一種有機(jī)纖維增強(qiáng)碳布/樹脂復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，具體涉及一種有機(jī)纖維增強(qiáng)碳布/樹脂復(fù)合材料的制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 濕式摩擦材料指工作于潤滑介質(zhì)（主要是潤滑油）中的摩擦材料，主要應(yīng)用于自 動變速器、差速器、扭矩管理器和同步器等濕式傳動系統(tǒng)中。該類材料一方面需要承受高轉(zhuǎn) 速剪切和壓縮、摩擦高溫沖擊以及高溫潤滑油浸蝕等苛刻工作條件；另一方面濕式傳動系 統(tǒng)主要采用多片盤式結(jié)構(gòu)，空間緊湊，摩擦片為圓環(huán)狀，由摩擦材料和芯板組成，摩擦材料 厚度僅 〇. 40-2. 00mm。
[0003] 濕式摩擦材料主要包括軟木橡膠基摩擦材料、粉末冶金摩擦材料、紙基摩擦材 料和碳/碳復(fù)合材料四種，目前應(yīng)用最為廣泛的是粉末冶金摩擦材料和紙基摩擦材料。 由于其具有機(jī)械強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好以及承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[S.C.Ho，J.H.ChernLin，C. P.Wear, 2005, 258 (5-6) : 861 - 869.]，粉末冶金摩擦材料已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于濕式離合器。 但摩擦系數(shù)低、傳動不平穩(wěn)以及易與對偶材料粘連等缺陷限制了其進(jìn)一步發(fā)展。紙基摩擦 材料是以短切纖維為增強(qiáng)體，加入摩擦性能調(diào)節(jié)劑和填料，采用造紙工藝成型預(yù)制體，浸 漬樹脂后熱壓固化而成的復(fù)合材料[T.Milayzaki,T.Matsumoto,T.Yamamoto.Journalof Tribology，1998, 120 (2) : 393-398.]，具有摩擦系數(shù)高和傳動平穩(wěn)等特點(diǎn)，但是在高轉(zhuǎn)速、 大壓力以及潤滑不充分等非正常條件下易失效等缺陷限制了其在高能載工況條件下的應(yīng) 用。
[0004] 碳布增強(qiáng)樹脂基材料以其優(yōu)異的力學(xué)和熱學(xué)性能，作為結(jié)構(gòu)件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航 空航天等多個領(lǐng)域。到目前為止，碳布摩擦材料的研究主要集中在樹脂含量及種類、纖維表 面處理及改性、碳布的編織及結(jié)構(gòu)以及納米/微米顆粒增強(qiáng)四大方面，但目前其應(yīng)用環(huán)境 大都為干式摩擦條件，鮮少有見其在濕式摩擦條件下應(yīng)用的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種有機(jī)纖維增強(qiáng)碳布/樹脂復(fù)合材料的制備方法，該方 法能夠通過添加均勻分散的有機(jī)纖維來有效提高碳布/樹脂復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及界 面結(jié)合性。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] -種有機(jī)纖維增強(qiáng)碳布/樹脂復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟一：將樹脂溶于無水乙醇中，配制成濃度為5~50g/L的樹脂溶液，然后靜置， 待樹脂充分溶解后，封口保存，得到溶液A;
[0009] 步驟二：將有機(jī)纖維放入疏解機(jī)中，加入水進(jìn)行疏解，得到濃度為0. 1~50g/L的 有機(jī)纖維溶液B;
[0010] 步驟三：將碳布清潔干凈后干燥，備用；
[0011] 步驟四：將步驟三處理過的碳布作為濾紙平鋪在漏斗底部，然后將有機(jī)纖維溶液 B倒入漏斗中進(jìn)行抽濾，再將抽濾后的碳布烘干，得到樣片C，其中樣片C中所含的有機(jī)纖維 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為〇. 1~6% ;
[0012] 步驟五：通過浸漬、噴涂或抽濾的方式將溶液A中的樹脂添加到樣片C中，得到預(yù) 制體D，其中預(yù)制體D中所含的樹脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20~40% ;
[0013] 步驟六：對預(yù)制體D進(jìn)行熱壓成型，控制熱壓溫度為150~180°C，熱壓時間為5~ 15min，熱壓壓力為3~9MPa，即得到有機(jī)纖維增強(qiáng)碳布/樹脂復(fù)合材料。
[0014] 所述步驟一中的樹脂為丁腈改性樹脂、腰果殼油改性酚醛樹脂、橡膠改性樹脂、硼 改性樹脂或環(huán)氧樹脂。
[0015] 所述步驟一中的靜置時間為24h~48h。
[0016]所述步驟二中的有機(jī)纖維為芳綸纖維、滌綸纖維、腈綸纖維、錦綸纖維、丙綸纖維、 聚乙烯纖維、對苯撐苯并雙惡唑纖維、聚對苯并咪唑纖維、聚苯撐吡啶并二咪唑纖維或聚酰 亞胺纖維，或者所述的有機(jī)纖維為竹纖維、紙纖維、木質(zhì)纖維及麻纖維中的一種或幾種。
[0017]所述步驟二中的疏解時間為60~120min，疏解機(jī)的轉(zhuǎn)速為500~1000r/min。
[0018]所述步驟二中的疏解機(jī)型號為XQ-JK、TD15-A、MS-1500或PL28-00。
[0019] 所述步驟三中的碳布的編織密度為1K、3K、6K或12K，編織結(jié)構(gòu)為平紋、斜紋、緞紋 或單向布。
[0020] 所述步驟三中對碳布進(jìn)行清潔的具體步驟為：將碳布先在丙酮中浸泡24~48h， 再在乙醇中超聲0. 5~lh。
[0021] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：
[0022] 本發(fā)明提供的有機(jī)纖維增強(qiáng)碳布/樹脂復(fù)合材料的制備方法，先將樹脂溶于無水 乙醇中得溶液A，將有機(jī)纖維疏解后得到均勻分散的有機(jī)纖維溶液B;然后將清潔的碳布平 鋪在漏斗上，將有機(jī)纖維溶液B倒入漏斗中進(jìn)行抽濾并烘干得樣片C;最后將溶液A中的樹 脂加入樣片C中并晾干，于硫化機(jī)上熱壓成型，即得到具有優(yōu)異摩擦學(xué)性能和力學(xué)性能的 有機(jī)纖維增強(qiáng)碳布/樹脂復(fù)合材料。有機(jī)纖維由于其表面具有豐富的有機(jī)官能團(tuán)，進(jìn)而能 夠與樹脂發(fā)生較好的鍵合，并且較高的柔軟度使其具有優(yōu)異的纏繞能力，因此可以提高碳 布與樹脂基體之間的結(jié)合，從而改善碳布復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。本發(fā)明將有機(jī)纖維作為 增強(qiáng)體添加到碳布/樹脂復(fù)合材料中，制備出碳布濕式摩擦材料。將有機(jī)纖維低密度、高彈 性，抗腐蝕性好、抗沖擊性好、抗疲勞性好以及耐磨性好等特性很好地融入到碳布復(fù)合材料 中，同時利用有機(jī)纖維與樹脂的優(yōu)異的結(jié)合性，明顯地改善了各組分之間的界面結(jié)合，提高 了碳布摩擦材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通過控制有機(jī)纖維的加入量，可以獲得具有不同力學(xué)和摩 擦學(xué)性能的碳布/樹脂復(fù)合摩擦材料。該方法的優(yōu)點(diǎn)是工藝控制簡單，所制備的摩擦材料 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，強(qiáng)度高、磨損率低、摩擦系數(shù)高、摩擦性能穩(wěn)定、耐磨性良好以及拉伸、抗折和剪 切性能優(yōu)異等。因此該方法具有較高的應(yīng)用價值，進(jìn)而具有發(fā)展成大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的潛力。
[0023]本發(fā)明還具有以下四方面的有益效果：
[0024]( -）將有機(jī)纖維高比強(qiáng)度、低密度、抗腐蝕性好、抗沖擊性好、抗疲勞性好等特性 很好地融入到碳布復(fù)合材料中，顯著提高了碳布摩擦材料的使用壽命；
[0025](二）有機(jī)纖維高的柔軟度使其具有優(yōu)異的纏繞能力，因此可以牢牢的固定碳布， 從而改善碳布復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；
[0026](三）由于其表面具有豐富的有機(jī)官能團(tuán)，進(jìn)而能夠與樹脂發(fā)生較好的鍵合。同 時，樹脂將纖維和碳布牢固地粘結(jié)在一起，提高各組分之間的界面結(jié)合，從而可以提高材料 的摩擦系數(shù)和耐磨性；
[0027](四）通過抽濾工藝，可以使有機(jī)纖維嵌入到碳布編織的縫里，形成了遍布結(jié)構(gòu)全 體的纖維網(wǎng)，纖維間相互交叉和牽制，當(dāng)材料受應(yīng)力過高時，材料所受的力就由基體逐步轉(zhuǎn) 移到橫跨裂縫的纖維上，從而提高了材料的強(qiáng)度和抗疲勞能力。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備出的芳綸纖維增強(qiáng)碳布/樹脂復(fù)合材料表面的掃描電 鏡圖，其中（b)為（a)的局部放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合本發(fā)明較優(yōu)的實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0030] 實(shí)施例1 :
[0031] 步驟一：取3g腰果殼油改性酚醛樹脂，溶解在100ml無水乙醇中，得到濃度為 30g/L的樹脂溶液，靜置24h，待樹脂充分溶解后封口保存，得到溶液A;
[0032] 步驟二：將0·05g芳綸纖維放入疏解機(jī)中，加入100ml水疏解120min，即得到均勻 分散的濃度為〇.5g/L的芳綸纖維溶液B，其中疏解機(jī)的轉(zhuǎn)速為600r/min;
[0033] 步驟三：將