[发明专利]一种MOF-5无损改性碳纤维增强树脂基湿式摩擦材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种MOF‑5无损改性碳纤维增强树脂基湿式摩擦材料及其制备方法，首先处理碳纤维以去除表面上浆剂和其他污染物，然后将碳纤维在一定温度下利用硝酸处理，得到功能化碳纤维，为后续生长提供活性位点，将碳纤维与六水合硝酸锌以及对苯二甲酸溶于N,N‑二甲基甲酰胺中，采用磁力搅拌均匀后，溶剂热反应来改性碳纤维，得到经MOF‑5改性处理后的碳纤维，最后将改性处理过后碳纤维与芳纶纤维、纸纤维、树脂混合制备摩擦材料原纸，通过热压固化工艺后得到MOF‑5改性碳纤维增强树脂基湿式摩擦材料。本发明可以避免传统处理工艺对碳纤维造成的损失，提高纤维表面活性同时不损伤纤维强度。

技术领域

本发明涉及湿式摩擦材料领域，具体涉及一种MOF-5无损改性碳纤维增强树脂基湿式摩擦材料及其制备方法，适用于航空、汽车、火车、飞机、船舰、石油钻机、矿山机械、能源、船舶、建筑等各类交通工程机械领域。

背景技术

摩擦材料广泛用于各种交通运输工具(如汽车、火车、飞机、舰船等)和各种机器设备的制动器、离合器及摩擦传动装置中的传动材料，是非常重要的保安零件。树脂基摩擦材料具有摩擦系数高，接合平稳柔和，低噪声，对偶盘损伤小，成本低等优点，是各类工程机械设备中动力的传递或制动减速不可缺少的摩擦材料。以碳纤维为增强纤维制备出的树脂基湿式摩擦材料性能优异，可以满足湿式摩擦工况的特殊要求，然而碳纤维的乱层石墨结构决定了其表面几乎不含有活性官能团，表现出化学惰性和憎液性，导致碳纤维与树脂基体界面结合性能较差成为其瓶颈所在。高能量或催化剂处理，可能会损害纤维的固有强度，同时会导致过多的步骤，使复合材料中纤维体积分数的减少，以及由于疏水性纳米材料接枝导致纤维与基体之间的润湿性差，因此我们需要提出无损接枝改性碳纤维，进而增加复合材料的界面强度。本发明通过MOF-5与碳纤维之间的配位键的键合作用改善碳纤维和树脂的界面惰性环境，通过在水热条件下将MOF-5成功接枝在碳纤维上，达到改性碳纤维目的，通过提高表面活性来增强复合材料的界面强度。此方法成本较低，工艺简单，因此对于制备性能更加优异的湿式摩擦材料具有重要意义。申请号为CN201710661308.4的中国专利“一种碳纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法”利用硝酸溶液处理碳纤维基体得到的改性碳纤维表面活性大大增加,与基体树脂间的界面性能也得到增强，但利用强酸处理会对碳纤维造成一定损伤。申请号为CN201610609329.7的中国专利“碳纤维表面改性处理方法”在真空条件下用高锰酸钾的硫酸溶液对碳纤维进行氧化刻蚀处理，能有效提高碳纤维表面活性，且对纤维本体损伤较小，但对实验技术要求较高。申请号为CN201610554989.X的中国专利“一种碳纤维表面接枝三嗪类树枝状分子的方法”通过碳纤维表面环氧涂层的去除、碳纤维的氧化、碳纤维的还原、碳纤维表面接枝三嗪类树枝状分子等过程得到了改性后的碳纤维，有效解决了基团接枝到碳纤维上少及碳纤维本体强度损失大的问题，但实验过程冗杂，试验周期较长。申请号为CN201710056932.1的中国专利“一种丙烯酰胺类水溶液接枝改性碳纤维表面上浆剂的方法”解决了碳纤维增强乙烯基酯树脂或不饱和聚酯树脂复合材料的界面结合强度低的技术问题，但对纤维固有强度会造成损伤。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MOF-5无损改性碳纤维增强树脂基湿式摩擦材料及其制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明可以避免传统处理工艺对碳纤维造成的损失，提高纤维表面活性同时不损伤纤维强度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种MOF-5无损改性碳纤维增强树脂基湿式摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将碳纤维去除表面上浆剂和其他污染物，然后采用去离子水反复清洗后烘干备用；

步骤二：将步骤一得到的碳纤维采用硝酸进行处理，处理结束后过滤回收并用去离子水清洗，清洗后烘干得到功能化碳纤维；

步骤三：将六水合硝酸锌和对苯二甲酸溶于N,N-二甲基甲酰胺，加入功能化碳纤维，功能化碳纤维在其中均匀分散后进行溶剂热反应，反应完成后用DMF和氯仿反复清洗，然后陈化、真空干燥后得到经MOF-5改性后的碳纤维；