CN104987657B

CN104987657B - 一种耐磨纳米材料改性酚醛树脂及其制备方法

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Publication number: CN104987657B
Application number: CN201510464983.9A
Authority: CN
Inventors: 黄进; 夏涛; 石晓敏; 车圆圆; 刘扬; 张清清; 郭飞
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2017-12-08
Anticipated expiration: 2035-07-31
Also published as: CN104987657A

Abstract

本发明属于改性酚醛树脂领域，具体涉及一种耐磨纳米材料改性酚醛树脂及其制备方法。所述纳米材料改性酚醛树脂通过如下方法制备：(1)纳米材料的表面修饰：将表面活性剂溶于有机溶剂，加入纳米粒子，依次进行机械搅拌、球磨、超声反应处理后，得到经过表面修饰的纳米粒子悬浮液；所述纳米粒子为纳米石墨、纳米石墨烯、类富勒烯、纳米MoS₂和碳纳米管中的一种或几种；(2)将酚醛树脂加入到上述纳米粒子悬浮液中，充分搅拌后进行超声反应处理，反应结束后，经真空烘干和粉碎后，得到超耐磨纳米材料改性酚醛树脂。所述纳米材料改性酚醛树脂具有较强的热稳定性能、优异的耐磨性，磨损率极低，可广泛应用于制备高性能摩擦材料。

Description

一种耐磨纳米材料改性酚醛树脂及其制备方法

技术领域

本发明属于改性酚醛树脂领域，具体涉及一种耐磨纳米材料改性酚醛树脂及其制备方法。

背景技术

酚醛树脂作为三大合成热固性树脂之一，具有良好的机械性能、耐气候性、耐腐蚀性、耐水性和一定的耐热性，广泛应用于交通运输、航空行业、军事装备、电子电器等行业。但随着工业的发展，特别是汽车工业及高速列车等技术革新，对高性能酚醛树脂提出了新的要求。以酚醛树脂为基材的摩擦材料(如车辆刹车片、离合器)需要有良好的耐磨性、较高的热分解温度、足够的摩擦系数和较低的噪音，而传统纯酚醛树脂耐热稳定性差，脆性大，韧性不佳，越来越不适应摩擦材料的发展要求。目前，我国高性能摩擦材料用酚醛树脂主要依靠进口，极大限制了我国摩擦材料行业的发展。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种耐磨纳米材料改性酚醛树脂及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

一种耐磨纳米材料改性酚醛树脂的制备方法，包括如下步骤：

(1)纳米材料的表面修饰：将表面活性剂溶于有机溶剂中，向其中加入纳米粒子，首先进行机械搅拌，然后进行球磨，最后进入超声反应器处理，得到经过表面修饰的纳米粒子悬浮液；所述纳米粒子为纳米石墨、纳米石墨烯、纳米类富勒烯、纳米MoS₂和碳纳米管中的一种或几种；

(2)将酚醛树脂加入到步骤(1)所述经过表面修饰的纳米粒子悬浮液中，充分搅拌后进入超声反应器处理，处理结束后，经真空烘干和粉碎后，得到耐磨纳米材料改性酚醛树脂。

上述方案中，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、邻苯二酚、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或几种。

上述方案中，所述酚醛树脂、纳米粒子和表面活性剂的质量份比为100:10～20:10～100。

上述方案中，步骤(1)所述机械搅拌的时间为0.5～3h，所述球磨的转速为300～1000rmp，球料比3:2～4:1；步骤(1)所述进入超声反应器处理的处理时间为0.5～2h，超声功率为0.5～3KW。

上述方案中，步骤(2)所述搅拌的搅拌时间为0.1～1.5h，步骤(2)所述进入超声反应器处理的处理时间为0.1～2h，超声功率为0.5～3KW。

上述方案中，所述有机溶剂的质量为酚醛树脂质量的0.1～10倍。

上述方案中，所述有机溶剂为可以溶解所述表面活性剂的常用有机溶剂，如乙醇、甲苯、丙酮。

上述制备方法制备得到耐磨纳米材料改性酚醛树脂。

针对传统纳米改性酚醛树脂中，纳米粒子在高分子基体中的分散和分布及其与基体的界面相容性不佳，从而导致材料的力学性能和摩擦性能较差等问题，本申请根据高分子基体的特征针对性选择合适的纳米粒子，并修饰纳米粒子的表面，抑制纳米粒子的团聚并改善纳米粒子在基体中的分布，提高纳米粒子表面与基体之间的界面相互作用，实现纳米复合材料体系耐磨和力学性能的全面提升；本发明所述以纳米粒子改性酚醛树脂为基体的摩擦材料能促进摩擦对偶面形成薄而均匀且粘着力强的转移膜，能显著提高材料的承载能力和摩擦学性能。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明针对采用传统方法进行纳米粒子的表面修饰时存在表面修饰效果差的问题，采用有机表面活性剂对纳米粒子进行表面修饰，在纳米粒子表面修饰过程中，通过机械搅拌、球磨研磨、振荡流反应器分散和超声处理，形成机械搅拌、球磨(宏观尺度)、超声反应器处理(介观尺度和微观尺度)集成应用的精细化分散技术，可以有效提升表面活性剂对纳米粒子的修饰效果。

(2)本发明针对纳米粒子与酚醛树脂相容性差的问题，采用精细的集成分散技术，通过机械搅拌、超声反应器处理等过程，有效解决了纳米粒子在高分子基体分散不均匀、稳定性差的难题。

(3)采用本发明所述制备方法制备得到的纳米材料改性酚醛树脂的力学性能和热稳定性能均有较大幅度提升，具有优异的耐磨性，磨损率极低，可广泛应用于制备高性能摩擦材料。

附图说明

图1为本发明实施例1中改性酚醛树脂TG图。

图2为本发明实施例2中改性酚醛树脂TG图。

图3为本发明实施例3中改性酚醛树脂TG图。

图4为本发明实施例4中改性酚醛树脂TG图。

图5为普通2123酚醛树脂TG图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

以下实施例中，所述有机溶剂为可以溶解所述表面活性剂的常用有机溶剂，如乙醇、甲苯、丙酮。

实施例1

一种耐磨纳米材料改性酚醛树脂，通过如下方法制备得到：按质量份加入10份的有机溶剂、10份的聚乙二醇、15份的纳米石墨到搅拌釜中，室温下，机械搅拌1.5h后，加入到球磨机中球磨(球磨转速300rpm，球料比4:1)，最后进入超声反应器处理0.5h(超声功率为3KW)，得到经过表面修饰的纳米石墨悬浮液，将100份酚醛树脂加入到此悬浮液中，充分搅拌0.5h后，进入超声反应器处理0.1h(超声功率3KW)，真空干燥、物料粉碎至200目，即得到一种耐磨纳米石墨改性酚醛树脂。本实施例中制备得到的改性酚醛树脂的TG图见图1。

实施例2

一种耐磨纳米材料改性酚醛树脂，通过如下方法制备得到：按质量份加入1000份的有机溶剂，30份的聚乙二醇、30份的领苯二酚、40份的十二烷基硫酸钠，5份的碳纳米管、5份的纳米石墨烯到搅拌釜中，室温下，机械搅拌0.5h后，加入到球磨机中球磨(转速500rpm，球料比3:1)，最后进入超声反应器处理1h(超声功率为2KW)，得到经过表面修饰的纳米石墨烯悬浮液，将100份酚醛树脂加入到此悬浮液中，充分搅拌0.1h，进入超声反应器处理1h(超声功率为2KW)，真空干燥、物料粉碎至200目，即得到一种耐磨的碳纳米管/纳米石墨烯改性酚醛树脂。本实施例中制备得到的改性酚醛树脂的TG图见图2。

实施例3

一种耐磨纳米材料改性酚醛树脂，通过如下方法制备得到：按质量份加入500份的有机溶剂，20份的十六烷基三甲基溴化铵、20份的十二烷基苯磺酸钠、10份聚乙二醇，7份的纳米类富勒烯、13份的纳米MoS₂到搅拌釜中，室温下，机械搅拌3h后，加入到球磨机中球磨(转速800rpm，球料比2:1)，最后进入超声反应器处理2h(超声功率0.5KW)，得到经过表面修饰的纳米MoS₂/类富勒烯悬浮液，将100份酚醛树脂加入到此悬浮液中，充分搅拌1h，进入超声反应器中处理2h(超声功率0.5KW)，真空干燥、物料粉碎至200目，即得到一种耐磨纳米MoS₂/类富勒烯改性酚醛树脂。本实施例中制备得到的改性酚醛树脂的TG图见图3。

实施例4

一种耐磨纳米材料改性酚醛树脂，通过如下方法制备得到：按质量份加入500份的有机溶剂、20份的十二烷基硫酸钠、20份的十六烷基三甲基溴化铵，5份的纳米类富勒烯、7份的纳米石墨烯到搅拌釜中，室温下，机械搅拌2.5h后，加入到球磨机中球磨(转速1000rpm，球料比3:2)，最后进入超声反应器处理1.2h(超声功率为1W)，得到经过表面修饰的纳米石墨烯/类富勒烯悬浮液，将100份酚醛树脂加入到此悬浮液中，充分搅拌1.5h，进入超声反应器处理1.2h(超声功率为1W)，真空干燥、物料粉碎至200目，即得到一种耐磨纳米石墨烯/类富勒烯改性酚醛树脂。本实施例中制备得到的改性酚醛树脂的TG图见图4。

以普通2123酚醛树脂为对照(普通2123酚醛树脂的TG图见图5)，从图1～图5的对比可以看出：实施例1～4制备得到的纳米材料改性酚醛树脂在力学性能和热稳定性能均有较大幅度提升。

下面以实施例1～4中的纳米粒子改性酚醛树脂为粘接剂制备摩擦材料来进行性能测试。以相同的配方，分别以实施例1～4制备的耐磨纳米粒子改性酚醛树脂和普通2123酚醛树脂(山东圣泉海斯公司生产)为粘接剂制备轿车制动器刹车片，依据QCT 227.1-2009摩托车和轻便摩托车制动片摩擦性能试验方法测试方法进行定速摩擦性能试验，结果如表1～5所示。

表1 实施例1复合纳米改性酚醛树脂定速摩擦性能测试结果

表2 实施例2复合纳米改性酚醛树脂定速摩擦性能测试结果

表3 实施例3复合纳米改性酚醛树脂定速摩擦性能测试结果

表4 实施例4复合纳米改性酚醛树脂定速摩擦性能测试结果

表5 普通2123酚醛树脂定速摩擦性能测试结果

由表1-5可以看出，实施例1～4制备得到的纳米材料改性酚醛树脂具有优异的耐磨性，磨损率极低，可广泛应用于制备高性能摩擦材料。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims

1.一种耐磨纳米材料改性酚醛树脂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）纳米材料的表面修饰：将表面活性剂溶于有机溶剂中，向其中加入纳米粒子，首先进行机械搅拌，然后进行球磨，最后进入超声反应器处理，得到经过表面修饰的纳米粒子悬浮液；所述纳米粒子为纳米石墨、纳米石墨烯、纳米类富勒烯、纳米MoS₂和碳纳米管中的一种或几种；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、邻苯二酚、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或几种；所述有机溶剂的质量为酚醛树脂质量的0.1~10倍；

（2）将酚醛树脂加入到步骤（1）所述经过表面修饰的纳米粒子悬浮液中，充分搅拌后进入超声反应器处理，处理结束后，经真空烘干和粉碎后，得到耐磨纳米材料改性酚醛树脂；所述酚醛树脂、纳米粒子和表面活性剂的质量份比为100:10~20: 10~100。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述机械搅拌的时

间为0.5~3h，所述球磨的转速为300~1000rpm ，球料比3:2~4:1；步骤（1）所述进入超声反应器处理的处理时间为0.5~2h，超声功率为0.5~3KW。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述搅拌的搅拌时

间为0.1~1.5h，步骤（2）所述进入超声反应器处理的处理时间为0.1~2h。

4.权利要求1~3任一所述制备方法制备得到的耐磨纳米材料改性酚醛树脂。