[发明专利]一种灼烧氧化碳纤维增强酚醛树脂摩擦复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种灼烧方法氧化碳纤维增强酚醛树脂摩擦复合材料的制备方法，首先将碳纤维使用丁烷气体灼烧5‑60min，得到表面具有大量的‑COOH、‑OH等含氧官能团的碳纤维。然后将灼烧后的碳纤维与APTES改性后的β‑Si₃N₄、酚醛树脂、固化剂(H256)混合后的预浸液以质量比为30‑40：60‑70浸渍。待预浸料除去溶剂后，以温度为130‑150℃，热压时间为20min，压力为5MPa的条件热压固化得到经灼烧氧化碳纤维/酚醛树脂摩擦复合材料。将样品进行摩擦磨损测试，其导热率为3.06W m^‑1k^‑1，动摩擦系数达0.13，磨损率低至1.14×10^‑8mm³/Nm。该摩擦复合材料展现出优异的摩擦学性能，并且其制备工艺简单，成本低，无污染。

技术领域

本发明涉及摩擦复合材料技术领域，尤其涉及一种灼烧氧化碳纤维增强酚醛树脂摩擦复合材料的制备方法。

背景技术

碳纤维摩擦复合材料因其具有质轻、低噪声、稳定的摩擦系数等优点而被广泛用于汽车、轮船、飞机等交通运输工具。但由于碳纤维表面较为光滑，高度石墨化等原因，致使其表面呈现惰性，从而导致碳纤维与酚醛树脂之间的浸润性差，这大大限制碳纤维在摩擦复合材料中的应用。因此对碳纤维表面进行改性成为必然趋势。本发明利用了丁烷火焰对碳纤维在一定的时间、距离的条件下进行灼烧，使碳纤维表面在空气中反应生成含氧活性官能团，达到活化碳纤维表面的目的，并且无损碳纤维本身的力学性能。此方法对于制备性能更为优异的碳纤维摩擦复合材料具有重要的意义。

传统处理碳纤维的方法有化学接枝、物理沉积、射线辐照、酸液氧化法等。CN104532548A的中国专利以一种碳纤维表面原位生长CNTS的方法，提高了复合材料的层间剪切强度，但此实验的步骤繁琐，操作难度大，实际应用受到了限制。CN1206760的中国专利利用⁶⁰Coγ-射线在空气中对碳纤维进行辐射，使碳纤维表面粗糙度增加，生成活性官能团，提高了碳纤维与树脂之间的浸润性，但是此方法成本高，极易对人体健康造成危害。中国专利CN106555358A利用对氨基苯甲酸无损改性碳纤维增强纸基湿式摩擦材料，提高了碳纤维与树脂之间的结合力，但是此方法操作过程复杂，成本高，污染大，不利于产业的可持续发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种灼烧氧化碳纤维增强酚醛树脂摩擦复合材料的制备方法，以克服上述现有处理改性碳纤维技术中存在的缺陷。本发明通过控制火焰灼烧碳纤维的时间以及火焰与碳纤维之间的距离，无损碳纤维自身力学性能的同时提高其表面的活性，从而提高碳纤维与酚醛树脂之间的结合力，制备出摩擦系数低而稳定，磨损率低的碳纤维/酚醛树脂摩擦复合材料。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种灼烧氧化碳纤维增强酚醛树脂摩擦复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将碳纤维使用丁烷气体灼烧5-60min，待反应结束后，将碳纤维样品用去离子水洗涤，70℃烘干，得表面活化的碳纤维。

步骤二：将改性的β-Si₃N₄、酚醛树脂、H256固化剂按照1-5：80-90：5-10的质量比混于乙醇中制成混合酚醛树脂乙醇溶液。

步骤三：将步骤一中灼烧后的碳纤维浸渍于步骤二中的混合树脂乙醇溶液中，其中灼烧后的碳纤维与混合树脂的质量比为30-40：60-70，使其均匀的渗入灼烧后的碳纤维中。取出浸渍的碳纤维布放入烘箱中，70℃除去乙醇溶剂，得到灼烧氧化碳纤维增强酚醛树脂摩擦材料，然后将此材料热压固化最终得灼烧氧化-碳纤维/酚醛树脂摩擦复合材料。

进一步地，步骤一中碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维(T300)。

进一步地，步骤一中丁烷气体的火焰长度10cm，碳纤维的灼烧位置距枪口5-8cm。