一种有机纤维增强碳布/树脂复合材料的制备方法技术

一种有机纤维增强碳布/树脂复合材料的制备方法，将树脂溶于无水乙醇中得溶液A，将有机纤维疏解后得溶液B；然后将清洁的碳布平铺在漏斗上，将溶液B倒入漏斗中进行抽滤并烘干得样片C；最后将溶液A中的树脂加入样片C中并晾干，于硫化机上热压成型，即得到具有优异摩擦学性能和力学性能的有机纤维增强碳布/树脂复合材料。本发明专利技术将有机纤维作为增强体添加到碳布/树脂复合材料中，制备出碳布湿式摩擦材料。将有机纤维低密度、高弹性，抗腐蚀性好、抗冲击性好、抗疲劳性好以及耐磨性好等特性很好地融入到碳布复合材料中，同时利用有机纤维与树脂的优异的结合性，明显地改善了各组分之间的界面结合，提高了碳布摩擦材料的结构稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种有机纤维增强碳布/树脂复合材料的制备方法
本专利技术属于材料领域，具体涉及一种有机纤维增强碳布/树脂复合材料的制备方法。
技术介绍
湿式摩擦材料指工作于润滑介质(主要是润滑油)中的摩擦材料，主要应用于自动变速器、差速器、扭矩管理器和同步器等湿式传动系统中。该类材料一方面需要承受高转速剪切和压缩、摩擦高温冲击以及高温润滑油浸蚀等苛刻工作条件；另一方面湿式传动系统主要采用多片盘式结构，空间紧凑，摩擦片为圆环状，由摩擦材料和芯板组成，摩擦材料厚度仅0.40-2.00mm。湿式摩擦材料主要包括软木橡胶基摩擦材料、粉末冶金摩擦材料、纸基摩擦材料和碳/碳复合材料四种，目前应用最为广泛的是粉末冶金摩擦材料和纸基摩擦材料。由于其具有机械强度高、导热性好以及承载能力强等优点[S.C.Ho,J.H.ChernLin,C.P.Wear,2005,258(5-6):861–869.]，粉末冶金摩擦材料已经被广泛地应用于湿式离合器。但摩擦系数低、传动不平稳以及易与对偶材料粘连等缺陷限制了其进一步发展。纸基摩擦材料是以短切纤维为增强体，加入摩擦性能调节剂和填料，采用造纸工艺成型预制体，浸渍树脂后热压固化而成的复合材料[T.Milayzaki,T.Matsumoto,T.Yamamoto.JournalofTribology,1998,120(2):393-398.]，具有摩擦系数高和传动平稳等特点，但是在高转速、大压力以及润滑不充分等非正常条件下易失效等缺陷限制了其在高能载工况条件下的应用。碳布增强树脂基材料以其优异的力学和热学性能，作为结构件已经广泛应用于航空航天等多个领域。到目前为止，碳布摩擦材料的研究主要集中在树脂含量及种类、纤维表面处理及改性、碳布的编织及结构以及纳米/微米颗粒增强四大方面，但目前其应用环境大都为干式摩擦条件，鲜少有见其在湿式摩擦条件下应用的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种有机纤维增强碳布/树脂复合材料的制备方法，该方法能够通过添加均匀分散的有机纤维来有效提高碳布/树脂复合材料的结构稳定性及界面结合性。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种有机纤维增强碳布/树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将树脂溶于无水乙醇中，配制成浓度为5～50g/L的树脂溶液，然后静置，待树脂充分溶解后，封口保存，得到溶液A；步骤二：将有机纤维放入疏解机中，加入水进行疏解，得到浓度为0.1～50g/L的有机纤维溶液B；步骤三：将碳布清洁干净后干燥，备用；步骤四：将步骤三处理过的碳布作为滤纸平铺在漏斗底部，然后将有机纤维溶液B倒入漏斗中进行抽滤，再将抽滤后的碳布烘干，得到样片C，其中样片C中所含的有机纤维的质量分数为0.1～6％；步骤五：通过浸渍、喷涂或抽滤的方式将溶液A中的树脂添加到样片C中，得到预制体D，其中预制体D中所含的树脂的质量分数为20～40％；步骤六：对预制体D进行热压成型，控制热压温度为150～180℃，热压时间为5～15min，热压压力为3～9MPa，即得到有机纤维增强碳布/树脂复合材料。所述步骤一中的树脂为丁腈改性树脂、腰果壳油改性酚醛树脂、橡胶改性树脂、硼改性树脂或环氧树脂。所述步骤一中的静置时间为24h～48h。所述步骤二中的有机纤维为芳纶纤维、涤纶纤维、腈纶纤维、锦纶纤维、丙纶纤维、聚乙烯纤维、对苯撑苯并双恶唑纤维、聚对苯并咪唑纤维、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维或聚酰亚胺纤维，或者所述的有机纤维为竹纤维、纸纤维、木质纤维及麻纤维中的一种或几种。所述步骤二中的疏解时间为60～120min，疏解机的转速为500～1000r/min。所述步骤二中的疏解机型号为XQ-JK、TD15-A、MS-1500或PL28-00。所述步骤三中的碳布的编织密度为1K、3K、6K或12K，编织结构为平纹、斜纹、缎纹或单向布。所述步骤三中对碳布进行清洁的具体步骤为：将碳布先在丙酮中浸泡24～48h，再在乙醇中超声0.5～1h。相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的有机纤维增强碳布/树脂复合材料的制备方法，先将树脂溶于无水乙醇中得溶液A，将有机纤维疏解后得到均匀分散的有机纤维溶液B；然后将清洁的碳布平铺在漏斗上，将有机纤维溶液B倒入漏斗中进行抽滤并烘干得样片C；最后将溶液A中的树脂加入样片C中并晾干，于硫化机上热压成型，即得到具有优异摩擦学性能和力学性能的有机纤维增强碳布/树脂复合材料。有机纤维由于其表面具有丰富的有机官能团，进而能够与树脂发生较好的键合，并且较高的柔软度使其具有优异的缠绕能力，因此可以提高碳布与树脂基体之间的结合，从而改善碳布复合材料的结构稳定性。本专利技术将有机纤维作为增强体添加到碳布/树脂复合材料中，制备出碳布湿式摩擦材料。将有机纤维低密度、高弹性，抗腐蚀性好、抗冲击性好、抗疲劳性好以及耐磨性好等特性很好地融入到碳布复合材料中，同时利用有机纤维与树脂的优异的结合性，明显地改善了各组分之间的界面结合，提高了碳布摩擦材料的结构稳定性。通过控制有机纤维的加入量，可以获得具有不同力学和摩擦学性能的碳布/树脂复合摩擦材料。该方法的优点是工艺控制简单，所制备的摩擦材料结构稳定，强度高、磨损率低、摩擦系数高、摩擦性能稳定、耐磨性良好以及拉伸、抗折和剪切性能优异等。因此该方法具有较高的应用价值，进而具有发展成大规模工业生产的潜力。本专利技术还具有以下四方面的有益效果：(一)将有机纤维高比强度、低密度、抗腐蚀性好、抗冲击性好、抗疲劳性好等特性很好地融入到碳布复合材料中，显著提高了碳布摩擦材料的使用寿命；(二)有机纤维高的柔软度使其具有优异的缠绕能力，因此可以牢牢的固定碳布，从而改善碳布复合材料的结构稳定性；(三)由于其表面具有丰富的有机官能团，进而能够与树脂发生较好的键合。同时，树脂将纤维和碳布牢固地粘结在一起，提高各组分之间的界面结合，从而可以提高材料的摩擦系数和耐磨性；(四)通过抽滤工艺，可以使有机纤维嵌入到碳布编织的缝里，形成了遍布结构全体的纤维网，纤维间相互交叉和牵制，当材料受应力过高时，材料所受的力就由基体逐步转移到横跨裂缝的纤维上，从而提高了材料的强度和抗疲劳能力。附图说明图1为本专利技术实施例1制备出的芳纶纤维增强碳布/树脂复合材料表面的扫描电镜图，其中(b)为(a)的局部放大图。具体实施方式下面结合本专利技术较优的实施例对本专利技术做进一步详细说明。实施例1：步骤一：取3g腰果壳油改性酚醛树脂，溶解在100ml无水乙醇中，得到浓度为30g/L的树脂溶液，静置24h，待树脂充分溶解后封口保存，得到溶液A；步骤二：将0.05g芳纶纤维放入疏解机中，加入100ml水疏解120min，即得到均匀分散的浓度为0.5g/L的芳纶纤维溶液B，其中疏解机的转速为600r/min；步骤三：将碳布在丙酮中浸泡48h后，于乙醇中超声1h，干燥后备用。该碳布的编织密度为12K，编织结构为平纹；步骤四：将清洗后的碳布作为滤纸平铺在漏斗底部，然后将芳纶纤维溶液B倒入漏斗中进行抽滤，再将抽滤后的碳布烘干，得到样片C，其中样片C中所含的芳纶纤维的质量分数为0.72％；步骤五：将样片C浸渍于溶液A后取出烘干，然后再浸渍烘干，重复多次后得到预制体D，其中预制体D中所含的腰果壳油改性酚醛树脂的质量分数为30％；步骤六：将预制体D本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机纤维增强碳布/树脂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将树脂溶于无水乙醇中，配制成浓度为5～50g/L的树脂溶液，然后静置，待树脂充分溶解后，封口保存，得到溶液A；步骤二：将有机纤维放入疏解机中，加入水进行疏解，得到浓度为0.1～50g/L的有机纤维溶液B；步骤三：将碳布清洁干净后干燥，备用；步骤四：将步骤三处理过的碳布作为滤纸平铺在漏斗底部，然后将有机纤维溶液B倒入漏斗中进行抽滤，再将抽滤后的碳布烘干，得到样片C，其中样片C中所含的有机纤维的质量分数为0.1～6％；步骤五：通过浸渍、喷涂或抽滤的方式将溶液A中的树脂添加到样片C中，得到预制体D，其中预制体D中所含的树脂的质量分数为20～40％；步骤六：对预制体D进行热压成型，控制热压温度为150～180℃，热压时间为5～15min，热压压力为3～9MPa，即得到有机纤维增强碳布/树脂复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种有机纤维增强碳布/树脂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将树脂溶于无水乙醇中，配制成浓度为5～50g/L的树脂溶液，然后静置，待树脂充分溶解后，封口保存，得到溶液A；其中树脂为丁腈改性树脂、腰果壳油改性酚醛树脂、橡胶改性树脂、硼改性树脂或环氧树脂；步骤二：将有机纤维放入疏解机中，加入水进行疏解，得到浓度为0.1～50g/L的有机纤维溶液B；其中有机纤维为芳纶纤维、涤纶纤维、腈纶纤维、锦纶纤维、丙纶纤维、聚乙烯纤维、聚对苯撑苯并双恶唑纤维、聚对苯并咪唑纤维、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维或聚酰亚胺纤维，或者有机纤维为竹纤维、纸纤维、木质纤维及麻纤维中的一种或几种；步骤三：将碳布清洁干净后干燥，备用；步骤四：将步骤三处理过的碳布作为滤纸平铺在漏斗底部，然后将有机纤维溶液B倒入漏斗中进行抽滤，再将抽滤后的碳布烘干，得到样片C，其中样片C中所含的有机纤维的质量分数为0.1～6％；步骤五：通过浸渍、喷涂或抽滤的方式将溶液A中的树脂添加到样片C中，得到预制体D，其中预制体D中所含的树脂的质量分数为20～40％；步骤六...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄剑锋，李文斌，费杰，刘艳云，曹丽云，欧阳海波，李翠艳，孔新刚，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61