[发明专利]一种PBO纤维增强自润滑衬垫复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种PBO纤维增强自润滑衬垫复合材料的制备，以上浆后的PBO纤维作为纬纱，PBO纤维和PTFE纤维合捻纱做经纱，经织造、退浆处理得到PBO/PTFE织物坯布；将PBO/PTFE织物坯布浸入PEI的溶液中进行活化处理，再采用aramid纳米纤维分散和α‑ZrP溶液对表面活化的PBO/PTFE织物坯布进行循环浸渍，得修饰的PBO/PTFE织物坯布；然后将修饰的PBO/PTFE织物坯布在树脂中反复浸渍，直至织物质量分数达到15~35%；最后经粘结固化处理，得到PBO纤维增强自润滑衬垫复合材料。该纤维增强自润滑衬垫具有非常优异的力学性能和耐磨性能，能满足自润滑衬垫的服役稳定性和寿命要求。

技术领域

本发明涉及一种聚四氟乙烯纤维基（PTFE）自润滑衬垫复合材料，尤其涉及一种聚对苯撑苯并二恶唑纤维（PBO）增强聚四氟乙烯纤维基自润滑衬垫复合材料，属于复合材料领域和润滑材料技术领域。

背景技术

自润滑衬垫在轴承中扮演着润滑剂的角色，它将轴承中两个金属面之间的摩擦转变为金属对自润滑衬垫的摩擦，其性能直接决定着自润滑轴承的服役稳定性和服役寿命。目前，自润滑衬垫中使用的增强纤维主要为芳纶纤维、玻璃纤维为主。

聚对苯撑苯并二恶唑纤维（PBO）是一种化学合成的高性能纤维，大分子主链由苯环和芳杂环交替连接而成，大分子结构中不存在支链，为刚性棒状大分子结构。因此，在PBO纤维纺丝过程中，无支链且刚性的大分子在纤维中易于取向和结晶，最终得到高度取向和高结晶度的有序结构。PBO大分子结构及其聚集状态赋予其优异的力学强度和耐温性能，PBO纤维密度仅为1.56g/cm³，拉伸强度为5.8 GPa，拉伸模量最高可达280-380 GPa，工作温度为300~350 °C，热分解温度高达670 °C。此外，PBO纤维还表现出优异的抗蠕变性能，耐化学介质性能，耐剪、耐磨和阻燃性能。由于PBO纤维优异的力学及热学性能，其作为自润滑衬垫的增强纤维可以大幅提升自润滑衬垫的力学性能和摩擦学性能。然而，高度取向和高结晶度导致PBO纤维表面光滑，惰性强，致使其和树脂基体之间的界面相互作用较弱。目前解决PBO纤维与树脂基体之间界面相互作用弱的问题，主要采用等离子体刻蚀法、辐照法、化学氧化法等改性方法。上述方法改性可以在一定程度上改善PBO 纤维与树脂基体之间的界面结合强度，但改性后PBO 纤维力学性能存在一定程度的下降。PBO纤维力学性能下降势必导致PBO/PTFE自润滑衬垫力学性能和摩擦学性能的损失，达不到提升自润滑轴承及其它织物型自润滑零部件服役寿命的目的。

CN104328610A公开了一种聚对苯撑苯并二恶唑纤维（PBO）的表面改性处理装置，通过该装置可以实现对聚对苯撑苯并二恶唑纤维的连续表面处理，实现纤维长丝的连续工业化生产。但是，该方法并不适用PBO/PTFE自润滑衬垫中纤维的界面修饰，主要是由于PBO纤维织物过程中需要穿综过扣，前期修饰物在织造准备阶段和织造过程中会因摩擦而被破坏，达不到界面增强的目的。因此，在不影响纤维力学强度的前提下，如何改善自润滑衬垫中纤维与树脂之间的界面相互作用，进而改善PBO纤维与树脂基体之间的界面结合强度，对提升自润滑衬垫综合性能尤为重要。通过化学或物理方法对纤维表面进行修饰，增加纤维表面粗糙度、活性官能团含量及浸润性，进而改善PBO纤维与树脂基体之间的界面结合强度，对提升自润滑衬垫综合性能尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种PBO纤维增强自润滑衬垫PBO/PTFE复合材料的制备方法，以改善PBO/PTFE自润滑织物中两种纤维与树脂基体之间的界面结合强度，提升自润滑衬垫的力学性能和摩擦学性能。

一、PBO纤维增强自润滑衬垫复合材料的制备