一種電化學(xué)改性碳布增強(qiáng)摩擦材料及其制備方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種電化學(xué)改性碳布?jí)垙?qiáng)摩擦材料及其制備方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于摩擦材料領(lǐng)域，特別涉及一種電化學(xué)改性碳布增強(qiáng)摩擦材料及其制備 方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 復(fù)合材料是指以一種材料為基體，另一種材料為增強(qiáng)體組合而成的材料。碳纖維 具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等優(yōu)點(diǎn)，碳纖維布在橫向與縱向均具有很 好的強(qiáng)度、具有高承載壓力和優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，在復(fù)合材料中是性能優(yōu)異的增強(qiáng)體材料。 碳布增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料主要應(yīng)用于汽車(chē)自動(dòng)變速器、差速器、同步器、扭矩管理器以及其他 濕式離合器中。文獻(xiàn)1 "公開(kāi)號(hào)為CN102757621A的中國(guó)專(zhuān)利中"公開(kāi)了一種濕式復(fù)合摩擦 材料及其制備方法，摩擦材料的組分包括：作為材料骨架的碳纖維、熱固性樹(shù)脂、固化劑和 摩擦性能調(diào)節(jié)劑。制備的方法為將丙酮或無(wú)水乙醇作為溶劑，酚醛樹(shù)脂、乙二胺和陶瓷顆粒 一次混合并進(jìn)行超聲輔助分散，制成混合均勻、粘度適中的浸漬液，然后浸漬碳纖維布，干 燥后對(duì)碳纖維表面進(jìn)行熱壓固化熱處理。但其使用的碳纖維布未經(jīng)任何處理，其碳纖維表 面缺乏活性官能團(tuán)，表面能低，表面惰性大，與基體間的界面結(jié)合性能不夠理想，界面存在 較多缺陷，限制了碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料優(yōu)異性能的發(fā)揮。文獻(xiàn)2 "公開(kāi)號(hào)為CN103897334A 的中國(guó)專(zhuān)利"公開(kāi)了一種碳布增強(qiáng)濕式摩擦材料的制備方法。制備方法為在水熱條件下利 用濃硝酸對(duì)碳布進(jìn)行氧化處理，將氧化處理的碳布在改性酚醛樹(shù)脂溶液中進(jìn)行浸漬，浸漬 后再經(jīng)過(guò)熱壓成型得到碳布增強(qiáng)濕式摩擦材料。采用水熱氧化的方法對(duì)碳纖維布進(jìn)行改性 處理，增加了活性基團(tuán)，有利于與樹(shù)脂基體結(jié)合。使用的碳纖維布是經(jīng)過(guò)氧化處理的，但其 氧化需要高溫高壓環(huán)境，條件苛刻且處理時(shí)間長(zhǎng)。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0003] 為克服上述技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種電化學(xué)改性碳布增強(qiáng)摩擦材料及 其制備方法，本方法處理過(guò)程時(shí)間短只需幾分鐘，具有效率高，反應(yīng)條件溫和無(wú)需高溫高 壓，反應(yīng)過(guò)程可精確控制，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，適合大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)手段：
[0005] -種電化學(xué)改性碳布增強(qiáng)摩擦材料的制備方法，包括以下步驟：
[0006] 1)將鎳源、輔助劑和緩沖劑加入去離子水中攪拌得復(fù)合鎳源電解質(zhì)溶液A;
[0007] 2)將溶液A加入電解槽中，將碳布樣品固定于石墨電極的陰陽(yáng)兩極，電流為1~ 5A，處理時(shí)間為1~5min，進(jìn)行電化學(xué)處理，將處理后的碳布在60~100°C的烘箱烘干得到 樣品B;
[0008] 3)在樣品B上噴涂或浸漬改性的酚醛樹(shù)脂溶液，自然晾干，得樣品C，稱(chēng)樣品C的 質(zhì)量，保證樹(shù)脂含量在18-25 %，對(duì)其進(jìn)行熱壓成型得到碳布增強(qiáng)樹(shù)脂摩擦材料。
[0009] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟1)之前還包括對(duì)碳布的預(yù)處理步驟，具體為將 碳布先用去離子水浸泡30min，再將碳布置于丙酮溶液中超聲輔助12h，然后烘干得碳布樣 品，所述的碳布規(guī)格是3K、9K、12K。
[0010] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟2)中，電化學(xué)改性碳布的裝置為自制的電解槽， 體積為640cm3,長(zhǎng)為12cm，寬和高都為10cm，壁厚lcm，陰陽(yáng)兩極相距2~7cm，電極材料均 為惰性電極材料。
[0011] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，電解槽的材質(zhì)為聚四氟乙烯，惰性電極材料為石墨板 或鉑板。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，電化學(xué)改性碳布的處理過(guò)程具體為：將碳布樣品固定 于石墨板的陽(yáng)極，然后控制電流強(qiáng)度1~5A反應(yīng)時(shí)間1~5min，交換陰陽(yáng)極，再次反應(yīng)相同 時(shí)間，烘干；或者將碳布樣品兩塊，分別固定于石墨電極的陰極和陽(yáng)極，然后控制電流1~ 5A，反應(yīng)時(shí)間1~5min，從電化學(xué)反應(yīng)裝置中取出碳布，烘干。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，改性酚醛樹(shù)脂溶液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10~20%的改性酚 醛樹(shù)脂無(wú)水乙醇溶液，所述的改性酚醛樹(shù)脂為丁腈橡膠或腰果殼改性的酚醛樹(shù)脂。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，熱壓成型的工藝為：熱壓溫度170°C，熱壓時(shí)間8~ 12min，熱壓壓力為8~12MPa，熱壓厚度為0? 6mm。
[0015] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，復(fù)合鎳源電解質(zhì)配方為：
[0016] 銀源：NiS04.7H20 0.05~0.5mol/L 導(dǎo)電鹽：（NH4)2S〇4 或MgS〇4 5~20g/L 緩沖劑：H3B04 10~50g/L 去離子水 500ml
[0017] 室溫下pH控制為2. 2~2. 7。
[0018] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的電化學(xué)處理的處理電流2A，處理時(shí)間為3min。
[0019] -種電化學(xué)改性碳布增強(qiáng)摩擦材料，其特征在于：由以上所述的制備方法制得； 制得的摩擦材料的動(dòng)摩擦系數(shù)為〇. 134-0. 139,磨損量為9. 3-12. 6mm3。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
[0021 ] 本發(fā)明通過(guò)在復(fù)合鎳源為電解質(zhì)的電化學(xué)條件下，對(duì)碳布進(jìn)行陽(yáng)極氧化和陰極沉 積處理，使碳布表面含氧官能團(tuán)增加并均勻沉積金屬鎳，可雙效提高碳布增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材 料的摩擦磨損性能，有效改善碳纖維的表面活性和提高復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能。并且電化 學(xué)改性碳布可使碳纖維表面含氧官能團(tuán)增加，處理過(guò)程時(shí)間短只需幾分鐘，效率高，反應(yīng)條 件溫和無(wú)需高溫高壓，反應(yīng)過(guò)程可精確控制，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、高效等優(yōu)點(diǎn)，將處理后的碳布 浸漬改性酚醛樹(shù)脂，然后熱壓成型，使金屬鎳沉積均勻，減少了碳布與樹(shù)脂基體間縫隙，從 而改善了碳布與樹(shù)脂基體的結(jié)合，金屬鎳具有硬度大、耐磨和催化活性，大大改善了碳布和 樹(shù)脂之間的粘結(jié)強(qiáng)度，從而提高了硫化過(guò)程中線性高分子通過(guò)交聯(lián)作用而形成網(wǎng)狀高分子 的均勻性，使其具有更優(yōu)的摩擦學(xué)性能。制得的材料動(dòng)摩擦系數(shù)為〇. 139,磨損量為9. 3mm3。
[0022] 進(jìn)一步，電解槽的材質(zhì)為聚四氟乙烯，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性、密封性、 電絕緣性和良好的抗老化耐力。
[0023] 進(jìn)一步，復(fù)合鎳源電解質(zhì)保證室溫下pH= 2. 2~2. 7可防止生成Ni(011)2沉淀， 影響后續(xù)制備材料的性能。
[0024] 本發(fā)明制備的電化學(xué)改性碳布增強(qiáng)摩擦材料，動(dòng)摩擦系數(shù)為0. 139,相比之下動(dòng)摩 擦系數(shù)增加了 9% ;磨損量為9. 3mm3,相比之下經(jīng)過(guò)電化學(xué)改性的碳布增強(qiáng)摩擦材料的磨損 率下降了 30%。所制備的復(fù)合材料有著優(yōu)異的摩擦磨損性能，適合大規(guī)模生產(chǎn)。 【【附圖說(shuō)明】】
[0025] 圖1為實(shí)施例1未改性碳纖維與電化學(xué)處理后的碳纖維SEM照片對(duì)比圖，其中圖 1(a)為未經(jīng)電化學(xué)處理的碳纖維表面微觀形貌，圖1(b)為電化學(xué)處理?xiàng)l件：處理電流2A， 處理時(shí)間180s下先陽(yáng)極氧化后陰極沉積鎳的碳纖維表面微觀形貌；
[0026] 圖2為實(shí)施例1電化學(xué)條件下先陽(yáng)極氧化后陰極沉積金屬鎳的碳布增強(qiáng)樹(shù)脂摩擦 材料的動(dòng)摩擦系數(shù)圖；
[0027] 圖3為實(shí)施例1電化學(xué)條件下先陽(yáng)極氧化后陰極沉積金屬鎳的碳布增強(qiáng)樹(shù)脂摩擦 材料的磨損量圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0028] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
[0029] 為了使碳纖維表面活性增加，使用前需進(jìn)行表面處理。本發(fā)明在電化學(xué)條件下對(duì) 碳布進(jìn)行陽(yáng)極氧化和陰極沉積金屬鎳處理能有效改善碳纖維的表面活性和提高復(fù)合材料 的摩擦學(xué)性能。
[0030] 實(shí)施例1 :
[0031] 步驟一：將碳布裁剪為7cm*8cm的長(zhǎng)方形狀，先用去離子水浸泡30min，再將碳布 置于丙酮溶液中超聲輔助12h，然后烘干得樣品P。
[0032] 步驟二：將硫酸鎳（NiS04 ? 7H20) 0?lmol/L，硫酸銨（(NH4) 2S04) 10g/L，硼酸 (H3B04) 20g/L，加入500ml去離子水中攪拌2小時(shí)得復(fù)合鎳源電解質(zhì)溶液A，室溫下pH控制 為 2. 2 ~2. 7〇
[0033] 步驟三：將溶液A加入電解槽中，將樣品P固定于石墨電極的陽(yáng)極，處理電流為 2A，處理時(shí)間為3min，待反應(yīng)結(jié)束，交換陰陽(yáng)極，再次處理3min，將碳布從電解槽中取出置 于80°C烘箱烘干得到樣品B。
[0034] 步驟四：將樣品B放入改性的酚醛樹(shù)脂（30%的腰果殼改性的酚醛樹(shù)脂無(wú)水乙醇 溶液）中浸漬l〇min，自然晾干，得樣品C，稱(chēng)樣品C的質(zhì)量，保證樹(shù)脂含量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在 18~25%，熱壓溫度170°C，熱壓時(shí)間lOmin，熱壓壓力為lOMPa，熱壓厚度為0. 6mm。對(duì)其 進(jìn)行熱壓得到碳布增強(qiáng)樹(shù)脂摩擦材料。
[0035] 從圖1中（a)可以看出未經(jīng)處理樣纖維軸向分布著深淺不一的溝槽，這些溝槽是 由于纖維在生產(chǎn)過(guò)程中采用了濕法紡織的工藝造成的。圖1(b)中經(jīng)過(guò)電化學(xué)處理的纖 維表面溝槽均勻加深且有鎳沉積在纖維上，是陽(yáng)極氧化和陰極沉積共同作用的效果。圖2 和圖3為樣品的動(dòng)摩