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      一種摩擦穩(wěn)定熱碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料及其制備方法與流程

      文檔序號(hào):12101043閱讀:363來源:國知局

      本發(fā)明涉及離合器摩擦材料技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種摩擦穩(wěn)定熱碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料及其制備方法。



      背景技術(shù):

      近年來,隨著汽車產(chǎn)業(yè)以及航空工業(yè)的迅速發(fā)展,摩擦材料領(lǐng)域的研究也發(fā)生了急速的增長。紙基摩擦材料作為一類重要的濕式摩擦材料,主要應(yīng)用于汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中的離合器上。如何提高紙基摩擦材料的摩擦系數(shù)、摩擦穩(wěn)定性、耐熱性以及耐磨性仍然是目前紙基摩擦材料面臨的主要問題。為此,許多學(xué)者已經(jīng)從提高材料中纖維與樹脂之間的界面結(jié)合與尋找出摩擦性能優(yōu)異的填料體系兩方面入手,展開了研究?!短技{米管改性碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料的制備與研究》一文首先通過添加竹纖維和碳納米管制備出了界面結(jié)合性較好的紙基摩擦材料。研究發(fā)現(xiàn),碳納米管的加入能夠很好地改善材料中纖維和樹脂的界面結(jié)合性能,從而提高了材料的摩擦性能。當(dāng)碳納米管含量為4wt.%時(shí),試樣的動(dòng)摩擦系數(shù)達(dá)到最大值,為0.1031,此時(shí),試樣的摩擦穩(wěn)定性和耐磨性能也較好。熱分析結(jié)果顯示,試樣在加熱到1000℃過程中,添加4wt.%碳納米管的試樣的質(zhì)量損失比未添加碳納米管的試樣減少了10%。掃描電鏡測(cè)試結(jié)果表明,在整個(gè)體系中,竹纖維能夠很好的附著于碳纖維上,改善了碳纖維和樹脂之間的界面結(jié)合性能,而碳納米管優(yōu)先吸附于竹纖維上,這又保護(hù)了竹纖維在摩擦過程中的受熱分解,提高了試樣的耐熱性能。為了更進(jìn)一步提高材料的摩擦性能,我們?cè)谏鲜鲶w系中分別加入了碳化硅、碳化硼、氧化鋁、氧化鋯以及硼化鋯等填料以及稀土化合物,并研究了填料含量和稀土種類等與試樣摩擦性能之間的關(guān)系,對(duì)不同填料在體系中的作用形式以及試樣的摩擦性能進(jìn)行了初步探討。結(jié)果表明,當(dāng)試樣中含有3wt.%Ce(NO3)3和15wt.%硼化鋯時(shí),材料的摩擦性能最佳,材料的動(dòng)摩擦系數(shù)為0.13285,動(dòng)/靜摩擦系數(shù)比為0.9010,動(dòng)摩擦系數(shù)在500次摩擦過程中的變異系數(shù)為0.75,磨損率為0.6×10-8cm3J-1。最后,研究了以硼化鋯為填料、碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料的壓縮回彈性能、導(dǎo)熱性能、耐熱性能以及動(dòng)態(tài)力學(xué)性能,并分析了這些性能與試樣摩擦性能之間的關(guān)系。結(jié)果表明,隨著硼化鋯含量的增加,雖然試樣的壓縮率和導(dǎo)熱系數(shù)略有下降,但是,動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)試和綜合熱分析結(jié)果表明,含有15wt.%硼化鋯的試樣具有較高的儲(chǔ)能模量和耐熱性能。通過材料的組成-儲(chǔ)能模量-耐熱性-摩擦性能關(guān)系的研究,發(fā)現(xiàn)體系中儲(chǔ)能模量和耐熱性能對(duì)材料的摩擦性能起關(guān)鍵作用,試樣的儲(chǔ)能模量越大,制動(dòng)穩(wěn)定性越好,耐熱性能越好,摩擦穩(wěn)定性越高,材料的磨損率越低。

      以上得到摩擦材料具有良好的性能,但是直接混合得到的材料容易分離,使得摩擦性能不穩(wěn)定,制動(dòng)性能不穩(wěn)定。上述文章使用馬來酸酐對(duì)碳納米管進(jìn)行改性,提高了碳納米管的分散性,能夠分散在竹纖維表面,與竹纖維形成穩(wěn)定的結(jié)合,但是竹纖維的耐熱性還是不盡如人意,雖然碳納米管改善了竹纖維的耐熱性和摩擦性,但是在受熱情況下,馬來酸酐形成的高分子物質(zhì)碳化,碳納米管與竹纖維分離,影響摩擦性能。

      添加芳綸纖維能夠改善摩擦材料的摩擦性能,但是芳綸纖維的耐熱性較差,使其在重載荷機(jī)械中的應(yīng)用受到了一定限制。而且芳綸纖維表面惰性、結(jié)晶程度高,與基體結(jié)合不好,影響了芳綸的復(fù)合材料的性能。用稀土對(duì)碳纖維和竹纖維表面進(jìn)行改性,提高了纖維的耐磨性和耐熱性,但是稀土與纖維的結(jié)合并不牢固,摩擦后易分離,造成摩擦性能的改變。還需要改善摩擦材料的耐熱性、摩擦穩(wěn)定性、抗老化性、抗菌性、韌性、防靜電性、耐磨性、防打滑、致密性、導(dǎo)熱性等其他性能。



      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

      本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷,提供一種摩擦穩(wěn)定熱碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料及其制備方法。

      本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:

      一種摩擦穩(wěn)定熱碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料,由下列重量份的原料制成:納米銅粉1.1-1.4、碳纖維52-54、竹纖維27-28、碳納米管3.5-4、全硫化納米粉末羧基丁腈橡膠2.3-2.8、芳綸漿粕5-5.5、硅烷偶聯(lián)劑kh-550 1.3-1.5、硝酸鈰3-3.5、碳化硅10-11、硼化鋯14-15、固含量為20%腰果殼油改性酚醛樹脂10-12、鐵粉3-3.5、TiAl粉末1-1.2、B4C0.6-0.8、水適量。

      所述摩擦穩(wěn)定碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料的制備方法,包括以下步驟:

      (1)將芳綸漿粕分散在水中,加入硅烷偶聯(lián)劑kh-550,攪拌均勻,再加入納米銅粉,攪拌10-15分鐘,干燥,粉碎,得到改性芳綸漿粕;

      (2)將鐵粉、TiAl粉末與B4C粉末進(jìn)行球磨混合,送入真空爐,在1580-1630℃,相對(duì)應(yīng)壓力為14MPa-17MPa條件下,保溫30-60min,取出,水冷,破碎,再進(jìn)行球磨,至粒徑小于130μm,得到混合物料;將碳納米管、全硫化納米粉末羧基丁腈橡膠混合研磨均勻,得到粉末,將竹纖維加入水中,邊攪拌邊加入所述粉末和所述混合物料,攪拌均勻,超聲分散7-10分鐘,干燥,在11-12MPa,120-125℃,時(shí)間處理40-50s,得到改性竹纖維;

      (3)將改性芳綸漿粕、改性竹纖維以及其他剩余成分放入水中,在疏解機(jī)中疏解均勻,得到懸浮液,將懸浮液倒入100-150目篩的紙張成型器中制成厚度為0.7-0.8μm的薄片,將薄片在105-108℃下真空干燥20-23分鐘,將腰果殼油改性酚醛樹脂噴涂在薄片上,自然晾干,再放入硫化機(jī)中硫化,硫化條件為11-12MPa,120-125℃,時(shí)間為250-260s,即得。

      本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明使用納米銅粉吸附在芳綸漿粕表面,提高了芳綸漿粕的耐熱性,使得摩擦材料更加致密,摩擦系數(shù)更穩(wěn)定,客服了芳綸漿粕熱穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。通過使用碳納米管對(duì)竹纖維進(jìn)行改性,提高了竹纖維的耐熱性,但是受摩擦后容易與竹纖維分離,使得摩擦系數(shù)不穩(wěn)定,結(jié)合使用全硫化納米粉末羧基丁腈橡膠,經(jīng)過加熱反應(yīng),使得碳納米管與竹纖維形成穩(wěn)定牢固的結(jié)合,提高了摩擦穩(wěn)定性,同時(shí)提高了竹纖維的穩(wěn)定性,在受熱時(shí)形成柔軟的碳化膜,使得摩擦系數(shù)高而穩(wěn)定。通過使用鐵粉、TiAl 粉末與B4C粉末進(jìn)行真空煅燒,得到的粉末具有陶瓷的耐磨性和金屬的韌性,提高了摩擦材料的耐磨性和摩擦穩(wěn)定性。

      具體實(shí)施方式

      一種摩擦穩(wěn)定熱碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料,由下列重量份(公斤)的原料制成:納米銅粉1.1、碳纖維52、竹纖維27、碳納米管3.5、全硫化納米粉末羧基丁腈橡膠2.3、芳綸漿粕5、硅烷偶聯(lián)劑kh-550 1.3、硝酸鈰3、碳化硅10、硼化鋯14、固含量為20%腰果殼油改性酚醛樹脂10、鐵粉3、TiAl粉末1、B4C0.6、水適量。

      所述摩擦穩(wěn)定碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料的制備方法,包括以下步驟:

      (1)將芳綸漿粕分散在水中,加入硅烷偶聯(lián)劑kh-550,攪拌均勻,再加入納米銅粉,攪拌10分鐘,干燥,粉碎,得到改性芳綸漿粕;

      (2)將鐵粉、TiAl粉末與B4C粉末進(jìn)行球磨混合,送入真空爐,在1580℃,相對(duì)應(yīng)壓力為14MPaMPa條件下,保溫30min,取出,水冷,破碎,再進(jìn)行球磨,至粒徑小于130μm,得到混合物料;將碳納米管、全硫化納米粉末羧基丁腈橡膠混合研磨均勻,得到粉末,將竹纖維加入水中,邊攪拌邊加入所述粉末和所述混合物料,攪拌均勻,超聲分散7分鐘,干燥,在11MPa,120℃,時(shí)間處理40s,得到改性竹纖維;

      (3)將改性芳綸漿粕、改性竹纖維以及其他剩余成分放入水中,在疏解機(jī)中疏解均勻,得到懸浮液,將懸浮液倒入100目篩的紙張成型器中制成厚度為0.7μm的薄片,將薄片在105℃下真空干燥20分鐘,將腰果殼油改性酚醛樹脂噴涂在薄片上,自然晾干,再放入硫化機(jī)中硫化,硫化條件為11MPa,120℃,時(shí)間為250s,即得。

      實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):

      本實(shí)施例的薄片的動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1396,動(dòng)/靜摩擦系數(shù)比為0.8925,動(dòng)摩擦系數(shù)在500次摩擦過程中的變異系數(shù)為0.68,磨損率為0.51×10-8cm3J-1

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