一種纖維粉增強(qiáng)碳布/樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，涉及一種增強(qiáng)碳布摩擦材料的制備方法，特別涉及一 種纖維粉增強(qiáng)碳布/樹(shù)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(rùn)滑介質(zhì)（主要是潤(rùn)滑油）中的摩擦材料，主要應(yīng)用于 自動(dòng)變速器、差速器、扭矩管理器和同步器等濕式傳動(dòng)系統(tǒng)中[P P. Marklund，R. Larsson. Wet clutch friction characteristics obtained from simplified pin on disc test. Tribology International，2008, 41 (9-10) :824 - 830. ] D 由于使用條件不同，傳動(dòng)系統(tǒng)的 速度、壓力和載荷差別很大，單一某種材料難以滿足所有工況使用要求，從而發(fā)展出多種濕 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) 合材料等。
[0003] 粉末冶金摩擦材料具有機(jī)械強(qiáng)度高，導(dǎo)熱性好以及承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[樊 毅，劉伯威.燒結(jié)壓力對(duì)濕式銅基燒結(jié)摩擦材料性能的影響.粉末冶金材料科學(xué) 與工程，2002, 7 (3) : 228-233.]，但存在摩擦系數(shù)低，傳動(dòng)不平穩(wěn)，以及長(zhǎng)時(shí)間工作易 與對(duì)偶材料粘連等缺陷。紙基摩擦材料具有摩擦系數(shù)高和傳動(dòng)平穩(wěn)等特點(diǎn)[付業(yè) 偉，李賀軍，李克智.紙基摩擦材料綠色制備工藝與摩擦磨損性能研宄.摩擦學(xué)學(xué) 報(bào)，2004, 24(2) : 172-176.]，但是在高轉(zhuǎn)速、大壓力以及潤(rùn)滑不充分等非正常條件下易失 效，僅應(yīng)用于中低能載工況。碳布摩擦材料由于具有高比強(qiáng)度、低密度以及自潤(rùn)滑性等特性 [張兆民；付業(yè)偉；張翔；朱文婷；寧滿霞.編織密度對(duì)碳布增強(qiáng)樹(shù)脂基摩擦材料濕式摩擦 學(xué)性能影響.潤(rùn)滑與密封，2013, 38 (5) : 64-68]，已經(jīng)開(kāi)始被廣泛地研宄和應(yīng)用。然而，目前 的研宄卻主要集中在樹(shù)脂含量及種類、纖維表面處理及改性和納米/微米顆粒添加三大方 面，且制備工藝也主要是浸漬工藝。尚沒(méi)有報(bào)道將纖維粉引入到碳布摩擦材料中，同時(shí)采用 干混濕溶的工藝制備碳布/樹(shù)脂復(fù)合材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種纖維粉增強(qiáng)碳布/樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法，通過(guò)添 加表面附有顆粒的微米級(jí)纖維粉，使制得的纖維粉增強(qiáng)碳布/樹(shù)脂復(fù)合材料具有良好的摩 擦性能。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] 一種纖維粉增強(qiáng)碳布/樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟一：將無(wú)機(jī)纖維放入球磨機(jī)中進(jìn)行干式球磨，將球磨后的產(chǎn)物洗出、沉降后烘 干、過(guò)篩，得到表面附有顆粒的微米級(jí)纖維粉；
[0008] 步驟二：將步驟一得到的纖維粉與改性樹(shù)脂混合均勻，平鋪在碳布表面，并加入乙 醇使改性樹(shù)脂完全溶解，然后將碳布烘干、熱壓成型，即得到纖維粉增強(qiáng)碳布/樹(shù)脂復(fù)合材 料，其中纖維粉增強(qiáng)碳布/樹(shù)脂復(fù)合材料中纖維粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1~5%，改性樹(shù)脂的質(zhì)量 分?jǐn)?shù)為20~30%。
[0009] 所述步驟一中的無(wú)機(jī)纖維為碳纖維、玻璃纖維、氧化鋁纖維、碳化硅纖維、硼纖維、 氮化硼纖維、氮化硅纖維及硅酸鋁纖維中的一種或幾種任意比例的混合物，且無(wú)機(jī)纖維的 長(zhǎng)度小于1mm。
[0010] 所述步驟一中的球磨時(shí)間為10~15小時(shí)，球磨轉(zhuǎn)速為100~600r/min，球石和無(wú) 機(jī)纖維的質(zhì)量比為（2~6): 1。
[0011] 所述的球石的材質(zhì)為不銹鋼、氧化鋁、氧化鋯、瑪瑙或硬質(zhì)合金，球石的直徑為 3 ~30mm〇
[0012] 所述步驟一中用水或乙醇將球磨后的產(chǎn)物洗出；
[0013] 所述步驟一中的沉降為離心沉降或自然沉降；
[0014] 所述步驟一中的過(guò)篩使用的篩網(wǎng)目數(shù)為18~400目。
[0015] 所述步驟一和步驟二中的烘干為在55~65°C下烘干50~70min。
[0016] 所述改性樹(shù)脂為丁腈改性樹(shù)脂、腰果殼油改性酚醛樹(shù)脂、橡膠改性樹(shù)脂或硼改性 樹(shù)脂。
[0017] 所述碳布在使用前，先在丙酮中浸泡15~24h，然后超聲清洗10~30min，再在 50~100°C下干燥后備用。
[0018] 所述碳布的編織密度為1K、3K、6K或12K，編織結(jié)構(gòu)為平紋、斜紋、緞紋或單向布。
[0019] 所述步驟二中熱壓成型時(shí)的熱壓溫度為150~180°C，熱壓時(shí)間為5~15min，熱 壓壓力為3~8MPa。
[0020] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：
[0021] 本發(fā)明提供的纖維粉增強(qiáng)碳布/樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法，將無(wú)機(jī)纖維采用球磨 工藝制成表面附有顆粒的微米級(jí)纖維粉，然后與改性樹(shù)脂均勻混合，平鋪在碳布表面，待干 燥后熱壓固化，即得到纖維粉增強(qiáng)碳布/樹(shù)脂復(fù)合材料。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，將表面附有 顆粒的微米級(jí)纖維粉作為增強(qiáng)體添加到碳布摩擦材料中，通過(guò)控制加入的纖維粉的含量， 可以獲得具有不同摩擦系數(shù)和磨損率的纖維粉增強(qiáng)碳布/樹(shù)脂復(fù)合材料。而且本發(fā)明將長(zhǎng) 度較小、強(qiáng)度較高的纖維粉均勻分散于改性樹(shù)脂中，增加了碳布表面的粗糙度，提高了復(fù)合 材料的摩擦系數(shù)。同時(shí)，纖維粉的加入大大增加了各組分之間的界面交互和機(jī)械齒合，降低 了碳布/樹(shù)脂復(fù)合材料的磨損，可以大大提高其壽命。改性樹(shù)脂將纖維粉和碳布牢固地粘 結(jié)在一起，纖維間相互交叉和牽制，形成了遍布復(fù)合材料全體的纖維網(wǎng)，當(dāng)復(fù)合材料受應(yīng)力 過(guò)高時(shí)，復(fù)合材料所受的力就由碳布基體逐步轉(zhuǎn)移到橫跨裂縫的纖維上，提高了復(fù)合材料 的強(qiáng)度和抗疲勞能力。同時(shí)，纖維粉上的尺寸更小的顆粒能夠填充到纖維粉所填充不到的 空隙中，使碳布基體與增強(qiáng)體之間的界面缺陷減少，致密性提高，能夠大幅度提高復(fù)合材料 的強(qiáng)度，改善其摩擦穩(wěn)定性。本發(fā)明將碳布的高自潤(rùn)滑性、纖維的牽制作用以及纖維和顆粒 的填充作用有機(jī)地結(jié)合在了一起，使制得的纖維粉增強(qiáng)碳布/樹(shù)脂復(fù)合材料具有良好的摩 擦性能，其致密性高、強(qiáng)度高、摩擦系數(shù)高、摩擦性能穩(wěn)定、摩擦噪音小、磨損率低、耐磨性良 好，并且抗剪切、抗折、抗拉等力學(xué)性能也得到了改善，具有良好的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為實(shí)施例1制備出的纖維粉增強(qiáng)碳布/樹(shù)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】
[0023] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0024] 本發(fā)明提供的纖維粉增強(qiáng)碳布/樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0025] 步驟一：將無(wú)機(jī)纖維放入球磨機(jī)進(jìn)行干式球磨，球磨時(shí)間為10~15小時(shí)，球石和 纖維的比例為2:1~6:1，球磨轉(zhuǎn)速為100~600r/min。將球磨后的產(chǎn)物洗出，沉降后烘干， 過(guò)篩后得到一系列不同長(zhǎng)徑比的表面附有顆粒的微米級(jí)纖維粉。
[0026] 其中無(wú)機(jī)纖維可以是碳纖維、玻璃纖維、氧化鋁纖維、碳化硅纖維、硼纖維、氮化硼 纖維、氮化硅纖維及硅酸鋁纖維等，纖維長(zhǎng)度小于1mm。
[0027] 球磨可以用QM-3SP2