一种耐高温耐摩擦酚醛树脂复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种耐高温耐摩擦酚醛树脂复合材料的制备方法，属于复合材料领域。
【背景技术】
[0002]酚醛树脂结构上的薄弱环节是酚轻基和亚甲基容易氧化，耐热性受到影响。随着工业的不断发展，特别是各种车辆和机械使用工况条件及航空、航天和其它国防尖端技术的发展，对高性能摩擦材料提出了新的要求，如较高的热分解温度、良好的热恢复性能、足够的摩擦系数、较好的耐磨性能及较低的噪音等。用纯酚醛树脂作为摩擦材料，如高级轿车、摩托车刹车片和离合器片的基材，还不能满足这些要求。传统未改性的酚醛树脂脆性大、韧性差、耐热性不足，限制了高性能摩擦材料的开发。目前，高性能摩擦材料用酚醛树脂主要靠从国外进口。因此，为适应汽车、电子、航空、航天及国防工业等高新技术领域的需要，对酚醛树脂进行改性，提高其韧性及耐热性是酚醛树脂的发展方向。
[0003]近些年来纳米材料已被用于改性酚醛树脂，并取得了一些研究成果。纳米粒子由于尺寸小、表面积大、表面非配对原子多，因而与酚醛树脂结合能力强，并可对酚醛树脂的物化性能产生特殊作用。将纳米粒子加入酚醛树脂中可克服常规刚性粒子不能同时增强增韧的缺点，提高酚醛树脂的韧性、强度和耐热性等。
【发明内容】
[0004]本发明主要解决的技术问题:针对目前传统未改性的酚醛树脂脆性大、韧性差、耐热性不足，限制了高性能摩擦材料的开发，用纯酚醛树脂作为摩擦材料不能满足使用要求的问题，提供了一种耐高温耐摩擦酚醛树脂复合材料的制备方法，本发明先制备出酚醛树脂溶液，再对二氧化锆纳米粉末进行表面改性，将其加入到酚醛树脂溶液中进行反应，得到耐高温耐摩擦酚醛树脂复合材料，本发明用改性后的纳米二氧化锆作为填料添加在酚醛树脂溶液，可以提高与聚合物之间的亲和性，使纳米二氧化锆能够均匀加入到聚合物基体中，改性后酚醛树脂的耐热性能得到很大的改善，具有高而稳定的摩擦系数，即使受雨雪或酷热条件的影响，摩擦系数也不降低，有广泛的应用的前景。
[0005]
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
(1)向IL三口烧瓶中加入50?70g苯酚，再加入3?8g铝酸、100?120mL甲醛和150?200mL质量分数25%氢氧化钠为碱性催化剂，将烧瓶放入恒温水浴中，设置温度为90?95 °C，保持此温度下回流反应10?12h，反应结束后冷却至室温，将瓶中产物在50?60Pa真空度下抽真空去除多余的水和游离苯酚，得到铝酸改性酚醛树脂；
(2)将上述铝酸改性酚醛树脂按固液比1:5与无水乙醇混合，混合后加入酚醛树脂质量8?10%的六次甲基四胺，得酚醛树脂溶液，留取备用；
(3)称取5?1g二氧化锆纳米粉末，放入烘箱中，在80?90°C下干燥4?5h，干燥后按固液比1:10加入到质量分数60%乙醇溶液中，进行超声分散20?25min，将分散液置于三口烧瓶中，放入水浴中，在50?600C下磁力搅拌30?40min，搅拌后用质量分数15%氢氧化钠和质量分数30%盐酸调节pH值为3?7，调节后继续搅拌15?20min;
(4)将上述搅拌后的水浴温度升高至80?90°C，将乙烯基三乙氧基硅烷按与乙醇溶液体积比1:3?5缓慢滴加到烧瓶中，控制在25?30min内滴加完成，滴加后搅拌反应2?5h，反应结束后将产物冷却至室温，再将其离心分离，得沉淀物，将沉淀物加入到无水乙醇中索氏抽提20?22h，抽提后将得到的固体置于70?80°C的烘箱中干燥8?10h，即可得到表面改性后的纳米二氧化锆粉末；
(5)将步骤(2)制得的酚醛树脂溶液中加入到烧瓶中，再加入酚醛树脂溶液总质量2?5%纳米二氧化锆粉末，放入油浴锅中，在115?120°C下进行回流，保持回流状态下搅拌反应3?5h，反应结束后冷却，离心分离得沉淀物，将沉淀物分别用蒸馏水和无水乙醇冲洗2?3次后放入索氏提取器中，用丙酮提取5?7h，将提取后的固体放入75?85°C的真空烘箱中干燥完全，即可。
本发明所制备的耐高温耐摩擦酚醛树脂复合材料的密度为1.76?1.79g/cm3拉伸强度为89.9?102.5MPa，冲击强度为4.26?5.0 3d j/cm2，摩擦系数为0.42?0.46，磨损率为0.16?0.5 X 10—7cm3/N.m
本发明的有益效果是:
(1)本发明用改性后的纳米二氧化锆作为填料添加在酚醛树脂溶液，可以提高与聚合物之间的亲和性，使纳米二氧化锆能够均匀加入到聚合物基体中；
(2)本发明改性后酚醛树脂的耐热性能得到很大的改善，具有高而稳定的摩擦系数，SP使受雨雪或酷热条件的影响，摩擦系数也不降低；
(3)本发明制备方法简单，成本低廉，具有广泛的应用前景。
【具体实施方式】
[0006]首先向IL三口烧瓶中加入50?70g苯酚，再加入3?8g铝酸、100?120mL甲醛和150?200mL质量分数25%氢氧化钠为碱性催化剂，将烧瓶放入恒温水浴中，设置温度为90?95°C，保持此温度下回流反应10?12h，反应结束后冷却至室温，将瓶中产物在50?60Pa真空度下抽真空去除多余的水和游离苯酚，得到铝酸改性酚醛树脂;将铝酸改性酚醛树脂按固液比1:5与无水乙醇混合，混合后加入酚醛树脂质量8?10%的六次甲基四胺，得酚醛树脂溶液，留取备用;称取5?1g二氧化锆纳米粉末，放入烘箱中，在80?900C下干燥4?5h，干燥后按固液比1:10加入到质量分数60%乙醇溶液中，进行超声分散20?25min，将分散液置于三口烧瓶中，放入水浴中，在50?60°C下磁力搅拌30?40min，搅拌后用质量分数15%氢氧化钠和质量分数30%盐酸调节pH值为3?7，调节后继续搅拌15?20min;将搅拌后的水浴温度升高至80?90°C，将乙烯基三乙氧基硅烷按与乙醇溶液体积比1:3?5缓慢滴加到烧瓶中，控制在25?30min内滴加完成，滴加后搅拌反应2?5h，反应结束后将产物冷却至室温，再将其离心分离，得沉淀物，将沉淀物加入到无水乙醇中索氏抽提20?22h，抽提后将得到的固体置于70?80°C的烘箱中干燥8?10h，即可得到表面改性后的纳米二氧化锆粉末;将制得的酚醛树脂溶液中加入到烧瓶中，再加入酚醛树脂溶液总质量2?5%纳米二氧化锆粉末，放入油浴锅中，在115?120°C下进行回流，保持回流状态下搅拌反应3?5h，反应结束后冷却，离心分离得沉淀物，将沉淀物分别用蒸馏水和无水乙醇冲洗2?3次后放入索氏提取器中，用丙酮提取5?7h，将提取后的固体放入75?85°C的真空烘箱中干燥完全，即可。
实例I
首先向IL三口烧瓶中加入50g苯酚，再加入3g铝酸、10mL甲醛和150mL质量分数25%氢氧化钠为碱性催化剂，将烧瓶放入恒温水浴中，设置温度为90°C，保持此温度下回流反应1h，反应结束后冷却至室温，将瓶中产物在50Pa真空度下抽真空去除多余的水和游离苯酚，得到铝酸改性酚醛树脂;将铝酸改性酚醛树脂按固液比1:5与无水乙醇混合，混合后加入酚醛树脂质量8%的六次甲基四胺，得酚醛树脂溶液，留取备用；称取5g 二氧化锆纳米粉末，放入烘箱中，在80°C下干燥4h，干燥后按固液比1:10加入到质量分数60%乙醇溶液中，进行超声分散20min，将分散液置于三口烧瓶中，放入水浴中，在50°C下磁力搅拌30min，搅拌后用质量分数15%氢氧化钠和质量分数30%盐酸调节pH值为3，调节后继续搅拌15min;将搅拌后的水浴温度升高至80°C，将乙烯基三乙氧基硅烷按与乙醇溶液体积比1:3缓慢滴加到烧瓶中，控