[發(fā)明專利]一種水潤滑復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210421942.1
• 申請日: 2022-04-21
• 公開（公告）號: CN114561086B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹維;張國亮;李洋;劉慧薇
• 申請（專利權(quán)）人: 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)（中國職業(yè)培訓(xùn)指導(dǎo)教師進(jìn)修中心）
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L97/02;C08K3/04
• 代理公司: 天津市尚文知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12222
• 代理人: 黃靜

本發(fā)明提供了一種水潤滑復(fù)合材料，包括樹脂基體和纖維增強(qiáng)體，所述纖維增強(qiáng)體為木材遺態(tài)纖維。進(jìn)一步優(yōu)選的，本發(fā)明提供的水潤滑復(fù)合材料包含石墨烯、遺態(tài)纖維和環(huán)氧樹脂，所述石墨烯分布于所述遺態(tài)纖維材料的表面，石墨烯?遺態(tài)纖維浸漬于所述環(huán)氧樹脂。本發(fā)明提供的水潤滑復(fù)合材料的木材表面改性石墨烯起到減摩的作用，利用天然木材纖維及其天然精細(xì)三維結(jié)構(gòu)，即遺態(tài)纖維，進(jìn)行環(huán)氧樹脂機(jī)械性能的改善。利用木材纖維制備具有高強(qiáng)高韌、低摩擦性能的新型綠色環(huán)保的水潤滑復(fù)合材料，是將植物纖維“蛻變”為高端科技新材料的一種全新應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明創(chuàng)造屬于一種木材激光誘導(dǎo)石墨烯/遺態(tài)纖維/環(huán)氧樹脂水潤滑復(fù)合材料及其制備方法領(lǐng)域，尤其是涉及一種水潤滑復(fù)合材料。

背景技術(shù)

水潤滑材料的逐步推廣應(yīng)用，改變了長期以來機(jī)械傳動系統(tǒng)的傳統(tǒng)觀念，其具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全等優(yōu)點(diǎn)。水潤滑材料的發(fā)展有三個主要階段，第一個階段是以鐵梨木為主的木質(zhì)材料階段。第二階段是天然橡膠、丁腈橡膠等單體橡膠材料階段。第三階段主要是以橡膠為基底的復(fù)合材料階段，開始時以SPA、賽龍、BTG等復(fù)合材料為主。隨著科技的進(jìn)步與石化產(chǎn)業(yè)的興起，人造纖維與塑料因生產(chǎn)技術(shù)高度發(fā)展與產(chǎn)品多樣化與耐久性佳等優(yōu)點(diǎn)，逐漸替代植物纖維成為主流材料。但石油并非可再生資源，使人們不得不重新思考材料的利用性。在環(huán)保與永續(xù)的趨勢下，天然植物纖維重新獲得重視，近年來使用植物纖維作為增強(qiáng)體的復(fù)合材料開始受到關(guān)注。

天然植物纖維基復(fù)合材料性能優(yōu)異，但天然植物纖維獨(dú)特的結(jié)構(gòu)性能，致使其與聚合物復(fù)合還存在諸多問題，如纖維與樹脂的匹配性差、物理機(jī)械性能有待提高、工業(yè)高端功能零部件應(yīng)用有待拓展等。

近年來，激光與木材間的相互作用的研究在激光應(yīng)用和木材處理方面成為一個熱點(diǎn)。木材激光誘導(dǎo)石墨烯，是在惰性氣體保護(hù)條件下，利用CO₂激光輻照松木、樺木和橡木，在木材表面成功制備了石墨烯。新技術(shù)制備的石墨烯為木材在高端材料領(lǐng)域的利用提供了新的思路，目前在柔性導(dǎo)電材料、超級電容器以及太陽蒸發(fā)器等領(lǐng)域已經(jīng)得到關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明制備得到了新型木材遺態(tài)纖維水潤滑復(fù)合材料。基于“遺態(tài)”學(xué)術(shù)理念，通過人工方法對木材自然“結(jié)構(gòu)”進(jìn)行有效的“遺傳”，變更其化學(xué)組分，制備出既保持生物天然精細(xì)三維結(jié)構(gòu)，又通過有選擇性的復(fù)合材料，賦予其特殊的特性和功能，這在仿生學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)得到深入研究，如遺態(tài)材料等。本發(fā)明中的“遺態(tài)纖維”定義為木材去除木質(zhì)素和半纖維素等成分后留下的“遺傳”了天然精細(xì)三維結(jié)構(gòu)的木材纖維。利用木材遺態(tài)纖維，不僅利用了木材的纖維，也可通過其三維結(jié)構(gòu)改善復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性等力學(xué)性能。通過細(xì)菌處理、堿處理等方法，選擇性地去除木質(zhì)素、半纖維素等粘合劑和薄壁細(xì)胞，使木材纖維在幾乎沒有機(jī)械損傷的情況下被大規(guī)模分離，該纖維由排列緊密、具有強(qiáng)氫鍵和范德華力的纖維素納米纖維組成，具有高強(qiáng)高韌特性。本發(fā)明充分利用木材激光誘導(dǎo)石墨烯的減摩性能和木材纖維的高強(qiáng)高韌特性，制備具有自潤滑特性的水潤滑環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，對新型水潤滑復(fù)合材料的開發(fā)利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，是將植物纖維“蛻變”為高端科技新材料的一種全新應(yīng)用。

本發(fā)明提供了一種水潤滑復(fù)合材料，包括樹脂基體和纖維增強(qiáng)體，所述纖維增強(qiáng)體為木材遺態(tài)纖維。所述遺態(tài)纖維是具有木材天然三維結(jié)構(gòu)的木材纖維，主要是起到增強(qiáng)增韌的作用。

優(yōu)選的是，所述樹脂基體為環(huán)氧樹脂，所述遺態(tài)纖維材料表面分布有石墨烯。

上述任一項(xiàng)優(yōu)選的是，所述石墨烯通過激光輻照天然木材表面得到。現(xiàn)有技術(shù)中石墨烯的添加方式主要是將石墨烯粉末與環(huán)氧樹脂材料混合，目前市場上的微米級或納米級的石墨烯粉末添加到環(huán)氧樹脂等材料中時，容易出現(xiàn)團(tuán)聚、分散性差的問題。本發(fā)明木材激光誘導(dǎo)石墨烯，不涉及分散問題，而且是在木材表面制備的，成本低廉。