[發明專利]可生物降解纖維增強超疏水摩擦材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710803566.1
• 申請日: 2017-09-08
• 公開（公告）號: CN107387614B
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 馬云海;劉玉成;莊健;王虎彪;吳思陽;禹江濤;佟金
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: F16D69/00
• 分類號: F16D69/00;C08L97/02;C08L61/14;C08K13/04;C08K7/00;C08K7/04;C08K3/04;C08K7/24;C08K3/34;C08K3/08
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

1.一種可生物降解纖維增強超疏水摩擦材料，其特征在于：按重量百分比各組分含量為：

可降解玉米秸稈纖維和萊佩納斯纖維的總重量為21～27％；超疏水松子殼和棉花秸稈混合粉末的總重量為8-15％；聚乙烯醇改性酚醛樹脂8～11.5％；晶體狀鈦酸鉀5％或8.5％；鱗片石墨0～12％；硅灰石6～30％；棕剛玉1～8％；碳化硅8～20％；泡沫鐵粉10～28％；蛭石粉3～10％；其中，玉米秸稈纖維與萊佩納斯纖維的含量比K₁為：1:1≤K₁≤3.5:1，超疏水松子殼粉末和超疏水棉花秸稈粉末的含量比K₂為：1:1≤K₂≤2:1。

2.一種如權利要求1所述的可生物降解纖維增強超疏水摩擦材料的制備方法，該方法的步驟如下：

1)、制備可降解玉米秸稈纖維，包括下列步驟：

1.1)選擇成熟玉米莖稈的基部，在皮瓤葉分離機中除去玉米秸稈的瓤和葉，得到玉米秸稈皮，然后在清水中進行浸泡，浸泡時間t₁為24h≤t₁≤48h，浸泡完成后，再用蒸餾水進行沖洗，沖洗次數為n₁：15次≤n₁≤30次，最后將玉米秸稈皮在強日照下進行晾曬，時間為t₂：48h≤t₂≤72h，晾曬后的玉米秸稈皮含水量為ω₁，7％≤ω₁≤10％；

1.2)將步驟1.1)中處理后的玉米秸稈皮在超聲波粉碎機中進行粉碎，粉碎時間t₃為：20min≤t₃≤120min，然后對粉碎的玉米秸稈皮進行篩選，得到玉米秸稈纖維，纖維長度為L₁：1mm≤L₁≤9mm，纖維直徑D₁為：50μm≤D₁≤500μm；

1.3)將步驟1.2)中處理后的玉米秸稈纖維放置在密閉旋轉反應容器中，容器轉速為r₁，60r/min≤r₁≤120r/min，容器內相對濕度為RH：85％≤RH<100％；然后往旋轉容器中通入氣態臭氧，臭氧濃度為w₁：13g/h≤w₁≤22g/h，臭氧PH值為PH₁：8≤PH₁<10，玉米秸稈進行臭氧處理時間為t₄，20min≤t₄≤50min；

1.4)將步驟1.3)中處理后的玉米秸稈纖維放入易生物降解脂肪醇聚氧乙烯醚中進行浸泡，浸泡時間為t₅，30min≤t₅≤70min，然后用蒸餾水進行漂洗，漂洗次數為n₂：10次≤n₂≤30次；

1.5)將步驟1.4)中處理后的玉米秸稈纖維浸泡在NaCl溶液中，質量分數為w₁：1wt％≤w₁≤5wt％，浸泡時間t₆為：30min≤t₆≤65min，然后用蒸餾水進行漂洗，漂洗次數為n₃：10次≤n₃≤25次；

1.6)將步驟1.5)中處理后的玉米秸稈纖維放入真空爐中進行干燥處理，處理溫度T₁為：80℃≤T₁≤100℃，處理時間t₇為：80min≤t₇≤200min，最終得到可降解玉米秸稈纖維，其含水量ω₂為：1％≤ω₂≤3％，表面粗糙度Ra為：4.02μm≤Ra≤5.37μm，纖維直徑D₂為：35μm≤D₂≤460μm；

2)、制備超疏水松子殼和棉花秸稈的混合粉末，包括下列步驟：

2.1)將松子殼在蒸餾水中進行沖洗，沖洗次數為n₄，20次≤n₄≤40次，然后在烘干爐中進行烘干處理，烘干溫度T₂：100℃≤T₂≤180℃，烘干時間為t₈：2h≤t₈≤3h，烘干后的松子殼含水量為ω₃；3％≤ω₃≤8％，最后在破碎機中進行破碎，破碎時間為t₉：20min≤t₉≤50min，松子殼顆粒粒徑為d₁：0.1mm≤d₁≤12mm；

2.2)重復步驟1.3)和步驟1.4)，對步驟2.1)制取的松子殼顆粒進行臭氧處理，處理后的松子殼顆粒粒徑為d₂：0.08mm≤d₂≤10mm；

2.3)將步驟2.2)制取的松子殼顆粒放入全方位行星式高能球磨機進行球磨處理，并通入N₂保護性氣體，球磨機主盤轉速r₂：100r/min≤r₂≤350r/min，球磨罐轉速r₃：550r/min≤r₃≤650r/min，球磨時間t₁₀：10h≤t₁₀≤20h，研磨球材質為剛玉，研磨球直徑d₃：d₃為3mm和15mm，得到納米級松子殼粉末，其粒徑為d₄：1200nm≤d₄≤2000nm；

2.4)重復步驟2.1)、步驟2.2)和步驟2.3)，得到納米級棉花秸稈粉末；

2.5)將步驟2.3)和步驟2.4)中得到的松子殼粉末以及棉花秸稈粉末與超疏水納米二氧化硅放入三維運動混料機中進行充分混合，使超疏水納米二氧化硅與松子殼粉末以及棉花秸稈粉末形成顆粒聚集，最終得到超疏水松子殼和棉花秸稈的混合粉末；松子殼粉末和棉花秸稈粉末的混合粉末與超疏水納米二氧化硅的含量比K₃為：1:4≤K₃≤1:2；混合時間t₁₁：30min≤t₁₁≤50min，主軸轉速r₄：9r/min≤r₄≤18r/min；

3)、混料，包括下列步驟：

3.1)將摩擦材料的原料：聚乙烯醇改性酚醛樹脂、晶體狀鈦酸鉀、鱗片石墨、硅灰石、棕剛玉、碳化硅、泡沫鐵粉和蛭石粉放入三維運動混料機中進行充分混合，混合時間t₁₂：40min≤t₁₂≤80min，主軸轉速r₅：8r/min≤r₅≤15r/min，然后連同可降解玉米秸稈纖維和萊佩納斯纖維一起放入槳式混料機中混合，混料時間t₁₃：5min≤t₁₃≤10min；

3.2)將步驟3.1)制取的混合料的50％與步驟2.5)制取的超疏水松子殼和棉花秸稈混合粉末在槳式混料機中進行充分混合，時間t₁₄：8min≤t₁₄≤15min；

4)、填料設計—表面燒蝕—表面處理，包括下列步驟：

4.1)將步驟3.2)制得的混合料放在模具底層，然后再向模具中放入步驟3.1)所制取混合料的另外50％，進行熱壓—熱處理，并冷卻到室溫；

4.2)將步驟4.1)制得的摩擦材料樣塊在通過式燒蝕機中進行表面燒蝕，燒蝕面為摩擦材料與模具內側底面接觸的含有超疏水粉末的一面，并冷卻到室溫，燒蝕溫度T₃：710℃≤T₃≤820℃，時間為t₁₅：70min≤t₁₅≤120min；

4.3)將步驟4.2)制得的摩擦材料樣塊的燒蝕面進行表面打磨，打磨掉的厚度為q：0.5mm≤q≤1mm，打磨面與制動盤進行配合使用，其與水的接觸角CA為：150°≤CA<165°，最終得到可生物降解纖維增強超疏水摩擦材料。