CN115074997A - 一种核壳结构功能材料及其制备方法、一种自润滑纤维织物复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于润滑材料技术领域，具体涉及一种核壳结构功能材料及其制备方法、一种自润滑纤维织物复合材料及其制备方法。本发明提供一种核壳结构功能材料，包括埃洛石纳米管和负载于所述埃洛石纳米管管腔内的金单质。本发明以埃洛石纳米管为载体，使得纤维织物基体与HNTs之间的相互作用更强；本发明包括金单质，金单质颗粒在纤维织物复合材料中具有易剪切、高导热及滚动效应，提升纤维织物复合材料的摩擦学性能。由此，本发明提供的核壳结构功能材料能够明显提高纤维织物自润滑复合材料导热性能和摩擦学性能，从而延长纤维织物自润滑复合材料作为润滑层的运动部件的使用稳定性和服役寿命。

Description

一种核壳结构功能材料及其制备方法、一种自润滑纤维织物 复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于润滑材料技术领域，具体涉及一种核壳结构功能材料及其制备方法、一种自润滑纤维织物复合材料及其制备方法。
背景技术
轴承是机械设备中非常重要的基础零部件，其在设备中主要作用是支撑传动装置，降低接触运动部件在相对运动过程中的摩擦阻力。随着高新技术装备的快速发展，轴承的服役环境和使用工况越来越苛刻，聚合物及其复合材料因具有密度小、强度和模量高、自润滑、结构和性能可设计性强等优点，作为轴承中的润滑层在航空、航天、船舶等领域得到了广泛应用。但是，纯聚合物复合材料承载能力差，易磨损等缺点，通过将聚合物基体和功能增强材料复合，能够改善聚合物复合材料的摩擦学性能，从而提升聚合物复合材料在苛刻工况下使役稳定性。
相比于微纳米功能材料、短切纤维、长纤维等增强材料，纤维织物增强聚合物基复合材料表现出密度小、尺寸稳定性好、承载能力强、可设计性强、耐腐蚀等优点，其不但可以在大面积平面件上粘接使用，也可以作为关节轴承、自润滑衬套及其它异形金属件外圈内表面自润滑层，起到降低摩擦系数，延长使用寿命，提升使用稳定性的目的，具有非常广阔的应用前景。
聚对苯撑苯并二恶唑纤维(PBO)是一种化学合成的高性能纤维，大分子主链由苯环和芳杂环交替连接而成，大分子结构中不存在支链，为刚性棒状大分子结构。因此，在PBO纤维纺丝过程中，无支链且刚性的大分子在纤维中易于取向和结晶，最终得到高度取向和高结晶度的有序结构。由于PBO纤维优异的力学及热学性能，其作为自润滑衬垫的增强纤维可以大幅提升自润滑衬垫的力学性能和摩擦学性能。然而，高度取向和高结晶度也导致PBO纤维表面光滑，惰性强，致使其和聚四氟乙烯树脂基体(PTFE)之间的界面相互作用较弱，导致PBO/PTFE自润滑纤维织物存在摩擦系数和磨损率高，服役寿命短的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核壳结构功能材料及其制备方法、一种自润滑纤维织物复合材料及其制备方法，本发明提供的核壳结构功能材料能够明显提高PBO/PTFE纤维织物自润滑复合材料导热性能和摩擦学性能，从而达到延长PBO/PTFE纤维织物自润滑复合材料作为润滑层的运动部件的使用稳定性和服役寿命。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种核壳结构功能材料，包括埃洛石纳米管和负载于所述埃洛石纳米管管腔内的金单质。
优选的，所述埃洛石纳米管的长度为0.2～2.0μm，所述埃洛石纳米管的外径为45～60nm，所述埃洛石纳米管的管腔内径为12～20nm。
本发明提供了上述技术方案所述的核壳结构功能材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将埃洛石纳米管、有机溶剂和表面活性剂混合，得到埃洛石纳米管分散液；
(2)将所述埃洛石纳米管分散液、HAuCl4和还原剂混合，在所述埃洛石纳米管的管腔和管外壁上原位沉积金单质，得到负载埃洛石纳米管；
(3)将所述负载埃洛石纳米管和有机溶剂混合后离心，将所述埃洛石纳米管的管外壁沉积的金单质离心去除，得到所述核壳结构功能材料。
优选的，所述步骤(1)中，所述混合之前，还包括将所述埃洛石纳米管进行纯化处理，所述纯化处理包括以下步骤：
将埃洛石纳米管和水混合后自然沉降，取上层悬浮液进行固液分离后干燥得到纯化的埃落石纳米管，将所述纯化的埃落石纳米管进行所述步骤(1)中的混合；所述埃洛石纳米管和水混合得到的混合料液的质量浓度为10g/L。
优选的，所述埃洛石纳米管的质量和所述有机溶剂的体积之比为(0.2～0.5)g:80mL。
优选的，所述表面活性剂包括油胺和油酸。
本发明提供一种自润滑纤维织物复合材料，包括PBO/PTFE自润滑纤维织物和负载于所述PBO/PTFE自润滑纤维织物的纤维表面的功能材料和树脂，所述功能材料为上述技术方案所述的核壳结构功能材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的核壳结构功能材料。
优选的，所述PBO/PTFE自润滑纤维织物占所述自润滑纤维织物复合材料的质量百分含量为50～80％。
本发明提供上述技术方案所述的自润滑纤维织物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将功能材料和树脂溶液混合，得到功能材料树脂分散液；
采用所述功能材料树脂分散液浸渍所述PBO/PTFE自润滑纤维织物，得到浸渍纤维织物；
将所述浸渍纤维织物进行固化处理，得到所述自润滑纤维织物复合材料。
优选的，所述功能材料树脂分散液中功能材料的质量百分含量为0.5～5wt％。
本发明提供一种核壳结构功能材料，包括埃洛石纳米管和负载于所述埃洛石纳米管管腔内的金单质。本发明提供的核壳结构功能材料以埃洛石纳米管(HNTs)为载体，埃洛石纳米管(HNTs)具有较大的中空管状腔体结构，HNTs管腔内壁暴露的是Al-OH基团，外壁表面由Si-O-Si基团，边缘处和缺陷处由Si-OH基团及Al-OH基团构成。由于HNTs与聚合物分子链缠结，HNTs不仅能提高树脂基体的机械性能，而且能够效传递载荷；本发明提供的核壳结构功能材料包括负载于所述HNTs管腔内的金单质，金单质颗粒在纤维织物复合材料中具有易剪切、高导热及滚动效应，能够提升纤维织物复合材料的摩擦学性能。同时，本发明将Au单质颗粒嵌入HNTs纳米管中，一方面可以有效避免Au单质颗粒的团聚，提高金单质在纤维织物材料中的分散性，提高纤维织物的导热性能。另一方面，HNTs在摩擦力反复作用下发生剥离和破裂时能够释放出活性氧，生成二氧化硅和氧化铝陶瓷相，提高纤维织物复合材料的承载能力，与此同时，HNTs释放出的活性氧可以促进高质量转移膜的形成，进一步提升PBO/PTFE自润滑纤维织物复合材料的力学性能和摩擦学性能，HNTs破碎后，Au单质通过自身易剪切和滚动效应有效降低纤维织物的摩擦系数。由此，本发明提供的核壳结构功能材料能够明显提高PBO/PTFE纤维织物自润滑复合材料导热性能和摩擦学性能，从而达到延长PBO/PTFE纤维织物自润滑复合材料作为润滑层的运动部件的使用稳定性和服役寿命。
本发明提供上述技术方案所述的核壳结构功能材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将埃洛石纳米管、有机溶剂和表面活性剂混合，得到埃洛石纳米管分散液；(2)将所述埃洛石纳米管分散液、HAuCl4和还原剂混合，在所述埃洛石纳米管的管腔和管外壁上原位沉积金单质，得到负载埃洛石纳米管；(3)将所述负载埃洛石纳米管和有机溶剂混合后离心，将所述埃洛石纳米管的管外壁沉积的金单质去除，得到所述核壳结构功能材料。本发明提供的制备方法在溶液中采用氯金酸原位还原在埃洛石纳米管管壁外表面和管腔中沉积金单质颗粒，然后通过和有机溶剂混合后离心去除管壁外表面的金颗粒，得到负载于所述埃洛石纳米管管腔内的金单质核壳结构功能材料。本发明提供的制备方法简单易行，适宜工业生产。
本发明提供一种自润滑纤维织物复合材料，包括PBO/PTFE自润滑纤维织物和负载于所述PBO/PTFE自润滑纤维织物的纤维表面的功能材料和树脂，所述功能材料为上述技术方案所述的核壳结构功能材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的核壳结构功能材料。本发明提供的自润滑纤维织物复合材料利用上述技术方案提供的具有导热性好、低摩擦、分散性好优点的HNTs-Au核-壳纳米功能材料和树脂作为增强改性剂，对PBO/PTFE纤维织物自润滑复合材料进行改性，明显提高了PBO/PTFE纤维织物自润滑复合材料导热性能和摩擦学性能，从而达到延长PBO/PTFE纤维织物自润滑复合材料作为润滑层的运动部件的使用稳定性和服役寿命。
附图说明
图1为本发明实施例1使用的HNTs和制备得到的HNTs-Au纳米材料TEM照片；
图2为本发明实施例1使用的HNTs和制备得到的HNTs-Au纳米材料XRD数据；
图3为本发明实施例1使用的HNTs和制备得到的HNTs-Au纳米材料XPS数据；
图4为本发明实施例2和对比例1制备的自润滑纤维织物复合材料摩擦磨损数据；
图5为本发明实施例2和对比例1制备的自润滑纤维织物复合材料磨损表面形貌。
具体实施方式
本发明提供了一种核壳结构功能材料，包括埃洛石纳米管和负载于所述埃洛石纳米管管腔内的金单质。
在本发明中，若无特殊说明，所有制备原料/组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。
本发明提供的核壳结构功能材料包括埃洛石纳米管。
在本发明中，所述埃洛石纳米管的长度优选为0.2～2.0μm，更优选为0.3～1.5μm。
在本发明中，所述埃洛石纳米管的外径优选为45～60nm，更优选为50～55nm。
在本发明中，所述埃洛石纳米管的管腔内径优选为12～20nm，更优选为15～18nm。
本发明提供的核壳结构功能材料包括负载于所述埃洛石纳米管管腔内的金单质。
在本发明中，所述金单质优选为金单质纳米颗粒。
本发明提供了上述技术方案所述的核壳结构功能材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将埃洛石纳米管、有机溶剂和表面活性剂混合，得到埃洛石纳米管分散液；
(2)将所述埃洛石纳米管分散液、HAuCl4和还原剂混合，在所述埃洛石纳米管的管腔和管外壁上原位沉积金单质，得到负载埃洛石纳米管；
(3)将所述负载埃洛石纳米管和有机溶剂混合后离心，将所述埃洛石纳米管的管外壁沉积的金单质去除，得到所述核壳结构功能材料。
本发明将埃洛石纳米管、有机溶剂和表面活性剂(以下称为第一有机溶剂)混合(以下称为第一混合)，得到埃洛石纳米管分散液。
在本发明中，所述第一混合之前，本发明优选还包括将所述埃洛石纳米管进行纯化处理，所述纯化处理包括以下步骤：
将所述埃洛石纳米管和水混合(以下称为第二混合)后自然沉降，取上层悬浮液进行固液分离后干燥得到纯化的埃落石纳米管，将所述纯化的埃落石纳米管进行所述第一混合；所述埃洛石纳米管和水混合得到的混合料液的质量浓度为10g/L。
在本发明中，所述埃洛石纳米管和水混合得到的混合料液的质量浓度优选为5～8g/L。
在本发明中，所述第二混合优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速优选为300～800r/min。
在本发明中，所述第二混合的时间优选为12h。
在本发明中，所述自然沉降优选在静置的条件下进行。
在本发明中，所述自然沉降的时间优选为2h。
在本发明中，本发明优选取所述自然沉降的上层悬浮液进行固液分离。
在本发明中，所述固液分离优选为离心分离。
本发明对所述干燥的具体实施过程没有特殊要求。
在本发明中，所述第一有机溶剂优选包括乙醇和甲苯。
在本发明中，所述第一有机溶剂优选包括乙醇和甲苯时，所述乙醇和甲苯的体积之比优选为1:1。
在本发明中，所述埃洛石纳米管的质量和所述第一有机溶剂的体积之比优选为(0.2～0.5)g:80mL，更优选为0.3g:80mL。
在本发明中，所述表面活性剂优选包括油胺和油酸。
在本发明中，所述油胺和第一有机溶剂的体积之比优选为1:8。
在本发明中，所述油酸和第一有机溶剂的体积之比优选为1:8。
在本发明中，所述第一混合优选包括以下步骤：
将埃洛石纳米管和有机溶剂进行第三混合，得到初始埃洛石纳米管分散液；
将所述初始埃洛石纳米管分散液和表面活性剂第四混合，得到埃洛石纳米管分散液。
在本发明中，所述第三混合的温度优选为室温。
在本发明中，所述第三混合优选在超声的条件下进行。
在本发明中，所述第三混合的时间优选为10～30min。
在本发明中，所述第四混合的温度优选为40～60℃，更优选为55℃。
在本发明中，所述第四混合优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌的转速没有特殊要求。
在本发明中，所述第四混合的时间优选为3～15min。
得到埃洛石纳米管分散液后，本发明将所述埃洛石纳米管分散液、HAuCl4和还原剂混合(以下称为第五混合)，在所述埃洛石纳米管的管腔和管外壁上原位沉积金单质，得到负载埃洛石纳米管。
在本发明中，所述还原剂优选包括NaBH4、柠檬酸钠、鞣酸和抗坏血酸中的一种或多种，更优选为抗坏血酸。
在本发明中，所述埃洛石纳米管和所述HAuCl4的质量比优选为15：22。
在本发明中，所述HAuCl4和所述还原剂的质量比优选为11：5。
在本发明中，所述第五混合的温度优选为55摄氏度。
在本发明中，所述第五混合的时间优选为2min。
在本发明中，所述第五混合优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌的具体实施过程没有特殊要求。
得到负载埃洛石纳米管后，本发明将所述负载埃洛石纳米管和有机溶剂(以下称为第二有机溶剂)混合后离心，将所述埃洛石纳米管的管外壁沉积的金单质离心去除，得到所述核壳结构功能材料。
在本发明中，所述第二有机溶剂优选包括甲苯和乙醇。
在本发明中，所述甲苯和乙醇的体积比优选为1:1。
在本发明中，所述负载埃洛石纳米管的质量和第二有机溶剂的体积之比优选为0.3g：80mL。
在本发明中，所述离心分离的转速优选为1000～5000rpm，更优选为1500～3000rpm。
在本发明中，得到所述核壳结构功能材料，本发明优选将所述所述核壳结构功能材料和有机溶剂混合，得到所述核壳结构功能材料有机溶液待用，在本发明中，所述有机溶剂具体优选为甲苯。
本发明提供一种自润滑纤维织物复合材料，包括PBO/PTFE自润滑纤维织物和负载于所述PBO/PTFE自润滑纤维织物表面的功能材料，所述功能材料为上述技术方案所述的核壳结构功能材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的核壳结构功能材料。
在本发明中，所述PBO/PTFE自润滑纤维织物占所述自润滑纤维织物复合材料的质量百分含量优选为50～80％，更优选为55～70％。
本发明提供上述技术方案所述的自润滑纤维织物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将功能材料和树脂溶液混合，得到功能材料树脂分散液；
采用所述功能材料树脂分散液浸渍所述PBO/PTFE自润滑纤维织物，得到浸渍纤维织物；
将所述浸渍纤维织物进行固化处理，得到所述自润滑纤维织物复合材料。
本发明将功能材料和树脂溶液混合(以下称为第六混合)，得到功能材料树脂分散液。
本发明中，所述功能材料优选功能材料有机溶剂分散液。在本发明中，所述功能材料有机溶剂分散液中的有机溶供给具体优选为甲苯。
在本发明中，所述树脂溶液有机硅改性的酚醛树脂溶液。
在本发明中，所述功能材料树脂分散液中功能材料的质量百分含量优选为0.5～4wt％，优选为0.5～2.0wt％，具体优选为0.5wt％、1wt％或1.5wt％。
本发明对所述第六混合的具体实施过程没有特殊要求。
得到功能材料树脂分散液后，本发明采用所述功能材料树脂分散液浸渍所述PBO/PTFE自润滑纤维织物，得到浸渍纤维织物。
在本发明中，所述浸渍优选为多次浸渍。
在本发明中，两次所述浸渍之间和最后一次浸渍之后，本发明优选将浸渍纤维织物进行干燥。
在本发明中，所述干燥的温度优选为内35～80℃，更优选为40～75℃。
在本发明中，所述干燥具体优选为烘干。
得到浸渍纤维织物后，本发明将所述浸渍纤维织物进行固化处理，得到所述自润滑纤维织物复合材料。
在本发明中，所述固化处理之前，本发明优选将所述浸渍纤维织物粘接于技术基材表面上。在本发明中，所述粘接用粘接剂具体优选为酚醛树脂粘接剂，
在本发明中，所述固化处理的压力优选为0.2MPa。
在本发明中，所述固化处理的温度优选为140～200℃，更优选为50～150℃。
在本发明中，所述固化处理的保温保压时间优选为1～5h，更优选为1.5～4h。
在本发明中，由室温升温至所述固化处理的温度的升温速率优选为3～20℃/min，更优选为5～15℃/min。
为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
首先采用自然沉降方法对埃洛石(HNTs，长度为0.2～2.0μm，外径为12～20nm，内径为45～60nm。)进行纯化处理，将HNTs和水混合，在600r/min搅拌速率下分散处理12h，自然沉降2h后对上层液体进行离心分离，得到纯化处理的HNTs。
将0.3g纯化处理的HNTs分散在80mL乙醇和甲苯(体积比为1:1)构成的混合溶剂中，超声分散20min，得到初始HNTs分散液，随后向上述初始HNTs分散液中加入油胺和油酸两种表面活性剂，其中表面活性剂油胺加入量为10mL，表面活性剂油酸的加入量为10mL，然后将体系加热至55℃，搅拌3min得到HNTs分散液。
将HNTs分散液加入440mg氯金酸和200mg抗坏血酸,持续搅拌时间2min，在埃洛石纳米管的管腔和管外壁上原位沉积金单质，固液分离得到得到负载埃洛石纳米管。
将负载埃洛石纳米管采用甲苯和乙醇按体积比1:1配制的混合溶剂洗涤，离心分离得到最终产物HNTs-Au核-壳纳米材料，其中离心速率为3000rpm。将HNTs-Au核-壳纳米材料分散到18mL甲苯中待用。
图1为本实施例使用的HNTs和制备得到的HNTs-Au核-壳纳米材料TEM照片，由图1可以清楚的看到HNTs具有非常规整的中空管状结构，氯金酸前驱体经还原后形成的金纳米颗粒均匀的分布于HNTs管中。
图2为本实施例使用的HNTs和制备得到的HNTs-Au核-壳纳米材料XRD数据，图2中的2θ＝12.45°(001)，20.46°(020)和24.52°(002)处的特征峰归属于HNTs，向HNTs中空管中负载Au后，出现了新的特征吸收2θ＝38.27°(111)，44.31°(200)，64.66°(220)和77.63°(311)。
图3本实施例使用的HNTs和制备得到的HNTs-Au纳米材料XPS数据，两个样品中均观察到的Si2p和Al2p峰归属于HNTs，向管中负载Au后，HNTs-Au样品观察到了Au4f峰，精细普显示Au4f分为83.7eV和87.5eV两个峰。
由图1～3的表征分析数据表明本实施例成功制备了具有核壳结构的HNTs-Au纳米功能材料。
实施例2
将3mL实施例1制备的HNTs-Au核-壳纳米材料甲苯分散液加入到酚醛树脂溶液中，得到HNTs-Au核-壳纳米材料质量分数为0.5wt％的酚醛树脂溶液，将PBO/PTFE自润滑纤维织物浸入上述酚醛树脂溶液中，反复浸渍，两次浸渍之间，将浸渍纤维织物在45℃烘箱中烘干，直至最后一次浸渍烘干后纤维织物质量分数为75wt％，将浸渍后的自润滑织物用酚醛树脂粘接于金属基材表面，在0.2MPa，180℃，固化处理140min，得到HNTs-Au核-壳纳米材料增强的PBO/PTFE自润滑纤维织物复合材料，记为S-d3。
实施例3
将6mL实施例1制备的HNTs-Au核-壳纳米材料甲苯分散液加入到酚醛树脂溶液中，得到HNTs-Au核-壳纳米材料质量分数为1wt％的酚醛树脂溶液，将PBO/PTFE自润滑纤维织物浸入上述酚醛树脂溶液中，反复浸渍，两次浸渍之间，将浸渍纤维织物在45℃烘箱中烘干，直至最后一次浸渍烘干后纤维织物质量分数为75wt％，将浸渍后的自润滑织物用酚醛树脂粘接于金属基材表面，在0.2MPa，180℃，固化处理140min，得到HNTs-Au核-壳纳米材料增强的PBO/PTFE自润滑纤维织物复合材料，记为S-d6。
实施例4
将9mL实施例1制备的HNTs-Au核-壳纳米材料甲苯分散液加入到酚醛树脂溶液中，得到HNTs-Au核-壳纳米材料质量分数为1.5wt％的酚醛树脂溶液，将PBO/PTFE自润滑纤维织物浸入上述酚醛树脂溶液中，反复浸渍，两次浸渍之间，将浸渍纤维织物在45℃烘箱中烘干，直至最后一次浸渍烘干后纤维织物质量分数为75wt％，将浸渍后的自润滑织物用酚醛树脂粘接于金属基材表面，在0.2MPa，180℃，固化处理140min，得到HNTs-Au核-壳纳米材料增强的PBO/PTFE自润滑纤维织物复合材料，记为S-d9。
测试例
采用玄武三号摩擦磨损试验机对PBO/PTFE自润滑纤维织物复合材料摩擦磨损性能进行评价(接触方式为销-盘，旋转速度280r/min，载荷100MPa)。
测试结果如图4中的所示，对于未添加HNTs-Au的PBO/PTFE自润滑材料磨损率较大(S-d0)，由于磨损严重，PTFE纤维直接和对偶接触降低了摩擦系数。添加HNTs-Au纳米功能材料后，PBO/PTFE自润滑材料磨损率明显减小，S-d6复合材料表现出最小的磨损率。具体为：在室温环境下，100MPa动载荷，转速280转/min，摩擦试验2h，自润滑织物复合材料(S-d3)的磨损率和平均摩擦系数分别为：0.79×10-14m3/(N·m)，0.052；自润滑织物复合材料(S-d6)的磨损率和平均摩擦系数分别为：0.67×10-14m3/(N·m)，0.055；自润滑织物复合材料(S-d9)的磨损率和平均摩擦系数分别为：0.73×10-14m3/(N·m)，0.054。
图5为PBO/PTFE自润滑材料磨损表面SEM照片，可以非常明显的看出，未添加HNTs-Au的PBO/PTFE自润滑材料磨损表面树脂基体剥落严重，纤维暴露且被拉断，存在塑性变形(图5a和5b)。对于S-d6复合材料磨损表面树脂覆盖完整，未见纤维暴露和拔出(图5c和5d)，可以明显看到树脂塑性变形的迹象，这说明添加HNTs-Au有助于提升PBO/PTFE自润滑纤维织物复合材料的承载能力，增加树脂抗剪切能力。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种核壳结构功能材料，其特征在于，包括埃洛石纳米管和负载于所述埃洛石纳米管管腔内的金单质。
2.根据权利要求1所述的核壳结构功能材料，其特征在于，所述埃洛石纳米管的长度为0.2～2.0μm，所述埃洛石纳米管的外径为45～60nm，所述埃洛石纳米管的管腔内径为12～20nm。
3.权利要求1或2所述的核壳结构功能材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将埃洛石纳米管、有机溶剂和表面活性剂混合，得到埃洛石纳米管分散液；
(2)将所述埃洛石纳米管分散液、HAuCl4和还原剂混合，在所述埃洛石纳米管的管腔和管外壁上原位沉积金单质，得到负载埃洛石纳米管；
(3)将所述负载埃洛石纳米管和有机溶剂混合后离心，将所述埃洛石纳米管的管外壁沉积的金单质离心去除，得到所述核壳结构功能材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述混合之前，还包括将所述埃洛石纳米管进行纯化处理，所述纯化处理包括以下步骤：
将埃洛石纳米管和水混合后自然沉降，取上层悬浮液进行固液分离后干燥得到纯化的埃落石纳米管，将所述纯化的埃落石纳米管进行所述步骤(1)中的混合；所述埃洛石纳米管和水混合得到的混合料液的质量浓度为10g/L。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述埃洛石纳米管的质量和所述有机溶剂的体积之比为(0.2～0.5)g:80mL。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂包括油胺和油酸。
7.一种自润滑纤维织物复合材料，其特征在于，包括PBO/PTFE自润滑纤维织物和负载于所述PBO/PTFE自润滑纤维织物的纤维表面的功能材料和树脂，所述功能材料为权利要求1或2所述的核壳结构功能材料或权利要求3～6任一项所述制备方法制备得到的核壳结构功能材料。
8.根据权利要求7所述的自润滑纤维织物复合材料，其特征在于，所述PBO/PTFE自润滑纤维织物占所述自润滑纤维织物复合材料的质量百分含量为50～80％。
9.权利要求7或8所述的自润滑纤维织物复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将功能材料和树脂溶液混合，得到功能材料树脂分散液；
采用所述功能材料树脂分散液浸渍所述PBO/PTFE自润滑纤维织物，得到浸渍纤维织物；
将所述浸渍纤维织物进行固化处理，得到所述自润滑纤维织物复合材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述功能材料树脂分散液中功能材料的质量百分含量为0.5～5wt％。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115787287A (zh) * 2022-11-14 2023-03-14 中国科学院兰州化学物理研究所 埃洛石纳米管封装离子液体胶囊、自润滑纤维织物复合材料及其制备方法和应用
US12030027B2 (en) 2022-11-14 2024-07-09 Lanzhou Institute Of Chemical Physics, Cas Halloysite nanotube (HNT)-encapsulated ionic liquid (IL) microcapsule, self-lubricating fiber textile composite, and preparation method and use thereof

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101829567A (zh) * 2010-05-14 2010-09-15 浙江大学 一种负载型纳米金催化剂的制备方法及用途
CN103918711A (zh) * 2014-04-17 2014-07-16 常州大学 一种埃洛石负载纳米银抗菌材料的制备
CN108794943A (zh) * 2017-05-03 2018-11-13 江苏先诺新材料科技有限公司 一种耐摩自润滑复合材料及其制备方法和应用
CN111286196A (zh) * 2020-03-16 2020-06-16 中国科学院兰州化学物理研究所 一种自润滑织物衬垫复合材料及其制备方法和应用
CN111364256A (zh) * 2020-03-16 2020-07-03 中国科学院兰州化学物理研究所 一种自润滑织物复合材料及其制备方法
CN113174757A (zh) * 2021-04-09 2021-07-27 中国科学院兰州化学物理研究所 一种pbo纤维增强自润滑衬垫复合材料及其制备方法
CN114150508A (zh) * 2021-12-21 2022-03-08 中国科学院兰州化学物理研究所 一种功能化衬垫织物及其制备方法和衬垫织物增强树脂复合材料及自润滑复合材料
CN114645451A (zh) * 2022-04-25 2022-06-21 中国科学院兰州化学物理研究所 一种层状复合材料及其制备方法、一种自润滑纤维织物复合材料及其制备方法和应用

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101829567A (zh) * 2010-05-14 2010-09-15 浙江大学 一种负载型纳米金催化剂的制备方法及用途
CN103918711A (zh) * 2014-04-17 2014-07-16 常州大学 一种埃洛石负载纳米银抗菌材料的制备
CN108794943A (zh) * 2017-05-03 2018-11-13 江苏先诺新材料科技有限公司 一种耐摩自润滑复合材料及其制备方法和应用
CN111286196A (zh) * 2020-03-16 2020-06-16 中国科学院兰州化学物理研究所 一种自润滑织物衬垫复合材料及其制备方法和应用
CN111364256A (zh) * 2020-03-16 2020-07-03 中国科学院兰州化学物理研究所 一种自润滑织物复合材料及其制备方法
CN113174757A (zh) * 2021-04-09 2021-07-27 中国科学院兰州化学物理研究所 一种pbo纤维增强自润滑衬垫复合材料及其制备方法
CN114150508A (zh) * 2021-12-21 2022-03-08 中国科学院兰州化学物理研究所 一种功能化衬垫织物及其制备方法和衬垫织物增强树脂复合材料及自润滑复合材料
CN114645451A (zh) * 2022-04-25 2022-06-21 中国科学院兰州化学物理研究所 一种层状复合材料及其制备方法、一种自润滑纤维织物复合材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TAHA ROSTAMZADEH等: "Rapid and Controlled In Situ Growth of Noble Metal Nanostructures within Halloysite Clay Nanotubes", 《LANGMUIR》 *
赵普祥: "埃洛石纳米管的填充改性技术综述", 《材料研究与应用》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115787287A (zh) * 2022-11-14 2023-03-14 中国科学院兰州化学物理研究所 埃洛石纳米管封装离子液体胶囊、自润滑纤维织物复合材料及其制备方法和应用
CN115787287B (zh) * 2022-11-14 2023-10-13 中国科学院兰州化学物理研究所 埃洛石纳米管封装离子液体胶囊、自润滑纤维织物复合材料及其制备方法和应用
US12030027B2 (en) 2022-11-14 2024-07-09 Lanzhou Institute Of Chemical Physics, Cas Halloysite nanotube (HNT)-encapsulated ionic liquid (IL) microcapsule, self-lubricating fiber textile composite, and preparation method and use thereof

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