[發明專利]一種石墨烯改性紙基摩擦材料及制備方法

在審

• 申請號: 201710122008.9
• 申請日: 2017-03-03
• 公開（公告）號: CN106930138A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 付前剛;王貝貝;劉躍;李賀軍;李克智
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: D21F11/00
• 分類號: D21F11/00;D21H13/26;D21H13/50;D21H17/67;D21H23/32;D21H25/04
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明屬于復合材料領域，具體涉及一種石墨烯改性紙基摩擦材料及制備方法。

背景技術

紙基摩擦材料是采用造紙制漿和抄造的工藝將增強纖維、摩擦性能調節劑、填料、制成預制體，再通過浸漬樹脂、熱壓固化形成的摩擦材料。紙基摩擦材料具有生產成本低、動摩擦系數穩定、動/靜摩擦系數比接近、貼合性能平穩、磨損率低、使用壽命長等優點，已經逐漸替代樹脂基摩擦材料和金屬基摩擦材料。隨著機動車輛向高速、重載方向發展，對紙基摩擦材料的性能提出了更高的要求，如適中的摩擦因數、較低的磨損率、優異的耐熱性能等。為了滿足不同的工況條件，許多學者在紙基摩材料組分配方和制備工藝方面做了大量研究。在紙基摩擦材料的組分中，摩擦性能調節劑對紙基摩擦材料的摩擦磨損性能具有重要影響。

文獻1“石墨含量對紙基摩擦材料摩擦磨損性能的影響[J].摩擦學學報,2007,(05):451-455.”發現了隨著石墨含量增加，摩擦力矩曲線尾部翹起程度減小，趨于平整，磨損率減小，但是摩擦表面變得較為光滑，更容易形成潤滑性能良好的固體潤滑膜，減弱了微凸體之間的嚙合力，動摩擦系數降低。

文獻2“Al₂O₃含量對碳纖維增強紙基摩擦材料摩擦磨損性能的影響[J].潤滑與密封,2008,(04):70-73.”研究了Al₂O₃含量對碳纖維增強紙基摩擦材料濕態摩擦磨損性能的影響。結果表明：隨著Al₂O₃含量的增大，摩擦力矩曲線趨于平穩，摩擦因數升高，但是磨損表面磨粒增多，尺寸變大，進而加速顆粒磨損和脫落，使材料磨損率增大。

文獻3“云母表面改性紙基摩擦材料的摩擦學性能[J].潤滑與密封,2013,(07):16-21.”研究了云母含量對摩擦力矩曲線和動、靜摩擦因數及磨損率的影響；證明了隨著云母含量的增加，摩擦表面易形成潤滑性能良好的固體潤滑膜，有效抑制了磨粒和微裂紋的產生，有利于降低磨損率。但是云母與對偶盤的接觸面積增加，更多的層片狀云母開始承載剪切力并發生剝分，使摩擦表面更容易形成固體潤滑膜，在混合表面接觸階段固體潤滑膜潤滑作用增強，微凸體之間的機械嚙合力減小，降低了動摩擦因數。

目前，常用的摩擦性能調節劑主要有氧化鋁、氧化鐵、碳化硅、氧化鋯、二硫化鉬以及石墨等，但是這些摩擦性能調節劑只能改善紙基摩擦材料摩擦或者磨損單一方面的性能。例如二硫化鉬和石墨雖然可以起到潤滑作用，但是會降低材料的摩擦系數。因此，探尋一種新型摩擦性能調節劑，實現紙基摩擦材料摩擦性能和磨損性能的同步提升，是該領域亟待解決的關鍵問題。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種石墨烯改性紙基摩擦材料及制備方法，通過添加石墨烯能夠有效提高紙基摩擦材料綜合性能，與傳統方法相比，石墨烯改性紙基摩擦材料能夠使動摩擦系數由0.08-0.12提高到0.15-0.17，磨損率由現有技術的≤6×10^-8cm³/J降低到≤3×10^-8cm³/J。

技術方案

一種石墨烯改性紙基摩擦材料，其特征在于各組分質量分數分別為：增強纖維15-35％、填料10-20％、摩擦性能調節劑15-25％、粘結劑25-45％、石墨烯1-3％。

所述的增強纖維是木纖維、碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維或陶瓷纖維一種或任幾種。

所述的填料是礦粉、鉻鐵礦、螢石粉、硫酸鋇、氧化鋁或腰果殼油樹脂粉體的任一種或任幾種。

所述的粘結劑是酚醛樹脂、腰果殼油改性的酚醛樹脂或丁腈橡膠改性的酚醛樹脂任一種或任幾種。

所述的摩擦性能調節劑是硬脂酸鋅、黑膠粉或二硫化鉬的任一種或任幾種。

所述石墨烯的層數為10-30。

一種制備所述石墨烯改性紙基摩擦材料的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將粘結劑溶于無水乙醇配制成質量分數為20-40％的粘結劑溶液，靜置樹脂溶液24-48小時使其充分溶解，得到溶液A；

步驟2：將一種或多種填料加入到高速混料機中混和，得到混料B；

步驟3：將石墨烯、增強纖維、摩擦性能調節劑與混料B分散在水中得混合漿液C；

步驟4：將混合漿液C倒入高速攪拌器中分散得到分散后的漿液，在抄紙機上成型為摩擦片原紙，然后將摩擦片原紙放置在溫度為80-100℃干燥箱中4-8h；