CN105088744A - 一种碳基陶瓷摩擦材料用芳纶纤维改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳基陶瓷摩擦采用原料处理技术领域，尤其是一种碳基陶瓷摩擦材料用芳纶纤维改性方法，通过采用澄清石灰水对芳纶纤维进行预处理，再向其中滴入汽油，加入甲醇，并采用搅拌方式，使得芳纶纤维能够完全与各成分进行作用，进而达到提高芳纶纤维表面的活性以及提高芳纶纤维的韧性，再将其置于超声波处理器中进行超声波改性处理，使得各原料成分对芳纶纤维的表面作用更加完善，再结合磷酸脲、磷酸二氢钙和超声波处理，使芳纶纤维的内部结构发生变化，进而增强芳纶纤维的韧性和耐热性，提高碳基陶瓷摩擦材料性能，改善碳基陶瓷摩擦材料的耐热力，耐磨率以及动静摩擦系数比，进而确保制备的碳基陶瓷摩擦材料不打滑，提高制动安全性。
Description
技术领域
本发明涉及碳基陶瓷摩擦采用用原料处理技术领域，尤其是一种碳基陶瓷摩擦材料用芳纶纤维改性方法。
背景技术
目前，芳纶纤维表面改性方法主要有：等离子体表面改性技术、超声波强迫浸润技术、γ射线辐射方法、表面化学接枝法等。但这些改性处理方法对于工艺的要求较为严格，投资较大，需要加入的反应物多、反应设备多、并且得到的芳纶纤维的改性结果较差。于是，有大量的研究者从事于芳纶纤维的改性处理技术领域，如专利号为200810228915.2的《一种芳纶纤维表面改性方法》包括下述步骤：(1)芳纶纤维的表面处理；(2)芳纶纤维的水解；(3)采用界面聚合法接枝液晶单体4，4-二羟基-α，α‘-二甲基苄连氮：①制备水相：将水解至中性位芳纶纤维、4，4-二羟基-α，α‘-二甲基苄连氮、氢氧化钠和季胺盐溶于水中；②制备有机相：将二元酸酰氯溶于有机溶剂中；③将有机相迅速倒入水相中，快速搅拌，进行反应，将产物倒入的沉淀剂中，搅拌、过滤，然后进行洗涤提纯，直到洗液澄清为止，进行干燥后即得改性芳纶纤维。再如专利号为201010128403.6的《一种利用碳纳米管改性芳纶纤维的方法》包括：选择环氧树脂/芳纶纤维复合材料作为研究对象，以碳纳米管为表面修饰材料，先通过化学修饰的方法在芳纶纤维形成一定比例的自由氨基基团，浸泡在N-甲基吡咯烷酮溶液(NMP)中，通过超声辅助，与表面羧基化的碳纳米管反应，部分碳纳米管进入到Kevlar纤维内部，而另一部分则通过与氨基形成酰胺键而固定在纤维表面，这样便形成碳纳米管内外掺杂的芳纶纤维复合体。
可是，上述的改性方法的原料需求较为特殊，成本较高，并且处理过程中的工艺条件要求依然苛刻，进而造成对芳纶纤维改性处理的成本和处理难度较大，并且，在现有技术中进行改性处理的芳纶纤维均难以满足陶瓷摩擦材料的制备，并且改性的目的仅仅只是改善芳纶纤维表面的活性，由此可见，对于应用于陶瓷摩擦材料领域的芳纶纤维的改性处理，在现有技术中还未见报道。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种碳基陶瓷摩擦材料用芳纶纤维改性方法。
具体是通过以下技术方案得以实现的：
一种碳基陶瓷摩擦材料用芳纶纤维改性方法，包括以下步骤：
(1)将芳纶纤维置于30-40℃的澄清石灰水中，芳纶纤维与澄清石灰水的用量比以质量比计为(3-7):(9-13)，并将其采用搅拌速度为150-300r/min搅拌处理20-30min，并向其中采用滴管滴入10-20滴汽油和向其中加入占澄清石灰水13-19％的甲醇，再将其采用搅拌速度为400-600r/min搅拌处理10-20min，再将其置于超声波处理器中超声处理30-50min，待用；
(2)向步骤1)待用的物料中加入占芳纶纤维重量2-3倍的磷酸脲，并且向其中加入磷酸二氢钙，加入量为磷酸脲用量的0.3-0.9倍，并将其置于温度为100-200℃处理10-20min，再向其中加入1-3倍磷酸脲的芳纶纤维，此处的芳纶纤维的长度为10-20mm，直径为5-15um，再将其采用搅拌速度为1000-3000r/min搅拌处理1-3h，再将其置于超声波处理器中超声处理10-30s，即可完成碳基陶瓷摩擦材料用芳纶纤维改性。
所述的步骤1)中，超声处理的超声频率为300-500Hz。
所述的步骤2)中，超声处理的超声频率为900-1300Hz。
所述的步骤2)采用的磷酸脲为粉末。
所述的磷酸二氢钙为70-90目粉末。
与现有技术相比，本发明的技术效果体现在：
通过采用澄清石灰水对芳纶纤维进行预处理，再向其中滴入汽油，加入甲醇，并采用搅拌方式，使得芳纶纤维能够完全与各成分进行作用，进而达到提高芳纶纤维表面的活性以及提高芳纶纤维的韧性，再将其置于超声波处理器中进行超声波改性处理，使得各原料成分对芳纶纤维的表面作用更加完善，再结合步骤2中，采用磷酸脲、磷酸二氢钙和超声波的处理，使得芳纶纤维的内部结构发生变化，进而增强芳纶纤维的韧性和耐热性，进一步的使得芳纶纤维在作为碳基陶瓷摩擦材料制备过程中，其能够提高碳基陶瓷摩擦材料性能，改善碳基陶瓷摩擦材料的耐热力，耐磨率以及动静摩擦系数比，进而确保制备的碳基陶瓷摩擦材料不打滑，提高制动安全性。
本发明经过将上述改性后的芳纶纤维应用于碳基陶瓷摩擦材料的制备过程中，并将其作为试验品进行动静摩擦系数比以及磨损率的实验，并将其与专利号为CN201410431083的碳基陶瓷摩擦片进行动静摩擦系数比和磨损率测试，其结果为动静摩擦系数比比专利号为CN201410431083的碳基陶瓷制动片动静摩擦系数比要高出3-7各百分点，其磨损率比专利号为CN201410431083的碳基陶瓷制动片磨损率要低0.7-1.3个百分点，并且还将其进行耐高温检测实验，其在发生形变的温度比专利号为CN201410431083的碳基陶瓷制动片发生形变的温度要高出10-15℃。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
实施例1
一种碳基陶瓷摩擦材料用芳纶纤维改性方法，包括以下步骤：
(1)将芳纶纤维置于30℃的澄清石灰水中，芳纶纤维与澄清石灰水的用量比以质量比计为1:3，并将其采用搅拌速度为150r/min搅拌处理20min，并向其中采用滴管滴入10滴汽油和向其中加入占澄清石灰水13％的甲醇，再将其采用搅拌速度为400r/min搅拌处理10min，再将其置于超声波处理器中超声处理30min，待用；
(2)向步骤1)待用的物料中加入占芳纶纤维重量2倍的磷酸脲，并且向其中加入磷酸二氢钙，加入量为磷酸脲用量的0.3倍，并将其置于温度为100℃处理10min，再向其中加入1倍磷酸脲的芳纶纤维，此处的芳纶纤维的长度为10mm，直径为5um，再将其采用搅拌速度为1000r/min搅拌处理1h，再将其置于超声波处理器中超声处理10s，即可完成碳基陶瓷摩擦材料用芳纶纤维改性。
所述的步骤1)中，超声处理的超声频率为300Hz。
所述的步骤2)中，超声处理的超声频率为900Hz。
所述的步骤2)采用的磷酸脲为粉末。
所述的磷酸二氢钙为70目粉末。
实施例2
一种碳基陶瓷摩擦材料用芳纶纤维改性方法，包括以下步骤：
(1)将芳纶纤维置于40℃的澄清石灰水中，芳纶纤维与澄清石灰水的用量比以质量比计为7:13，并将其采用搅拌速度为300r/min搅拌处理30min，并向其中采用滴管滴入20滴汽油和向其中加入占澄清石灰水19％的甲醇，再将其采用搅拌速度为600r/min搅拌处理20min，再将其置于超声波处理器中超声处理50min，待用；
(2)向步骤1)待用的物料中加入占芳纶纤维重量3倍的磷酸脲，并且向其中加入磷酸二氢钙，加入量为磷酸脲用量的0.9倍，并将其置于温度为200℃处理20min，再向其中加入3倍磷酸脲的芳纶纤维，此处的芳纶纤维的长度为20mm，直径为15um，再将其采用搅拌速度为3000r/min搅拌处理3h，再将其置于超声波处理器中超声处理30s，即可完成碳基陶瓷摩擦材料用芳纶纤维改性。
所述的步骤1)中，超声处理的超声频率为500Hz。
所述的步骤2)中，超声处理的超声频率为1300Hz。
所述的步骤2)采用的磷酸脲为粉末。
所述的磷酸二氢钙为90目粉末。
实施例3
一种碳基陶瓷摩擦材料用芳纶纤维改性方法，包括以下步骤：
(1)将芳纶纤维置于35℃的澄清石灰水中，芳纶纤维与澄清石灰水的用量比以质量比计为5:11，并将其采用搅拌速度为200r/min搅拌处理25min，并向其中采用滴管滴入15滴汽油和向其中加入占澄清石灰水16％的甲醇，再将其采用搅拌速度为500r/min搅拌处理15min，再将其置于超声波处理器中超声处理40min，待用；
(2)向步骤1)待用的物料中加入占芳纶纤维重量2.5倍的磷酸脲，并且向其中加入磷酸二氢钙，加入量为磷酸脲用量的0.6倍，并将其置于温度为150℃处理15min，再向其中加入2倍磷酸脲的芳纶纤维，此处的芳纶纤维的长度为15mm，直径为10um，再将其采用搅拌速度为2000r/min搅拌处理2h，再将其置于超声波处理器中超声处理20s，即可完成碳基陶瓷摩擦材料用芳纶纤维改性。
所述的步骤1)中，超声处理的超声频率为400Hz。
所述的步骤2)中，超声处理的超声频率为1100Hz。
所述的步骤2)采用的磷酸脲为粉末。
所述的磷酸二氢钙为80目粉末。
Claims (5)
1.一种碳基陶瓷摩擦材料用芳纶纤维改性方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将芳纶纤维置于30-40℃的澄清石灰水中，芳纶纤维与澄清石灰水的用量比以质量比计为(3-7):(9-13)，并将其采用搅拌速度为150-300r/min搅拌处理20-30min，并向其中采用滴管滴入10-20滴汽油和向其中加入占澄清石灰水13-19％的甲醇，再将其采用搅拌速度为400-600r/min搅拌处理10-20min，再将其置于超声波处理器中超声处理30-50min，待用；
(2)向步骤1)待用的物料中加入占芳纶纤维重量2-3倍的磷酸脲，并且向其中加入磷酸二氢钙，加入量为磷酸脲用量的0.3-0.9倍，并将其置于温度为100-200℃处理10-20min，再向其中加入1-3倍磷酸脲的芳纶纤维，此处的芳纶纤维的长度为10-20mm，直径为5-15um，再将其采用搅拌速度为1000-3000r/min搅拌处理1-3h，再将其置于超声波处理器中超声处理10-30s，即可完成碳基陶瓷摩擦材料用芳纶纤维改性。
2.如权利要求1所述的碳基陶瓷摩擦材料用芳纶纤维改性方法，其特征在于，所述的步骤1)中，超声处理的超声频率为300-500Hz。
3.如权利要求1所述的碳基陶瓷摩擦材料用芳纶纤维改性方法，其特征在于，所述的步骤2)中，超声处理的超声频率为900-1300Hz。
4.如权利要求1所述的碳基陶瓷摩擦材料用芳纶纤维改性方法，其特征在于，所述的步骤2)采用的磷酸脲为粉末。
5.如权利要求1所述的碳基陶瓷摩擦材料用芳纶纤维改性方法，其特征在于，所述的磷酸二氢钙为70-90目粉末。
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