CN104371648A - 一种石墨烯改性的摩擦材料的制备方法 - Google Patents

一种石墨烯改性的摩擦材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种石墨烯改性的摩擦材料的制备方法，属于摩擦材料技术领域。包括如下步骤：第1步、按重量份计，将氧化石墨烯10～20份与碳粉20～30份的混合物分散于160～200份水中，再加入纳米Cu粉15～30份、纳米Si粉30～50份、MgO粉5～10份，混合均匀；第2步、将得到的混合物料进行球磨后，干燥，得到干燥物；第3步、将干燥物压制成坯之后，在高温真空炉中进行烧结，得到摩擦材料。本发明提供的摩擦材料通过由石墨烯进行改性，具有良好的强度和摩擦系数。

Description

一种石墨烯改性的摩擦材料的制备方法
 
技术领域
    本发明涉及一种石墨烯改性的摩擦材料的制备方法，属于摩擦材料技术领域。
 
背景技术
摩阻材料是以高摩擦因数为特征的一类功能复合材料。现代摩阻材料是机械、车辆、航空等组成离合器及摩擦式制动器的重要材料。离合器摩阻材料和制动器的作用是传动和制动，都是借助于摩擦的阻力而促使两个相对运动的偶件，能在很短的时间就消除相对的运动。对于汽车、火车、飞机这样的交通工具，摩擦制动器更是极其关键的重要组成机构部件。
基于以往的文献和报道，对摩阻材料的功能要求总结如下：(1)稳定的动摩擦系数和静摩擦系数；(2)在摩擦材料应用周期中的磨损率具有较为稳定的特点；(3)轻质量、低密度，可以减少整个机械设备的质量；(4)热容量大，热物理性能优良，有很好的导热性；(5)机械性能良好，机械强度和化学稳定性在高温下能较好的体现；(6)制动过程中能减少振动和产生噪音；(7)较低的成本，且生产过程相对简单。
摩阻材料是一种以摩擦为主要功能(制动、传动、控速)的多元体系复合材料，通常由三部分材料组成；①粘合剂(酚醛树脂或其改性物、合成橡胶)，构成材料的基体，②增强纤维(石棉、玻纤、钢纤维等)；③摩擦性能调节剂(无机及有机填料)。工作时主要承受反复变化的应力场及热力场作用。
在现阶段广泛使用的摩阻材料中，依据基体的不同，大概可分为金属基、C/C基、树脂基和陶瓷基四大类。其中，C/SiC 摩阻材料具有密度低，强度高，韧性好，导热性好，热膨胀小，高温性能和抗氧化性好等一系列优异性能，尤其具有摩擦系数高而且稳定，湿态摩擦系数衰减小，磨损小，制动比大，刹车系统体积小等优点，能保障动力机械在高速度、大功率时的刹车安全性；能大幅度提高刹车效率及刹车片的使用寿命。中国专利申请201210110949公开了一种一种C/SiC复合材料的制备方法，通过沉积SiC层、浸渍沥青、碳化、气相渗硅制备得到，该方法制备步骤复杂。中国专利申请200710165469，摩擦制动材料的制备方法，其中，该方法包括将短炭纤维、粘结剂、硅粉和石墨粉混合，得到混合物；将该混合物成型，得到成型坯；在惰性气氛中，将该成型坯烧结。但是该方法制备到的摩擦材料的摩擦性能不高。
 
发明内容
本发明要解决的技术问题是C/SiC摩擦材料的强度、摩擦系数不高的问题，提供了一种石墨烯改性的摩擦材料的制备方法。
技术方案：
一种石墨烯改性的摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：
第1步、按重量份计，将氧化石墨烯10～20份与碳粉20～30份的混合物分散于160～200份水中，再加入纳米Cu粉15～30份、纳米Si粉30～50份、MgO粉 5～10份，混合均匀；
第2步、将得到的混合物料进行球磨后，干燥，得到干燥物；
第3步、将干燥物压制成坯之后，在高温真空炉中进行烧结，得到摩擦材料。
优选地，第3步中的烧结温度是1400～1600℃，氩气气氛保护，保温时间0.5～2h；
优选地，第1步中，在水中还加入Ti粉4～8份。
优选地，第2步中，在混合物料中还需要加入碳酸氢钠10～15份。
优选地，第2步中，在混合物料中还需要加入可再分散乳胶粉1～3份。
优选地，所述的可再分散乳胶粉是指乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物、醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚物、丙稀酸共聚物中的一种。
优选地，第2步中，在混合物料中还需要加入卵磷脂0.3～0.5份。
优选地，第1步中的MgO是经过硬脂酸改性得到的。
 
有益效果
    本发明提供的摩擦材料通过由石墨烯进行改性，具有良好的强度和摩擦系数。
 
具体实施方式
 
实施例1
石墨烯改性的摩擦材料的制备方法
第1步、将氧化石墨烯20Kg与碳粉30Kg的混合物分散于200Kg水中，再加入纳米Cu粉30Kg、纳米Si粉50Kg、MgO粉 10Kg，混合均匀；
第2步、将得到的混合物料进行球磨后，干燥，得到干燥物；
第3步、将干燥物压制成坯之后，在高温真空炉中进行烧结，烧结温度是1600℃，氩气气氛保护，保温时间0.5h，得到摩擦材料。
 
实施例2
石墨烯改性的摩擦材料的制备方法
第1步、将氧化石墨烯20Kg与碳粉30Kg的混合物分散于200Kg水中，再加入纳米Cu粉30Kg、纳米Si粉50Kg、MgO粉10Kg，混合均匀；
第2步、将得到的混合物料进行球磨后，干燥，得到干燥物；
第3步、将干燥物压制成坯之后，在高温真空炉中进行烧结，烧结温度是1600℃，氩气气氛保护，保温时间2h，得到摩擦材料。
 
实施例3
石墨烯改性的摩擦材料的制备方法
第1步、将氧化石墨烯15Kg与碳粉25Kg的混合物分散于180Kg水中，再加入纳米Cu粉25Kg、纳米Si粉40Kg、MgO粉 70Kg，混合均匀；
第2步、将得到的混合物料进行球磨后，干燥，得到干燥物；
第3步、将干燥物压制成坯之后，在高温真空炉中进行烧结，烧结温度是1500℃，氩气气氛保护，保温时间0.1h，得到摩擦材料。
优选地，第1步中，在水中还加入Ti粉4～8Kg。
优选地，第2步中，在混合物料中还需要加入碳酸氢钠10～15Kg。
优选地，第1步中的MgO是经过硬脂酸改性得到的。
 
实施例4
石墨烯改性的摩擦材料的制备方法
第1步、将氧化石墨烯15Kg与碳粉25Kg的混合物分散于180Kg水中，再加入纳米Cu粉25Kg、纳米Si粉40Kg、MgO粉 7Kg，混合均匀；
第2步、将得到的混合物料进行球磨后，干燥，得到干燥物；
第3步、将干燥物压制成坯之后，在高温真空炉中进行烧结，烧结温度是1500℃，氩气气氛保护，保温时间0.1h，得到摩擦材料。
 
实施例5
石墨烯改性的摩擦材料的制备方法
第1步、将氧化石墨烯15Kg与碳粉25Kg的混合物分散于180Kg水中，再加入纳米Cu粉25Kg、纳米Si粉40Kg、MgO粉 6Kg，混合均匀；
第2步、将得到的混合物料进行球磨后，干燥，得到干燥物；
第3步、将干燥物压制成坯之后，在高温真空炉中进行烧结，烧结温度是1400℃，氩气气氛保护，保温时间2h，得到摩擦材料。
 
实施例6
石墨烯改性的摩擦材料的制备方法
第1步、将氧化石墨烯15Kg与碳粉25Kg的混合物分散于190Kg水中，再加入纳米Cu粉30Kg、纳米Si粉40Kg、MgO粉 5Kg，混合均匀；
第2步、将得到的混合物料进行球磨后，干燥，得到干燥物；
第3步、将干燥物压制成坯之后，在高温真空炉中进行烧结，烧结温度是1600℃，氩气气氛保护，保温时间1h，得到摩擦材料。
 
实施例7
石墨烯改性的摩擦材料的制备方法，与实施例3的区别在于：第1步中，在水中还加入Ti粉6Kg。
第1步、将氧化石墨烯15Kg与碳粉25Kg的混合物分散于180Kg水中，再加入纳米Cu粉25Kg、纳米Si粉40Kg、MgO粉 7Kg，混合均匀；
第2步、将得到的混合物料进行球磨后，干燥，得到干燥物；
第3步、将干燥物压制成坯之后，在高温真空炉中进行烧结，烧结温度是1500℃，氩气气氛保护，保温时间1h，得到摩擦材料。
 
实施例8
石墨烯改性的摩擦材料的制备方法，与实施例3的区别在于：第2步中，在混合物料中需要加入碳酸氢钠10～15Kg。
第1步、将氧化石墨烯15Kg与碳粉25Kg的混合物分散于180Kg水中，再加入纳米Cu粉25Kg、纳米Si粉40Kg、MgO粉 7Kg，混合均匀；
第2步、将得到的混合物料进行球磨后，干燥，得到干燥物；
第3步、将干燥物压制成坯之后，在高温真空炉中进行烧结，烧结温度是1500℃，氩气气氛保护，保温时间1h，得到摩擦材料。
 
实施例9
石墨烯改性的摩擦材料的制备方法，与实施例3的区别在于：第1步中的MgO是经过硬脂酸改性得到的，改性步骤是：取硬脂酸，放入容器中，加热使熔化，之后加热至160℃，再加入氧化镁，控制浆料的浓度是10%，转速1000r/min，保持2小时，过滤，洗涤，于110℃下烘干，即可。
第1步、将氧化石墨烯15Kg与碳粉25Kg的混合物分散于180Kg水中，再加入纳米Cu粉25Kg、纳米Si粉40Kg、MgO粉 7Kg，混合均匀；
第2步、将得到的混合物料进行球磨后，干燥，得到干燥物；
第3步、将干燥物压制成坯之后，在高温真空炉中进行烧结，烧结温度是1500℃，氩气气氛保护，保温时间1h，得到摩擦材料。
 
实施例10
石墨烯改性的摩擦材料的制备方法，与实施例9的区别在于：第2步中，在混合物料中还需要加入可再分散乳胶粉。
第1步、将氧化石墨烯15Kg与碳粉25Kg的混合物分散于180Kg水中，再加入纳米Cu粉25Kg、纳米Si粉40Kg、MgO粉 7Kg，混合均匀；
第2步、将得到的混合物料中加入可再分散乳胶粉（醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚物2 Kg）进行球磨后，干燥，得到干燥物；
第3步、将干燥物压制成坯之后，在高温真空炉中进行烧结，烧结温度是1500℃，氩气气氛保护，保温时间1h，得到摩擦材料。
 
实施例11
石墨烯改性的摩擦材料的制备方法，与实施例10的区别在于：第2步中，在混合物料中还需要加入卵磷脂。
第1步、将氧化石墨烯15Kg与碳粉25Kg的混合物分散于180Kg水中，再加入纳米Cu粉25Kg、纳米Si粉40Kg、MgO粉 7Kg，混合均匀；
第2步、将得到的混合物料中加入可再分散乳胶粉（醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚物2 Kg）和卵磷脂0.4Kg，进行球磨后，干燥，得到干燥物；
第3步、将干燥物压制成坯之后，在高温真空炉中进行烧结，烧结温度是1500℃，氩气气氛保护，保温时间1h，得到摩擦材料。
 
性能试验
从表中可以看出，本发明制备得到的摩擦材料的弯曲强度和摩擦系数都较高，分别达到了130MPa以上和0.32以上，另外，通过引入碳酸氢钠，可以在烧结的过程中，使摩擦材料形成适宜的结构，提高弯曲强度。另外，通过实施例3、10、11对比可以看出，通过在球磨时引入可再分散胶乳粉可以改善颗粒形成的填充性，在经过烧结之后，得到的摩擦材料的导热系数提高，加入卵磷脂的目的是提高可再分散乳胶粉与混合物料的相容性，使其进一步地提高导热系数。

Claims (10)

1.一种石墨烯改性的摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第1步、按重量份计，将氧化石墨烯10～20份与碳粉20～30份的混合物分散于160～200份水中，再加入纳米Cu粉15～30份、纳米Si粉30～50份、MgO粉 5～10份，混合均匀；第2步、将得到的混合物料进行球磨后，干燥，得到干燥物；第3步、将干燥物压制成坯之后，在高温真空炉中进行烧结，得到摩擦材料。
2.根据权利要求1所述的石墨烯改性的摩擦材料的制备方法，其特征在于：第3步中的烧结温度是1400～1600℃。
3.根据权利要求1所述的石墨烯改性的摩擦材料的制备方法，其特征在于：第3步中采用氩气气氛保护。
4.根据权利要求1所述的石墨烯改性的摩擦材料的制备方法，其特征在于：第3步中的保温时间0.5～2h。
5.根据权利要求1所述的石墨烯改性的摩擦材料的制备方法，其特征在于：第1步中，在水中还加入Ti粉4～8份。
6.根据权利要求1所述的石墨烯改性的摩擦材料的制备方法，其特征在于：第1步中的MgO是经过硬脂酸改性得到的。
7.根据权利要求1所述的石墨烯改性的摩擦材料的制备方法，其特征在于：第2步中，在混合物料中还需要加入碳酸氢钠10～15份。
8.根据权利要求1所述的石墨烯改性的摩擦材料的制备方法，其特征在于：第2步中，在混合物料中还需要加入可再分散乳胶粉1～3份。
9.根据权利要求8所述的石墨烯改性的摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述的可再分散乳胶粉是指乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物、醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚物、丙稀酸共聚物中的一种。
10.根据权利要求8所述的石墨烯改性的摩擦材料的制备方法，其特征在于：第2步中，在混合物料中还需要加入卵磷脂0.3～0.5份。
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