一種利用二氧化錳改性的碳纖維制備紙基摩擦材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于濕式摩擦材料領(lǐng)域，具體涉及一種利用二氧化錳改性的碳纖維制備紙基摩擦材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]紙基摩擦材料是一種摩擦材料，是汽車液力傳扭自動變速器中濕式離合器的關(guān)鍵材料，是保障車輛運(yùn)行平穩(wěn)性和安全性的重要材料。它具有摩擦系數(shù)高，接合平穩(wěn)柔和，低噪聲，對偶盤損傷小，成本低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種車輛。
[0003]申請?zhí)枮?00310460902.6.7的中國專利“一種碳纖維表面化學(xué)接枝改性的方法”采用將丙酮清洗后碳纖維放置于溫度為350°C _370°C和壓力為8MPa-14MPa的超臨界丙酮一水體系中浸泡20-30min，來去除碳纖維的環(huán)氧涂層，這種方法雖然可以很好的去除環(huán)氧涂層，但是對實(shí)驗(yàn)條件要求較高，步驟繁瑣、費(fèi)時(shí)。
[0004]申請?zhí)枮?00310111216.7的中國專利“一種高分子復(fù)合紙基摩擦材料”采用在紙基摩擦材料中加入31-45%的酚醛樹脂、20-30%的木纖維、5-15%的竹纖維、15-20%的碳纖維、5-10 %的石墨、1-5 % 二氧化硅2-5 %的硅藻土、1-3 %的氧化鐵改進(jìn)通用紙基摩擦材料的耐溫耐磨性能，在一定程度上彌補(bǔ)了通用紙基摩擦材料的某些缺陷。但是該技術(shù)并沒有對碳纖維進(jìn)行改性，碳纖維與基體的結(jié)合不夠緊密容易造成脫離；在材料制備過程中引入了氧化鐵，加大了材料在制動過程中對對偶片的磨損率，長時(shí)間使用可能會導(dǎo)致摩擦片與對偶片發(fā)生粘接，從而導(dǎo)致制動系統(tǒng)失效，這些缺點(diǎn)都限制了此類材料的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種利用二氧化錳改性的碳纖維制備紙基摩擦材料的方法，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明通過利用二氧化錳改性后的碳纖維作為纖維增強(qiáng)體制備出摩擦系數(shù)高，磨損量降低等特點(diǎn)的紙基摩擦材料。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種利用二氧化錳改性的碳纖維制備紙基摩擦材料的方法，包括以下步驟:
[0008]步驟一:將碳纖維用高錳酸鉀溶液浸泡，待去除碳纖維的上漿劑后，將碳纖維反復(fù)洗滌至中性并烘干；
[0009]步驟二:將步驟一烘干的碳纖維與高錳酸鉀混合，其中每0.20?0.30g碳纖維中加入6?1mol高錳酸鉀，然后加入水調(diào)節(jié)pH至酸性，得到碳纖維混合體系，將碳纖維混合體系于150?200°C的條件下進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為15?20h，水熱反應(yīng)完成后自然冷卻得到改性碳纖維粗產(chǎn)品，將改性碳纖維粗產(chǎn)品經(jīng)去離子水清洗后進(jìn)行熱處理即得到改性碳纖維；
[0010]步驟三:采用濕法制漿工藝將改性碳纖維、植物纖維、芳綸纖維及填料按照(9?13): (2?3): (2?3): (I?2)的質(zhì)量比分散于水中，然后利用抄紙成型工藝制得紙基材料；
[0011]步驟四:將紙基材料利用改性酚醛樹脂浸漬后熱壓固化即得到紙基摩擦材料，其中改性酚醛樹脂與改性碳纖維的質(zhì)量比為(2?4): (9?13)。
[0012]進(jìn)一步地，碳纖維為聚丙烯腈基碳纖維或?yàn)r青基碳纖維。
[0013]進(jìn)一步地，步驟一中的高錳酸鉀溶液濃度為8?lOmol/L，步驟一中將碳纖維用高錳酸鉀溶液浸泡18?36h。
[0014]進(jìn)一步地，步驟二中加水調(diào)節(jié)pH至2?5。
[0015]進(jìn)一步地，步驟二中水熱反應(yīng)是在均相反應(yīng)器或微波反應(yīng)器中進(jìn)行。
[0016]進(jìn)一步地，步驟二中將改性碳纖維粗產(chǎn)品經(jīng)去離子水清洗3?5次。
[0017]進(jìn)一步地，步驟二中熱處理的溫度為80?120°C，熱處理時(shí)間為6?12h。
[0018]進(jìn)一步地，步驟三中的植物纖維為木纖維或竹纖維；芳綸纖維為短切芳綸纖維、沉析芳綸纖維或芳綸漿柏；填料為高嶺土、硅藻土、石英粉或二氧化鈦。
[0019]進(jìn)一步地，步驟四中熱壓的溫度為130?160°C ;壓力為5?lOMPa。
[0020]一種利用二氧化錳改性的碳纖維制備紙基摩擦材料的方法，包括以下步驟:
[0021]步驟一:將長度為0.1?1mm聚丙稀腈基碳纖維用濃度為10mol/L高猛酸鉀溶液浸泡20h，以去除碳纖維的上漿劑，將碳纖維反復(fù)洗滌至pH為7并烘干；
[0022]步驟二:將步驟一烘干的碳纖維與高錳酸鉀混合加入水熱釜內(nèi)襯，其中每0.24g碳纖維中加入6mol高錳酸鉀，然后加入水調(diào)節(jié)pH至3，得到碳纖維混合體系，將水熱釜置于均相反應(yīng)器中在170°C下水熱反應(yīng)18h，水熱反應(yīng)完成后水熱釜自然冷卻得到改性碳纖維粗產(chǎn)品，將改性碳纖維粗產(chǎn)品經(jīng)去離子水清洗3?5次后于80°C的溫度下熱處理12h即得到改性碳纖維；
[0023]步驟三:采用濕法制漿工藝將改性碳纖維、木纖維、短切芳綸纖維及二氧化鈦按照
11: 2: 3: 2的質(zhì)量比分散于水中，然后利用抄紙成型工藝制得直徑為300_的紙基材料；
[0024]步驟四:將紙基材料利用改性酚醛樹脂浸漬后用硫化機(jī)在150°C的溫度下，7MPa的壓力下熱壓固化即得到紙基摩擦材料，其中改性酚醛樹脂與改性碳纖維的質(zhì)量比為3:11，獲得的紙基摩擦材料的動摩擦系數(shù)為0.14，磨損率為1.2X 10_8cm3/J。
[0025]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:
[0026]本發(fā)明中使用的高錳酸鉀是二氧化錳的前軀體，在水熱條件下可以生成二氧化錳，利用二氧化錳對碳纖維改性，得到高性能二氧化錳改性碳纖維，將其應(yīng)用與濕式紙基摩擦材料，可以有效提高碳纖維與基體的界面結(jié)合性能，使摩擦材料具有更為優(yōu)異的摩擦磨損性能，運(yùn)用本發(fā)明方法二氧化錳改性后碳纖維制備的紙基摩擦材料拉伸強(qiáng)度是原始碳纖維制備的紙基摩擦材料的2倍左右，本發(fā)明方法制備的紙基摩擦材料具有優(yōu)異的摩擦磨損性能，按照GB/T 13826-2008技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)檢測，其動摩擦系數(shù)達(dá)到0.13-0.16，摩擦材料磨損率為1.2X 10_8cmVJ-1.3X l(T8cm3/J，展現(xiàn)出了優(yōu)異的摩擦磨損性能。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的二氧化錳改性碳纖維SEM照片；
[0028]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1采用二氧化錳改性后碳纖維制備的紙基摩擦材料與原始碳纖維制備的紙基摩擦材料拉伸強(qiáng)度對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面對本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0030]一種利用二氧化錳改性的碳纖維制備紙基摩擦材料的方法，包括以下步驟:
[0031]步驟一:將長度為0.1?1mm聚丙烯腈基碳纖維或?yàn)r青基碳纖維用濃度為8?lOmol/L高錳酸鉀溶液浸泡18?36h，以去除碳纖維的上漿劑，將碳纖維反復(fù)洗滌至中性并烘干；
[0032]步驟二:將步驟一烘干的碳纖維與高錳酸鉀混合，其中每0.20?0.30g碳纖維中加入6?1mol高錳酸鉀，然后加入水調(diào)節(jié)pH至2?5，得到碳纖維混合體系，將碳纖維混合體系于150?200°C的條件下在均相反應(yīng)器或微波反應(yīng)器中進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為15?20h，水熱反應(yīng)完成后自然冷卻得到改性碳纖維粗產(chǎn)品，將改性碳纖維粗產(chǎn)品經(jīng)去離子水清洗3?5次后于80?120°C的溫度下熱處理6?12h即得到改性碳纖維；
[0033]步驟三:采用濕法制漿工藝將改性碳纖維、植物纖維、芳綸纖維及填料按照(9?13): (2?3): (2?3): (I?2)的質(zhì)量比分散于水中，然后利用抄紙成型工藝制得紙基材料，所述的植物纖維為木纖維或竹纖維；芳綸纖維為短切芳綸纖維、沉析芳綸纖維或芳綸漿柏；填料為高嶺土、硅藻土、石英粉或二氧化鈦；
[0034]步驟四:將紙基材料利用改性酚醛樹脂浸漬后在130?160°C的溫度下、5?1MPa的壓力下熱壓固化即得到紙基摩擦材料，其中改性酚醛樹脂與改性碳纖維的質(zhì)量比為(2 ?4): (9 ?13) ο
[0035]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0036]實(shí)施例1
[0037]步驟一:將長度為0.1?1mm聚丙稀腈基碳纖維用濃度為10mol/L高猛酸鉀溶液浸泡20h，以去除碳纖維的上漿劑，將碳纖維反復(fù)洗滌至pH為7并烘干；
[0038]步驟二:將步驟一烘干的碳纖維與高錳酸鉀混合加入水熱釜內(nèi)襯，其中每0.24g碳纖維中加入6mol高錳酸鉀，然后加入水調(diào)節(jié)pH至3，得到碳纖維混合體系，將水熱釜置于均相反應(yīng)器中在170°C下水熱反應(yīng)18h，水熱反應(yīng)完成后水熱釜自然冷卻得到改性碳纖維粗產(chǎn)品，將改性碳纖維粗產(chǎn)品經(jīng)去離子水清洗3?5次后于80°C的溫度下熱處理12h即得到改性碳纖維；
[0039]步驟三:采用濕法制漿工藝將改性碳纖維、木纖維、短切芳綸纖維及二氧化鈦按照
11: 2: 3: 2的質(zhì)量比分散于水中，然后利用抄紙成型工藝制得直徑為300_的紙基材料；
[0040]步驟四:將紙基材料利用改性酚醛樹脂浸漬后用硫化機(jī)在150°C的溫度下，7MPa的壓力下熱壓固化即得到紙基摩擦材料，其中改性酚醛樹脂與改性碳纖維的質(zhì)量比為3:11，獲得的紙基摩擦材料的動摩擦系數(shù)為0.14，磨損率為1.2X 10_8cm3/J。
[0041]圖1是本實(shí)施例所制備改性碳纖維樣品表面SEM照片，從圖中可以看出纖維表面出現(xiàn)大量棒狀二氧化錳，碳纖維表面活性得到改善，圖2是原始碳纖維制備的紙基摩擦材料與二氧化錳改性后碳纖維制備的紙基摩擦材料拉伸強(qiáng)度對比，從圖中可以看出改性后碳纖維增強(qiáng)試樣拉伸強(qiáng)度大大提高，展現(xiàn)了纖維與基體良好的結(jié)合。
[0042]實(shí)施例2
[0043]步驟一:將長度為0.1?1mm瀝青基碳纖維用濃度為9mol/L高錳酸鉀溶液浸泡25h，以去除碳纖維的上漿劑，將碳纖維反復(fù)洗滌至pH為7并烘干；
[0044]步驟二:將步驟一烘干的碳纖維與高錳酸鉀混合加入水熱釜內(nèi)襯，其中每0.27g碳纖維中加入7mol高錳酸鉀，然后加入水調(diào)節(jié)pH至2，得到碳纖維混合體系，將水熱釜置于微波反應(yīng)器中在150°C下水熱反應(yīng)15h，水熱反應(yīng)完成后水熱釜自然冷卻得到改性碳纖維粗產(chǎn)品，將改性碳纖維粗產(chǎn)品經(jīng)去離子水清洗3?5次后于90°C的溫度下熱處理8h即得到改性碳纖維；
[0045]步驟三:采用濕法制漿工藝將改性碳纖維、竹纖維、沉析芳綸纖維及高嶺土按照9:2: 2: I的質(zhì)量比分散于水中，然后利用抄紙成型工藝制得直徑為300_的紙基材料；
[0046]步驟四:將紙基材料利用改性酚醛樹脂浸漬后用硫化機(jī)在160°C的溫度下、5MPa的壓力下熱壓固化即得到紙基摩擦材料，其中改性酚醛樹脂與改性碳纖維的質(zhì)量比為2:9，獲得的紙基摩擦材料的動摩擦系數(shù)為0.13，磨損率為1.2X 10_8cm3/J。
[0047]實(shí)施例3
[0048]步驟一:將長度為0.1?1mm聚丙稀腈基碳纖維用濃度為8mol/L高猛酸鉀溶液浸泡30h，以去除碳纖維的上漿劑，將碳纖維反復(fù)洗滌至pH為7并烘干；
[0049]步驟二:將步驟一烘干的碳纖維與高錳酸鉀混合加入水熱釜內(nèi)襯，其中每0.28g碳纖維中加入7mol高錳酸鉀，然后加入水調(diào)節(jié)pH至4，得到碳纖維混合體系，將水熱釜置于微波反應(yīng)器中在200°C下水熱反應(yīng)17h，水熱反應(yīng)完成后水熱釜自然冷卻得到改性碳纖維粗產(chǎn)品，將改性碳纖維粗產(chǎn)