[发明专利]一种二氧化钛纳米线(网)‑碳布增强树脂基摩擦材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于湿式摩擦材料领域，具体涉及一种二氧化钛纳米线(网)-碳布增强树脂基摩擦材料的制备方法。

背景技术

基于碳纤维材料优异的摩擦润滑性能、高比强、低密度及碳布编织特有的结构有序性和紧密性等突出优点，碳布作为增强体被广泛应用于工程材料中。然而碳布纤维表面惰性大，在垂直于纤维方向上性能较差，与树脂的界面结合不够理想，在一定程度上限制了碳布增强树脂基复合材料在严苛环境及特殊领域中的应用。因此，对碳布进行适度的表面处理，以增进其与树脂基体的结合强度，进一步扩大其应用领域。

公开号为CN104723577A的中国专利“一种碳纤维织物增强聚醚醚酮聚合物复合材料的制备方法”。将碳纤维织物表面进行除浆剂处理；将聚芳砜粉末溶解在氯仿或N,N-二甲基甲酰胺配置成一定浓度的聚合物溶液，再加入聚醚醚酮超细粉，搅拌得到悬浮液；将处理好的碳纤维织物平铺在布式漏斗中，把悬浮液倒在碳纤维织物上，低压抽滤；在热压机中熔融、加压、保压；之后降温冷却至室温后脱模。本发明采用简单的设备、简便的工艺方法，实现大型纤维织物增强聚醚醚酮复合材料的制备。然而，本专利无法保证树脂与碳布纤维的良好结合，使得复合材料因结构的不均匀产生的缺陷限制材料性能的提升。

公开号为CN105696313A的中国专利“一种碳纤维的表面改性的方法”采用氧化石墨烯作为碳纤维的表面改性材料，将氧化石墨烯通过超声辅助电泳沉积在碳纤维上，可以形成高性能的复合材料。本发明发明成本低、操作简单、适用性强、纤维性能损失小。但该方法改性的碳纤维接枝均匀性低，易在复合材料基体中形成缺陷，降低材料性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化钛纳米线(网)-碳布增强树脂基摩擦材料的制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明通过在碳布表面生长二氧化钛纳米线(网)，对碳布纤维表面进行多尺度改性，使碳布纤维具备丰富的三维结构，有利于树脂在碳布纤维表面的锁定，增强碳布纤维与树脂基体的结合，进而改善碳布增强树脂基复合材料摩擦学性能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种二氧化钛纳米线(网)-碳布增强树脂基摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：预处理碳布

去除商品碳布纤维表面上浆剂，并用双氧水室温浸泡，然后用去离子水充分洗涤，并烘干得到预处理后的碳布；

步骤二：碳布纤维表面涂覆TiO₂薄膜层

以体积份数计，取100份无水乙醇，逐滴加入浓盐酸1-5份，并充分搅拌得到酸性溶液，然后将20-40份钛酸丁酯逐滴加入所配制的酸性溶液中，搅拌后静置，形成TiO₂溶胶，取预处理后的碳布浸泡于溶胶中进行浸渍，然后干燥；

步骤三：水热生长TiO₂纳米线(网)

将步骤二得到的碳布浸没于NaOH溶液中进行水热反应；

步骤四：酸液离子交换处理

将步骤三得到的碳布置于盐酸溶液中并加热处理，随后将碳布充分洗涤，并干燥得到二氧化钛纳米线(网)-碳布多尺度增强体；

步骤五：复合材料的制备

将二氧化钛纳米线(网)-碳布多尺度增强体浸渍于酚醛树脂溶液中，自然晾干后热压成型，制得二氧化钛纳米线(网)-碳布增强树脂基摩擦材料。

进一步地，步骤一中采用10mol/L的双氧水浸泡5-10h。

进一步地，步骤二中取预处理后的碳布浸泡于溶胶中5min进行浸渍，且浸渍过程重复1-3次。

进一步地，步骤二中干燥的温度为100℃，干燥时间为10min。

进一步地，步骤三中NaOH溶液的浓度为0.5-3mol/L。

进一步地，步骤三中水热反应的温度为150℃-200℃，时间为5-10h。

进一步地，步骤四中盐酸溶液的浓度为2mol/L。

进一步地，步骤四中离子交换处理是在70℃下处理10h，干燥是在100℃下处理10h。

进一步地，步骤五中得到的二氧化钛纳米线(网)-碳布增强树脂基摩擦材料中树脂的质量分数为35-40％。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：