一种黑磷改性酚醛树脂复合材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种黑磷改性酚醛树脂复合材料及其制备方法 (Black phosphorus modified phenolic resin composite material and preparation method thereof ) 是由 汪国庆 于 2021-08-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种黑磷改性酚醛树脂复合材料及其制备方法一种黑磷改性酚醛树脂复合材料及其应用,涉及聚合物复合材料领域,该复合材料是通过将酚醛树脂、玄武岩纤维、芳纶纤维、黑磷和石墨混合后热压烧结成型,最后脱模获得；该复合材料具有摩擦系数稳定和磨损率低的特点,可加工成薄片在旋转型超声电机中使用,能够提高超声电机的速度稳定性和使用寿命。(The invention discloses a black phosphorus modified phenolic resin composite material and a preparation method thereof, and relates to the field of polymer composite materials; the composite material has the characteristics of stable friction coefficient and low wear rate, can be processed into a thin sheet to be used in a rotary ultrasonic motor, and can improve the speed stability and prolong the service life of the ultrasonic motor.)
技术领域
本发明涉及聚合物复合材料领域，特别是一种黑磷改性酚醛树脂复合材料及其应用。
背景技术
超声电机是20世纪80年代迅速发展并具有特殊应用的一种新型微电机，其基于功能陶瓷的超声波频率的振动实现驱动，与传统电机相比，具有低速大力矩输出、功率密度高、起停控制性好、定位精确、无电磁干等优点，在航空航天、精密仪器等领域具有广泛的应用前景。
由于超声电机通过摩擦界面输送动力，因而界面的摩擦特性对超声电机整体性能的发挥至关重要，超声电机摩擦驱动模式为定子与转子间的干摩擦，材料的磨损不可避免，而由于磨损造成超声电机使用寿命缩短以及预压力发生变化，将导致超声电机输出转速不稳定。目前旋转型超声电机使用的摩擦材料为聚四氟乙烯基复合材料,主要存在两大问题：一是摩擦性能不稳定，二是使用寿命短。目前，国内还没有摩擦材料能完全解决以上两个问题并同时满足超声电机的使用需求。
酚醛树脂是一种绝缘性能好、耐高温、耐腐蚀、耐磨损且抗压的一种高分子材料，然而纯的酚醛树脂性能单一，很难满足复杂环境和苛刻条件下的使用要求，但酚醛树脂可设计性能强，可以通过纤维增强，黑磷和固体润滑剂改性赋予其良好的摩擦学性能。
发明内容
针对上述超声电机现有技术存在的上述不足，本发明提供一种具有摩擦性能稳定且耐磨性良好的黑磷改性酚醛树脂复合材料，使其具有摩擦系数稳定和磨损率低的特点，可加工成薄片在旋转型超声电机中使用，能够提高超声电机的速度稳定性和使用寿命。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
以体积百分数计，首先将60～70％的酚醛树脂和0～3％的黑磷按照比例湿法混合，然后加入10～20％的芳纶纤维、10～20％的玄武岩纤维和0～4％的石墨，混合均匀后于120℃过夜烘干，粉碎，过200目筛，获得模料；将模料加入模具中进行热压烧结成型，模压温度150～175℃，压力30～40MPa，自然冷却脱模，即获得所述黑磷改性酚醛树脂复合材料。
2.根据权利要求1所述黑磷改性酚醛树脂复合材料，其特征在于，所述酚醛树脂平均粒径为50-100μm。
3.根据权利要求2所述黑磷改性酚醛树脂复合材料，其特征在于，所述芳纶纤维直径为7μm，长度为20-50μm。
4.根据权利要求3所述黑磷改性酚醛树脂复合材料，其特征在于，所述玄武岩纤维粒径为30～50μm。
5.根据权利要求4所述黑磷改性酚醛树脂复合材料，其特征在于，所述黑磷横向尺寸为5～25μm。
6.根据权利要求5所述黑磷改性酚醛树脂复合材料，其特征在于，所述石墨粒径为10-20μm。
7.如权利要求1-6之一所述黑磷改性酚醛树脂复合材料可以作为超声电机转子摩擦材料。
本发明采用酚醛树脂为平均粒径50～100μm的模压粉，性能稳定，适合无机颗粒填充和模压；长度20～50μm的芳纶纤维和30～50μm的玄武岩纤维具有较好的力学性能和摩擦学性能；黑磷横向尺寸为5～25μm，其具有良好的力学性能及突出的耐磨性能；石墨粒径为10-20μm，而石墨作为固体润滑剂，是降低磨损的最有效添加剂。由上述原料制备的黑磷改性酚醛树脂复合材料摩擦系数稳定、磨损率低，能够满足旋转型超声电机转子摩擦材料的要求，能够将超声电机的使用寿命提高一倍以上；此外，以芳纶纤维增强酚醛树脂树脂基体，采用黑磷和石墨协同改性提高材料自身的机械性能和耐磨性，能够满足超声电机磨合期或多次启停时的使用要求
与现有技术方案相比，本发明具有以下技术效果：
(1)、传统摩擦材料在超声电机预压力作用下，长期储存就会发生齿陷，存在难以启动的致命问题，而该材料具有良好的抗压耐蠕变性能，可以避免超声电机因储存过久发生齿陷而导致的无法启动问题。
(2)、本发明能增强摩擦材料得导热性，同时增加超声电机转子的耐磨性。
(3)、相比以前得摩擦材料，本发明摩擦系数的提高能够有效的提高超声电机的输出力矩和转换效率。
附图说明
图1为本发明各实施例获得的黑磷改性酚醛树脂复合材料摩擦系数变化柱状图。
图2为本发明各实施例获得的黑磷改性酚醛树脂复合材料磨损率变化示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
以下实施例中选用的酚醛树脂平均粒径为50-100μm，购自山东圣泉集团；玄武岩纤维的平均粒径为30-50μm，购自四川谦宜复合材料有限公司；
黑磷的尺寸分布范围为5-25μm，购自南京吉仓纳米科技有限公司；
芳纶纤维的直径为7μm，长度范围为20～50mm，购自上海瑞彦经贸有限公司；
石墨颗粒的平均粒径为10-20μm，购自南京智宁科技有限公司。
实施例1
本实施例中制备的黑磷改性酚醛树脂复合材料各组分的体积百分比如下：酚醛树脂60％、芳纶纤维20％、玄武岩纤维15％、黑磷1％、石墨4％。
具体制备步骤：
1、先将酚醛树脂和黑磷在酒精中球磨混合均匀，然后加入芳纶纤维、玄武岩纤维、石墨，充分混合均匀，然后进行120℃烘干、粉碎以及过筛处理；过200目筛；
2、将混好的模料倒入模具中进行热压烧结成型，模压温度150℃，压力30MPa，自然冷却脱模，即获得所述黑磷改性酚醛树脂复合材料。
实施例2
本实施例制备的黑磷改性酚醛树脂复合材料各组分的体积百分比如下：酚醛树脂65％、芳纶纤维15％、玄武岩纤维15％、黑磷2％、石墨3％。
具体制备步骤：
1、先将酚醛树脂和黑磷在酒精中球磨混合均匀，然后加入芳纶纤维、玄武岩纤维、石墨，充分混合均匀，然后进行120℃烘干、粉碎以及过筛处理；过200目筛；；
2、将混好的模料倒入模具中进行热压烧结成型，模压温度155℃，压力35MPa，自然冷却脱模；即获得所述黑磷改性酚醛树脂复合材料。
实施例3
本实施例制备的黑磷改性酚醛树脂复合材料各组分的体积百分比如下：酚醛树脂65％、芳纶纤维10％、玄武岩纤维20％、黑磷3％、石墨2％。
具体制备步骤：
1、先将酚醛树脂和黑磷在酒精中球磨混合均匀，然后加入芳纶纤维、玄武岩纤维、石墨，充分混合均匀，然后进行120℃烘干、粉碎以及过筛处理；过200目筛；
2、将混好的模料倒入模具中进行热压烧结成型，模压温度160℃，压力35MPa，自然冷却脱模；即获得所述黑磷改性酚醛树脂复合材料。
实施例4
本实施例制备的黑磷改性酚醛树脂复合材料各组分的体积百分比如下：酚醛树脂70％、芳纶纤维15％、玄武岩纤维10％、‘
具体制备步骤：
1、先将酚醛树脂和黑磷在酒精中球磨混合均匀，然后加入芳纶纤维、玄武岩纤维、石墨，充分混合均匀，然后进行120℃烘干、粉碎以及过筛处理；过200目筛；
2、将混好的模料倒入模具中进行热压烧结成型，模压温度175℃，压力40MPa，自然冷却脱模；即获得所述黑磷改性酚醛树脂复合材料。
将实施例1-4获得的黑磷改性酚醛树脂复合材料依次编号1-4，分别进行切片加工，与铝合金转子粘贴以及表面抛光后供超声电机使用
将上述方法获得的转子用于旋转型超声电机，检测摩擦系数与磨损率，分别如图1(图中序号1至4分别对应实施例1至4所得酚醛树脂复合材料的平均摩擦系数)、图2(图中序号1至4分别对应实施例1至4所得酚醛树脂复合材料的磨损率)所示，可见，1号材料在100N、200r/min条件下与磷青铜定子配副的摩擦系数为0.16，磨损率约为4.3×10-8mm3/N·m；2号材料在100N、200r/min条件下与磷青铜定子配副的摩擦系数为0.19，磨损率约为3.1×10- 8mm3/N·m；3号材料在100N、200r/min条件下与磷青铜定子配副的摩擦系数为0.15，磨损率约为5.6×10-8mm3/N·m；4号材料在100N、200r/min条件下与磷青铜定子配副的摩擦系数为0.21，磨损率约为6.8×10-8mm3/N·m。
由上述检测结果可见，由本发明方法获得的黑磷改性酚醛树脂摩擦系数稳定、磨损率低，能够满足旋转型超声电机转子摩擦材料的使用要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。