一种MOF-5/多巴胺双效增强纸基摩擦材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种MOF

【技术实现步骤摘要】
一种MOF
‑
5/多巴胺双效增强纸基摩擦材料及制备方法


[0001]本专利技术属于摩擦材料
，涉及一种MOF
‑
5/多巴胺双效增强纸基摩擦材料及制备方法。

技术介绍

[0002]纸基摩擦材料是以碳纤维、芳纶纤维、植物纤维、摩擦性能调节剂和树脂粘合剂等为主要原料，通过湿法抄造、真空抽滤和热压固化工序制备而成。因其制动过程平稳、噪音低和工作使用寿命长等优异特性，广泛应用于车辆的传动和制动装置中。然而，由于表面光滑与化学惰性强，高强高模量的碳纤维难以与树脂基体形成有效结合，从而严重影响了摩擦材料的性能。实际工况运行过程中，在重载荷、高压力和高转速的条件下，常发生碳纤维断裂与拔出，树脂基体脱粘等情况，进一步限制了低成本纸基摩擦材料的广泛应用。因此如何提高碳纤维与树脂基体的相容性与改善界面结合性能差等问题已成为限制纸基摩擦材料发展的瓶颈与关键所在。
[0003]文献1“专利公开号为的CN106868902A中国专利”公开了一种片状自组装二氧化锰改性碳纤维增强树脂基摩擦材料的制备方法。该专利技术使用高锰酸钾和浓硫酸利用氧化还原反应于碳纤维表面生长片状二氧化锰，其作为摩擦材料增强体，应用于湿式树脂基摩擦材料。单一的氧化物生长虽然在一定程度上有利于改善树脂基复合材料的界面性能，然而相比于单组分改善，双组分协同改性碳纤维基于机械啮合和化学耦合作用更有效增强碳纤维与树脂基体之间的界面结合，进一步改善材料的摩擦学性能。另外采用浓硫酸预处理碳纤维以改善其表面粗糙度和化学活性，但存在对纤维本体产生严重损伤等问题。
[0004]文献2“专利公开号为的CN110016807A中国专利”公开了一种碳纤维表面功能化的表面改性方法。该专利技术采用多巴胺作为表面改性剂，达到碳纤维表面功能化的目的，从而提高碳纤维与树脂基体的界面相容性。虽然多巴胺处理可以改善碳纤维表面活性，促使其与树脂基体界面结合增强，但是由于多巴胺常以片状薄膜的形式附着在纤维表面，无法有效地与纤维或基体之间形成强有力的机械啮合，从而造成在实际应用过程中，树脂基复合材料仍会在高压重载荷的作用下出现纤维拔出和基体断裂等情况。
[0005]文献3“专利公开号为的CN108439457A中国专利”公开了一种水热电泳法制备氧化锌纳米棒/碳布摩擦材料的方法。该专利技术采用水热电泳法在碳布表面生长氧化锌纳米棒，随后经过真空浸渍酚醛树脂，最后高温热压成型。此方法有效改善碳布与树脂的界面结合，从而提高树脂基摩擦材料的摩擦磨损性能。然而氧化锌纳米棒属于无机非金属矿物，本身缺少活性基团，因此经过改性的碳布无法与树脂基体之间形成有效的化学键合，且采用水热电泳法生长氧化锌纳米棒过程复杂且能耗大。
[0006]上述所列文献中以及其它同领域专利文献大部分常采用单一的增强体如二氧化锰、多巴胺和氧化锌等来改善树脂基复合材料的界面结合性能，仍存在单组份增强效果差、摩擦系数稳定性差和高温热衰退等问题。同时，强酸预处理碳纤维虽然可以提高其表面活性，但过程中会严重破坏碳纤维内部结构和损伤本体强度。目前现有的技术中改善树脂基
复合材料界面结合性能集中于单组份增强的研究，双组分协同改性且简单有效的制备纸基摩擦材料工艺方法匮乏，亟需迫切需要开发一种双效协同改性碳纤维增强纸基摩擦材料的方法来改善其界面结合，同时保持碳纤维本体强度性能，综合提升纸基摩擦材料的摩擦磨损性能。目前，采用MOF
‑
5与多巴胺双效增强纸基摩擦材料等方面并没有相关研究。

技术实现思路

[0007]要解决的技术问题
[0008]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种MOF
‑
5/多巴胺双效增强纸基摩擦材料及制备方法，首先采用多巴胺预处理碳纤维,赋予碳纤维表面活性官能团的同时，为后续MOF
‑
5晶体生长提供反应活性位点。利用水热反应，MOF
‑
5原位生长在碳纤维表面，从而与多巴胺构成双效改性碳纤维，以达到活化碳纤维的目的，赋予惰性纤维表面部分活性反应基团。再利用原位生长技术，采用水热法将MOF
‑
5晶体生长在碳纤维表面，以获得MOF
‑
5晶体修饰的碳纤维，再经过湿法成型、真空抽滤、树脂浸渍和热压固化步骤，从而制备出MOF
‑
5/多巴胺双效增强型纸基摩擦材料。高黏附性的多巴胺包裹在碳纤维表面，一方面可以增加光滑碳纤维的表面粗糙度，同时由于其本身具有活性基团，可以起到提高纤维表面活性的目的。另一方面，表面较强的惰性限制了晶体在碳纤维表面的直接生长，而多巴胺的预处理可以有效改善和缓解这一问题，同时为MOF
‑
5晶体的后续生长提供了有利的生长平台。原位生长的MOF
‑
5晶体由于其本身具有丰富的金属活性位点和大量的活性基团，可以有效地促进纤维与树脂基体之间形成化学键合。因此MOF
‑
5/多巴胺双效改性碳纤维，可以增强碳纤维与树脂基体之间的机械互锁，同时促使两者之间形成有效化学耦合，从而显著地改善纤维与基体界面相容性与层间结合，最终提高纸基摩擦材料的摩擦磨损性能。
[0009]技术方案
[0010]一种MOF
‑
5/多巴胺双效增强纸基摩擦材料，包括碳纤维、芳纶纤维、纸浆纤维和填料；其特征在于所述碳纤维由MOF
‑
5和多巴胺进行双改性，碳纤维表面具有活性官能团，成为MOF
‑
5晶体生长的反应活性位点；MOF
‑
5原位生长在碳纤维表面，与多巴胺构成双效改性碳纤维，增强碳纤维与树脂基体之间出现机械互锁，同两者之间形成有效化学耦合，纤维与基体界面相容性与层间结合，使得动摩擦系数提高了19.76％；磨损率下降了15.49％；所述改性后碳纤维、芳纶纤维、纸浆纤维和填料的质量比为1.0～1.4︰1.0～1.4︰1.3～1.6︰2.5～3.0，上述质量百分比之和为100％。
[0011]所述填料包括但不限于硫酸钡、石墨、三氧化二铝、铬铁矿、萤石粉、蒙脱土或滑石粉。
[0012]一种制备所述MOF
‑
5/多巴胺双效增强纸基摩擦材料的方法，其特征在于步骤如下：
[0013]步骤1、对碳纤维进行双改性：
[0014]步骤1)、将碳纤维经过丙酮浸泡清洗，除去纤维表面的上浆剂和其它杂质，烘干得到表面干净的碳纤维I；
[0015]步骤2)、室温条件下将三羟甲基氨基甲烷Tris缓冲液溶解于去离子水中，进行磁力搅拌，获得溶液A，再将多巴胺溶解于去离子水中，进行超声分散，获得溶液B；
[0016]所述溶液B中多巴胺的质量浓度为1.8～2.4％；
[0017]步骤3)、采用酸调节溶液A的pH为8
‑
9，在磁力持续搅拌过程中，将溶液B倾倒入溶液A中，使其充分混合；将步骤一中得到碳纤维I置于上述混合溶液中，常温搅拌，反应完成后烘干备用，得到碳纤维II；
[0018]步骤4)、室温条件下将六水合硝酸锌本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MOF
‑
5/多巴胺双效增强纸基摩擦材料，包括碳纤维、芳纶纤维、纸浆纤维和填料；其特征在于所述碳纤维由MOF
‑
5和多巴胺进行双改性，碳纤维表面具有活性官能团，成为MOF
‑
5晶体生长的反应活性位点；MOF
‑
5原位生长在碳纤维表面，与多巴胺构成双效改性碳纤维，增强碳纤维与树脂基体之间出现机械互锁，同两者之间形成有效化学耦合，纤维与基体界面相容性与层间结合，使得动摩擦系数提高了19.76％；磨损率下降了15.49％；所述改性后碳纤维、芳纶纤维、纸浆纤维和填料的质量比为1.0～1.4︰1.0～1.4︰1.3～1.6︰2.5～3.0，上述质量百分比之和为100％。2.根据权利要求1所述MOF
‑
5/多巴胺双效增强纸基摩擦材料，其特征在于：所述填料包括但不限于硫酸钡、石墨、三氧化二铝、铬铁矿、萤石粉、蒙脱土或滑石粉。3.一种制备权利要求1或2所述MOF
‑
5/多巴胺双效增强纸基摩擦材料的方法，其特征在于步骤如下：步骤1、对碳纤维进行双改性：步骤1)、将碳纤维经过丙酮浸泡清洗，除去纤维表面的上浆剂和其它杂质，烘干得到表面干净的碳纤维I；步骤2)、室温条件下将三羟甲基氨基甲烷Tris缓冲液溶解于去离子水中，进行磁力搅拌，获得溶液A，再将多巴胺溶解于去离子水中，进行超声分散，获得溶液B；所述溶液B中多巴胺的质量浓度为1.8～2.4％；步骤3)、采用酸调节溶液A的pH为8
‑
9，在磁力持续搅拌过程中，将溶液B倾倒入溶液A中，使其充分混合；将步骤一中得到碳纤维I置于上述混合溶液中，常温搅拌，反应完成后烘干备用，得到碳纤维II；步骤4)、室温条件下将六水合硝酸锌溶解于N,N
‑
二甲基甲酰胺DMF中，获得溶液C，再将对苯二甲酸溶解于DMF中，获得溶液D；所述溶液C中六水合硝酸锌的质量浓度为8.4～14.8％；所述溶液D中对苯二甲酸的质量浓度为3.7～11.6％；步骤5)、将步骤三中碳纤维II置于溶液C中，不断搅拌，充分混合，使Zn
2+
通过化学键和作用与碳纤维II表面的多巴胺活性层的游离羟基反应，在碳纤维形成Zn
‑
O键，从而得到纤维悬浮液I；步骤6)、将纤维悬浮液I搅拌均匀后，立即将溶液D倾倒入纤维悬浮液I中，继...

【专利技术属性】
技术研发人员：李贺军，马珊珊，费杰，齐乐华，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：