[發明專利]一種活塞用碳纖維復合材料的制備

在審

• 申請號: 202011257644.0
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112175346A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 楊虎平;汪燁
• 申請（專利權）人: 湖南歐亞碳纖維復合材料有限公司
• 主分類號: C08L61/06
• 分類號: C08L61/06;C08K13/06;C08K9/02;C08K7/26;C08K3/34;C08K3/04;C08K3/22;C08G8/10
• 代理公司: 湖南省森越知運專利代理事務所(普通合伙) 43258
• 代理人: 龍芳

本發明涉及活塞材料技術領域，具體涉及一種活塞用碳纖維復合材料的制備。本發明首先對碳纖維進行表面處理，然后制備酚醛樹脂，再用石墨烯改性酚醛樹脂；將石墨烯改性酚醛樹脂、碳纖維、六次甲基四胺、硅灰石、炭黑、氫氧化鈣放入混合機中進行混合，混合后的物料置于烘箱中干燥，然后放入開煉機中塑化，塑化后的物料冷卻至室溫破碎然后進入熱壓機中壓制成型；壓制成型后的制品放入烘箱中進行后處理；后處理后的制件，需要在烘箱中自然冷卻，溫度低于60℃方可取出。本發明制得的活塞用碳纖維復合材料，具有密度低，比重小，摩擦系數小，降低發動機工作中產生的噪音，降低電離消耗、降低成本的優點。

技術領域

本發明涉及活塞材料技術領域，具體涉及一種活塞用碳纖維復合材料的制備。

背景技術

隨著汽車輕量化的發展，用復合材料代替密度大的金屬材料，尋求高強、高溫性能優異的復合材料已陳給汽車行業的重點內容。質輕、高強的碳纖維復合材料成為最佳的金屬替代材料。對于汽車來說，活塞是非常重要的部件之一，活塞是一個需要不斷的往復摩擦的運動件，由摩擦生熱帶來的溫度可達到250℃以上，由于工作空間相對封閉，散熱條件很差，反復的高溫摩擦運動對于活塞材料的耐溫性、尺寸穩定性、力學性能要求極為苛刻。

在傳統材料鋁合金活塞方面，普遍用基體增強的方法，在鋁合金中添加增強體，以提高鋁合金的機械性能，這種傳統活塞材料韌性差、比強度低，鑄鋼活塞密度大，成本高，對缸套磨損嚴重；目前發現復合材料活塞可以降低電離消耗、降低成本，碳纖維作為一種優異的活塞材料，其在汽車活塞上的應用得到廣泛的重視。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種活塞用碳纖維復合材料的制備。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種活塞用碳纖維復合材料的制備，包括以下步驟：

步驟一、碳纖維的表面處理：把碳纖維放到濃硝酸中煮沸，然后使用環氧上漿劑涂覆于碳纖維的表面；

步驟二、酚醛樹脂的制備：將苯酚、甲醛、氧化鋅按照50:50:1的比例稱量好，然后依次加入到含有冷凝水的四口瓶中，升溫反應至80℃反應2h,在真空條件下脫水至樹脂水分小于5%，并用甲醇調整樹脂黏度，將樹脂冷卻到40℃以下，制得酚醛樹脂；

步驟三、石墨烯改性酚醛樹脂的制備：按照質量比為2:3的比例將石墨烯分散于酚醛樹脂中，然后加入到含有冷凝器的四口瓶中，再加入催化劑草酸，石墨烯的加入量為酚醛樹脂總質量的2%;然后升溫到100℃反應2h后，升溫脫水至170℃以下，制得石墨烯改性酚醛樹脂，冷卻后粉碎待使用；

步驟四、活塞用碳纖維復合材料的制備：將石墨烯改性酚醛樹脂、碳纖維、六次甲基四胺、硅灰石、炭黑、氫氧化鈣放入混合機中進行混合，混合后的物料置于烘箱中干燥，然后放入開煉機中塑化，塑化后的物料冷卻至室溫破碎然后進入熱壓機中壓制成型；壓制成型后的制品放入烘箱中進行后處理；后處理后的制件，需要在烘箱中自然冷卻，溫度低于60℃方可取出。

進一步地，所述濃硝酸的濃度為65%。

進一步地，步驟二制備的酚醛樹脂的指標為：黏度2250mPa?s;固體含量65%；水分3.5%。

進一步地，步驟四中所述混合的時間為20min，所述干燥的時間為120min，干燥的溫度為60min。

進一步地，步驟四中所述塑化中前輥溫度為70℃，后輥溫度為90℃，塑化時間為5min。

進一步地，步驟四中所述壓制成型中的時間為40s，壓力為30MPa,溫度為160℃。

進一步地，步驟四中所述后處理的時間與溫度的比值為1H:150℃。