[发明专利]三维碳毡润滑增强体改性MC尼龙复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种三维碳毡润滑增强体改性MC尼龙复合材料及其制备方法，按照重量百分比计包括：80％～90％聚酰胺树脂和10％～20％三维碳毡润滑增强体；其中，所述的聚酰胺树脂为MCPA6，所述的三维碳毡润滑增强体是指在三维碳毡表面负载氮掺杂氧化石墨烯/石蜡。本发明利用刻蚀改性剂将氮掺杂氧化石墨烯和石蜡润滑剂构筑在碳毡纤维表面形成具有“池‑渠”结构的三维润滑网络，使石墨烯和石蜡润滑剂均匀分散在MC尼龙基体材料中，有效改善了石墨烯填料的分散性，同时提高了树脂与填料界面的相容性；所制备的三维碳毡润滑增强体改性MC尼龙复合材料的力学性能、摩擦学性能均得到了显著的提升。

技术领域

本发明属于高分子复合材料制备技术领域，具体是一种三维碳毡润滑增强体改性MC尼龙复合材料及其制备方法。

背景技术

单体浇铸尼龙6(MCPA6)作为一种重要的工程塑料，具有优异的力学和自润滑性能，已被广泛研究并应用于机械、化工、汽车等领域。然而，在高负载和苛刻的PV条件下，MCPA6具有较高的磨损率和较差的自润滑性能，不能完全满足应用要求。通常通过添加各种填料来提高MCPA6的摩擦学性能和力学性能。然而，较高的填料添加量往往会导致填料团聚，与MC尼龙材料界面相容性不良也会降低复合材料的其它性能。

纤维增强树脂材料技术比较成熟，是改善树脂性能最常用的方法之一。纤维增强体系的性能受纤维与聚合物之间结合力的影响。界面作为碳纤维与树脂之间的“桥梁”和“纽带”，复合材料的整体性能很大程度上受界面微观结构和结合强度的影响。单一纤维材料很难实现树脂基复合材料的多功能化，所以目前国内外诸多研究均在探索多填料体系对复合材料多功能化的影响。石墨烯作为一种二维纳米润滑材料，具有高的比表面积以及优异的力学性能，这些独特的性质使得石墨烯被认为是一种高效的改性填料，但在石墨烯用量较大时候，一方面使石墨烯均匀分散在基体材料中存在诸多难度，导致力学性能降低，另一方面材料的减摩作用会明显下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维碳毡润滑增强体改性MC尼龙复合材料及其制备方法，利用刻蚀改性剂将氮掺杂氧化石墨烯和石蜡润滑剂构筑在碳毡纤维表面形成具有“池-渠”结构的三维润滑网络，使石墨烯和石蜡润滑剂均匀分散在MC尼龙基体材料中，有效改善了石墨烯填料的分散性，同时提高了树脂与填料界面的相容性；所制备的三维碳毡润滑增强体改性MC尼龙复合材料的力学性能、摩擦学性能均得到了显著的提升。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的，依据本发明提出的一种三维碳毡润滑增强体改性MC尼龙复合材料，按照重量百分比计包括：80％～90％聚酰胺树脂和10％～20％三维碳毡润滑增强体；其中，所述的聚酰胺树脂为MCPA6，所述的三维碳毡润滑增强体是指在三维碳毡表面负载氮掺杂氧化石墨烯/石蜡。

进一步地，所述的三维碳毡润滑增强体是按照以下方法制备的：

(1)将三维碳毡先用丙酮清洗再用去离子水清洗以除去表面杂质，在100℃烘箱干燥12h，烘干备用；

(2)将氧化石墨烯水溶液超声处理30min，然后将尿素加入到氧化石墨烯水溶液中充分搅拌，搅拌时间为10min左右，得到溶液A；

(3)将固体石蜡溶在环己烷溶液中，再将含有石蜡的环己烷溶液与步骤(2)所得溶液A混合并充分搅拌，搅拌时间为1h左右，形成稳定乳液；

(4)将步骤(3)所得乳液与步骤(1)所得三维碳毡一起加入到衬有聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，在180℃下反应12h；冷却至室温后在90℃的去离子水中浸泡水洗1h，然后冷冻干燥，即可获得所述的三维碳毡润滑增强体。

进一步地，所述的三维碳毡润滑增强体是一种具有“池-渠”结构的三维碳毡润滑增强体。

进一步地，本发明所用的三维碳毡为市售产品，具体是聚丙烯腈碳纤维经针刺、预氧化、碳化制成，纤维直径为10～20μm，三维碳毡体积密度为0.13～0.18g/cm³。