[发明专利]一种基于碳纤维的耐磨材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种基于碳纤维的耐磨材料，由如下方法制成：第一步、制备高耐磨填料；第二步、制备改性碳纤维；第三步、将高耐磨填料和改性碳纤维混合，之后与超高分子量聚乙烯混合，经热压和硫化处理，制得改性碳纤维和高耐磨填料协同填充的超高分子量聚乙烯，即为成品的所述基于碳纤维的耐磨材料，控制高耐磨填料、改性碳纤维和超高分子量聚乙烯的重量比为3∶1∶8；本发明还公开了一种基于碳纤维的耐磨材料的制备方法；复合过程中KH‑550能够与聚乙烯发生反应，使得5‑羟色胺层与碳纤维之间的复合更加紧密，又能够使碳纤维与聚乙烯紧密粘合，提升整体的稳定性能，能够赋予该耐磨材料优异的耐磨和稳定性能。

技术领域

本发明属于耐磨材料技术领域，具体为一种基于碳纤维的耐磨材料及其制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯是一种结构与普通聚乙烯相似线性聚乙烯，其分子量 在150万以上，最高超过1000万，是一种具有优异综合性能的热塑性工程塑料。其制成品具有优异的耐化学药品腐蚀和溶胀、耐冲击、耐低温及较低的摩擦系数。但是，超高分子量聚乙烯耐热性 能较差、硬度较低、抗磨粒磨损性能差。一般采用弹性模量较高的无机粒子或者纤维填充超高分子量聚乙烯得到耐温性能和摩擦性能更优异的复合材料。

中国发明专利CN105543545B公开了一种短碳纤维复合石墨烯强化铜基耐磨材料及其制备方法，解决了短碳纤维和石墨烯在基体中分散不均的问题，获得了铜基复合材料良好的耐磨性能。所述短碳纤维复合石墨烯强化铜基耐磨材料含有下列重量百分比的化学成分：短碳纤维0.5-3.0wt％，石墨烯1.0-4.0wt％，余量为Cu。该短碳纤维复合石墨烯强化铜基耐磨材料的制备方法包括复合材料混合粉体的制备及复合材料的烧结两个步骤。

发明内容

为了克服上述的技术问题，本发明提供一种基于碳纤维的耐磨材料及其制备方法。

本发明所要解决的技术问题：

（1）纳米氮化硅自身易团聚，无法均匀的形成乳化体系分散在溶液中，导致在该体系中无法形成一种以纳米氮化硅为内核，以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯以及十二烷基硫酸钠为外壳的高耐磨填料；

（2）市场中碳纤维表面会涂有上浆剂对碳纤维进行保护，但是上浆剂在保护碳纤维的同时会引入弱界面层，而且碳纤维无法与聚乙烯复合，两者之间界面性能差，复合后不稳定。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于碳纤维的耐磨材料，由如下方法制成：

第一步、制备高耐磨填料；

该耐磨材料由如下方法制成：

步骤S1、将25-50份纳米氮化硅置于110℃干燥箱中干燥2h，之后转移至装有去离子水的烧杯中，超声10min，以150r/min的转速进行磁力搅拌，15min后加入10-15份十二烷基三乙氧基硅烷，继续搅拌2h，之后抽滤、干燥、研磨，制得处理后的纳米氮化硅；

步骤S2、将去离子水加入三口烧瓶中，加入3-8份十二烷基硫酸钠，滴加质量分数10%氨水调节pH，直至pH=8，加入步骤S1制得的处理后的纳米氮化硅，磁力搅拌10min后升温至60℃，加入0.8-1.5份过硫酸钠，在此温度下匀速搅拌10min，加入5-10份甲基丙烯酸甲酯和5-8份丙烯酸乙酯，升温至80℃，在此温度下反应4h，冷却至室温、过滤、用去离子水洗涤三次，在100℃干燥3h，制得高耐磨填料；

第二步、制备改性碳纤维；

第三步、将高耐磨填料和改性碳纤维混合，之后与超高分子量聚乙烯混合，经热压和硫化处理，制得改性碳纤维和高耐磨填料协同填充的超高分子量聚乙烯，即为成品的所述基于碳纤维的耐磨材料，控制高耐磨填料、改性碳纤维和超高分子量聚乙烯的重量比为3∶1∶8。