2小时,直至浸透,打开盖,取出工装控干胶液,沥干时间为2.5小时。
[0036] (4)进行烘干:待酒精挥发到5%~10%后,进入烘箱中进行预烘干定型控制环形摩擦层的尺度维度不产生微量形变,烘干的温度设置成65℃,烘至酒精完全挥发后,再进入烘箱中进行烘干,烘干的温度设置成125℃,至烘干为止。
[0037] (5)固化及冷却:将碳纤维摩擦层交错叠放置入烘箱内,烘箱内升温调至125℃,设定保温时间为17分钟,保温后,将烘箱内的升温调至160℃,碳基片在烘箱内保温25分钟,打开烘箱门进行放气一次,然后再升温调至178℃,保温2.5小时,保温完成后自然冷却,即打开烘箱门冷却,冷却结束后再拿出碳纤维摩擦层。
[0038] (6)钢芯板制作:取钢板,先使用冲床冲内外圆;再以外圆进行定位,根据芯板厚度调整热平整的温度,温度在660度,进行热平整,正反叠保温2小时;然后进行热处理,淬火硬度HRC38;再振动去氧化皮,在清洗机上进行清洗,去净表面油污,进行晾干;再用丙酮擦洗芯板两面,清理掉钢背表面微细孔灰尘和残存油渍,保证表面清洁干净。晾干后待上胶处理。
[0039] (7)钢芯板上胶钢芯板上胶方式:在涂胶机上对钢芯板进行双面涂胶,所使用的胶水以树脂型胶水为主。根据不同的要求也可使用其它类型的胶水,通常我们使用的是酚醛树脂型204胶水,芯板上胶后晾干待用。
[0040] (8)贴片粘结:将涂好胶后晾干的钢芯板和固化后的碳纤维摩擦层放入到硫化压机热板上,设置在硫化压机上的温度为180℃,压力为235Kg/mm2,保压时间为7分钟,制成了碳组元尺度维度可控的复合摩擦片。
[0041] (9)倒角:要通过倒角去除多余的碳基层及毛刺。
[0042] (10)表面开油槽:碳基摩擦片开油槽,开油槽采用热刀技术开预留尺寸槽,再用冷刀将槽型开到所需尺寸。温度达500℃~600℃的热刀将预留尺寸的槽快速开好,经过液氮制冷后的刀具能将槽型平整切刀所需尺寸,且让槽型表面的粗糙度提高,其油槽的作用一是为了摩擦片在工作时起到散热作用,散热可保护摩擦片表面不遭破坏,摩擦性能不急剧衰退,还能起到调节摩擦系数的效果、另一个作用是在干式工况下起到排屑作用、排屑可以保护对偶件不损坏。
[0043] 油槽的形式有多种多样,有径向槽、平行槽、螺旋槽、网状槽、华夫槽等,具体要根据客户产品设计的槽进行。
[0044] 实施例3:一种基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料,钢芯板层的基材采用特殊的抗热碳纤维65mn材料,包括底层、中间层和上层,底层与上层通过中间层相粘结而成,底层为钢芯板层,中间层为有机粘结剂,上层为环形碳基摩擦层。
[0045] 基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料的制备方法,具体过程如下:(1)碳组元成份的配比:
纳米碳0.5份、碳纤维90份、芳纶纤维5.5份、玻璃纤维4份。
[0046] 纳米碳与铜粉的球磨合金化,纳米碳与铜粉在温度为65℃下快速熔融,熔融结束后进行冷却到常温,放入冰柜进行-5℃制冷,再取出放置到常温后用多螺杆挤压破碎造粒,经过多次循环造粒。
[0047] (2)2.5D多维碳纤维自动编织成环:通过4层纤维的2.5D编织,按接纱沿厚度方向45°贯穿各层,织成浅交弯联、深交联或三维正交结构的碳纤维机织预制体。实现内径、外径、层数和厚度可控及不同纤维混合编织的圆环的制备。
[0048] 采用自动化编程直接编织出摩擦材料应有的凹型槽作为油槽,且摩擦材料层按产品规格尺寸直接编程设计成大扇形,然后弯成环形。
[0049] (3)基体树脂浸渍方法:把扇形卷曲成环形,并放入套置工装将之固定成型,采用每层摩擦片用铁丝网隔开,将工装沉入到浸胶器内,浸胶器加盖紧固,打开真空泵抽真空,真空是0.10Pa,抽真空的时间为12分钟,然后关真空泵加入胶液,浸胶器中的胶液为50%的基体树脂胶和50%的无水酒精,浸胶时间为2.5小时,直至浸透,打开盖,取出工装控干胶液,沥干时间为2.5小时。
[0050] (4)进行烘干:待酒精挥发到5%~10%后,进入烘箱中进行预烘干定型控制环形摩擦层的尺度维度不产生微量形变,烘干的温度设置成65℃,烘至酒精完全挥发后,再进入烘箱中进行烘干,烘干的温度设置成125℃,至烘干为止。
[0051] (5)固化及冷却:将碳纤维摩擦层交错叠放置入烘箱内,烘箱内升温调至125℃,设定保温时间为17分钟,保温后,将烘箱内的升温调至160℃,碳基片在烘箱内保温25分钟,打开烘箱门进行放气一次,然后再升温调至178℃,保温2小时,保温完成后自然冷却,即打开烘箱门冷却,冷却结束后再拿出碳纤维摩擦层。
[0052] (6)钢芯板制作:取钢板,先使用冲床冲内外圆;再以外圆进行定位,根据芯板厚度调整热平整的温度,温度在660度,进行热平整,正反叠保温2.5小时;然后进行热处理,淬火硬度HRC38;再振动去氧化皮,在清洗机上进行清洗,去净表面油污,进行晾干;再用丙酮擦洗芯板两面,清理掉钢背表面微细孔灰尘和残存油渍,保证表面清洁干净。晾干后待上胶处理。
[0053] (7)钢芯板上胶钢芯板上胶方式:在涂胶机上对钢芯板进行双面涂胶,所使用的胶水以树脂型胶水为主。根据不同的要求也可使用其它类型的胶水,通常我们使用的是酚醛树脂型204胶水,芯板上胶后晾干待用。
[0054] (8)贴片粘结:将涂好胶后晾干的钢芯板和固化后的碳纤维摩擦层放入到硫化压机热板上,设置在硫化压机上的温度为180℃,压力为235Kg/mm2,保压时间为7分钟,制成了碳组元尺度维度可控的复合摩擦片。
[0055] (9)倒角:要通过倒角去除多余的碳基层及毛刺。
[0056] (10)表面开油槽:碳基摩擦片开油槽,开油槽采用热刀技术开预留尺寸槽,再用冷刀将槽型开到所需尺寸。温度达500℃~600℃的热刀将预留尺寸的槽快速开好,经过液氮制冷后的刀具能将槽型平整切刀所需尺寸,且让槽型表面的粗糙度提高,其油槽的作用一是为了摩擦片在工作时起到散热作用,散热可保护摩擦片表面不遭破坏,摩擦性能不急剧衰退,还能起到调节摩擦系数的效果、另一个作用是在干式工况下起到排屑作用、排屑可以保护对偶件不损坏。
[0057] 油槽的形式有多种多样,有径向槽、平行槽、螺旋槽、网状槽、华夫槽等,具体要根据客户产品设计的槽进行。
[0058] 实施例4:一种基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料,钢芯板层的基材采用特殊的抗热碳纤维65Mn材料,包括底层、中间层和上层,底层与上层通过中间层相粘结而成,底层为钢芯板层,中间层为有机粘结剂,上层为环形碳基摩擦层。
[0059] 基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料的制备方法,具体过程如下:(1)碳组元成份的配比:
纳米碳1份、碳纤维88份、芳纶纤维7份、玻璃纤维4份。
[0060] 纳米碳与铜粉的球磨合金化,纳米碳与铜粉在温度为65℃下快速熔融,熔融结束后进行冷却到常温,放入冰柜进行-5℃制冷,再取出放置到常温后用多螺杆挤压破碎造粒,经过多次循环造粒。
[0061] (2)2.5D多维碳纤维自动编织成环:通过5层纤维的2.5D编织,按接纱沿厚度方向75°贯穿各层,织成浅交弯联、深交联或三维正交结构的碳纤维机织预制体。实现内径、外径、层数和厚度可控及不同纤维混合编织的圆环的制备。
[0062] 采用自动化编程直接编织出摩擦材料应有的凹型槽作为油槽,且摩擦材料层按产品规格尺寸直接编程设计成大扇形,然后弯成环形。
[0063] (3)基体树脂浸渍方法:把扇形卷曲成环形,并放入套置工装将之固定成型,采用每层摩擦片用铁丝网隔开,将工装沉入到浸胶器内,浸胶器加盖紧固,打开真空泵抽真空,真空是0.10Pa,抽真空的时间为12分钟,然后关真空泵加入胶液,浸胶器中的胶液为50%的基体树脂胶和50%的无水酒精,浸胶时间为2小时,直至浸透,打开盖,取出工装控干胶液,沥干时间为2.5小时。
[0064] (4)进行烘干:待酒精挥发到5%~10%后,进入烘箱中进行预烘干定型控制环形摩擦层的尺度维度不产生微量形变,烘干的温度设置成65℃,烘至酒精完全挥发后,再进入烘箱中进行烘干,烘干的温度设置成125℃,至烘干为止。
[0065] (5)固化及冷却:将碳纤维摩擦层交错叠放置入烘箱内,烘箱内升温调至125℃,设定保温时间为17分钟,保温后,将烘箱内的升温调至160℃,碳基片在烘箱内保温25分钟,打开烘箱门进行放气一次,然后再升温调至178℃,保温2小时,保温完成后自然冷却,即打开烘箱门冷却,冷却结束后再拿出碳纤维摩擦层。
[0066] (6)钢芯板制作:取钢板,先使用冲床冲内外圆;再以外圆进行定位,根据芯板厚度调整热平整的温度,温度在660度,进行热平整,正反叠保温2.5小时;然后进行热处理,淬火硬度HRC40;再振动去氧化皮,在清洗机上进行清洗,去净表面油污,进行晾干;再用丙酮擦洗芯板两面,清理掉钢背表面微细孔灰尘和残存油渍,保证表面清洁干净。晾干后待上胶处理。
[0067] (7)钢芯板上胶钢芯板上胶方式:在涂胶机上对钢芯板进行双面涂胶,所使用的胶水以树脂型胶水为主。根据不同的要求也可使用其它类型的胶水,通常我们使用的是酚醛树脂型204胶水,芯板上胶后晾干待用。
[0068] (8)贴片粘结:将涂好胶后晾干的钢芯板和固化后的碳纤维摩擦层放入到硫化压机热板上,设置在硫化压机上的温度为180℃,压力为235Kg/mm2,保压时间为7分钟,制成了碳组元尺度维度可控的复合摩擦片。
[0069] (9)倒角:要通过倒角去除多余的碳基层及毛刺。
[0070] (10)表面开油槽:碳基摩擦片开油槽,开油槽采用热刀技术开预留尺寸槽,再用冷刀将槽型开到所需尺寸。温度达500℃~600℃的热刀将预留尺寸的槽快速开好,经过液氮制冷后的刀具能将槽型平整切刀所需尺寸,且让槽型表面的粗糙度提高,其油槽的作用一是为了摩擦片在工作时起到散热作用,散热可保护摩擦片表面不遭破坏,摩擦性能不急剧衰退,还能起到调节摩擦系数的效果、另一个作用是在干式工况下起到排屑作用、排屑可以保护对偶件不损坏。
[0071] 油槽的形式有多种多样,有径向槽、平行槽、螺旋槽、网状槽、华夫槽等,具体要根据客户产品设计的槽进行。
[0072] 实施例5:一种基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料,钢芯板层的基材采用特殊的抗热碳纤维65Mn材料,包括底层、中间层和上层,底层与上层通过中间层相粘结而成,底层为钢芯板层,中间层为有机粘结剂,上层为环形碳基摩擦层。
[0073] 基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料的制备方法,具体过程如下:(1)碳组元成份的配比:
纳米碳1.5份、碳纤维87份、芳纶纤维7.5份、玻璃纤维4份。
[0074] 纳米碳与铜粉的球磨合金化,纳米碳与铜粉在温度为65℃下快速熔融,熔融结束后进行冷却到常温,放入冰柜进行-5℃制冷,再取出放置到常温后用多螺杆挤压破碎造粒,经过多次循环造粒。
[0075] (2)2.5D多维碳纤维自动编织成环:通过5层纤维的2.5D编织,按接纱沿厚度方向60°贯穿各层,织成浅交弯联、深交联或三维正交结构的碳纤维机织预制体。实现内径、外径、层数和厚度可控及不同纤维混合编织的圆环的制备。
[0076] 采用自动化编程直接编织出摩擦材料应有的凹型槽作为油槽,且摩擦材料层按产品规格尺寸直接编程设计成大扇形,然后弯成环形。
[0077] (3)基体树脂浸渍方法:把扇形卷曲成环形,并放入套置工装将之固定成型,采用每层摩擦片用铁丝网隔开,将工装沉入到浸胶器内,浸胶器加盖紧固,打开真空泵抽真空,真空是0.10Pa,抽真空的时间为12分钟,然后关真空泵加入胶液,浸胶器中的胶液为50%的基体树脂胶和50%的无水酒精,浸胶时间为2小时,直至浸透,打开盖,取出工装控干胶液,沥干时间为2.5小时。
[0078] (4)进行烘干:待酒精挥发到5%~10%后,进入烘箱中进行预烘干定型控制环形摩擦层的尺度维度不产生微量形变,烘干的温度设置成65℃,烘至酒精完全挥发后,再进入烘箱中进行烘干,烘干的温度设置成125℃,至烘干为止。
[0079] (5)固化及冷却:将碳纤维摩擦层交错叠放置入烘箱内,烘箱内升温调至125℃,设定保温时间为17分钟,保温后,将烘箱内的升温调至160℃,碳基片在烘箱内保温25分钟,打开烘箱门进行放气一次,然后再升温调至178℃,保温2.5小时,保温完成后自然冷却,即打开烘箱门冷却,冷却结束后再拿出碳纤维摩擦层。
[0080] (6)钢芯板制作:取钢板,先使用冲床冲内外圆;再以外圆进行定位,根据芯板厚度调整热平整的温度,温度在660度,进行热平整,正反叠保温2小时;然后进行热处理,淬火硬度HRC45;再振动去氧化皮,在清洗机上进行清洗,去净表面油污,进行晾干;再用丙酮擦洗芯板两面,清理掉钢背表面微细孔灰尘和残存油渍,保证表面清洁干净。晾干后待上胶处理。
[0081] (7)钢芯板上胶钢芯板上胶方式:在涂胶机上对钢芯板进行双面涂胶,所使用的胶水以树脂型胶水为主。根据不同的要求也可使用其它类型的胶水,通常我们使用的是酚醛树脂型204胶水,芯板上胶后晾干待用。
[0082] (8)贴片粘结:将涂好胶后晾干的钢芯板和固化后的碳纤维摩擦层放入到硫化压机热板上,设置在硫化压机上的温度为180℃,压力为235Kg/mm2,保压时间为7分钟,制成了碳组元尺度维度可控的复合摩擦片。
[0083] (9)倒角:要通过倒角去除多余的碳基层及毛刺。
[0084] (10)表面开油槽:碳基摩擦片开油槽,开油槽采用热刀技术开预留尺寸槽,再用冷刀将槽型开到所需尺寸。温度达500℃~600℃的热刀将预留尺寸的槽快速开好,经过液氮制冷后的刀具能将槽型平整切刀所需尺寸,且让槽型表面的粗糙度提高,其油槽的作用一是为了摩擦片在工作时起到散热作用,散热可保护摩擦片表面不遭破坏,摩擦性能不急剧衰退,还能起到调节摩擦系数的效果、另一个作用是在干式工况下起到排屑作用、排屑可以保护对偶件不损坏。
[0085] 油槽的形式有多种多样,有径向槽、平行槽、螺旋槽、网状槽、华夫槽等,具体要根据客户产品设计的槽进行。
[0086] 实施例6:一种基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料,钢芯板层的基材采用特殊的抗热碳纤维65Mn材料,包括底层、中间层和上层,底层与上层通过中间层相粘结而成,底层为钢芯板层,中间层为有机粘结剂,上层为环形碳基摩擦层。
[0087] 基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料的制备方法,具体过程如下:(1)碳组元成份的配比:
纳米碳1份、碳纤维87份、芳纶纤维7份、玻璃纤维5份。
[0088] 纳米碳与铜粉的球磨合金化,纳米碳与铜粉在温度为65℃下快速熔融,熔融结束后进行冷却到常温,放入冰柜进行-5℃制冷,再取出放置到常温后用多螺杆挤压破碎造粒,经过多次循环造粒。
[0089] (2)2.5D多维碳纤维自动编织成环:通过6层纤维的2.5D编织,按接纱沿厚度方向60°贯穿各层,织成浅交弯联、深交联或三维正交结构的碳纤维机织预制体。实现内径、外径、层数和厚度可控及不同纤维混合编织的圆环的制备。
[0090] 采用自动化编程直接编织出摩擦材料应有的凹型槽作为油槽,且摩擦材料层按产品规格尺寸直接编程设计成大扇形,然后弯成环形。
[0091] (3)基体树脂浸渍方法:把扇形卷曲成环形,并放入套置工装将之固定成型,采用每层摩擦片用铁丝网隔开,将工装沉入到浸胶器内,浸胶器加盖紧固,打开真空泵抽真空,真空是0.10Pa,抽真空的时间为12分钟,然后关真空泵加入胶液,浸胶器中的胶液为50%的基体树脂胶和50%的无水酒精,浸胶时间为2.5小时,直至浸透,打开盖,取出工装控干胶液,沥干时间为2.5小时。
[0092] (4)进行烘干:待酒精挥发到5%~10%后,进入烘箱中进行预烘干定型控制环形摩擦层的尺度维度不产生微量形变,烘干的温度设置成65℃,烘至酒精完全挥发后,再进入烘箱中进行烘干,烘干的温度设置成125℃,至烘干为止。
[0093] (5)固化及冷却:将碳纤维摩擦层交错叠放置入烘箱内,烘箱内升温调至120℃,设定保温时间为18分钟,保温后,将烘箱内的升温调至160℃,碳基片在烘箱内保温25分钟,打开烘箱门进行放气一次,然后再升温调至180℃,保温2小时,保温完成后自然冷却,即打开烘箱门冷却,冷却结束后再拿出碳纤维摩擦层。
[0094] (6)钢芯板制作:取钢板,先使用冲床冲内外圆;再以外圆进行定位,根据芯板厚度调整热平整的温度,温度在660度,进行热平整,正反叠保温2.5小时;然后进行热处理,淬火硬度HRC45;再振动去氧化皮,在清洗机上进行清洗,去净表面油污,进行晾干;再用丙酮擦洗芯板两面,清理掉钢背表面微细孔灰尘和残存油渍,保证表面清洁干净。晾干后待上胶处理。
[0095] (7)钢芯板上胶钢芯板上胶方式:在涂胶机上对钢芯板进行双面涂胶,所使用的胶水以树脂型胶水为主。根据不同的要求也可使用其它类型的胶水,通常我们使用的是酚醛树脂型204胶水,芯板上胶后晾干待用。
[0096] (8)贴片粘结:将涂好胶后晾干的钢芯板和固化后的碳纤维摩擦层放入到硫化压机热板上,设置在硫化压机上的温度为180℃,压力为235Kg/mm2,保压时间为7分钟,制成了碳组元尺度维度可控的复合摩擦片。
[0097] (9)倒角:要通过倒角去除多余的碳基层及毛刺。
[0098] (10)表面开油槽:碳基摩擦片开油槽,开油槽采用热刀技术开预留尺寸槽,再用冷刀将槽型开到所需尺寸。温度达500℃~600℃的热刀将预留尺寸的槽快速开好,经过液氮制冷后的刀具能将槽型平整切刀所需尺寸,且让槽型表面的粗糙度提高,其油槽的作用一是为了摩擦片在工作时起到散热作用,散热可保护摩擦片表面不遭破坏,摩擦性能不急剧衰退,还能起到调节摩擦系数的效果、另一个作用是在干式工况下起到排屑作用、排屑可以保护对偶件不损坏。
[0099] 油槽的形式有多种多样,有径向槽、平行槽、螺旋槽、网状槽、华夫槽等,具体要根据客户产品设计的槽进行。
[0100] 实施例7:一种基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料,钢芯板层的基材采用特殊的抗热碳纤维65Mn材料,包括底层、中间层和上层,底层与上层通过中间层相粘结而成,底层为钢芯板层,中间层为有机粘结剂,上层为环形碳基摩擦层。
[0101] 基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料的制备方法,具体过程如下:(1)碳组元成份的配比:
纳米碳2份、碳纤维89份、芳纶纤维5份、玻璃纤维4份。
[0102] 纳米碳与铜粉的球磨合金化,纳米碳与铜粉在温度为65℃下快速熔融,熔融结束后进行冷却到常温,放入冰柜进行-5℃制冷,再取出放置到常温后用多螺杆挤压破碎造粒,经过多次循环造粒。
[0103] (2)2.5D多维碳纤维自动编织成环:通过6层纤维的2.5D编织,按接纱沿厚度方向45°贯穿各层,织成浅交弯联、深交联或三维正交结构的碳纤维机织预制体。实现内径、外径、层数和厚度可控及不同纤维混合编织的圆环的制备。
[0104] 采用自动化编程直接编织出摩擦材料应有的凹型槽作为油槽,且摩擦材料层按产品规格尺寸直接编程设计成大扇形,然后弯成环形。
[0105] (3)基体树脂浸渍方法:把扇形卷曲成环形,并放入套置工装将之固定成型,采用每层摩擦片用铁丝网隔开,将工装沉入到浸胶器内,浸胶器加盖紧固,打开真空泵抽真空,真空是0.10Pa,抽真空的时间为12分钟,然后关真空泵加入胶液,浸胶器中的胶液为50%的基体树脂胶和50%的无水酒精,浸胶时间为2.2小时,直至浸透,打开盖,取出工装控干胶液,沥干时间为2.3小时。
[0106] (4)进行烘干:待酒精挥发到5%~10%后,进入烘箱中进行预烘干定型控制环形摩擦层的尺度维度不产生微量形变,烘干的温度设置成65℃,烘至酒精完全挥发后,再进入烘箱中进行烘干,烘干的温度设置成125℃,至烘干为止。
[0107] (5)固化及冷却:将碳纤维摩擦层交错叠放置入烘箱内,烘箱内升温调至120℃,设定保温时间为18分钟,保温后,将烘箱内的升温调至160℃,碳基片在烘箱内保温25分钟,打开烘箱门进行放气一次,然后再升温调至180℃,保温2小时,保温完成后自然冷却,即打开烘箱门冷却,冷却结束后再拿出碳纤维摩擦层。
[0108] (6)钢芯板制作:取钢板,先使用冲床冲内外圆;再以外圆进行定位,根据芯板厚度调整热平整的温度,温度在660度,进行热平整,正反叠保温2.5小时;然后进行热处理,淬火硬度HRC46;再振动去氧化皮,在清洗机上进行清洗,去净表面油污,进行晾干;再用丙酮擦洗芯板两面,清理掉钢背表面微细孔灰尘和残存油渍,保证表面清洁干净。晾干后待上胶处理。
[0109] (7)钢芯板上胶钢芯板上胶方式:在涂胶机上对钢芯板进行双面涂胶,所使用的胶水以树脂型胶水为主。根据不同的要求也可使用其它类型的胶水,通常我们使用的是酚醛树脂型204胶水,芯板上胶后晾干待用。
[0110] (8)贴片粘结:将涂好胶后晾干的钢芯板和固化后的碳纤维摩擦层放入到硫化压机热板上,设置在硫化压机上的温度为180℃,压力为235Kg/mm2,保压时间为7分钟,制成了碳组元尺度维度可控的复合摩擦片。
[0111] (9)倒角:要通过倒角去除多余的碳基层及毛刺。
[0112] (10)表面开油槽:碳基摩擦片开油槽,开油槽采用热刀技术开预留尺寸槽,再用冷刀将槽型开到所需尺寸。温度达500℃~600℃的热刀将预留尺寸的槽快速开好,经过液氮制冷后的刀具能将槽型平整切刀所需尺寸,且让槽型表面的粗糙度提高,其油槽的作用一是为了摩擦片在工作时起到散热作用,散热可保护摩擦片表面不遭破坏,摩擦性能不急剧衰退,还能起到调节摩擦系数的效果、另一个作用是在干式工况下起到排屑作用、排屑可以保护对偶件不损坏。
[0113] 油槽的形式有多种多样,有径向槽、平行槽、螺旋槽、网状槽、华夫槽等,具体要根据客户产品设计的槽进行。
[0114] 实施例8:一种基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料,钢芯板层的基材采用特殊的抗热碳纤维65Mn材料,包括底层、中间层和上层,底层与上层通过中间层相粘结而成,底层为钢芯板层,中间层为有机粘结剂,上层为环形碳基摩擦层。
[0115] 基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料的制备方法,具体过程如下:(1)碳组元成份的配比:
纳米碳2份、碳纤维85份、芳纶纤维8份、玻璃纤维5份。
[0116] 纳米碳与铜粉的球磨合金化,纳米碳与铜粉在温度为65℃下快速熔融,熔融结束后进行冷却到常温,放入冰柜进行-5℃制冷,再取出放置到常温后用多螺杆挤压破碎造粒,经过多次循环造粒。
[0117] (2)2.5D多维碳纤维自动编织成环:通过6层纤维的2.5D编织,按接纱沿厚度方向75°贯穿各层,织成浅交弯联、深交联或三维正交结构的碳纤维机织预制体。实现内径、外径、层数和厚度可控及不同纤维混合编织的圆环的制备。
[0118] 采用自动化编程直接编织出摩擦材料应有的凹型槽作为油槽,且摩擦材料层按产品规格尺寸直接编程设计成大扇形,然后弯成环形。
[0119] (3)基体树脂浸渍方法:把扇形卷曲成环形,并放入套置工装将之固定成型,采用每层摩擦片用铁丝网隔开,将工装沉入到浸胶器内,浸胶器加盖紧固,打开真空泵抽真空,真空是0.10Pa,抽真空的时间为12分钟,然后关真空泵加入胶液,浸胶器中的胶液为50%的基体树脂胶和50%的无水酒精,浸胶时间为2.5小时,直至浸透,打开盖,取出工装控干胶液,沥干时间为2小时。
[0120] (4)进行烘干:待酒精挥发到5%~10%后,进入烘箱中进行预烘干定型控制环形摩擦层的尺度维度不产生微量形变,烘干的温度设置成65℃,烘至酒精完全挥发后,再进入烘箱中进行烘干,烘干的温度设置成125℃,至烘干为止。
[0121] (5)固化及冷却:将碳纤维摩擦层交错叠放置入烘箱内,烘箱内升温调至120℃,设定保温时间为18分钟,保温后,将烘箱内的升温调至160℃,碳基片在烘箱内保温25分钟,打开烘箱门进行放气一次,然后再升温调至180℃,保温2小时,保温完成后自然冷却,即打开烘箱门冷却,冷却结束后再拿出碳纤维摩擦层。
[0122] (6)钢芯板制作:取钢板,先使用冲床冲内外圆;再以外圆进行定位,根据芯板厚度调整热平整的温度,温度在660度,进行热平整,正反叠保温2.5小时;然后进行热处理,淬火硬度HRC48;再振动去氧化皮,在清洗机上进行清洗,去净表面油污,进行晾干;再用丙酮擦洗芯板两面,清理掉钢背表面微细孔灰尘和残存油渍,保证表面清洁干净。晾干后待上胶处理。
[0123] (7)钢芯板上胶钢芯板上胶方式:在涂胶机上对钢芯板进行双面涂胶,所使用的胶水以树脂型胶水为主。根据不同的要求也可使用其它类型的胶水,通常我们使用的是酚醛树脂型204胶水,芯板上胶后晾干待用。
[0124] (8)贴片粘结:将涂好胶后晾干的钢芯板和固化后的碳纤维摩擦层放入到硫化压机热板上,设置在硫化压机上的温度为180℃,压力为235Kg/mm2,保压时间为7分钟,制成了碳组元尺度维度可控的复合摩擦片。
[0125] (9)倒角:要通过倒角去除多余的碳基层及毛刺。
[0126] (10)表面开油槽:碳基摩擦片开油槽,开油槽采用热刀技术开预留尺寸槽,再用冷刀将槽型开到所需尺寸。温度达500℃~600℃的热刀将预留尺寸的槽快速开好,经过液氮制冷后的刀具能将槽型平整切刀所需尺寸,且让槽型表面的粗糙度提高,其油槽的作用一是为了摩擦片在工作时起到散热作用,散热可保护摩擦片表面不遭破坏,摩擦性能不急剧衰退,还能起到调节摩擦系数的效果、另一个作用是在干式工况下起到排屑作用、排屑可以保护对偶件不损坏。
[0127] 油槽的形式有多种多样,有径向槽、平行槽、螺旋槽、网状槽、华夫槽等,具体要根据客户产品设计的槽进行。
[0128] 该基于碳组元尺度维度可控的复合摩擦材料通过其制备方法具有质轻、高比强度、较高的摩擦系数、磨损率小;制品气孔率低、摩擦材料均匀致密;延长了产品使用寿命,减少纤维脱落现象;且抗热衰退性能更好的性能。
[0129] 综上所述,具体实施例中碳组元成份的配比及产品性能如下表所示:以上所述仅为本发明的具体实施例,但本发明的结构特征并不局限于此,任何本领域的技术人员在本发明的领域内,所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
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