一种电化学改性碳布增强摩擦材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种电化学改性碳布增强摩擦材料及其制备方法，该方法以碳纤维布和改性酚醛树脂为原料，将碳布在电化学条件下处理，选用复合镍源为电解质，采用阳极氧化和阴极沉积金属镍的方法对碳纤维进行处理。然后将处理后的碳布喷涂改性酚醛树脂溶液，取出自然晾干后，用硫化机热压成型，本发明专利技术通过在复合镍源为电解质的电化学条件下，对碳布进行阳极氧化和阴极沉积处理，使碳布表面含氧官能团增加并均匀沉积金属镍，具有设备简单、高效等优点，金属镍具有硬度大、耐磨和催化活性，大大改善了碳布和树脂之间的粘结强度，从而提高了硫化过程中线性高分子通过交联作用而形成网状高分子的均匀性，使其具有更优的摩擦学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种电化学改性碳布增强摩擦材料及其制备方法
本专利技术属于摩擦材料领域，特别涉及一种电化学改性碳布增强摩擦材料及其制备方法。
技术介绍
复合材料是指以一种材料为基体，另一种材料为增强体组合而成的材料。碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐磨损等优点，碳纤维布在横向与纵向均具有很好的强度、具有高承载压力和优异的摩擦学性能，在复合材料中是性能优异的增强体材料。碳布增强树脂复合材料主要应用于汽车自动变速器、差速器、同步器、扭矩管理器以及其他湿式离合器中。文献1“公开号为CN102757621A的中国专利中”公开了一种湿式复合摩擦材料及其制备方法，摩擦材料的组分包括：作为材料骨架的碳纤维、热固性树脂、固化剂和摩擦性能调节剂。制备的方法为将丙酮或无水乙醇作为溶剂，酚醛树脂、乙二胺和陶瓷颗粒一次混合并进行超声辅助分散，制成混合均匀、粘度适中的浸渍液，然后浸渍碳纤维布，干燥后对碳纤维表面进行热压固化热处理。但其使用的碳纤维布未经任何处理，其碳纤维表面缺乏活性官能团，表面能低，表面惰性大，与基体间的界面结合性能不够理想，界面存在较多缺陷，限制了碳纤维增强复合材料优异性能的发挥。文献2“公开号为CN103897334A的中国专利”公开了一种碳布增强湿式摩擦材料的制备方法。制备方法为在水热条件下利用浓硝酸对碳布进行氧化处理，将氧化处理的碳布在改性酚醛树脂溶液中进行浸渍，浸渍后再经过热压成型得到碳布增强湿式摩擦材料。采用水热氧化的方法对碳纤维布进行改性处理，增加了活性基团，有利于与树脂基体结合。使用的碳纤维布是经过氧化处理的，但其氧化需要高温高压环境，条件苛刻且处理时间长。
技术实现思路
为克服上述技术存在的问题，本专利技术提供了一种电化学改性碳布增强摩擦材料及其制备方法，本方法处理过程时间短只需几分钟，具有效率高，反应条件温和无需高温高压，反应过程可精确控制，设备简单，成本低，适合大规模生产等优点。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术手段：一种电化学改性碳布增强摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：1)将镍源、辅助剂和缓冲剂加入去离子水中搅拌得复合镍源电解质溶液A；2)将溶液A加入电解槽中，将碳布样品固定于石墨电极的阴阳两极，电流为1～5A，处理时间为1～5min，进行电化学处理，将处理后的碳布在60～100℃的烘箱烘干得到样品B；3)在样品B上喷涂或浸渍改性的酚醛树脂溶液，自然晾干，得样品C，称样品C的质量，保证树脂含量在18-25％，对其进行热压成型得到碳布增强树脂摩擦材料。作为本专利技术的进一步改进，在步骤1)之前还包括对碳布的预处理步骤，具体为将碳布先用去离子水浸泡30min，再将碳布置于丙酮溶液中超声辅助12h，然后烘干得碳布样品，所述的碳布规格是3K、9K、12K。作为本专利技术的进一步改进，步骤2)中，电化学改性碳布的装置为自制的电解槽，体积为640cm3，长为12cm，宽和高都为10cm，壁厚1cm，阴阳两极相距2～7cm，电极材料均为惰性电极材料。作为本专利技术的进一步改进，电解槽的材质为聚四氟乙烯，惰性电极材料为石墨板或铂板。作为本专利技术的进一步改进，电化学改性碳布的处理过程具体为：将碳布样品固定于石墨板的阳极，然后控制电流强度1～5A反应时间1～5min，交换阴阳极，再次反应相同时间，烘干；或者将碳布样品两块，分别固定于石墨电极的阴极和阳极，然后控制电流1～5A，反应时间1～5min，从电化学反应装置中取出碳布，烘干。作为本专利技术的进一步改进，改性酚醛树脂溶液为质量分数为10～20％的改性酚醛树脂无水乙醇溶液，所述的改性酚醛树脂为丁腈橡胶或腰果壳改性的酚醛树脂。作为本专利技术的进一步改进，热压成型的工艺为：热压温度170℃，热压时间8～12min，热压压力为8～12MPa，热压厚度为0.6mm。作为本专利技术的进一步改进，复合镍源电解质配方为：室温下pH控制为2.2～2.7。作为本专利技术的进一步改进，所述的电化学处理的处理电流2A，处理时间为3min。一种电化学改性碳布增强摩擦材料，其特征在于：由以上所述的制备方法制得；制得的摩擦材料的动摩擦系数为0.134-0.139，磨损量为9.3-12.6mm3。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术通过在复合镍源为电解质的电化学条件下，对碳布进行阳极氧化和阴极沉积处理，使碳布表面含氧官能团增加并均匀沉积金属镍，可双效提高碳布增强树脂复合材料的摩擦磨损性能，有效改善碳纤维的表面活性和提高复合材料的摩擦学性能。并且电化学改性碳布可使碳纤维表面含氧官能团增加，处理过程时间短只需几分钟，效率高，反应条件温和无需高温高压，反应过程可精确控制，具有设备简单、高效等优点，将处理后的碳布浸渍改性酚醛树脂，然后热压成型，使金属镍沉积均匀，减少了碳布与树脂基体间缝隙，从而改善了碳布与树脂基体的结合，金属镍具有硬度大、耐磨和催化活性，大大改善了碳布和树脂之间的粘结强度，从而提高了硫化过程中线性高分子通过交联作用而形成网状高分子的均匀性，使其具有更优的摩擦学性能。制得的材料动摩擦系数为0.139，磨损量为9.3mm3。进一步，电解槽的材质为聚四氟乙烯，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、电绝缘性和良好的抗老化耐力。进一步，复合镍源电解质保证室温下pH＝2.2～2.7可防止生成Ni(OH)2沉淀，影响后续制备材料的性能。本专利技术制备的电化学改性碳布增强摩擦材料，动摩擦系数为0.139，相比之下动摩擦系数增加了9％；磨损量为9.3mm3，相比之下经过电化学改性的碳布增强摩擦材料的磨损率下降了30％。所制备的复合材料有着优异的摩擦磨损性能，适合大规模生产。【附图说明】图1为实施例1未改性碳纤维与电化学处理后的碳纤维SEM照片对比图，其中图1(a)为未经电化学处理的碳纤维表面微观形貌，图1(b)为电化学处理条件：处理电流2A，处理时间180s下先阳极氧化后阴极沉积镍的碳纤维表面微观形貌；图2为实施例1电化学条件下先阳极氧化后阴极沉积金属镍的碳布增强树脂摩擦材料的动摩擦系数图；图3为实施例1电化学条件下先阳极氧化后阴极沉积金属镍的碳布增强树脂摩擦材料的磨损量图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术作详细说明。为了使碳纤维表面活性增加，使用前需进行表面处理。本专利技术在电化学条件下对碳布进行阳极氧化和阴极沉积金属镍处理能有效改善碳纤维的表面活性和提高复合材料的摩擦学性能。实施例1：步骤一：将碳布裁剪为7cm*8cm的长方形状，先用去离子水浸泡30min，再将碳布置于丙酮溶液中超声辅助12h，然后烘干得样品P。步骤二:将硫酸镍(NiSO4·7H2O)0.1mol/L，硫酸铵((NH4)2SO4)10g/L，硼酸(H3BO4)20g/L，加入500ml去离子水中搅拌2小时得复合镍源电解质溶液A，室温下pH控制为2.2～2.7。步骤三：将溶液A加入电解槽中，将样品P固定于石墨电极的阳极，处理电流为2A，处理时间为3min，待反应结束，交换阴阳极，再次处理3min，将碳布从电解槽中取出置于80℃烘箱烘干得到样品B。步骤四：将样品B放入改性的酚醛树脂(30％的腰果壳改性的酚醛树脂无水乙醇溶液)中浸渍10min，自然晾干，得样品C，称样品C的质量，保证树脂含量的质量百分数在18～25％，热压温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学改性碳布增强摩擦材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)将镍源、辅助剂和缓冲剂加入去离子水中搅制得复合镍源电解质溶液A；2)将溶液A加入电解槽中，将碳布样品固定于石墨电极的阴阳两极，电流为1～5A，处理时间为1～5min，进行电化学处理，将处理后的碳布在60～100℃的烘箱烘干得到样品B；3)在样品B上喷涂或浸渍改性的酚醛树脂溶液，自然晾干，得样品C，称样品C的质量，保证树脂含量在18‑25％，对其进行热压成型得到碳布增强树脂摩擦材料。

【技术特征摘要】
1.一种电化学改性碳布增强摩擦材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)将镍源、辅助剂和缓冲剂加入去离子水中搅制得复合镍源电解质溶液A；复合镍源电解质溶液A配方为：室温下pH控制为2.2～2.7；2)将溶液A加入电解槽中，将碳布样品固定于石墨电极的阴阳两极，电流为1～5A，处理时间为1～5min，进行电化学处理，将处理后的碳布在60～100℃的烘箱烘干得到样品B；电化学改性碳布的处理过程具体为：将碳布样品固定于石墨板的阳极，然后控制电流强度1～5A反应时间1～5min，交换阴阳极，再次反应相同时间，烘干；或者将碳布样品两块，分别固定于石墨电极的阴极和阳极，然后控制电流1～5A，反应时间1～5min，从电化学反应装置中取出碳布，烘干；3)在样品B上喷涂或浸渍改性的酚醛树脂溶液，自然晾干，得样品C，称样品C的质量，保证树脂含量在18-25％，对其进行热压成型得到碳布增强树脂摩擦材料。2.根据权利要求1所述一种电化学改性碳布增强摩擦材料的制备方法，其特征在于：在步骤1)之前还包括对碳布的预处理步骤，具体为将碳布先用去离子水浸泡30min，再将碳布置于丙酮溶液中超声辅助12h，然后烘干得碳布样品。3.根据权利要求1所述一...

【专利技术属性】
技术研发人员：费杰，罗丹，段笑，黄剑锋，欧阳海波，李翠艳，罗威，张超，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61