CN110511530A - 一种碳纤维包覆钛酸盐材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种碳纤维包覆钛酸盐材料及其制备方法，其最显著的特征是具有很高的导热率。将纳米碳纤维、酚醛树脂和钛酸盐置于打浆灌中充分混合，再将混合物烘干，去除溶剂即得到碳纤维包覆钛酸盐材料。

Description

一种碳纤维包覆钛酸盐材料的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种碳纤维包覆钛酸盐材料的制备方法，应用于摩擦材料领域。
背景技术
钛酸盐产品种类繁多，按其组成可分为碱金属钛酸盐、碱土金属钛酸盐、稀土金属钛酸盐等，具有十分卓越的物理、化学和光学性能，在当代材料科学领域中占有重要位置，特别是高性能复合材料。钛酸盐的形貌包括片状、晶须状、颗粒状等[1]。
碱金属钛酸盐是一类重要的无机非金属材料，具有优异的物理 化学性能，作为摩擦材料的摩擦控制剂使用，可替代原有NAO配方中的易致癌的石棉材料。
美国华盛顿州明确提出到2020年金属铜在刹车片中的含量低于5wt%，到2025年低于0.5wt%[2]。铜在摩擦材料中起到稳定摩擦系数等作用，这主要是因为铜可以形成转移膜所导致。同样的，我们知道，钛酸盐材料的硬度在4.0，也可以形成转移膜，然后钛酸盐材料一般是隔热材料，没有导热性。而铜在刹车片配方中起到导热，散热的作用。
碳纤维是一种具有许多优良性能材料，其轴向强度和模量高，高密度、比性能高，无儒变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好等特点，更为重要的是具有良好的导电导热性能、被广泛泛应用于航天航空、新型纺织机械、石油化工、医药器械、汽车、机械制造、建筑行业等高新技术领域。CN107881789A公开了一种高导热碳纤维的制备方法，本发明是在现有技术的基础上进行优化，通过表面包覆使钛酸盐获得更好的导热性。
这里，我们将钛酸盐和碳纤维进行复合，制备出一种碳纤维包覆钛酸盐的改性钛酸盐材料，将其替代金属铜，通过测试发现，经过碳纤维包覆的钛酸盐材料的导电性性能优异。
发明内容
技术问题：为了克服原有钛酸盐材料不能热的缺陷，本发明提供了一种高导热碳纤维包覆钛酸盐的制备方法以改善钛酸盐不导热的缺点，扩展其应用领域，例如可以作为替代铜的材料应用于陶瓷配方中。技术方案本发明提供的一种碳纤维包覆钛酸盐材料，至少由以下重量百分比数的组份制成（重量比）：80~88%钛酸盐，1~10%纳米碳纤维，酚醛树脂溶液：1~10%。作为改进，所述碳纤维是由有机纤维或低分子烃气体原料在惰性气体中经碳化及高温石墨化处理得到的碳纤维，直径为2纳米~500纳米，；所述钛酸盐为六钛酸钾，钛酸钾镁，钛酸锂钾的一种或多种，形貌为非晶须状（长径比小于等于3）。
作为改进，本发明还提供例如上述碳纤维包覆钛酸盐材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将钛酸盐，纳米碳纤维，酚醛树脂溶液置于打浆灌中，充分混合。酚醛树脂溶液是由酚醛树脂和溶剂组成，其中，酚醛树脂与溶剂的比例为5:100~10:100。
2)浸渍处理10分钟~30分钟，获得酚醛树脂碳纤维混合物；
3)将混合物在120~170度下烘干2~10小时，去除溶剂，即得到碳纤维包覆钛酸盐材料；
4)步骤3)中所述的分权所熟知溶液，其中，酚醛树脂与溶剂比例为5:100~10:100；
5)步骤3）中所述溶剂为乙醇。
具体而言，本发明相对于现有技术，具有以下突出的优势:
本发明使用碳纤维包裹钛酸盐，可有效改善碱金属钛酸盐作为摩擦控制剂无法导热的不足。
具体实施方式
下面通过实施例对比例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
实施例1
将80份六钛酸钾，10份纳米碳纤维，10份酚醛树脂溶液置于打浆灌中，充分混合。其中，酚醛树脂溶液是由酚醛树脂和溶剂组成，其比例为5：100。将混合物浸渍处理30分钟，获得酚醛树脂碳纤维混合物。最后再将混合物在120度下烘干10小时，去除溶剂，即得到碳纤维包覆的六钛酸钾材料。
实施例2
将88份钛酸钾镁，6份纳米碳纤维，6份酚醛树脂溶液置于打浆灌中，充分混合。其中，酚醛树脂溶液是由酚醛树脂和溶剂组成，其比例为7：100。将混合物浸渍处理10分钟，获得酚醛树脂碳纤维混合物。最后再将混合物在145度下烘干7.5小时，去除溶剂，即得到碳纤维包覆的钛酸钾镁材料。
实施例3
将82份钛酸锂钾，9份纳米碳纤维，9份酚醛树脂溶液置于打浆灌中，充分混合。其中，酚醛树脂溶液是由酚醛树脂和溶剂组成，其比例为7：100。将混合物浸渍处理15分钟，获得酚醛树脂碳纤维混合物。最后再将混合物在170度下烘干5小时，去除溶剂，即得到碳纤维包覆的钛酸锂钾材料。
对比例1
将80份六钛酸钾， 10份酚醛树脂溶液置于打浆灌中，充分混合。其中，酚醛树脂溶液是由酚醛树脂和溶剂组成，其比例为5：100。将混合物浸渍处理30分钟，获得酚醛树脂碳纤维混合物。最后再将混合物在120度下烘干10小时，去除溶剂，即得到六钛酸钾材料。
性能测试：
按ASTME1461标准进行导热率测试，对比例1和实施例1-3的实验结果如表1所示：
标1
本发明制备的碳纤维包覆钛酸盐材料，实质是用纳米碳纤维包覆钛酸盐材料，从而使得钛酸盐材料获得更好的导热性，以上对比例1和实施例1-3以及实验数据很好的证明了碳纤维包覆钛酸盐材料在摩擦材料中能有效替代铜等其他导热材料。
文献参考：
[1] 冯秀丽 王公应 邱发礼 ;钛酸盐功能材料的研究与应用;《化学进展》；2005年06期.
[2]丁旭陈杰黄智孙丽华；铜粉对半金属摩擦材料摩擦学性能的影响；《工程塑料应用》，2013年07期。

Claims (4)

1.一种碳纤维包覆钛酸盐材料的制备方法，其中包含（重量比）80~88%钛酸盐，1-10%纳米碳纤维，酚醛树脂溶液：1-10%。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维包覆钛酸盐材料，其特征在于：所述纳米碳纤维是由有机纤维或低分子烃气体原料在惰性气体中经碳化及高温石墨化处理得到的碳纤维，直径为2纳米-500纳米，长径比为10-100；所述钛酸盐为六钛酸钾，钛酸钾镁，钛酸锂钾的一种或多种，形貌为非晶须状（长径比小于等于3）。
3.一种权利要求1或2所述的碳纤维包覆钛酸盐新型复合材料的制备方法，通过如下步骤获得：
（1）将钛酸盐，纳米碳纤维，酚醛树脂溶液置于打浆罐中，充分混合；
酚醛树脂溶液是由酚醛树脂和溶剂组成，其中，酚醛树脂与溶剂的比例为5：100-10：100；
（2）浸渍处理10分钟-30分钟，获得酚醛树脂碳纤维混合物；
（3）将混合物在120-170度下烘干2-10小时，去除溶剂，即得到碳纤维包覆钛酸盐材料。
4.权利要求3中所述的酚醛树脂乙醇溶液，其中，酚醛树脂与溶剂的比例为5：100-10:100。
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CN115678262A (zh) * 2022-11-08 2023-02-03 江苏博云塑业股份有限公司 一种复合钛酸盐改性尼龙材料制备方法

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CN115678262A (zh) * 2022-11-08 2023-02-03 江苏博云塑业股份有限公司 一种复合钛酸盐改性尼龙材料制备方法
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