[发明专利]刚性-柔性的ZIF-8/多巴胺协同增强型纸基摩擦材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种刚性‑柔性的ZIF‑8/多巴胺协同增强型纸基摩擦材料及制备方法，将碳纤维先后置于三羟甲基氨基甲烷(Tris缓冲液)和多巴胺溶液中，在其表面形成一层高黏附的多巴胺柔性薄膜；随后通过绿色水热反应，于碳纤维表面原位生长致密且均匀的纳米ZIF‑8晶体刚性层，以改性后的碳纤维与树脂基体构筑刚性‑柔性的界面增强结构，制备ZIF‑8/多巴胺协同增强型纸基摩擦材料。本发明所制备的刚性‑柔性(ZIF‑8/多巴胺)协同增强型纸基摩擦材料动摩擦系数从0.1068提升到0.1356，增幅为26.97％，磨损率由3.55×10supgt;‑8/supgt;cmsupgt;3·/supgt;Jsupgt;‑1/supgt;下降到2.45×10supgt;‑/supgt;supgt;8/supgt;cmsupgt;3·/supgt;Jsupgt;‑1/supgt;，降幅为30.99％。充分显示了ZIF‑8/多巴胺双组分增强和构筑的刚性‑柔性界面增强结构协同作用，应用于纸基摩擦材料可以显著提升其摩擦磨损性能。

技术领域

本发明属于摩擦材料技术领域，涉及一种刚性-柔性的ZIF-8/多巴胺协同增强型纸基摩擦材料及制备方法。

背景技术

纸基摩擦材料是以碳纤维、芳纶纤维等增强纤维为主要原料，基于湿法成型与制浆造纸技术，经过真空抽滤和树脂热压固化制备而成。由于其具有摩擦系数稳定、磨损率低和工作寿命长等优点，而广泛应用于各类车辆和工程机械、机床、船舶等行业湿式离合器和制动器中。然而碳纤维表面能低、化学惰性强和与树脂界面结合性能差，导致在实际使用过程中，碳纤维增强纸基摩擦材料会出现碳纤维断裂和界面脱粘等现象，从而限制了此类材料在严苛的环境和特殊领域中的进一步应用。因此碳纤维与树脂浸润性差，两相间的界面脱粘，树脂剥离等问题已成为其瓶颈所在，严重制约了该类材料摩擦性能和使用寿命的提升。

文献1“专利公开号为的CN109338730A中国专利”公开了一种芳稠环分子组装改性碳纤维表面的方法及碳纤维界面增强树脂基复合材料的制备方法。该发明将碳纤维浸渍于芳稠环酰亚胺分子组装液中，得到表面改性的碳纤维。另外将改性碳纤维与树脂复合固化，最终得到芳稠环分子组装改性碳纤维界面增强树脂基复合材料。经过芳稠环分子改性碳纤维的化学活性得到一定程度的提高，同时也改善了树脂基复合材料的界面结合强度。然而此反应过程中使用有机溶剂体系包括N,N-二甲基甲酰胺、甲苯、甲醇、乙腈和乙醚，会对环境造成严重的污染负担，不符合绿色可持续发展战略要求。

文献2“专利公开号为的CN110540662A中国专利”公开了一种聚多巴胺改性碳纤维/莫来石晶须增强树脂基摩擦材料的制备方法。该发明将碳纤维和莫来石晶须先进行脱胶处理，然后再通过多巴胺的自氧化聚合反应在其表面沉积纳米级聚多巴胺颗粒，将改性后的莫来石晶须和碳纤维与改性的酚醛树脂进行热压固化制备出树脂基摩擦材料。此方法有效地增强了树脂与碳纤维/莫来石晶须的界面结合强度，提高了摩擦材料的摩擦磨损性能和力学性能。由于莫来石晶须属于无机非金属矿物纤维，本身缺少活性基团，虽然本发明中采用多巴胺改性处理，只是在晶须表面形成了简单的物理包覆，因此在实际使用过程中，仍可能会出现界面脱粘和纤维断裂等问题。

文献3“专利公开号为的CN106868902A中国专利”公开了一种片状自组装二氧化锰改性碳纤维增强树脂基摩擦材料的制备方法。该发明将碳纤维进行浓硝酸氧化预处理，再使用高锰酸钾和浓硝酸基于氧化还原反应于碳纤维表面原位生长片状自组装二氧化锰。此方法有效增大纤维与树脂结合的比表面积，从而改善树脂基摩擦材料的摩擦磨损性能。然而通过强酸氧化处理纤维，引入活性官能团，一定程度上改善了碳纤维/基体的界面结合性能，但是会严重损伤纤维本身强度，弱化碳纤维增强效果。

上述所列文献中以及其它同领域专利文献大部分常采用强酸预处理碳纤维来改善碳纤维的表面粗糙度和化学活性，但普遍存在对纤维本体产生严重损伤等问题。目前现有的技术中改善复合材料界面结合的方法单一，亟需迫切需要开发一种简单有效的方法来改善纸基摩擦材料的界面结合，同时保持纤维材料本体强度性能，从而综合提升纸基摩擦材料的摩擦磨损性能。目前，采用双组分ZIF-8与多巴胺构筑刚性-柔性界面结构协同增强纸基摩擦材料等方面并没有相关研究。