[发明专利]一种碳纤维-二氧化钛多级增强树脂基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维‑二氧化钛多级增强树脂基复合材料的制备方法，首先利用溶胶凝胶法在活化的碳纤维表面制备厚度不等的TiO₂薄膜预制层，其次采用温和的水热原位生长法，构筑结构稳定的碳纤维‑TiO₂薄膜‑TiO₂纳米线多级增强体。本发明所制备的碳纤维‑TiO₂薄膜层‑TiO₂纳米线多级增强树脂基复合材料的弯曲强度最大，约为104.5Mpa，比原始碳纤维增强复合材料的70.2Mpa提高了32.8％，力学性能显著增强。并且它的磨损率仅有1.21×10^‑5mm³/N·m，比原始碳纤维增强复合材料降低了39.8％，表明本发明制备的碳纤维‑TiO₂薄膜层‑TiO₂纳米线多级增强树脂基复合材料具有良好的力学性能和摩擦学性能。

技术领域

本发明属于湿式摩擦材料的制备方法，具体涉及一种碳纤维-二氧化钛多级增强树脂基复合材料的制备方法。

背景技术

碳纤维目前已经成为国内外学者设计许多具有重要技术意义的材料之一，不仅具有耐高温耐腐蚀，热膨胀系数低、化学稳定性好，而且具有高比轻度、比模量等一系列优异的性能。碳纤维/树脂复合材料中，树脂通常作为复合材料的基体，主要起着纤维交联的作用；碳纤维作为增强体，主要用于摩擦外力的承载与转移。但由于碳纤维表面呈乱层石墨结构，表面光滑且呈惰性，与基体之间无法实现良好的润湿与结合，导致碳纤维在摩擦过程中容易从基体中剥离脱落，进而导致摩擦系数有较大的波动，摩擦稳定性明显降低。因此，碳纤维表面处理以改善其比表面积和表面活性官能团是改善碳纤维和树脂之间的界面结合的关键。

申请号为CN109181228A的中国专利“一种多巴胺包覆碳纳米管改性碳纤维增强树脂基结构-阻尼复合材料的制备方法”将表面去胶后的碳纤维浸泡于溶解于无水乙醇的Fe(NO₃)₃为纳米金属催化剂的前驱体溶液里,随后在管式炉内加热沉积碳纳米管，最后将沉积碳纳米管的碳纤维浸渍在盐酸多巴胺中，完成复合材料的制备。该方法采用化学沉积的方法制备碳纳米管，实验条件苛刻且前期处理复杂，进而使碳纤维受到损伤，不利于复合材料力学性能的增强。

申请号为CN110938781A的中国专利“一种改性碳纤维增强酚醛树脂基复合材料及其制备”在800℃惰性气氛下对碳纤维进行脱浆处理，再在80℃经硝酸氧化处理，得到具有-COOH官能团的碳纤维。利用空气喷涂方式在预处理的碳纤维表面喷涂有机无机杂化硅酸锆溶胶，且两者的质量比为7:3，最后将按照碳纤维与酚酸树脂体积比为1:1进行浸渍，最终得到改性碳纤维增强酚酸树脂基复合材料。尽管这种改性方法可以提高碳纤维的表面粗糙度及表面活性，但是实验要求高，不利于大规模生产使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纤维-TiO₂薄膜层-TiO₂纳米线多级增强树脂基复合材料的制备方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明首先利用溶胶凝胶法在活化的碳纤维表面制备不同厚度的TiO₂薄膜层，其次采用温和的水热原位生长法，构筑结构稳定的碳纤维-TiO₂薄膜-TiO₂纳米线多级增强体，制备出摩擦性能优异且磨损率低的树脂基摩擦材料。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种碳纤维-二氧化钛多级增强树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、碳纤维预处理：将碳纤维剪裁后置于丙酮和无水乙醇的混合溶液中浸泡以去除碳纤维表面的上浆剂，随后将上述处理后的碳纤维浸泡于H₂O₂溶液中，浸泡后取出用去离子水进行清洗，烘干后得到活化碳纤维；