CN114773777A - 一种添加稀土氧化物及纳米二氧化硅的树脂基复合材料制备方法 - Google Patents
一种添加稀土氧化物及纳米二氧化硅的树脂基复合材料制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种添加稀土氧化物及纳米二氧化硅的树脂基复合材料制备方法，包括以下步骤，配方制备，将芳纶纤维、酚醛树脂、氧化镁、紫铜棉、重晶石、颗粒石墨、纳米二氧化硅、黏土、还原铁粉、氧化铈细粉、氧化钇细粉充分混合拌料；再将拌好的配料放入热压机中压制成型；之后将热压成型后的树脂基复合材料，放入电热鼓风干燥箱中热处理，得到稀土及纳米二氧化硅增强树脂基复合材料。本发明方法制备的树脂基复合材料，摩擦系数提高18%以上，高温350℃下磨损率降低70%，硬度提高5%，冲击强度提高10%，抗剪强度提高3%，抗压强度提高5%。
Description
技术领域
本发明涉及一种添加稀土氧化物及纳米二氧化硅的树脂基复合材料制备方法。
背景技术
树脂基复合材料是近年来发展的一种新型复合材料，这种复合材料是结构-功能一体化的复合材料，配方的组成成分、材料的处理工艺以及改性材料的不同，将影响成品的热衰退性、摩擦磨损性和力学性能。树脂基复合材料主要在风电设备和汽车中使用，它具有摩擦系数高、磨损率低、减振降噪、使用寿命长、抗冲击等优点。由于它的工作环境为高温，很容易产生热衰退的现象，这就制约了它在实际情况时的应用。
发明内容
本发明的目的就是提供一种添加稀土氧化物及纳米二氧化硅的树脂基复合材料制备方法。
本发明的一种添加稀土氧化物及纳米二氧化硅的树脂基复合材料制备方法，包括以下步骤：
（1）配方制备，先将2-3%的芳纶纤维搅拌，后将22-24%的酚醛树脂、1-2%的氧化镁、9-10%的紫铜棉、14-15%的重晶石、24-26%的颗粒石墨、3-4%的纳米二氧化硅（SiO2）、9-10%的黏土、9-10%的还原铁粉、1-2%的氧化铈（CeO2）细粉、1-2%的氧化钇（Y2O3）细粉放入充分混合拌料，以上均为重量百分比；
（2）热压成型：将拌好的配料放入热压机中压制成型，设定工作压力18Mpa,工作时间15-18分钟，工作温度：上模160℃、中模155℃、下模158℃；
（3）时效热处理：将热压成型后的树脂基复合材料，放入电热鼓风干燥箱中热处理，温度180℃，时间12h，得到稀土及纳米二氧化硅增强树脂基复合材料，即RE-SiO2/RB复合材料。
所述稀土氧化铈（CeO2）细粉和氧化钇（Y2O3）细粉添加到配方中因为氧化铈和氧化钇是稀土元素，能够提高复合材料的流变应力，抑制复合材料热变形过程中的动态再结晶发生。活跃的稀土原子通过在晶界处吸附酚醛树脂和芳纶纤维，将二者紧密结合，在原材料中添加稀土元素后会提高材料的摩擦系数以及耐磨性能，同时还能提高材料高温摩擦磨损性能。
所述纳米二氧化硅（SiO2）添加到原配方中，因为纳米二氧化硅达到了纳米级尺寸，具有特殊的界面性能和体积效应，纳米级细度的二氧化硅通过细小弥散的微粒均匀分布在基体相中，高温作用下流动到树脂分子键的空隙中，在稀土桥接酚醛树脂和芳纶纤维的前提下，更进一步强化了强度和韧性。二氧化硅为刚性粒子，制动产生的裂纹会绕开二氧化硅，从而需要更多能量产生足够大的裂纹，使材料的抗压强度、抗剪强度有显著提高。
本发明的有益效果是，通过添加稀土氧化铈（CeO2）、氧化钇（Y2O3）细粉和纳米二氧化硅（SiO2）制备树脂基复合材料，高温作用下具有化学活性大的稀土氧化铈（CeO2）和氧化钇（Y2O3），减小临界成核半径，将晶粒组织变得细小，增加了裂纹产生需要的能量。高温下活跃的稀土钇和铈元素在树脂和纤维中发挥桥梁的作用，导致酚醛树脂更紧密包裹着纤维骨架，减少了因为高温而导致的酚醛树脂热降解。高温加剧了稀土Y和Ce元素的扩散速度，稀土渗入金属原子的间隙，造成晶格畸变，提升了硬度和强度，耐磨性提高。稀土元素和其他元素反应产生强共价键化合物，从而改善复合材料的界面结合。层状的稀土氧化铈和稀土氧化钇高温下在摩擦表面起到润滑剂的作用，减少了接触面的材料剥落。纳米级材料的二氧化硅，具有增强、增韧、提高耐热性的作用，通过均匀分布在整体材料中，锚定其他填料原子，防止因为高温和外力作用下导致的原料损失，二氧化硅可以与酚醛树脂中的酚羟基或羟甲基相互反应生成强共价键化合物，能提高材料摩擦系数和增强耐磨性。
本发明方法制备的树脂基复合材料，摩擦系数提高18%以上，高温350℃下磨损率降低70%，硬度提高5%，冲击强度提高10%，抗剪强度提高3%，抗压强度提高5%。
具体实施方式
一种添加稀土氧化物及纳米二氧化硅的树脂基复合材料制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
（1）、配方制备，先将2-3%的芳纶纤维搅拌5-10min，后将重量百分比为22-24%的酚醛树脂、1-2%的氧化镁、9-10%的紫铜棉、14-15%的重晶石、24-26%的颗粒石墨、3-4%的纳米二氧化硅（SiO2）、9-10%的黏土、9-10%的还原铁粉、1-2%的氧化铈细粉、1-2%的氧化钇细粉加入，并充分混合拌料10-20min；
（2）热压成型，将拌好的配料放入热压机中压制成型，设定工作压力18-20Mpa,工作时间15-18分钟，工作温度：上模160℃、中模155℃、下模158℃；
（3）时效热处理，将热压成型后的树脂基复合材料，放入电热鼓风干燥箱中热处理，温度180℃，时间12h，得到稀土及纳米二氧化硅增强树脂基复合材料，即RE-SiO2/RB复合材料。
Claims (2)
1.一种添加稀土氧化物及纳米二氧化硅的树脂基复合材料制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
（1）、配方制备，先将2-3%的芳纶纤维搅拌，后将重量百分比为22-24%的酚醛树脂、1-2%的氧化镁、9-10%的紫铜棉、14-15%的重晶石、24-26%的颗粒石墨、3-4%的纳米二氧化硅、9-10%的黏土、9-10%的还原铁粉、1-2%的氧化铈细粉、1-2%的氧化钇细粉加入，并充分混合拌料10-20min；
（2）、热压成型，将拌好的配料放入热压机中压制成型，设定工作压力18-20Mpa,工作时间15-18分钟，工作温度：上模160℃、中模155℃、下模158℃；
（3）、时效热处理，将热压成型后的树脂基复合材料，放入电热鼓风干燥箱中热处理，温度180℃，时间12h，得到稀土及纳米二氧化硅增强树脂基复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种添加稀土氧化物及纳米二氧化硅的树脂基复合材料制备方法，其特征在于：步骤（1）中的所述混合拌料时间为10-20min。
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