一种氧化石墨烯和纳米金刚石改性汽车离合器面片用复合纤维布的方法

摘要

本发明公开了一种氧化石墨烯和纳米金刚石改性汽车离合器面片用复合纤维布的方法，其包括氧化石墨烯水溶液的制备、纳米金刚石分散液、复合纤维表面电泳沉积氧化石墨烯和纳米金刚石等步骤。本发明采用电泳沉淀法先后将氧化石墨烯和纳米金刚石均匀地分布到复合纤维中每一根纤维表面以及在纤维之间形成桥接，再进行热处理，可以实现氧化石墨烯、纳米金刚石与复合纤维的键合，提高氧化石墨烯、纳米金刚石在复合纤维表面的附着力，使得改性后的复合纤维继承了石墨烯的高导热性能和纳米金刚石的超耐磨性能，具有更强等耐磨性能和更好的导热性能。

说明书

技术领域

本发明涉及纤维材料领域 ，具体涉及一种氧化石墨烯和纳米金刚石改性汽车离合器面片用复合纤维布的方法。

背景技术

汽车离合器面片是车辆依靠摩擦作用执行传动功能的部件材料，是摩擦材料的一种，是汽车车辆中非常重要的安全零件，对于汽车的功能性、安全性以及舒适性的实现都有着重要影响。常用的汽车离合器面片主要有粘结剂、增强纤维以及填料粒子等原料制成。其中，增强纤维是离合器面片的重要组分，主要承载单元，起骨架作用，使材料具有一定的强度和韧性，可经受冲击、剪切、拉伸等机械作用而不出现裂纹断裂、崩缺等机械损伤，对材料的摩擦磨损等性能有着重要影响。复合纤维石目前增强纤维的主要发展方向，选用性能和价格互补的两种或两种以上的纤维复合增强，不仅可以降低成本，还能够发挥各自优点，弥补缺陷，提高性能。

任增茂在其《复合纤维型非石棉缠绕式离合器面片研制》一文中阐述了按照玻璃纤维50%-60%、凯夫拉纤维0%-20%、碳纤维0%-10%、其他纤维0%-10%的比例将它们捻合在一起，制成一种混合型复合纤维作为增强纤维以替代石棉纤维，同时选用性能较好的改性树脂、橡胶及其配合物、摩擦性能调节剂等做粘结剂和填料，制得一种摩擦磨损性能良好的复合纤维型非石棉缠绕式离合器面片。但是随着汽车朝着高速、重载、舒适安全的的发展，对汽车所使用的离合器 面片的性能要求也越来越高，这就要求复合纤维需要更高更稳定的摩擦系数、更强的耐磨性能以及更好的导热性能。

因此，本发明采用电泳沉淀法先后将氧化石墨烯和纳米金刚石均匀地分布到复合纤维中每一根纤维表面以及在纤维之间形成桥接，再进行热处理，可以实现氧化石墨烯、纳米金刚石与复合纤维的键合，提高氧化石墨烯、纳米金刚石在复合纤维表面的附着力，使得改性后的复合纤维继承了石墨烯的高导热性能和纳米金刚石的超耐磨性能，具有更强等耐磨性能和更好的导热性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化石墨烯和纳米金刚石改性汽车离合器面片用复合纤维布的方法，可以显著提高复合纤维布的耐磨性能和导热性能。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种氧化石墨烯和纳米金刚石改性汽车离合器面片用复合纤维布的方法，包括以下步骤：

（1）将氧化石墨烯加水超声搅拌制成质量浓度为0.5-1.0mg/mL的氧化石墨烯水溶液，待用；

（2）按照质量比15-18:0.3-0.5:0.4-0.6:0.01将无水乙醇、丙酮、碘、纳米金刚石混合均匀，超声分散即得纳米金刚石分散液，待用；

（3）采用复合纤维布作为阳极，两块同样大小的不锈钢板作为对电极平行地至于复合纤维两侧作为电泳装置，电极距离为1-2cm，然后加入步骤（1）制得的氧化石墨烯水溶液作为电泳液，直流电压控制在15-20V，电泳沉积30-40min后取出复合纤维布，在1-2L/minN₂保护气氛、（2-3）×10^-3Pa真空保护以及280-360℃温度条件高温处理4-7h，待复合纤维布冷却至室温后重新放入电泳装置中，再加入步骤（2）制得的纳米金刚石分散液作为电泳液，直流电压控制在40-50V，电泳沉积5-10min后取出复合纤维布，在2-3L/minN₂保护气氛、（1-2）×10^-3Pa真空保护以及350-400℃温度条件高温处理2-5h，冷却至室温，即得氧化石墨烯和纳米金刚石改性复合纤维布。

步骤（1）所述的氧化石墨烯采用Hummers法制得。

步骤（1）所述的超声功率为200-300W，超声时间为5-10min。

步骤（2）所述的纳米金刚石由爆炸法制得，粒径为1-10nmm。

步骤（2）所述的超声功率为150-250W，超声时间为10-15min。

步骤（3）所述的复合纤维布中的复合纤维选自玻璃纤维、芳纶纤维、腈纶纤维、碳纤维、铜纤维、钢纤维、海泡石纤维、钛酸钾纤维、硅酸铝纤维中的两种或两种以上纤维捻合而成。

本发明的有益效果：

本发明采用电泳沉淀法先后将氧化石墨烯和纳米金刚石均匀地分布到复合纤维中每一根纤维表面以及在纤维之间形成桥接，再进行热处理，可以实现氧化石墨烯、纳米金刚石与复合纤维的键合，提高氧化石墨烯、纳米金刚石在复合纤维表面的附着力，使得改性后的复合纤维继承了石墨烯的高导热性能和纳米金刚石的超耐磨性能，具有更强等耐磨性能和更好的导热性能。

具体实施方式

实施例1

一种氧化石墨烯和纳米金刚石改性汽车离合器面片用复合纤维布的方法，包括以下步骤：

（1）将氧化石墨烯加水超声搅拌制成质量浓度为0.5mg/mL的氧化石墨烯水溶液，待用；

（2）按照质量比15:0.3:0.4:0.01将无水乙醇、丙酮、碘、纳米金刚石混合均匀，超声分散即得纳米金刚石分散液，待用；

（3）采用复合纤维布作为阳极，两块同样大小的不锈钢板作为对电极平行地至于复合纤维两侧作为电泳装置，电极距离为1cm，然后加入步骤（1）制得的氧化石墨烯水溶液作为电泳液，直流电压控制在15V，电泳沉积40min后取出复合纤维布，在1L/minN₂保护气氛、2×10^-3Pa真空保护以及280℃温度条件高温处理7h，待复合纤维布冷却至室温后重新放入电泳装置中，再加入步骤（2）制得的纳米金刚石分散液作为电泳液，直流电压控制在40V，电泳沉积10min后取出复合纤维布，在2L/minN₂保护气氛、1×10^-3Pa真空保护以及350℃温度条件高温处理5h，冷却至室温，即得氧化石墨烯和纳米金刚石改性复合纤维布。

步骤（1）所述的氧化石墨烯采用Hummers法制得。

步骤（1）所述的超声功率为200W，超声时间为10min。

步骤（2）所述的纳米金刚石由爆炸法制得，粒径为1nmm。

步骤（2）所述的超声功率为150W，超声时间为15min。

步骤（3）所述的复合纤维布中的复合纤维为玻璃纤维、芳纶纤维两种纤维捻合而成。

实施例2

一种氧化石墨烯和纳米金刚石改性汽车离合器面片用复合纤维布的方法，包括以下步骤：

（1）将氧化石墨烯加水超声搅拌制成质量浓度为0.8mg/mL的氧化石墨烯水溶液，待用；

（2）按照质量比16:0.4:0.5:0.01将无水乙醇、丙酮、碘、纳米金刚石混合均匀，超声分散即得纳米金刚石分散液，待用；

（3）采用复合纤维布作为阳极，两块同样大小的不锈钢板作为对电极平行地至于复合纤维两侧作为电泳装置，电极距离为1.5cm，然后加入步骤（1）制得的氧化石墨烯水溶液作为电泳液，直流电压控制在18V，电泳沉积35min后取出复合纤维布，在1.5L/minN₂保护气氛、2.5×10^-3Pa真空保护以及320℃温度条件高温处理6h，待复合纤维布冷却至室温后重新放入电泳装置中，再加入步骤（2）制得的纳米金刚石分散液作为电泳液，直流电压控制在45V，电泳沉积8min后取出复合纤维布，在2.5L/minN₂保护气氛、1.5×10^-3Pa真空保护以及380℃温度条件高温处理4h，冷却至室温，即得氧化石墨烯和纳米金刚石改性复合纤维布。

步骤（1）所述的氧化石墨烯采用Hummers法制得。

步骤（1）所述的超声功率为250W，超声时间为8min。

步骤（2）所述的纳米金刚石由爆炸法制得，粒径为5nmm。

步骤（2）所述的超声功率为200W，超声时间为12min。

步骤（3）所述的复合纤维布中的复合纤维为玻璃纤维、腈纶纤维、铜纤维三种纤维捻合而成。

实施例3

一种氧化石墨烯和纳米金刚石改性汽车离合器面片用复合纤维布的方法，包括以下步骤：

（1）将氧化石墨烯加水超声搅拌制成质量浓度为1.0mg/mL的氧化石墨烯水溶液，待用；

（2）按照质量比18:0.5:0.6:0.01将无水乙醇、丙酮、碘、纳米金刚石混合均匀，超声分散即得纳米金刚石分散液，待用；

（3）采用复合纤维布作为阳极，两块同样大小的不锈钢板作为对电极平行地至于复合纤维两侧作为电泳装置，电极距离为2cm，然后加入步骤（1）制得的氧化石墨烯水溶液作为电泳液，直流电压控制在20V，电泳沉积30min后取出复合纤维布，在2L/minN₂保护气氛、3×10^-3Pa真空保护以及360℃温度条件高温处理4h，待复合纤维布冷却至室温后重新放入电泳装置中，再加入步骤（2）制得的纳米金刚石分散液作为电泳液，直流电压控制在50V，电泳沉积5min后取出复合纤维布，在3L/minN₂保护气氛、2×10^-3Pa真空保护以及400℃温度条件高温处理2h，冷却至室温，即得氧化石墨烯和纳米金刚石改性复合纤维布。

步骤（1）所述的氧化石墨烯采用Hummers法制得。

步骤（1）所述的超声功率为300W，超声时间为5min。

步骤（2）所述的纳米金刚石由爆炸法制得，粒径为10nmm。

步骤（2）所述的超声功率为250W，超声时间为10min。

步骤（3）所述的复合纤维布中的复合纤维为芳纶纤维、碳纤维、钢纤维、钛酸钾纤维四种纤维捻合而成。