[发明专利]一种碳纤维增强聚醚醚酮纸基摩擦材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维增强聚醚醚酮纸基摩擦材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。本发明采用湿法成形、热压相结合的生产工艺来制备一种新型PEEK纸基摩擦材料，具有工艺流程简单、易于控制产品质量等特点。所得碳纤维增强聚醚醚酮纸基摩擦材料具有优良的力学性能以及耐高温、导热性好、耐磨、阻燃、抗老化等性能优势。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维增强聚醚醚酮纸基摩擦材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。

背景技术

摩擦材料是国民经济中非常重要的一类材料，被广泛地应用于交通运输、化工机械、航空航天等领域。摩擦材料在工作过程中应用摩擦力传递扭矩和制动，是保障汽车平稳运行和安全性能的重要材料。在过去很长一段时间内，最常应用于工业中的摩擦材料主要以金属、陶瓷以及水泥物质等传统摩擦材料为主。但随着工业对摩擦材料综合性能的要求愈渐提高，传统的摩擦材料逐步显露出变形能力差、加工窗口窄、脆性大等局限性，已不能满足现代工业的发展要求，新兴的新型摩擦材料正在逐步取代传统摩擦材料受到更多制造商、加工企业的青睐。

纸基摩擦材料摩擦材料在汽车工业中属于关键的安全部件，汽车的启动制动和驻车都离不开纸基摩擦材料。摩擦材料是高分子三元复合材料，主要由高分子粘结剂、增强纤维和摩擦性能调节剂组成。纸基摩擦材料的主要特点有：摩擦系数高、传递扭矩能力强、动静摩擦系数值接近、结合平稳、噪音小等。作为新型摩擦材料家族的主流产品，因其具有比强度高、易于加工设计、抗咬合性、良好的化学稳定性和自润滑性等优越性，已被愈来愈多的应用于宇航、汽车、石油化工、机械电子以及医疗卫生等领域。

常见的纸基摩擦材料为芳纶纤维材料，虽说长久稳定性是芳纶纤维最重要的特性，但芳纶纤维承受的最高使用温度也只在200℃左右。温度过高，无疑会降低材料的耐高温性；芳纶纤维抗紫外线能力差；芳纶纤维本身含有酰胺基团，酰胺基团极性强，易吸水，当酰胺基团中的H被某些溶剂中的亲水性基团取代后，会变得更易吸水。在芳纶纤维类材料中，由于部分芳纶纤维在材料上下表面裸露出来，使得材料具有极强的吸水能力。所以，该类材料因面层破坏、产生细小裂纹而经常发生渗水问题。如果芳纶复合材料应用在低温环境下，进入材料中的水被冷冻以后会发生膨胀，进而破坏增强体与基体之间的粘结，以致大幅度降低复合材料性能。

聚醚醚酮(PEEK)纤维具备极其优异的综合性能，且适用于传统热塑性塑料的成型加工工艺，使其成为航空航天、能源化工、交通运输、食品加工、医疗卫生等领域的理想材料。在较高的温度条件下，PEEK由于具有良好的摩擦性和出色的自润滑性，因此PEEK可在这样的温度下，仍可保持突出的磨损率和较低摩擦系数。因其优异的耐摩擦、耐高温、易加工等性能，在汽车行业，可用于发动机内罩、汽车轴承、密封件、刹车片等。PEEK具有优异的摩擦磨损性能，这源于其自身突出的自润滑性，常温干摩擦条件下，其摩擦系数为0.34，磨损率为1.97×10^-5mm³·N^-1·m^-1。

碳纤维拥有重量轻、强度大、化学稳定、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐疲劳等优点，以碳纤维作为增强材料，制得的纤维增强聚醚醚酮材料，不仅具有优异的耐湿热、抗蠕变、耐老化和抗冲击性能，而且使材料的拉伸和弯曲的强度得到提高。

聚醚醚酮具有优异的化学稳定性、热稳定性、导电性、导热性、力学性能、耐摩擦、易加工等综合性能，因此，聚醚醚酮材料和聚醚醚酮耐摩擦材料得到了广泛研究，但仍然存在一些缺陷，例如采用注塑成型工艺得到的复合材料中纤维平均长度、纤维含量、纤维分布不均，或者强度和耐摩擦性较差，或者用于增强强度的材料价格昂贵导致生产成本高。

目前，国内外还没有关于碳纤维增强聚醚醚酮纸基摩擦材料的专利报导。

发明内容