[发明专利]一种石墨烯/硬质纳米粒子协同改性酚醛树脂耐磨材料

说明书

本发明属于聚合物纳米复合材料领域，具体涉及一种石墨烯/硬质纳米粒子协同改性酚醛树脂耐磨材料及其制备方法，包括如下步骤：1）硬质纳米粒子官能化；2）湿法‑机械法联合混料；3）复合材料热压成型。本发明制备的石墨烯/硬质纳米粒子协同改性酚醛树脂耐磨材料，既有优异的冲击强度和抗弯强度，又具有抗磨损、摩擦系数低等优点，在汽车、电子、航空、航天及国防工业等领域用途广泛，本发明制备工艺简单高效，具有工业化应用前景。

技术领域

本发明属于聚合物纳米复合材料技术领域，具体涉及一种石墨烯/硬质纳米粒子协同改性酚醛树脂耐磨材料及其制备方法。

背景技术

酚醛树脂(PF)是传统的摩擦材料基体树脂，因其具有良好的耐温性、耐化学腐蚀性、良好的机械性能和加工工艺性而被广泛应用于汽车及运输业、航空领域、军事装备领域、建筑业等领域。但纯酚醛树脂存在脆性大、韧性差、导热性差和耐热性不足等缺陷，限制了高性能摩擦材料的开发。

石墨烯的电学、力学、热学性能突出，并且具有比表面积大、自润滑等特点，被认为是一种有前途、多用途、多功能的制备复合材料的基础材料。石墨烯作为减摩剂具有良好的减摩效果，摩擦过程中，石墨烯超薄的片层结构使其极易嵌入对磨面的不平整处，使对磨面易于生成平整的转移膜，减少两粗糙表面的直接接触，并不断地抛光对磨的金属表面，减少对基体材料的刨削磨损，提高其摩擦和机械性能。

硬质纳米粒子由于粒子尺寸小、表面活性大，少量添加即可改进高分子材料的摩擦磨损性能，在摩擦过程中，硬质纳米粒子在载荷的作用下容易被压入基体材料中，不易脱落，并且起到滚动轴承的作用，因而减少磨粒磨损的可能，同时在表面层硬质纳米粒子承担了大部分载荷，减轻了局部区域所受到的摩擦应力，从而有效减缓磨损。

将石墨烯和硬质纳米粒子各自性能优势相结合，采用合适工艺控制纳米粒子在基体中均匀分散，所制备的石墨烯/硬质纳米粒子协同改性酚醛树脂摩擦材料能够解决酚醛树脂摩擦学能不足的问题，可望开发出性能优异的新型摩擦材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种石墨烯/硬质纳米粒子协同改性酚醛树脂耐磨材料及其制备方法，制备的酚醛树脂复合材料的机械性能和摩擦性得到明显的提高。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种石墨烯/硬质纳米粒子协同改性酚醛树脂耐磨材料，是由1～20wt％的官能化的硬质纳米粒子、0.05～5wt％的石墨烯以及酚醛树脂构成的。

作为本发明所述耐磨材料技术方案的进一步改进，硬质纳米粒子经硅烷偶联剂官能化形成官能化的硬质纳米粒子。

作为本发明所述耐磨材料技术方案的进一步改进，所述硬质纳米粒子为纳米二氧化硅、纳米二氧化锆、纳米三氧化二铝、纳米二氧化钛等高硬度纳米粒子中的任一一种。

作为本发明所述耐磨材料技术方案的进一步改进，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)中的任一一种。

本发明进一步提供了一种石墨烯/硬质纳米粒子协同改性酚醛树脂耐磨材料的制备方法，包括以下步骤：

1)硬质纳米粒子官能化：将硬质纳米粒子加入分散剂中，超声分散形成浓度为10～100mg/mL的硬质纳米粒子分散液，向其滴加硅烷偶联剂，搅拌1～24h后，离心、洗涤，随后烘干备用，得到官能化的硬质纳米粒子；

2)湿法-机械联合混料：将官能化的硬质纳米粒子、石墨烯、酚醛树脂加入分散剂中搅拌0.5～2h后烘干，随后将烘干的混合原料放入高速混合机中搅拌5～30min，使其充分均匀分散；