一种自发型宏观尺度核-壳结构的高耐磨性树脂基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于树脂基复合材料制备技术领域，具体涉及一种自发型宏观尺度核

【技术实现步骤摘要】
一种自发型宏观尺度核
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壳结构的高耐磨性树脂基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于树脂基复合材料制备
，尤其涉及一种自发型宏观尺度核
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壳结构的高耐磨性树脂基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]树脂基复合材料具有轻质高强、优异的耐腐蚀性能、良好的耐疲劳性能、抗热震性优良等特点，被广泛应用于微电子、航空航天等领域。树脂基摩擦复合材料通常由四部分组成：粘接剂、填料、增强相和润滑相。树脂基摩擦复合材料结合了各相优点已成为制动构件常用的材料之一。
[0003]现今大多数树脂基摩擦复合材料均存在摩擦系数为0.3～0.6且磨损率较低的特点，即有较好的耐磨性。但技术与设备的不断迭代与更新对用于制备制动与减磨器件的树脂基摩擦复合材料的耐磨性也提出了新的要求。提高树脂基摩擦复合材料的主要方法有：1)改变树脂基摩擦材料中增强相的种类，常用的增强相有：纤维、陶瓷、碳纳米管等；2)改变复合材料中增强相颗粒与基体间的比值；3)对树脂基摩擦材料中增强相颗粒进行表面处理(主要为表面改性)，从而提高树脂与增强相颗粒间的结合力，进而使复合材料在滑动摩擦过程中较难从基体转移出去，最终提高了复合材料的耐磨性。
[0004]上述方法虽能起到增强树脂基摩擦材料耐磨性的作用，但其存在较大的局限性。如1)成本高；2)制备过程及工艺复杂。同时采用对增强颗粒表面改性制备得到的拥有“核
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壳”结构的树脂基摩擦复合材料所获得“核
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壳”结构中“壳”厚度仅为微米级；而在树脂基摩擦材料服役过程中，宏观结构对其耐磨性能的影响远大于微观结构的影响。因此，开发一种制备过程简单、成本低且宏观尺度上拥有较为完整“核
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壳”结构，同时具有高耐磨性的树脂基摩擦复合材料具有显著意义。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种自发型宏观尺度核
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壳结构的高耐磨性树脂基复合材料及其制备方法，本专利技术的制备方法成本低且过程简单，得到的高耐磨性树脂基复合材料宏观尺度上拥有较为完整的“核
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壳”结构。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种自发型宏观尺度核
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壳结构的高耐磨性树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：将有机溶剂与树脂溶解剂混合，搅拌，得到均匀的混合溶液；
[0009]步骤2：将树脂加入所述混合溶液中，通过机械搅拌进行分散，得到分布均匀的混合悬浮液，将陶瓷粉体和纳米级片层结构粉体先后加入其中进行机械球磨，制成粉末分布均匀的混合浆料；先加入陶瓷粉再加入纳米级片层架构粉体是因为，先加入的陶瓷粉中的Si与树脂间具有亲和性，使得部分树脂尖端与其相结合；后加入纳米层状结构粉体是因为
纳米级粉体会自发发生团聚现象。混合悬浮液在球磨过程中在化学键的作用下会自发形成核壳结构。
[0010]步骤3：将步骤2所述混合浆料置于真空干燥箱中进行真空干燥处理，得到均匀的混合粉体；
[0011]步骤4：将步骤3所述混合粉体进行冷压成型处理，得到具有一定致密度的树脂基复合材料坯体；
[0012]步骤5：将所述树脂基复合材料坯体进行固化烧结处理，制得自发型宏观尺度核
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壳结构的高耐磨性树脂基复合材料。
[0013]进一步地，步骤1中，所述有机溶剂为乙醇、甲醇和丙酮的一种；
[0014]所述树脂溶解剂为二氯甲烷、三氯甲烷和二甲基甲酰胺中的一种。
[0015]有机溶剂和树脂溶解剂是为了满足不同的树脂的溶解，同时还应该满足，树脂溶解剂与有机溶剂之间相溶。
[0016]进一步地，步骤2中，混合溶液中树脂溶解剂的质量为树脂质量的0.5～5wt.％；限定此质量比是为了控制树脂在树脂溶解剂中只发生局部(尖端部分)的溶解。
[0017]树脂、陶瓷粉体和纳米级片层结构粉体的体积比为(45～60)∶(10～30)∶(10～30)。将树脂、陶瓷粉体和纳米级片层结构粉体的总体积当成100％，限定树脂体积比的原因：树脂体积占比小于45％时，树脂基复合材料烧结过程中无法很好的成型；当树脂含量高于60％时，制备出的树脂基复合材料难以形成“核
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壳”结构(树脂含量较高使得另外两个组分的含量较低)。陶瓷体积占比小于10％时，影响制备出的树脂基复合材料中“壳”结构的形成；在树脂体积含量一定时，陶瓷体积过高时，作为润滑相的纳米级片层结构粉体的占比较低，从而降低树脂基复合材料的耐磨性。纳米片层结构粉体体积比较低时，影响制备出的树脂复合材料中“核”结构的形成，使得核结构尺寸减小甚至消失；纳米片层结构粉体体积比较高时，作为增强相的陶瓷粉体体积占比则减小，同样也会降低树脂基复合材料的耐磨性。
[0018]进一步地，步骤2中，所述树脂为热固性聚酰亚胺树脂、环氧树脂和双马来酰胺树脂中的一种；
[0019]所述陶瓷粉体为二氧化硅、碳化硅和氮化硅中的一种；
[0020]所述纳米级片层结构粉体为二硫化钨、二硫化钼和石墨中的一种。所述纳米级片层结构粉体的粒径为50～500nm，所述陶瓷粉体的粒径为1～15μm。根据树脂基复合材料的主要组成来选择的上述原料，陶瓷粉体具有优异的力学性能，而选择纳米级片层状结构粉体的原因是：纳米粉体会自发的发生团聚形成上述的“核”结构，片层状结构在树脂基复合材料发生摩擦过程中起到减摩的作用从而提高其耐磨性。
[0021]进一步地，步骤2中，机械球磨的转速为40～80rpm，搅拌时间为12～24h。
[0022]进一步地，步骤3中，真空干燥的温度为30～105℃，真空度为0.1～20Pa，时间为12～48h。
[0023]进一步地，步骤4中，冷压成型加载的压力大小为50～300MPa，保压时间为30～180s。压力和保压时间随着树脂基复合材料的组成的变化做调整，压力太小会导致复合材料坯体的成型较差从而降低材料的致密度进而降低复合材料的性能，压力太大会导致在冷压成型过程中复合材料坯体内部或表面出现裂纹从而影响其性能，甚至会使得复合材料被压溃；合适的保压时间可以一定程度上增加复合材料在冷压成型后的坯体的致密度。
[0024]进一步地，步骤5中，烧结处理的温度为60～400℃，时间为1～2h。
[0025]进一步地，步骤5中，烧结处理过程的升温速率为2～5℃/min。
[0026]一种自发型宏观尺度核
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壳结构的高耐磨性树脂基复合材料，根据上述制备方法制备得到，尺度介于50～800μm。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0028]1)为提高树脂基复合材料的耐磨性，本专利技术采用粉末冶金技术和烧结处理相结合，充分利用粉末的特性，成功制备自发型宏观尺度核
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壳结构的高耐磨性树脂基复合材料，其为组织均匀、微米尺度介于50～80本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自发型宏观尺度核
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壳结构的高耐磨性树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将有机溶剂与树脂溶解剂混合，搅拌，得到混合溶液；步骤2：将树脂加入所述混合溶液中，通过机械搅拌进行分散，得到混合悬浮液，将陶瓷粉体和纳米级片层结构粉体先后加入其中，进行机械球磨，制成混合浆料；步骤3：将步骤2所述混合浆料进行真空干燥处理，得到混合粉体；步骤4：将步骤3所述混合粉体进行冷压成型处理，得到树脂基复合材料坯体；步骤5：将所述树脂基复合材料坯体进行固化烧结处理，制得自发型宏观尺度核
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壳结构的高耐磨性树脂基复合材料。2.根据权利要求1所述的自发型宏观尺度核
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壳结构的高耐磨性树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述有机溶剂为乙醇、甲醇和丙酮中的一种；所述树脂溶解剂为二氯甲烷、三氯甲烷和二甲基甲酰胺中的一种。3.根据权利要求1所述的自发型宏观尺度核
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壳结构的高耐磨性树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，混合溶液中树脂溶解剂的质量为树脂质量的0.5～5wt.％；树脂、陶瓷粉体和纳米级片层结构粉体的体积比为(45～60)∶(10～30)∶(10～30)。4.根据权利要求3所述的自发型宏观尺度核
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壳结构的高耐磨性树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述树脂为热固性聚酰亚胺树脂、环氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴集思，郑亚杰，杨成刚，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：