[发明专利]碳纤维增强高分子复合材料及其制备工艺

说明书

本发明是关于一种高强度低密度耐磨自润滑碳纤维增强高分子材料及制备工艺。

自润滑材料都有一定的适用范围，一个重要的衡量指标是其在干摩擦条件下的极限PV值，普通高分子自润滑复合材料和其它常规整体固体润滑复合材料在干摩擦条件下的极限PV值一般不超过3～5MPa.m/8，如何解决干摩擦条件下更大PV值工况(即更苛刻工况条件)下的润滑问题和材料适应性问题，是当今尖端科技的发展所迫切需要解决的重大技术难题。

碳纤维增强高分子复合材料作为一种新型材料在尖端技术领域获得了广泛的应用，解决了许多其它常规材料所不能解决的重大技术难题。但以往碳纤维增强高分子复合材料主要是作为结构材料，研究的重点也是侧重于提高材料的比强度等，将其作为极端工况条件下使用的耐磨自润滑材料，从组成和结构上考虑其摩擦学特性，尚未见到文献和专利报道。

本发明的目的是提供一种高强度、低密度、耐磨自润滑的碳纤维增强高分子复合材料，解决高速大PV值干摩擦工况条件和特殊环境下的材料的适应性问题和有关的摩擦学问题。

本发明的另一个目的是提供上述耐磨自润滑碳纤维增强高分子复合材料的制备工艺。

本发明的目的通过如下措施来实现。

本发明的碳纤维增强高分子复合材料的组成(wt％)：

        碳布                35～80

        聚芳醚砜            0～60

        聚砜                0～40

        聚酰亚胺            0～50

        聚四氟乙烯          0～30

        偶联剂              0～2

本发明优先选用的组成(wt％)：

        碳布                45～65

        聚芳醚砜            35～50

        聚砜                5～20

        聚四氟乙烯          5～15

        偶联剂              0.5～1.5

上述碳纤维增强高分子复合材料选用的碳布最好为孔数小于3K的中强或高强聚丙烯腈碳布、胶粘碳布、石墨布、沥清碳布。

聚芳醚砜的粘度为η＝0.16～0.90。优先选用在其主链上附有圈型侧基的改性聚芳醚砜PES-C，其结构式如(I)

所用聚砜的粘度最好为η＝0.15～0.60。

聚酰亚胺为可溶性聚酰亚胺

聚四氟乙烯的粒度最好小于8μm，纯度大于95％。

本发明的制备工艺如下：

1.对市售碳布进行脱胶处理、即将碳布浸泡于足量二甲苯或丙酮溶剂中24小时，然后用丙酮清洗并烘干。

2.按如下比例(wt％)称取各组分

           碳布           35～80

           聚芳醚砜       0～60

           聚砜           0～40

           聚酰亚胺       0～50

           聚四氟乙烯     0～30

3.将按2所称取的聚芳醚砜、聚砜、聚四氟乙烯混合均匀，加入适量溶剂，球磨或高速搅拌分散，配制成均匀的预浸(预涂)胶料，粘度以易流动为宜。所加入的溶剂可以是二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺以及氯代烃溶剂中的一种或几种。

4.将按2所称取的碳布进行表面处理，表面处理可采用酸处理、等离子体处理或偶联剂处理等，酸处理用浓硝酸浸泡法、偶联剂处理用聚钛酸酯偶联剂或有机硅偶联剂丙酮溶液(浓度1～2％)超声浸泡法。

5.用按3所配制的预浸(预涂)胶料对按4进行表面处理后的碳布进行上胶处理，上胶工艺可采用起声浸胶或刷涂法上胶以及上述二种方法的综合，对用二甲基甲酰胺等高沸点溶剂配制的胶料，可以对胶料进行预如热，温度可控制在100～120℃。然后再进行上胶，上胶过程可分数遍进行，直至全部胶料用完为止。

6.将按5进行上胶处理后的碳布展平，并使其干燥，干燥方法可采用自然干燥、电吹风吹干、红外线烘干、真空干燥等方法中的一种或数种。

7.将按6干燥后的上胶碳布，根据模具形状剪制成形，并以不同碳布编织方向依次层叠于模具中。