[发明专利]一种基于碳纤维的耐磨材料及其制备方法

权利要求书

1.一种基于碳纤维的耐磨材料，其特征在于，由如下方法制成：

第一步、制备高耐磨填料；

该耐磨材料由如下方法制成：

步骤S1、将25-50份纳米氮化硅置于110℃干燥箱中干燥2h，之后转移至装有去离子水的烧杯中，超声10min，以150r/min的转速进行磁力搅拌，15min后加入10-15份十二烷基三乙氧基硅烷，继续搅拌2h，之后抽滤、干燥、研磨，制得处理后的纳米氮化硅；

步骤S2、将去离子水加入三口烧瓶中，加入3-8份十二烷基硫酸钠，滴加10%氨水调节pH，直至pH=8，加入步骤S1制得的处理后的纳米氮化硅，磁力搅拌10min后升温至60℃，加入0.8-1.5份过硫酸钠，在此温度下匀速搅拌10min，加入5-10份甲基丙烯酸甲酯和5-8份丙烯酸乙酯，升温至80℃，在此温度下反应4h，冷却至室温、过滤、用去离子水洗涤三次，在100℃干燥3h，制得高耐磨填料；

第二步、制备改性碳纤维；

第三步、将高耐磨填料和改性碳纤维混合，之后与超高分子量聚乙烯混合，经热压和硫化处理，制得改性碳纤维和高耐磨填料协同填充的超高分子量聚乙烯，即为成品的所述基于碳纤维的耐磨材料，控制高耐磨填料、改性碳纤维和超高分子量聚乙烯的重量比为3∶1∶8。

2.根据权利要求1所述的一种基于碳纤维的耐磨材料，其特征在于，所述改性碳纤维由如下重量份原料制成：25-35份碳纤维，100-150份1.5g/L 的5-羟色胺溶液，3-5份KH550，100-120份无水乙醇，100-120份去离子水。

3.根据权利要求1所述的一种基于碳纤维的耐磨材料，其特征在于，所述改性碳纤维由如下方法制成：

（1）将碳纤维置于丙酮中超声两次，第一次20min，第二次10min，之后取出置于去离子水中清洗一次，转移至1.5g/L的5-羟色胺溶液中，磁力搅拌30min，取出并置于去离子水中磁力搅拌1h后超声震荡15min，之后取出在75℃下干燥2h，制得初步处理后的碳纤维；

（2）向烧杯中加入KH-550和去离子水，45℃水浴加热，匀速搅拌15min后加入步骤（1）制备出的初步处理后的碳纤维，磁力搅拌4h，加入无水乙醇继续搅拌1h并超声震荡10min，取出在60℃下烘干，制得改性碳纤维。

4.根据权利要求1所述的一种基于碳纤维的耐磨材料，其特征在于，第三步中将高耐磨填料和改性碳纤维混合后与超高分子量聚乙烯300-500r/min的高速搅拌装置内混合后，得到混合粉料，再将混合粉料在液压机上热压后在平板硫化机上冷压成型。

5.根据权利要求4所述的一种基于碳纤维的耐磨材料，其特征在于，所述热压温度为170-240℃，压力为10-20MPa，所述冷压时的温度为20-60℃，压力为5-10MPa。

6.根据权利要求1所述的一种基于碳纤维的耐磨材料，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的分子量为3000000-6000000。

7.一种基于碳纤维的耐磨材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步、制备高耐磨填料；

该耐磨材料由如下方法制成：

步骤S1、将25-50份纳米氮化硅置于110℃干燥箱中干燥2h，之后转移至装有去离子水的烧杯中，超声10min，以150r/min的转速进行磁力搅拌，15min后加入10-15份十二烷基三乙氧基硅烷，继续搅拌2h，之后抽滤、干燥、研磨，制得处理后的纳米氮化硅；

步骤S2、将去离子水加入三口烧瓶中，加入3-8份十二烷基硫酸钠，滴加10%氨水调节pH，直至pH=8，加入步骤S1制得的处理后的纳米氮化硅，磁力搅拌10min后升温至60℃，加入0.8-1.5份过硫酸钠，在此温度下匀速搅拌10min，加入5-10份甲基丙烯酸甲酯和5-8份丙烯酸乙酯，升温至80℃，在此温度下反应4h，冷却至室温、过滤、用去离子水洗涤三次，在100℃干燥3h，制得高耐磨填料；

第二步、制备改性碳纤维；

第三步、将高耐磨填料和改性碳纤维混合，之后与超高分子量聚乙烯混合，经热压和硫化处理，制得改性碳纤维和高耐磨填料协同填充的超高分子量聚乙烯，即为成品的所述基于碳纤维的耐磨材料，控制高耐磨填料、改性碳纤维和超高分子量聚乙烯的重量比为3∶1∶8。