一种多孔碳-聚多巴胺改性树脂基摩擦材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种多孔碳

【技术实现步骤摘要】
一种多孔碳
‑
聚多巴胺改性树脂基摩擦材料及制备方法


[0001]本专利技术属于摩擦材料的
，涉及一种多孔碳
‑
聚多巴胺改性树脂基摩擦材料及制备方法。

技术介绍

[0002]纤维增强树脂基摩擦材料的主要特点有动摩擦系数高且稳定、传递扭矩能力强、摩擦噪音小、结合过程柔和平稳、耐磨性能良好和结构形状可设计等，已广泛应用于汽车、船舶、飞行器等交通工具的机械离合/制动装置中。
[0003]碳纤维布具有高的比强度、优异的耐热性能、良好的化学稳定性、自润滑性以及优异耐磨性等特性，是一种优异的摩擦材料增强体。但由于碳纤维表面呈惰性，活性官能团较少，与树脂的浸润性较差，所以碳布/树脂基摩擦材料在服役过程中容易出现碳纤维脱粘和基体树脂剥离等失效形式，使其强度和力学性能降低，加剧材料的磨损。因此，对碳纤维进行表面处理以提高其表面活性或粗糙度，从而提高碳纤维与基体树脂的界面结合是改善复合材料摩擦学性能的有效方法。
[0004]专利公开号CN108439457A的中国专利公开了“一种水热电泳法制备氧化锌纳米棒/碳布摩擦材料的方法”，利用水热电泳法在碳布表面生长ZnO纳米棒，后经浸渍树脂和热压成型得到摩擦材料。生长的纳米棒起到纳米钉扎层的作用，可增强与树脂基体的机械啮合从而提升材料的性能。但是该专利技术在碳布表面生长的金属纳米氧化物仍呈表面惰性，仅起到物理纳米钉扎的作用，与基体之间不存在化学结合，因此增强效果有限。

技术实现思路

[0005]要解决的技术问题
[0006]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种多孔碳
‑
聚多巴胺改性树脂基摩擦材料及制备方法，通过在碳纤维表面构筑具有吸附作用的活性多孔碳网络，增强纤维与树脂之间的物理结合。在构筑多孔碳网络后，通过仿生贻贝粘附蛋白纤维成分配置多巴胺溶液对多孔碳进行改性，在其表面引入活性官能团，引入的活性官能团在热压过程中会与树脂基体的官能团发生化学键合，实现界面间的化学结合。本专利技术通过活性多孔碳与聚多巴胺的协同改性实现了物理和化学的同步界面增强，按本专利技术制备出的摩擦材料具有摩擦系数稳定且耐磨性优异等特点。
[0007]技术方案
[0008]一种多孔碳
‑
聚多巴胺改性树脂基摩擦材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
[0009]步骤1：采用化学气相沉积方法在碳布的碳纤维表面沉积一层热解碳；
[0010]步骤2：将沉积完热解碳的碳布置于多孔碳前驱体溶液中，真空浸渍60
‑
180min后置于烘箱中干燥；
[0011]步骤3：将干燥后的碳布置于水平石英管式炉中，对石英管进行清洗后持续通入流动的氩气以保持惰性气氛，以10℃/min的升温速率升至700
‑
900℃，保温30
‑
120min后随炉
冷却至室温，得到多孔碳改性碳布；
[0012]步骤4：将多孔碳改性碳布浸没于多巴胺溶液中，在室温条件下浸泡12
‑
36h后取出，用蒸馏水清洗后置于烘箱中充分干燥，得到活性多孔碳
‑
聚多巴胺协同改性碳布；
[0013]所述多巴胺溶液是：将三(羟甲基)氨基甲烷粉末以1.0
‑
1.5g/L的浓度溶于蒸馏水中得到溶液A，用稀释的盐酸溶液调节pH至8.5得到溶液B，随后将盐酸多巴胺粉末以1.5
‑
2.0g/L的浓度加入到溶液B中得到多巴胺溶液；
[0014]步骤5：将活性多孔碳
‑
聚多巴胺协同改性碳布浸没于树脂溶液中，真空浸渍12
‑
24h后取出并充分干燥，随后经热压固化得到多孔碳
‑
聚多巴胺改性树脂基摩擦材料。
[0015]所述步骤1的化学气相沉积方法是：将碳布置于化学气相沉积炉中，在氩气流量为2.0
‑
2.4L/min，甲烷流量为0.4
‑
0.6L/min，沉积温度为1000
‑
1100℃，沉积时间为30
‑
180min的条件下沉积。
[0016]所述步骤3对石英管进行清洗是采用真空泵和流动的氩气循环重复清洗石英管多次。
[0017]所述步骤3中氩气流量为2.0
‑
3.0L/min。
[0018]所述步骤2中烘干温度为90
‑
120℃。
[0019]所述步骤4中烘干温度为60
‑
80℃。
[0020]所述步骤5中的热压温度为160
‑
180℃，热压压力为5
‑
10MPa，热压时间为5
‑
20min。
[0021]所述步骤2的多孔碳前驱体溶液包括但不限于聚酰亚胺树脂溶液，且浓度为10
‑
20wt％。
[0022]所述步骤5的树脂溶液包括但不限于酚醛树脂，环氧树脂或聚酰亚胺树脂，且浓度为20
‑
30wt％。
[0023]一种所述制备方法制备的多孔碳
‑
聚多巴胺改性树脂基摩擦材料，其特征在于：碳纤维表面构筑具有吸附作用的、增强纤维与树脂之间物理机械啮合的活性多孔碳网络，通过仿生贻贝粘附蛋白纤维成分的多巴胺溶液在多孔碳表面引入活性官能团，与树脂自有官能团发生化学反应形成化学键合，实现物理和化学的同步界面增强。
[0024]有益效果
[0025]本专利技术提出的一种多孔碳
‑
聚多巴胺改性树脂基摩擦材料及制备方法，首先在碳纤表面沉积一层热解碳，热解碳的沉积会在碳纤维表面形成一层惰性保护层，有效防止碳纤维在后续的处理过程中被氧化和腐蚀，在不改变碳纤维表面形貌的同时使其能发挥特有的强度。
[0026]本专利技术中在碳纤维表面构筑活性多孔碳网络，活性多孔炭是一种孔隙结构高度发达且比表面积极大的材料，其表面含有或者可以通过改性引入多种活性官能团，为后续功能化奠定基础。一方面，活性多孔碳性能稳定，耐酸碱，具有催化活性且机械强度高，引入到摩擦材料中能显著提高材料的耐磨性。另一方面，高度发达的孔隙结构使得活性多孔碳具有优良的吸附性，因此在后续浸渍过程中对树脂具有吸附作用，有利于增强界面强度，起到物理加强的作用，有效解决碳纤维与树脂基体界面结合弱的缺陷。
[0027]本专利技术中进一步的通过多巴胺溶液对活性多孔碳改性碳布进行处理，多巴胺在温和的反应条件下会自聚合，从而在活性多孔碳的表面形成聚多巴胺薄膜。由于聚多巴胺涂层中具有大量活性官能团(例如
‑
NH2)，
‑
NH2活性官能团的引入在随后的热压固化过程中会
与树脂中的
‑
OH官能团发生脱水缩合反应，使活性多孔碳改性碳纤维与树脂基体以形成新化学键的方式键合，显著增强界面强度，起到化学加强作用。
[0028]本专利技术通过活性多孔碳和聚多巴胺协同改性碳布/树脂基摩擦材料，实现了物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔碳
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聚多巴胺改性树脂基摩擦材料的制备方法，其特征在于步骤如下：步骤1：采用化学气相沉积方法在碳布的碳纤维表面沉积一层热解碳；步骤2：将沉积完热解碳的碳布置于多孔碳前驱体溶液中，真空浸渍60
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180min后置于烘箱中干燥；步骤3：将干燥后的碳布置于水平石英管式炉中，对石英管进行清洗后持续通入流动的氩气以保持惰性气氛，以10℃/min的升温速率升至700
‑
900℃，保温30
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120min后随炉冷却至室温，得到多孔碳改性碳布；步骤4：将多孔碳改性碳布浸没于多巴胺溶液中，在室温条件下浸泡12
‑
36h后取出，用蒸馏水清洗后置于烘箱中充分干燥，得到活性多孔碳
‑
聚多巴胺协同改性碳布；所述多巴胺溶液是：将三(羟甲基)氨基甲烷粉末以1.0
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1.5g/L的浓度溶于蒸馏水中得到溶液A，用稀释的盐酸溶液调节pH至8.5得到溶液B，随后将盐酸多巴胺粉末以1.5
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2.0g/L的浓度加入到溶液B中得到多巴胺溶液；步骤5：将活性多孔碳
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聚多巴胺协同改性碳布浸没于树脂溶液中，真空浸渍12
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24h后取出并充分干燥，随后经热压固化得到多孔碳
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聚多巴胺改性树脂基摩擦材料。2.根据权利要求1所述多孔碳
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聚多巴胺改性树脂基摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1的化学气相沉积方法是：将碳布置于化学气相沉积炉中，在氩气流量为2.0
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2.4L/min，甲烷流量为0.4
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0.6L/min，沉积温度为1000
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1100℃，沉积时间为30
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180min的条件下沉积。3.根据权利要求1所述多孔碳
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【专利技术属性】
技术研发人员：齐乐华，李畅，费杰，李贺军，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：