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1、(10)申请公布号 CN 104328709 A (43)申请公布日 2015.02.04 CN 104328709 A (21)申请号 201410499271.6 (22)申请日 2014.09.25 D21H 15/12(2006.01) D21H 13/50(2006.01) D21H 13/26(2006.01) D21H 17/68(2006.01) D21H 19/24(2006.01) (71)申请人 陕西科技大学 地址 710021 陕西省西安市未央区大学园 1 号 (72)发明人 费杰 罗威 黄剑锋 陈云雷 曹丽云 欧阳海波 刘艳云 罗兰 (74)专利代理机构 西安通大专利。
2、代理有限责任 公司 61200 代理人 蔡和平 (54) 发明名称 一种马来酸酐改性碳纤维增强湿式摩擦材料 (57) 摘要 本发明涉及一种湿式摩擦材料， 尤其涉及一 种马来酸酐改性碳纤维增强湿式摩擦材料， 首先 将碳纤维通过水热法制成改性碳纤维， 随后将改 性碳纤维、 纸纤维、 芳纶纤维和无机填料水中均 匀混合制浆， 并将得到的浆料采用抄纸工艺， 经 过热压冲裁， 粘结钢环等步骤制备纸基湿式摩擦 材料。本发明制备的纸基摩擦材料性能优异， 工艺过程简单， 成本低， 本发明制备的马来酸酐 改性碳纤维增强湿式摩擦材料性能优异， 动摩 擦系数达到 0.11 0.14， 摩擦材料磨损率小于 1.110-。
3、8cm3/J， 展现出了优异的摩擦磨损性能 且工艺过程简单， 成本低。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104328709 A CN 104328709 A 1/1 页 2 1. 一种马来酸酐改性碳纤维增强湿式摩擦材料， 其特征在于 ： 包括以下步骤 ： 1)、 向反应釜中加入预处理碳纤维和马来酸酐的苯溶液， 每加入 0.5 2g 的预处理碳纤 维时加入 30mL 含有 0.5 3g 马来酸酐的苯溶液， 并在 80 100进行水热。
4、反应， 水热反应后 清洗碳纤维， 将清洗后的碳纤维超声反应得改性碳纤维 ； 2)、 将改性碳纤维、 纸纤维、 芳纶纤维和无机填料在水中均匀混合制浆， 得混合浆料， 其中， 改性碳纤维、 纸纤维、 芳纶纤维和无机填料的质量百分比为 (2040) ： (1020) ： (2035) ： (2035) ； 3)、 将步骤 2) 得到的混合浆料抄纸成型得摩擦材料预制体并烘干， 得摩擦片预制体 A ； 4)、 向步骤 3) 得到的摩擦片预制体 A 上喷涂改性酚醛树脂乙醇溶液， 喷涂完改性酚醛 树脂乙醇溶液后自然晾干， 得到含改性酚醛树脂的摩擦材料原纸， 该含改性酚醛树脂的摩 擦材料原纸中改性酚醛树脂的质。
5、量为摩擦片预制体 A 质量的 1530， 将含改性酚醛树脂 的摩擦材料原纸经热压固化得到马来酸酐改性碳纤维增强湿式摩擦材料。 2. 根据权利要求 1 所述的一种马来酸酐改性碳纤维增强湿式摩擦材料， 其特征在于 ： 所述的预处理碳纤维通过将碳纤维浸入质量分数为 5-35的硝酸溶液中 13h， 随后将碳 纤维取出并清洗后， 在 5080下干燥 25h 得到。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的一种马来酸酐改性碳纤维增强湿式摩擦材料， 其特征在 于 ： 所述的清洗采用去离子水， 清洗次数为 35 次。 4. 根据权利要求 1 或 2 所述的一种马来酸酐改性碳纤维增强湿式摩擦材料， 其特征在 于 。
6、： 所述的碳纤维为长度为 0.11mm 的聚丙烯腈基碳纤维或沥青基碳纤维。 5. 根据权利要求 1 所述的一种马来酸酐改性碳纤维增强湿式摩擦材料， 其特征在于 ： 所述的无机填料为高岭土、 硅藻土、 石英粉、 萤石粉和硫酸钡中的多种任意比例的混合物。 6. 根据权利要求 1 所述的一种马来酸酐改性碳纤维增强湿式摩擦材料， 其特征在于 ： 所述的热压固化的参数为 ： 热压固化压力为 510MPa、 热压固化温度为 160200， 热压固 化的时间为 1015 分钟。 7. 根据权利要求 1 所述的一种马来酸酐改性碳纤维增强湿式摩擦材料， 其特征在于 ： 所述的超声反应在功率为 100500W 的。
7、超声波中进行， 超声反应时间为 1060min。 8. 根据权利要求 1 所述的一种马来酸酐改性碳纤维增强湿式摩擦材料， 其特征在于 ： 所述的改性酚醛树脂乙醇溶液通过将质量为摩擦片预制体A质量15 30的改性酚醛树脂 溶于乙醇中得到。 9. 根据权利要求 1 或 8 所述的一种马来酸酐改性碳纤维增强湿式摩擦材料， 其特征在 于 ： 所述的改性酚醛树脂为硼改性酚醛树脂、 腰果壳油改性酚醛树脂或丁腈改性酚醛树脂。 权 利 要 求 书 CN 104328709 A 2 1/5 页 3 一种马来酸酐改性碳纤维增强湿式摩擦材料 技术领域 0001 本发明涉及一种湿式摩擦材料， 尤其涉及一种马来酸酐改性。
8、碳纤维增强湿式摩擦 材料。 背景技术 0002 在湿式离合器中要求所使用的湿式摩擦材料具有动摩擦系数和静摩擦系数高、 使 用寿命长、 换挡平稳并能够经受过载条件下的热冲击、 制动过程中对对偶盘损伤小等一系 列优异的性能。以碳纤维为增强纤维制备出的湿式摩擦材料性能优异， 可以满足湿式摩擦 工况的特殊要求， 但是碳纤维的结构具有一个显著的缺陷， 其表面活性低， 与基体树脂结合 性能差， 这大大的限制了碳纤维在湿式摩擦材料中的应用。因此对碳纤维表面进行改性处 理， 提高纤维表面活性对制备性能更加优异的湿式摩擦材料具有重要的意义。 0003 申请号为 CN103361768A 的中国专利 “聚丙烯腈基。
9、碳纤维表面改性方法” 采用等离 子体处理和液相接枝的方法改性碳纤维， 提高了碳纤维的表面活性， 对纤维基体的影响较 小， 但这项技术对设备要求较高。申请号为 CN103541212A 的中国专利 “碳纤维表面改性方 法和设备、 碳纤维及其复合材料和应用” 发明了一种通过电化学改性碳纤维的方法， 有效的 提高了碳纤维复合材料的结合强度， 但是这种改性的技术并没有应用于摩擦材料中。 发明内容 0004 本发明的目的在于克服上述现有技术缺点， 提供一种高动摩擦系数、 低磨损率并 且对对偶材料磨损小的马来酸酐改性碳纤维增强湿式摩擦材料。 0005 为解决上述问题， 本发明采取的技术方案为 ： 0006。
10、 包括以下步骤 ： 0007 1)、 向反应釜中加入预处理碳纤维和马来酸酐的苯溶液， 每加入 0.5 2g 的预处理 碳纤维时加入 30mL 含有 0.5 3g 马来酸酐的苯溶液， 并在 80 100进行水热反应， 水热反 应后清洗碳纤维， 将清洗后的碳纤维超声反应得改性碳纤维 ； 0008 2)、 将改性碳纤维、 纸纤维、 芳纶纤维和无机填料在水中均匀混合制浆， 得混合浆 料， 其中， 改性碳纤维、 纸纤维、 芳纶纤维和无机填料的质量百分比为 (2040) ： (1020) ： (2035) ： (2035) ； 0009 3)、 将步骤 2) 得到的混合浆料抄纸成型得摩擦材料预制体并烘干，。
11、 得摩擦片预制 体 A ； 0010 4)、 向步骤 3) 得到的摩擦片预制体 A 上喷涂改性酚醛树脂乙醇溶液， 喷涂完改性 酚醛树脂乙醇溶液后自然晾干， 得到含改性酚醛树脂的摩擦材料原纸， 该含改性酚醛树脂 的摩擦材料原纸中改性酚醛树脂的质量为摩擦片预制体 A 质量的 1530， 将含改性酚醛 树脂的摩擦材料原纸经热压固化得到马来酸酐改性碳纤维增强湿式摩擦材料。 0011 所述的预处理碳纤维通过将碳纤维浸入质量分数为 535的硝酸溶液中 13h， 随后将碳纤维取出并清洗后， 在 5080下干燥 25h 得到。 说 明 书 CN 104328709 A 3 2/5 页 4 0012 所述的清洗。
12、采用去离子水， 清洗次数为 35 次。 0013 所述的碳纤维为长度为 0.11mm 的聚丙烯腈基碳纤维或沥青基碳纤维。 0014 所述的无机填料为高岭土、 硅藻土、 石英粉、 萤石粉和硫酸钡中的多种任意比例的 混合物。 0015 所述的热压固化的参数为 ： 热压固化压力为 510MPa、 热压固化温度为 160200， 热压固化的时间为 1015 分钟。 0016 所述的超声反应在功率为 100500W 的超声波中进行， 超声反应时间为 1060min。 0017 所述的改性酚醛树脂乙醇溶液通过将质量为摩擦片预制体A质量15 30的改性 酚醛树脂溶于乙醇中得到。 0018 所述的改性酚醛树脂。
13、为硼改性酚醛树脂、 腰果壳油改性酚醛树脂或丁腈改性酚醛 树脂。 0019 与现有技术相比， 本发明具有以下有益效果 ： 本发明通过水热法改性碳纤维， 此方 法改性的碳纤维表面活性高， 对碳纤维表面几乎没有损伤， 与树脂基体的结合强度高， 并在 湿式摩擦材料引入改性碳纤维， 极大地提高碳纤维与树脂基体的结合强度， 通过抄纸成型 工艺制备出性能优异的湿式摩擦材料， 本发明制备的马来酸酐改性碳纤维增强湿式摩擦材 料性能优异， 动摩擦系数达到0.110.14， 摩擦材料磨损率小于1.110 8cm3/J， 展现出了 优异的摩擦磨损性能且工艺过程简单， 成本低。 附图说明 0020 图 1 为预处理碳纤。
14、维表面 XPS 图谱 ； 0021 图 2 为本发明制备的改性碳纤维表面 XPS 图谱 ； 0022 图 3 为本发明制备的改性碳纤维和未改性碳纤维表面 SEM 图， 0023 其中图 (a) 为改性碳纤维 SEM 图， 图 (b) 为未改性碳纤维表面 SEM 图。 具体实施方式 0024 以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明 ： 0025 实施例 1 ： 0026 步骤一 ： 将聚丙烯腈基碳纤维浸入质量分数为 20的硝酸溶液中 2h， 然后将碳纤 维取出， 用去离子水反复清洗碳纤维 3 次， 随后在 60下干燥 2h， 得到预处理碳纤维 ； 然后 将 1g 预处理碳纤维与 30mL 。
15、含有 1g 马来酸酐的苯溶液混合均匀， 加入反应釜中， 在 80下 进行水热反应 2h， 反应完成后将碳纤维取出用去离子水反复清洗碳纤维 3 次， 接着将其置 于 200W 超声环境中进行 30min 超声清洗， 得到改性后碳纤维 ； 0027 步骤二 ： 按照改性后碳纤维 26.5， 纸纤维 16.8， 芳纶纤维 26.3和无机填料 30.4的比例， 采用湿法打浆混合均匀后， 在抄纸机上成型并烘干， 从而得到摩擦片预制体 A。 0028 步骤三 ： 向步骤 3) 得到的摩擦片预制体 A 上喷涂硼改性酚醛树脂乙醇溶液， 喷涂 完硼改性酚醛树脂乙醇溶液后自然晾干， 得到含硼改性酚醛树脂的摩擦材料。
16、原纸， 该含硼 改性酚醛树脂的摩擦材料原纸中硼改性酚醛树脂的质量为摩擦片预制体 A 质量的 17， 然 说 明 书 CN 104328709 A 4 3/5 页 5 后将含硼改性酚醛树脂的摩擦材料原纸在热压温度 160、 压力 5MPa 的条件下， 热压 10 分 钟， 获得马来酸酐改性碳纤维增强湿式摩擦材料。 0029 本发明得到的马来酸酐改性碳纤维增强湿式摩擦材料的动摩擦系数为 0.12 0.13， 磨损率为 1.1108cm3/J。 0030 其中， 硼改性酚醛树脂乙醇溶液通过将质量为摩擦片预制体 A 质量的 17的硼改 性酚醛树脂溶于乙醇中得到。 0031 其中， 无机填料包括高岭土 。
17、35.0、 硅藻土 25、 石英粉 15、 萤石粉 15、 硫酸钡 10 ； 0032 实施例 2 ： 0033 步骤一 ： 将沥青基碳纤维浸入质量分数为 35的硝酸溶液中 3h， 然后将碳纤维取 出， 用去离子水反复清洗碳纤维 5 次， 随后在 80下干燥 1h， 得到预处理碳纤维 ； 然后将 0.5g 预处理碳纤维与 30ml 含有 2g 马来酸酐的苯溶液混合均匀， 加入反应釜中， 在 100下 进行水热反应 4h， 反应完成后将碳纤维取出用去离子水反复清洗碳纤维 5 次， 接着讲其置 于 400W 超声环境中进行 10min 超声清洗， 得到改性后的碳纤维 ； 0034 步骤二 ： 按照。
18、改性后碳纤维 35.7， 纸纤维 17.4， 芳纶纤维 21.6和无机填料 25.3的比例， 采用湿法打浆混合均匀后， 在抄纸机上成型， 从而得到摩擦片预制体 A。 0035 步骤三 ： 向步骤 3) 得到的摩擦片预制体 A 上喷涂腰果壳油改性酚醛树脂乙醇溶 液， 喷涂完腰果壳油改性酚醛树脂乙醇溶液后自然晾干， 得到含腰果壳油改性酚醛树脂的 摩擦材料原纸， 该含腰果壳油改性酚醛树脂的摩擦材料原纸中腰果壳油改性酚醛树脂的质 量为摩擦片预制体 A 质量的 23， 然后将含腰果壳油改性酚醛树脂的摩擦材料原纸在热压 温度180、 压力7MPa的条件下， 热压15分钟， 获得所述纸基摩擦材料。 这种摩擦。
19、材料的动 摩擦系数为 0.11 0.12， 磨损率为 0.9108cm3/J。 0036 其中， 腰果壳油改性酚醛树脂乙醇溶液通过将质量为摩擦片预制体 A 质量的 23 的腰果壳油改性酚醛树脂溶于乙醇中得到。 0037 其中， 无机填料包括高岭土 40.0、 硅藻土 25、 石英粉 10、 萤石粉 10、 硫酸钡 15 ； 0038 实施例 3 ： 0039 步骤一 ： 将沥青基碳纤维浸入质量分数为 5的硝酸溶液中 3h， 然后将碳纤维取 出， 用去离子水反复清洗碳纤维 4 次， 随后在 50下干燥 2h， 得到预处理的碳纤维 ； 然后将 2g 预处理的碳纤维与 30ml 含有 0.5g 马来。
20、酸酐的苯溶液混合均匀， 加入反应釜中， 在 100 下进行水热反应 1h， 反应完成后将碳纤维取出用去离子水反复清洗碳纤维 3 次， 接着将其 置于 100W 超声环境中进行 60min 超声清洗， 得到改性后碳纤维。 0040 步骤二 ： 按照改性后碳纤维 23.7， 纸纤维 15.4， 芳纶纤维 33.6和无机填料 27.3的比例， 采用湿法打浆混合均匀后， 在抄纸机上成型， 从而得到摩擦片预制体 A。 0041 步骤三 ： 向步骤 3) 得到的摩擦片预制体 A 上喷涂丁腈改性酚醛树脂乙醇溶液， 喷 涂完丁腈改性酚醛树脂乙醇溶液后自然晾干， 得到含丁腈改性酚醛树脂的摩擦材料原纸， 该含丁腈。
21、改性酚醛树脂的摩擦材料原纸中丁腈改性酚醛树脂的质量为摩擦片预制体 A 质 量的 28， 然后将含丁腈改性酚醛树脂的摩擦材料原纸在热压温度 200、 压力 9MPa 的条 件下， 热压 13 分钟， 获得所述纸基摩擦材料。这种摩擦材料的动摩擦系数为 0.11 0.13， 说 明 书 CN 104328709 A 5 4/5 页 6 磨损率为 1.0108cm3/J。 0042 其中无机填料包括高岭土 35.0、 硅藻土 35、 石英粉 10、 萤石粉 10、 硫酸钡 10 ； 0043 其中， 丁腈改性酚醛树脂乙醇溶液通过将质量为摩擦片预制体 A 质量的 28的丁 腈改性酚醛树脂溶于乙醇中得到。。
22、 0044 实施例 4 ： 0045 步骤一 ： 将沥青基碳纤维浸入质量分数为 5的硝酸溶液中 3h， 然后将碳纤维取 出， 用去离子水反复清洗碳纤维 4 次， 随后在 50下干燥 2h， 得到预处理的碳纤维 ； 然后将 2g 预处理的碳纤维与 30ml 含有 0.5g 马来酸酐的苯溶液混合均匀， 加入反应釜中， 在 100 下进行水热反应 1h， 反应完成后将碳纤维取出用去离子水反复清洗碳纤维 3 次， 接着将其 置于 100W 超声环境中进行 60min 超声清洗， 得到改性后碳纤维。 0046 步骤二 ： 按照改性后碳纤维 20， 纸纤维 10， 芳纶纤维 35和无机填料 35的 比例，。
23、 采用湿法打浆混合均匀后， 在抄纸机上成型， 从而得到摩擦片预制体 A。 0047 步骤三 ： 称量摩擦片预制体 A 质量， 向摩擦片预制体 A 上喷涂丁腈改性酚醛树脂 乙醇溶液， 喷涂完丁腈改性酚醛树脂乙醇溶液后自然晾干， 得到含丁腈改性酚醛树脂的摩 擦材料原纸， 该含丁腈改性酚醛树脂的摩擦材料原纸中丁腈改性酚醛树脂的质量为摩擦片 预制体A质量的15， 然后将含丁腈改性酚醛树脂的摩擦材料原纸在热压温度200、 压力 9MPa 的条件下， 热压 13 分钟， 获得马来酸酐改性碳纤维增强湿式摩擦材料。 0048 其中， 丁腈改性酚醛树脂乙醇溶液通过将质量为摩擦片预制体 A 质量的 15的丁 腈改。
24、性酚醛树脂溶于乙醇中得到。 0049 其中无机填料包括高岭土 35.0、 硅藻土 35、 石英粉 10、 萤石粉 10、 硫酸钡 10， 0050 实施例 5 ： 0051 步骤一 ： 将沥青基碳纤维浸入质量分数为 5的硝酸溶液中 3h， 然后将碳纤维取 出， 用去离子水反复清洗碳纤维 4 次， 随后在 50下干燥 2h， 得到预处理的碳纤维 ； 然后将 2g 预处理的碳纤维与 30ml 含有 0.5g 马来酸酐的苯溶液混合均匀， 加入反应釜中， 在 100 下进行水热反应 1h， 反应完成后将碳纤维取出用去离子水反复清洗碳纤维 3 次， 接着将其 置于 100W 超声环境中进行 60min 。
25、超声清洗， 得到改性后碳纤维。 0052 步骤二 ： 按照改性后碳纤维 20， 纸纤维 35， 芳纶纤维 20和无机填料 25的 比例， 采用湿法打浆混合均匀后， 在抄纸机上成型， 从而得到摩擦片预制体 A。 0053 步骤三 ： 称量摩擦片预制体A质量， 向摩擦片预制体A上喷涂腰果壳油改性酚醛树 脂乙醇溶液， 喷涂完腰果壳油改性酚醛树脂乙醇溶液后自然晾干， 得到含腰果壳油改性酚 醛树脂的摩擦材料原纸， 该含腰果壳油改性酚醛树脂的摩擦材料原纸中腰果壳油改性酚醛 树脂的质量为摩擦片预制体 A 质量的 30， 然后将含腰果壳油改性酚醛树脂的摩擦材料原 纸在热压温度200、 压力9MPa的条件下， 。
26、热压13分钟， 获得马来酸酐改性碳纤维增强湿式 摩擦材料。 0054 其中无机填料包括高岭土 35.0、 硅藻土 35、 石英粉 10、 萤石粉 10、 硫酸钡 10 ； 0055 其中， 腰果壳油改性酚醛树脂乙醇溶液通过将质量为摩擦片预制体 A 质量的 30 说 明 书 CN 104328709 A 6 5/5 页 7 的腰果壳油改性酚醛树脂溶于乙醇中得到。 0056 实施例 6 ： 0057 步骤一 ： 将沥青基碳纤维浸入质量分数为 5的硝酸溶液中 3h， 然后将碳纤维取 出， 用去离子水反复清洗碳纤维 4 次， 随后在 50下干燥 2h， 得到预处理的碳纤维 ； 然后将 2g 预处理的碳。
27、纤维与 30ml 含有 0.5g 马来酸酐的苯溶液混合均匀， 加入反应釜中， 在 100 下进行水热反应 1h， 反应完成后将碳纤维取出用去离子水反复清洗碳纤维 3 次， 接着将其 置于 100W 超声环境中进行 60min 超声清洗， 得到改性后碳纤维。 0058 步骤二 ： 按照改性后碳纤维 40， 纸纤维 20， 芳纶纤维 20和无机填料 20的 比例， 采用湿法打浆混合均匀后， 在抄纸机上成型， 从而得到摩擦片预制体 A。 0059 步骤三 ： 称量摩擦片预制体A质量， 向摩擦片预制体A上喷涂硼改性酚醛树脂乙醇 溶液， 喷涂完硼改性酚醛树脂乙醇溶液后自然晾干， 得到含硼改性酚醛树脂的摩。
28、擦材料原 纸， 该含硼改性酚醛树脂的摩擦材料原纸中硼改性酚醛树脂的质量为摩擦片预制体 A 质量 的28， 然后将含硼改性酚醛树脂的摩擦材料原纸在热压温度200、 压力9MPa的条件下， 热压 13 分钟， 获得马来酸酐改性碳纤维增强湿式摩擦材料。 0060 其中无机填料包括高岭土 35.0、 硅藻土 35、 石英粉 10、 萤石粉 10、 硫酸钡 10。 0061 其中， 硼改性酚醛树脂乙醇溶液通过将质量为摩擦片预制体 A 质量的 28的硼改 性酚醛树脂溶于乙醇中得到。 0062 图1和图2为改性前后碳纤维表面XPS测试结果(碳峰)， 从图中可以清楚看出改 性前后 288eV( 图中 3 号箭。
29、头为改性前和 6 号箭头改性后 ) 附近羧基特征峰强度明显提高， 证明了改性成功。 0063 图 1 中 1 号箭头和图 2 中 4 号箭头是碳碳双键的特征峰， 是碳纤维最为强的一个 峰， 图 1 中 2 号箭头和图 2 中 5 号箭头则是碳氧单键的特征峰。 0064 参见图 3， 其中图 3(a) 为改性后碳纤维样品表面 SEM 照片， 图 3(b) 为未改性碳纤 维样品表面 SEM 照片， 对比后可知水热法改性碳纤维对纤维基体几乎没有损伤， 证明了水 热法改性碳纤维不会对纤维的优良性能产生影响。 说 明 书 CN 104328709 A 7 1/2 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 104328709 A 8 2/2 页 9 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 104328709 A 9 。