[发明专利]一种改性SiC纳米粒子增强碳纤维纸基摩擦材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种改性SiC纳米粒子增强碳纤维纸基摩擦材料及制备方法，属于纸基复合材料技术领域。本发明对SiC纳米粒子进行氨基官能化处理，采用简单的浸渍方法将氨基官能化的SiC纳米粒子引入碳纤维表面，在纤维表面形成强/弱键的间歇分布，实现均匀分布，同时提高了纤维与树脂之间的界面剪切强度和断裂韧性。该制备方法采用造纸中的湿法成形、热压相结合的方法制备碳纤维纸基摩擦材料，工艺流程简单、生产成本低，适合工业化生产。所制备的改性SiC纳米粒子增强碳纤维基摩擦材料，具有高硬度、高耐磨性，摩擦系数小、化学性能稳定、高温强度、重量轻的优点，是制备密封环、刹车片的理想材料。

技术领域

本发明涉及一种改性SiC纳米粒子增强碳纤维纸基摩擦材料及制备方法，属于纸基复合材料技术领域。

背景技术

摩擦材料广泛地应用在动力机械上，摩擦材料通过摩擦来吸收或传递动力，来实现制动和传动功能，其囊括制动衬片(刹车片)和离合器片。纸基摩擦材料是一种多孔性、吸油、易压缩和回弹性能优异的湿式摩擦材料，主要由纤维、粘结剂、填料、摩擦性能的调节剂等组成，通常采用造纸的方式(制浆和抄纸)制造出纸基摩擦材料原纸，再经树脂浸渍生成纸基摩擦材料。纸基摩擦材料因其生产成本低、动摩擦因数稳定、动/静摩擦因数比接近、贴合性能平稳、磨损率低、使用寿命长、噪音小及可保护对偶材料等优点，已经发展成为一类越来越重要的逐渐替代树脂基和金属基摩擦材料的湿式摩擦材料。

常见的纸基摩擦材料中的增强纤维为碳纤维和芳纶纤维。碳纤维作为目前摩擦材料的热门纤维，具有摩擦系数稳定，静/动摩擦系数比接近，自润滑性能优良，导热性好，机械强度和耐磨性极高，化学稳定性良好，在高温条件下不发生变软、融化和碳化等优点而逐渐应用到纸基摩擦材料中，但其化学活性和表面活性低，难以被水润湿和均匀分散，相对于芳纶纤维柔韧性较差，不同取向的碳纤维接触、搭接，在纸基摩擦材料中形成大量大小不一的孔隙，使纸基摩擦材料的均匀性较差，导致纸基摩擦材料稳定性下降。芳纶纤维作为摩擦材料增强纤维，具有高强度，耐热，耐磨，耐腐蚀，能产生细小分枝，密度小，但同时缺点也很明显，芳纶纤维与树脂界面结合能较低，分散的工艺性较差，需进行表面处理。

碳化硅(SiC)耐化学腐蚀性好、强度高、硬度高，耐磨性能好、摩擦系数小，且耐高温，因而是制造密封环的理想材料。它与石墨材料组合配对时，其摩擦系数比氧化铝陶瓷和硬质合金小，因而可用于高PV值，特别是输送强酸、强碱的工况中使用。碳化硅纳米粒子有多孔性和表面丰富的官能团，使其具有优异的表面活性和比表面能，容易与外来的基团结合，形成稳定的结构；具有超强的吸附能力、宽的PH值适用范围、高的选择性等优点，表现出较强的吸附特性。但SiC纳米粒子所具有的大比表面积和高表面能又使其极易团聚，从而限制了纳米SiC/高聚物复合材料的进一步应用。

CN105481429A公开了一种氮化硅-碳化硅-碳纤维摩擦材料的制备方法，通过将碳化硅沉积的方法添加到碳纤维毯中，但其碳纤维表面光滑，惰性大，碳化硅难以结合到其表面，易于脱落。CN105802580A公开了一种碳/碳化硅复合摩擦材料的制备方法，其制备方法复杂，所需原料成分跟种类多，生产成本高、难度大，不适合工业化生产。CN104712691A公开了一种碳纤维增强SiC基复合材料汽车刹车片的成型方法，将碳纤维预制成碳布，在碳布上均匀铺放SiC粉体，然后树脂浸渍，加热制得碳纤维增强SiC基复合材料汽车刹车片毛坯。该方法碳布之间空隙较大，铺放的SiC粉体难以均匀，且易于团聚。

发明内容

【技术问题】

现有技术中SiC和碳纤维难以结合以及SiC在碳纤维上分布不均匀的问题。

【技术方案】

本发明提供了一种改性SiC纳米粒子增强碳纤维纸基摩擦材料及其制备方法，该制备方法采用了对SiC纳米粒子进行氨基官能化处理，采用简单的浸渍方法将氨基官能化的SiC纳米粒子引入碳纤维表面，所制备的改性SiC纳米粒子增强碳纤维纸基摩擦材料，具有高硬度、高耐磨性，摩擦系数小、化学性能稳定、高温强度、重量轻的优点，是制备密封环、刹车片的理想材料。