[发明专利]一种掺杂3D分层多孔石墨烯片纸基摩擦材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种掺杂3D分层多孔石墨烯片纸基摩擦材料的制备方法，属于造纸工业与材料工业交叉领域。本发明所述的制备方法，包括以下步骤：(1)在聚醚醚酮纤维和芳纶浆粕抄纸过程中添加3D分层多孔石墨烯片，其中，3D分层多孔石墨烯片的添加量占浆料质量比0～1.0％，但不为0；(2)将混合浆料进行湿法成型、脱水、烘干处理，得到摩擦材料原纸；(3)将原纸在聚酰亚胺树脂溶液中浸渍，烘干、热压，得到掺杂3D分层多孔石墨烯片纸基摩擦材料。本发明在聚醚醚酮纤维和芳纶浆粕抄纸过程中添加了3D分层多孔石墨烯片，易于在层间滑动，提高了减阻性能，提高了纸基摩擦材料的尺寸稳定性，材料减磨耐磨性能明显提高。

技术领域

本发明涉及一种掺杂3D分层多孔石墨烯片纸基摩擦材料的制备方法，属于造纸工业与材料工业交叉领域。

背景技术

纸基摩擦材料主要由纤维、粘结剂、填料、具有摩擦性能的调节剂等组成，通常采用造纸的方式制造出纸基摩擦材料原纸，再经树脂浸渍生成纸基摩擦材料。纸基摩擦材料因其生产成本低、动摩擦因数稳定、动/静摩擦因数比接近、贴合性能平稳、磨损率低、使用寿命长、噪音小及可保护对偶材料等优点，已经发展成为一类越来越重要的逐渐替代树脂基和金属基摩擦材料的湿式摩擦材料，应用于汽车传动系统中的离合器和制动系统中的刹车片上。

为了提高纸基摩擦材料的机械强度，满足纸基摩擦材料的高孔隙率，通过提高摩擦过程中的热传导率，能够将摩擦过程中产生的热量通过孔隙及时带走，从而降低对摩擦材料的热损耗，同时提高摩擦性能和降低磨损率。硅藻土、炭黑、石墨等常规的摩擦性能填料，被广泛的应用在纸基摩擦材料的制备中，但其孔隙率较小且易于团聚，影响摩擦材料的性能。

常见的纸基摩擦材料中增强纤维为芳纶纤维，虽说长久稳定性是芳纶纤维最重要的特性，但芳纶纤维抗紫外线能力差；芳纶纤维本身含有酰胺基团，极性强，易吸水，当酰胺基团中的H被某些溶剂中的亲水基团取代后，会变得更容易吸水。因此，在芳纶纤维类摩擦材料中，由于部分芳纶纤维在材料上下表面裸露出来，使得材料具有极强的吸水能力，所以该类材料因面层破坏、产生细小裂纹而经常发生渗水问题。另外，在低温环境下，芳纶纤维类摩擦材料吸入的水被冷冻后会发生膨胀，进而破坏增强体与基体之间的粘结，会导致大幅度降低纸基摩擦材料性能。

聚醚醚酮纤维(PEEK纤维)是一种全芳香族的纤维，并有醚键与酮键的存在，回潮率仅为0.1％，从而使纤维的耐高温、耐摩擦、耐腐蚀性能显著高于芳纶纤维，具备极其优异的综合性能，且适用于传统热塑性塑料的成型加工工艺，使其成为航空航天、能源化工、交通运输、食品加工、医疗卫生等领域的理想材料。在较高的温度条件下，聚醚醚酮纤维仍具有良好的摩擦性和出色的自润滑性，保持突出的磨损率和较低摩擦系数；此外，其拉伸强度可高达700MPa，模量3～6GPa，因其优异的耐摩擦、耐高温、易加工等性能，在汽车行业，可用于发动机内罩、汽车轴承、密封件、刹车片等。

由于聚醚醚酮纤维具有优良的耐摩擦、耐高温、耐腐蚀等性能，因此已在许多领域得到了应用，但仍然存在一些缺陷，由于PEEK分子链呈刚性且非极性，作为基材与纤维浸润性较差，与纤维结合力弱，例如采用注塑成型工艺得到的复合材料中纤维平均长度、纤维含量、纤维分布不均，或者耐摩擦性较差，现有技术中通过增加增强强度的材料来增加其性能；CN105504670A公开了聚酰亚胺纤维增强聚醚醚酮树脂基复合材料的制备，但其聚醚醚酮树脂对聚酰亚胺纤维的浸润性差，对纤维包裹结合力弱，导致复合材料层间强度不够，易于脱落等问题；CN107245898A提出了使用碳纤维、聚醚醚酮纤维、植物纤维混合抄造树脂基摩擦材料，但纤维未改性处理，纤维表面光滑，导致结合强度低；CN104927298A公布了一种将聚醚酰亚胺(PEI)包覆的碳纤维来增强聚醚醚酮树脂基耐磨复合材料，但由于其碳纤维表面惰性，PEI在其表面包覆量不多且易于团聚，在纤维表面分布不均，其制备的耐磨材料均匀性及摩擦均匀性较差。以上现有专利存在摩擦填料与纤维、树脂基材结合力不足、孔隙不均等问题，导致材料机械性能和摩擦性能降低。

因此，需要开发一种孔隙率高、热传导性能好、摩擦性能优良的聚醚醚酮纤维基复合纸基摩擦材料。

发明内容