本發(fā)明涉及離合器摩擦材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種耐磨碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著汽車產(chǎn)業(yè)以及航空工業(yè)的迅速發(fā)展，摩擦材料領(lǐng)域的研究也發(fā)生了急速的增長(zhǎng)。紙基摩擦材料作為一類重要的濕式摩擦材料，主要應(yīng)用于汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中的離合器上。如何提高紙基摩擦材料的摩擦系數(shù)、摩擦穩(wěn)定性、耐熱性以及耐磨性仍然是目前紙基摩擦材料面臨的主要問題。為此，許多學(xué)者已經(jīng)從提高材料中纖維與樹脂之間的界面結(jié)合與尋找出摩擦性能優(yōu)異的填料體系兩方面入手，展開了研究。《碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料的制備與研究》一文首先通過添加竹纖維和碳納米管制備出了界面結(jié)合性較好的紙基摩擦材料。研究發(fā)現(xiàn)，碳納米管的加入能夠很好地改善材料中纖維和樹脂的界面結(jié)合性能，從而提高了材料的摩擦性能。當(dāng)碳納米管含量為4wt.%時(shí)，試樣的動(dòng)摩擦系數(shù)達(dá)到最大值，為0.1031，此時(shí)，試樣的摩擦穩(wěn)定性和耐磨性能也較好。熱分析結(jié)果顯示，試樣在加熱到1000℃過程中，添加4wt.%碳納米管的試樣的質(zhì)量損失比未添加碳納米管的試樣減少了10%。掃描電鏡測(cè)試結(jié)果表明，在整個(gè)體系中，竹纖維能夠很好的附著于碳纖維上，改善了碳纖維和樹脂之間的界面結(jié)合性能，而碳納米管優(yōu)先吸附于竹纖維上，這又保護(hù)了竹纖維在摩擦過程中的受熱分解，提高了試樣的耐熱性能。為了更進(jìn)一步提高材料的摩擦性能，我們?cè)谏鲜鲶w系中分別加入了碳化硅、碳化硼、氧化鋁、氧化鋯以及硼化鋯等填料以及稀土化合物，并研究了填料含量和稀土種類等與試樣摩擦性能之間的關(guān)系，對(duì)不同填料在體系中的作用形式以及試樣的摩擦性能進(jìn)行了初步探討。結(jié)果表明，當(dāng)試樣中含有3wt.%Ce(NO3)3和15wt.%硼化鋯時(shí)，材料的摩擦性能最佳，材料的動(dòng)摩擦系數(shù)為0.13285，動(dòng)/靜摩擦系數(shù)比為0.9010，動(dòng)摩擦系數(shù)在500次摩擦過程中的變異系數(shù)為0.75，磨損率為0.6×10-8cm3J-1。最后，研究了以硼化鋯為填料、碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料的壓縮回彈性能、導(dǎo)熱性能、耐熱性能以及動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，并分析了這些性能與試樣摩擦性能之間的關(guān)系。結(jié)果表明，隨著硼化鋯含量的增加，雖然試樣的壓縮率和導(dǎo)熱系數(shù)略有下降，但是，動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)試和綜合熱分析結(jié)果表明，含有15wt.%硼化鋯的試樣具有較高的儲(chǔ)能模量和耐熱性能。通過材料的組成-儲(chǔ)能模量-耐熱性-摩擦性能關(guān)系的研究，發(fā)現(xiàn)體系中儲(chǔ)能模量和耐熱性能對(duì)材料的摩擦性能起關(guān)鍵作用，試樣的儲(chǔ)能模量越大，制動(dòng)穩(wěn)定性越好，耐熱性能越好，摩擦穩(wěn)定性越高，材料的磨損率越低。
以上得到摩擦材料具有良好的性能，但是直接混合得到的材料容易分離，使得摩擦性能不穩(wěn)定，制動(dòng)性能不穩(wěn)定。上述文章使用馬來酸酐對(duì)碳納米管進(jìn)行改性，提高了碳納米管的分散性，能夠分散在竹纖維表面，與竹纖維形成穩(wěn)定的結(jié)合，但是竹纖維的耐熱性還是不盡如人意，雖然碳納米管改善了竹纖維的耐熱性和摩擦性，但是在受熱情況下，馬來酸酐形成的高分子物質(zhì)碳化，碳納米管與竹纖維分離，影響摩擦性能。
添加芳綸纖維能夠改善摩擦材料的摩擦性能，但是芳綸纖維的耐熱性較差，使其在重載荷機(jī)械中的應(yīng)用受到了一定限制。而且芳綸纖維表面惰性、結(jié)晶程度高，與基體結(jié)合不好，影響了芳綸的復(fù)合材料的性能。用稀土對(duì)碳纖維和竹纖維表面進(jìn)行改性，提高了纖維的耐磨性和耐熱性，但是稀土與纖維的結(jié)合并不牢固，摩擦后易分離，造成摩擦性能的改變。還需要改善摩擦材料的耐熱性、摩擦穩(wěn)定性、抗老化性、抗菌性、韌性、防靜電性、耐磨性、防打滑、致密性、導(dǎo)熱性等其他性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種耐磨碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料及其制備方法。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種耐磨碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料，由下列重量份的原料制成：納米銅粉1.1-1.4、碳纖維52-54、竹纖維27-28、碳納米管3.5-4、全硫化納米粉末羧基丁腈橡膠2.3-2.8、芳綸漿粕5-5.5、硅烷偶聯(lián)劑kh-550 1.3-1.5、硝酸鈰3-3.5、碳化硅10-11、硼化鋯14-15、固含量為20%腰果殼油改性酚醛樹脂10-12、鈦硅分子篩1.5-2、鈦酸四丁酯1.6-1.8、微米級(jí)玻璃粉2.6-3、水適量。
所述耐磨碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）將芳綸漿粕分散在水中，加入硅烷偶聯(lián)劑kh-550，攪拌均勻，再加入納米銅粉，攪拌10-15分鐘，干燥，粉碎，得到改性芳綸漿粕；
（2）將鈦硅分子篩、鈦酸四丁酯、微米級(jí)玻璃粉混合研磨均勻，得到混合物料；將碳納米管、全硫化納米粉末羧基丁腈橡膠混合研磨均勻，得到粉末，將竹纖維加入水中，邊攪拌邊加入所述粉末和混合物料，攪拌均勻，超聲分散7-10分鐘，干燥，在11-12MPa，120-125℃，時(shí)間處理40-50s，得到改性竹纖維；
（3）將改性芳綸漿粕、改性竹纖維以及其他剩余成分放入水中，在疏解機(jī)中疏解均勻，得到懸浮液，將懸浮液倒入100-150目篩的紙張成型器中制成厚度為0.7-0.8μm的薄片，將薄片在105-108℃下真空干燥20-23分鐘，將腰果殼油改性酚醛樹脂噴涂在薄片上，自然晾干，再放入硫化機(jī)中硫化，硫化條件為11-12MPa，120-125℃，時(shí)間為250-260s，即得。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明使用納米銅粉吸附在芳綸漿粕表面，提高了芳綸漿粕的耐熱性，使得摩擦材料更加致密，摩擦系數(shù)更穩(wěn)定，客服了芳綸漿粕熱穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。通過使用碳納米管對(duì)竹纖維進(jìn)行改性，提高了竹纖維的耐熱性，但是受摩擦后容易與竹纖維分離，使得摩擦系數(shù)不穩(wěn)定，結(jié)合使用全硫化納米粉末羧基丁腈橡膠，經(jīng)過加熱反應(yīng)，使得碳納米管與竹纖維形成穩(wěn)定牢固的結(jié)合，提高了摩擦穩(wěn)定性，同時(shí)提高了竹纖維的穩(wěn)定性，在受熱時(shí)形成柔軟的碳化膜，使得摩擦系數(shù)高而穩(wěn)定。通過使用微米級(jí)玻璃粉，提高了摩擦材料的耐磨性、耐熱性，鈦硅分子篩、鈦酸四丁酯提高了材料的耐老化性，延長(zhǎng)了材料的使用壽命。
具體實(shí)施方式
一種耐磨碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料，由下列重量份（公斤）的原料制成：納米銅粉1.1、碳纖維52、竹纖維27、碳納米管3.5、全硫化納米粉末羧基丁腈橡膠2.3、芳綸漿粕5、硅烷偶聯(lián)劑kh-550 1.3、硝酸鈰3、碳化硅10、硼化鋯14、固含量為20%腰果殼油改性酚醛樹脂10、鈦硅分子篩1.5、鈦酸四丁酯1.6、微米級(jí)玻璃粉2.6、水適量。
所述耐磨碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）將芳綸漿粕分散在水中，加入硅烷偶聯(lián)劑kh-550，攪拌均勻，再加入納米銅粉，攪拌10分鐘，干燥，粉碎，得到改性芳綸漿粕；
（2）將鈦硅分子篩、鈦酸四丁酯、微米級(jí)玻璃粉混合研磨均勻，得到混合物料；將碳納米管、全硫化納米粉末羧基丁腈橡膠混合研磨均勻，得到粉末，將竹纖維加入水中，邊攪拌邊加入所述粉末和混合物料，攪拌均勻，超聲分散7分鐘，干燥，在11MPa，120℃，時(shí)間處理40s，得到改性竹纖維；
（3）將改性芳綸漿粕、改性竹纖維以及其他剩余成分放入水中，在疏解機(jī)中疏解均勻，得到懸浮液，將懸浮液倒入100目篩的紙張成型器中制成厚度為0.7μm的薄片，將薄片在105℃下真空干燥20分鐘，將腰果殼油改性酚醛樹脂噴涂在薄片上，自然晾干，再放入硫化機(jī)中硫化，硫化條件為11MPa，120℃，時(shí)間為250s，即得。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：
本實(shí)施例的薄片的動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1385，動(dòng)/靜摩擦系數(shù)比為0.9045，動(dòng)摩擦系數(shù)在500次摩擦過程中的變異系數(shù)為0.68，磨損率為0.45×10-8cm3J-1。