一种纸基摩擦材料用碳纤维的改性方法
阅读说明：本技术 一种纸基摩擦材料用碳纤维的改性方法 (Modification method of carbon fiber for paper-based friction material ) 是由 程合丽 张银华 秦亮 李国平 计德林 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种纸基摩擦材料用碳纤维的改性方法,所属纸基摩擦材料制备技术领域,包括如下操作步骤：第一步：碳纤维预处理体系。第二步：碳纤维预处理工艺。第三步：碳纤维的层组装沉积改性体系,将上述碳纤维的悬浮液作为基体进行层沉积改性,层沉积吸附改性采用多层交替沉积的方式,改性剂分为不同阴阳离子强度的聚合物。第四步：碳纤维的层组装沉积改性工艺。重复以上步骤过程,改性3～4次循环后,过滤干燥后得到改性碳纤维。得到的碳纤维即可作为纸基摩擦材料用组份进行添加。具有工艺简单和能耗低的优点。解决增强纤维在纸基摩擦材料制备过程中的分散和结合等技术问题。适合纸基摩擦材料规模化生产过程中对碳纤维进行改性。(The invention relates to a method for modifying carbon fibers for a paper-based friction material, which belongs to the technical field of preparation of the paper-based friction material and comprises the following operation steps: the first step is as follows: a carbon fiber pretreatment system. The second step is that: a carbon fiber pretreatment process. The third step: the carbon fiber layer assembly deposition modification system is characterized in that the suspension of the carbon fiber is used as a matrix to carry out layer deposition modification, the layer deposition adsorption modification adopts a multilayer alternate deposition mode, and the modifier is polymers with different anion and cation strengths. The fourth step: a carbon fiber layer assembling, depositing and modifying process. And repeating the steps, modifying for 3-4 times, and filtering and drying to obtain the modified carbon fiber. The obtained carbon fiber can be used as a component for the paper-based friction material to be added. Has the advantages of simple process and low energy consumption. The technical problems of dispersion, combination and the like of the reinforced fibers in the preparation process of the paper-based friction material are solved. The method is suitable for modifying the carbon fiber in the large-scale production process of the paper-based friction material.)
技术领域
本发明涉及纸基摩擦材料制备技术领域，具体涉及一种纸基摩擦材料用碳纤维的改性方法。
背景技术
纸基摩擦材料是一种多孔性湿式摩擦材料，因其具有良好的摩擦特性而广泛应用于车辆及工程机械的湿式离合器和制动器中。纸基摩擦材料主要以植物纤维(棉纤维)、增强材料(碳纤维、芳纶纤维)、晶体氧化矿物质、减摩材料(石墨)、粘结剂、摩擦性能调节剂等组成，通常采用造纸的方式生产。
随着现代车辆工业对纸基摩擦材料的性能的要求越来越高，高性能纤维如碳纤维在其中的使用越来越多。但碳纤维因其制备过程致使其表面惰性较高，与植物纤维的混合分散性差，导致在纸基摩擦材料添加碳纤维过程中存在分散困难和结合性差等问题，限制了碳纤维在纸基摩擦材料中发挥更重要的作用。
碳纤维作为高性能的合成纤维，是含碳量在90％以上的高强度、高模量纤维，耐高温性能优良，其主要是用腈纶和粘胶纤维作为原料，经高温氧化碳化而成，因此具有很强的化学惰性。授权专利号CN1301286C的中国发明专利公开了一种用于摩擦片的碳纤维增强纸基摩擦材料及其制备方法。碳纤维或碳纤维和其他纤维的混合纤维作为增强纤维(7％～40％)，足见增强纤维在纸基摩擦材料中的重要性。但因合成纤维在湿法抄造过程中自身的化学惰性和憎水性，限制了其作用的发挥，因而，碳纤维改性势在必行。目前，大多数碳纤维的改性是在有机溶剂体系中进行，如公开专利号CN106349526A中国发明专利公开了一种基于改性碳纤维的刹车带及其制备方法，其中碳纤维的改性便是在乙醇体系中进行，不利于规模化生产。
发明内容
本发明主要解决现有技术中存在分散困难和结合性差的不足，提供了一种纸基摩擦材料用碳纤维的改性方法，其具有工艺简单和能耗低的优点。解决增强纤维在纸基摩擦材料制备过程中的分散和结合等技术问题。适合纸基摩擦材料规模化生产过程中对碳纤维进行改性。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种纸基摩擦材料用碳纤维的改性方法，包括如下操作步骤：
第一步：碳纤维预处理体系，按照一定浓度配制含有不同表面活性剂的碳纤维分散用预处理液。
第二步：碳纤维预处理工艺，在预处理液中加入短切碳纤维，控制碳纤维浓度，在一定搅拌速度下预处理一定时间。
第三步：碳纤维的层组装沉积改性体系，将上述碳纤维的悬浮液作为基体进行层沉积改性，层沉积吸附改性采用多层交替沉积的方式，改性剂分为不同阴阳离子强度的聚合物。
改性剂分为不同阴、阳离子强度的聚合物，阳离子聚合物包括阳离子聚丙烯酰胺、阳离子淀粉、阳离子瓜尔胶中的一种或几种；阴离子聚合物包括阴离子聚丙烯酰胺、阴离子水性聚氨酯、苯丙乳液中的一种或几种。
第四步：碳纤维的层组装沉积改性工艺，将预处理改性的碳纤维过滤得到碳纤维滤层，加入含有特定浓度的阳离子沉积改性剂体系中，在一定的搅拌速度下进行改性；改性结束后，将纤维过滤得到第一层沉积改性的碳纤维；然后将第一层改性的碳纤维，按照相同的改性工艺，加入含有特定浓度的阴离子沉积改性剂体系。
重复以上步骤过程，改性3～4次循环后，过滤干燥后得到改性碳纤维。得到的碳纤维即可作为纸基摩擦材料用组份进行添加。
作为优选，碳纤维预处理体系为表面活性剂体系，包括十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸、季铵化物脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦，聚山梨酯中的一种或几种的复合物，处理液浓度为0.01wt％～0.03wt％，采用去离子水进行稀释配置。
作为优选，控制碳纤维的浓度为2wt％～4wt％，在搅拌速度为60～80转/min下进行30～60min的预处理，搅拌采用螺旋推进叶片。
作为优选，改性剂分为不同阴、阳离子强度的聚合物，阳离子聚合物与阴离子聚合物有效成分的含量保持为1：1的质量比；阳离子沉积改性剂体系浓度为0.2wt％～0.4wt％，搅拌速度30～50转/min，沉积改性时间10～15min。所述阴离子沉积改性剂体系浓度为0.2wt％～0.4wt％，搅拌速度20～30转/min，沉积改性时间10～15min。
作为优选，经过3～4次循环后，通过采用40目以上的滤网过滤，利用真空干燥进行干燥，干燥温度为60～70℃，真空干燥的负载压强为0.5～1Mpa，干燥时间10～15min。
本发明能够达到如下效果：
本发明提供了一种纸基摩擦材料用碳纤维的改性方法，与现有技术相比较，具有工艺简单和能耗低的优点。解决增强纤维在纸基摩擦材料制备过程中的分散和结合等技术问题。适合纸基摩擦材料规模化生产过程中对碳纤维进行改性。
该方法通过预处理、多层吸附的方式得到表面活化的碳纤维，改性工艺简单，能耗低，适合纸基摩擦材料规模化生产过程中对碳纤维进行改性。预处理工艺主要采用特定表面活性物质在水环境体系中对碳纤维表面进行洁净处理；交替多层沉积工艺主要选用阴阳离子聚合物，在水体系条件下实现在碳纤维表面的交替吸附自组装，制备得到的亲水性能优良的碳纤维，其不仅具有更好的分散性，可明显提升纸基摩擦材料的均匀性；此外，该方法还可以赋予碳纤维高的表面活性，进而改善碳纤维与纸基摩擦材料中其他组分的结合力，提高材料强度。
首先，本发明通过湿法常温改性的方式对碳纤维进行活化工艺简单，且不会产生副反应，效率高。
其次，所使用的主要材料为水溶性树脂或表面活性剂，具备较低的环境危害和对产品性能的影响。
最后，本发明所提供的制备方法，通过多层电荷异性聚合物对碳纤维进行改性，改性后得到性能稳定的改性碳纤维，可为纸基摩擦材料的制备提供分散性和结合力好且稳定的碳纤维。
具体实施方式
下面通过实施例，对发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：一种纸基摩擦材料用碳纤维的改性方法，包括如下操作步骤：
(1)碳纤维预处理体系制备
将十二烷基苯磺酸钠按照浓度0.01wt％％分散，得到碳纤维预处理液。
(2)碳纤维的预处理工艺
碳纤维预处理的浓度2wt％，搅拌速度60转/min，预处理时间30min。
(3)碳纤维的层组装沉积改性体系制备
选用阳离子聚丙烯酰胺、阳离子淀粉，阴离子聚合物包括阴离子聚丙烯酰胺。
(4)碳纤维的层组装沉积改性工艺
所述阳离子沉积改性剂体系浓度为0.2wt％，搅拌速度30转/min，沉积改性时间10min。所述阴离子沉积改性剂体系浓度为0.2wt％wt％，搅拌速度20转/min，沉积改性时间10min。
(5)采用真空干燥，干燥温度为60℃，真空干燥的负载压强为0.5Mpa，干燥时间10min。
(6)利用得到的改性碳纤维经湿法工艺制备纸基摩擦材料，并进行性能检测。
实施例2：一种纸基摩擦材料用碳纤维的改性方法，包括如下操作步骤：
(1)碳纤维的预处理体系制备
将硬脂酸按照浓度0.02wt％分散，得到碳纤维预处理液。
(2)碳纤维的预处理工艺
碳纤维预处理的浓度3wt％，搅拌速度70转/min，预处理时间40min。
(3)碳纤维的层组装沉积改性体系制备
选用阳离子淀粉作为阳离子改性聚合物；选用阴离子水性聚氨酯作为阴离子改性剂。
(4)碳纤维的层组装沉积改性工艺
所述阳离子沉积改性剂体系浓度为0.3wt％，搅拌速度40转/min，沉积改性时间12min。所述阴离子沉积改性剂体系浓度为0.3wt％，搅拌速度25转/min，沉积改性时间12min。
(5)采用真空干燥，干燥温度为65℃，真空干燥的负载压强为0.7Mpa，干燥时间12min。
(6)利用得到的改性碳纤维经湿法工艺制备纸基摩擦材料，并进行性能检测。
实施例3：一种纸基摩擦材料用碳纤维的改性方法，包括如下操作步骤：
(1)碳纤维的预处理体系制备
将硬脂酸按照浓度0.03wt％分散，得到碳纤维预处理液。
(2)碳纤维的预处理工艺
碳纤维预处理的浓度4wt％，搅拌速度80转/min，预处理时间50min。
(3)碳纤维的层组装沉积改性体系制备
选用阳离子瓜尔胶作为阳离子改性聚合物；选用苯丙乳液作为阴离子改性剂。
(4)碳纤维的层组装沉积改性工艺
所述阳离子沉积改性剂体系浓度为0.4wt％，搅拌速度50转/min，沉积改性时间13min。所述阴离子沉积改性剂体系浓度为0.4wt％，搅拌速度30转/min，沉积改性时间13min。
(5)采用真空干燥，干燥温度为65℃，真空干燥的负载压强为0.7Mpa，干燥时间13min。
(6)利用得到的改性碳纤维经湿法工艺制备纸基摩擦材料，并进行性能检测。
实施例4：一种纸基摩擦材料用碳纤维的改性方法，包括如下操作步骤：
(1)碳纤维的预处理体系制备
将硬脂酸按照浓度0.03wt％分散，得到碳纤维预处理液。
(2)碳纤维的预处理工艺
碳纤维预处理的浓度4wt％，搅拌速度80转/min，预处理时间60min。
(3)碳纤维的层组装沉积改性体系制备
选用阳离子瓜尔胶作为阳离子改性聚合物；选用苯丙乳液作为阴离子改性剂。
(4)碳纤维的层组装沉积改性工艺
所述阳离子沉积改性剂体系浓度为0.4wt％，搅拌速度50转/min，沉积改性时间14min。所述阴离子沉积改性剂体系浓度为0.4wt％，搅拌速度30转/min，沉积改性时间14min。
(5)采用真空干燥，干燥温度为70℃，真空干燥的负载压强为0.8Mpa，干燥时间14min。
(6)利用得到的改性碳纤维经湿法工艺制备纸基摩擦材料，并进行性能检测。
实施例5：一种纸基摩擦材料用碳纤维的改性方法，包括如下操作步骤：
(1)碳纤维的预处理体系制备
将硬脂酸按照浓度0.03wt％分散，得到碳纤维预处理液。
(2)碳纤维的预处理工艺
碳纤维预处理的浓度4wt％，搅拌速度80转/min，预处理时间60min。
(3)碳纤维的层组装沉积改性体系制备
选用阳离子瓜尔胶作为阳离子改性聚合物；选用苯丙乳液作为阴离子改性剂。
(4)碳纤维的层组装沉积改性工艺
所述阳离子沉积改性剂体系浓度为0.4wt％，搅拌速度50转/min，沉积改性时间15min。所述阴离子沉积改性剂体系浓度为0.4wt％，搅拌速度30转/min，沉积改性时间15min。
(5)采用真空干燥，干燥温度为70℃，真空干燥的负载压强为0.9Mpa，干燥时间15min。
(6)利用得到的改性碳纤维经湿法工艺制备纸基摩擦材料，并进行性能检测。
实施例6：一种纸基摩擦材料用碳纤维的改性方法，包括如下操作步骤：
(1)碳纤维的预处理体系制备
将硬脂酸按照浓度0.03wt％分散，得到碳纤维预处理液。
(2)碳纤维的预处理工艺
碳纤维预处理的浓度4wt％，搅拌速度80转/min，预处理时间60min。
(3)碳纤维的层组装沉积改性体系制备
选用阳离子瓜尔胶作为阳离子改性聚合物；选用苯丙乳液作为阴离子改性剂。
(4)碳纤维的层组装沉积改性工艺
所述阳离子沉积改性剂体系浓度为0.4wt％，搅拌速度50转/min，沉积改性时间15min。所述阴离子沉积改性剂体系浓度为0.4wt％，搅拌速度30转/min，沉积改性时间15min。
(5)采用真空干燥，干燥温度为70℃，真空干燥的负载压强为0.9Mpa，干燥时间15min。
(6)利用得到的改性碳纤维经湿法工艺制备纸基摩擦材料，并进行性能检测。
实施例7：一种纸基摩擦材料用碳纤维的改性方法，包括如下操作步骤：
(1)碳纤维的预处理体系制备
将硬脂酸按照浓度0.03wt％分散，得到碳纤维预处理液。
(2)碳纤维的预处理工艺
碳纤维预处理的浓度4wt％，搅拌速度80转/min，预处理时间60min。
(3)碳纤维的层组装沉积改性体系制备
选用阳离子瓜尔胶作为阳离子改性聚合物；选用苯丙乳液作为阴离子改性剂。
(4)碳纤维的层组装沉积改性工艺
所述阳离子沉积改性剂体系浓度为0.4wt％，搅拌速度50转/min，沉积改性时间15min。所述阴离子沉积改性剂体系浓度为0.4wt％，搅拌速度30转/min，沉积改性时间15min。
(5)采用真空干燥，干燥温度为70℃，真空干燥的负载压强为1.0Mpa，干燥时间15min。
(6)利用得到的改性碳纤维经湿法工艺制备纸基摩擦材料，并进行性能检测。
表1纸基摩擦材料性能
综上所述，该纸基摩擦材料用碳纤维的改性方法，具有工艺简单和能耗低的优点。解决增强纤维在纸基摩擦材料制备过程中的分散和结合等技术问题。适合纸基摩擦材料规模化生产过程中对碳纤维进行改性。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种具有自修复超疏水功能柔性基底的制备方法