[发明专利]一种二氧化钛-硅烷偶联剂协同强化碳布增强树脂基摩擦材料的制备方法

说明书

一种二氧化钛‑硅烷偶联剂协同强化碳布增强树脂基摩擦材料的制备方法。将碳布用硝酸镍/双氧水溶液进行氧化处理后通过水热反应，在其表面生长二氧化钛纳米棒。随后将二氧化钛纳米棒‑碳布经硝酸氧化、硅烷偶联剂接枝反应，将改性碳布充分洗涤、烘干，得到二氧化钛‑硅烷偶联剂协同强化碳布。本发明所制备的树脂基摩擦材料拉伸强度约提高50％‑150％，摩擦系数明显提高，且磨损量降低30.2％‑63.0％。不仅实现了机械锚定和化学结合，同时，硅烷偶联剂在摩擦过程中通过热化学反应形成摩擦膜，包附在摩擦表面及碳纤维表面，提高了碳纤维的耐热和耐磨性能，充分体现了二氧化钛‑硅烷偶联剂协同强化碳布应用于湿式摩擦材料中优异的摩擦行为。

技术领域

本发明属于湿式摩擦材料，具体涉及一种二氧化钛-硅烷偶联剂协同强化碳布增强树脂基摩擦材料的制备方法。

技术背景

碳布增强树脂基摩擦材料因其高比强度和比模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性强等优异性能而被广泛应用于工程摩擦材料中。然而，碳布纤维表面惰性大，不具备丰富的网状分支结构，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树脂基摩擦材料在严苛环境及特殊领域中的应用。因此，对碳布纤维进行适度的物理或化学改性，以增强其与树脂基体的结合强度，进一步扩大其在摩擦领域的应用。

公开号为CN106280412A的中国专利“一种耐磨耐热钛酸锌晶须改性碳纤维复合材料及其制备方法”以钛酸锌晶须改性碳纤维复合材料，在保持碳纤维复合材料高性能的同时，大幅度提高复合材料的尺寸稳定性、耐磨性和耐热性。但是该专利提出的方法属于纳米颗粒的机械混合，无形中提高了基体结构缺陷的风险，不适应于工况复杂的摩擦条件。

公开号为CN106633741A的中国专利“一种碳纤维不饱和树脂的界面改性方法”旨在解决目前碳纤维/不饱和树脂界面缺乏化学键导致的结合强度低的技术问题。通过在碳纤维与不饱和树脂间形成共价键连接，提高复合材料的力学性能，二者之间的界面剪切强度较未进行改性的复合材料可提高50％以上。该方法的缺陷是，通常情况下，化学反应的有效进行对复合材料固化过程中的温度及加压制度要求比较严格，不易达到最佳固化反应条件，使得化学改性不能完全发挥其优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高湿式摩擦材料的摩擦学性能的二氧化钛-硅烷偶联剂协同强化碳布增强树脂基摩擦材料的制备方法，所制备的摩擦材料摩擦系数高，磨损量低。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

步骤一：碳布表面催化氧化

取200mL双氧水向其中加入六水硝酸镍充分搅拌0.05-0.5mol/L的硝酸镍溶液，将洗涤后的碳布置于硝酸镍溶液中后用去离子水充分洗涤，烘干得到表面催化氧化的碳布；

步骤二：水热生长

将表面催化氧化的碳布置于去离子水：浓盐酸：异丙醇：钛酸丁酯体积比为33：8-15：5：0.5的混合溶液中，并置于均相水热仪中水热处理后洗涤、干燥，得到二氧化钛-碳布；

步骤三：硅烷偶联剂强化

将二氧化钛-碳布经浓硝酸再次氧化处理后用去离子水洗涤至中性并烘干，将所得碳布置于去离子水：无水乙醇：冰乙酸：硅烷偶联剂(KH550)体积比为50-80：20-50：1-4：1-5的混合液中，并整体置于烘箱中在50-70℃反应2-10h后随烘箱冷却至室温，用去离子水充分洗涤并烘干，得到二氧化钛-硅烷偶联剂协同强化碳布；

步骤四：复合材料的制备

将所得二氧化钛-硅烷偶联剂协同强化碳布真空浸渍在质量分数为30％的酚醛树脂乙醇溶液中，自然干燥后用硫化热压机热压成型，制得二氧化钛-硅烷偶联剂协同强化碳布增强树脂基摩擦材料。

所述步骤一的双氧水的质量浓度为30％。