一种功能化衬垫织物及其制备方法和衬垫织物增强树脂复合材料及自润滑复合材料

1.本发明涉及固体润滑技术领域，尤其涉及一种功能化衬垫织物及其制备方法和衬垫织物增强树脂复合材料及自润滑复合材料。


背景技术：

2.关节轴承是一种球面滑动轴承，具有载荷能力大、抗冲击、抗腐蚀、耐磨损和自调心等特点。其中，自润滑关节轴承作为一类特殊的关节轴承，兼具结构紧凑、免维护、自润滑和振动小的优点。作为自润滑关节轴承的关键部件，自润滑织物衬垫的摩擦磨损性能直接决定自润滑关节轴承的服役性能。因此，提高自润滑织物衬垫的摩擦磨损性能对于保证自润滑关节轴承在极端、苛刻工况条件下的平稳、长效运行具有重要意义。
3.自润滑织物衬垫复合材料主要由具有突出润滑性能的聚四氟乙烯纤维与高性能增强纤维混合编织后，与树脂基体复合，然后在一定温度和压力条件下经固化而得。高性能增强纤维主要分为有机纤维和无机纤维，有机纤维主要包括pbo纤维、芳纶纤维、聚酯纤维和聚酰亚胺纤维；无机纤维主要包括玻璃纤维和玄武岩纤维。树脂基体目前主要采用加工和耐磨性能比较突出的酚醛树脂和聚酰亚胺树脂两类。
4.其中，聚四氟乙烯纤维和高性能增强纤维表面均比较光滑且缺乏有效的反应基团，使得纤维混纺织物与树脂基体之间的界面粘附性能比较弱，因而导致自润滑织物衬垫复合材料在受到外界应力作用时，极易在自润滑织物衬垫复合材料内部产生应力集中，并拓展至复合材料表面形成裂纹。当外部载荷较大时，很容易诱导外部树脂的脱离和增强织物的拔出、切断，导致自润滑织物衬垫复合材料严重的磨损。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种功能化衬垫织物及其制备方法和衬垫织物增强树脂复合材料及自润滑复合材料。本发明提供的功能化衬垫织物与树脂基体之间的界面粘结性强，进而提高了衬垫织物增强树脂复合材料的耐磨性，使其能够用于重载环境。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
7.本发明提供了一种功能化衬垫织物，包括纤维混纺织物和原位生长在所述纤维混纺织物表面的聚多巴胺-二氧化硅-氨基硅烷涂层。
8.优选地，所述聚多巴胺-二氧化硅-氨基硅烷涂层的制备原料包括多巴胺、正硅酸乙酯和氨基硅烷偶联剂；所述多巴胺、正硅酸乙酯和氨基硅烷偶联剂的质量比为1：(0.5～2)：(0.5～2)。
9.优选地，所述氨基硅烷偶联剂包括3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或多种。
10.优选地，所述纤维混纺织物的质量和所述聚多巴胺-二氧化硅-氨基硅烷涂层的制备原料中多巴胺、正硅酸乙酯和氨基硅烷偶联剂总质量的比为100：(20～50)。
11.优选地，所述纤维混纺织物的材质包括聚四氟乙烯纤维和玄武岩纤维。
12.本发明还提供了上述技术方案所述的功能化衬垫织物的制备方法，包括以下步骤：
13.将纤维混纺织物浸入多巴胺-正硅酸乙酯-氨基硅烷偶联剂混合溶液中，进行共沉积反应，得到所述功能化衬垫织物。
14.本发明还提供了一种衬垫织物增强树脂复合材料，包括功能化衬垫织物和附着在所述功能化衬垫织物表面和/或内部的酚醛树脂；
15.所述衬垫织物增强树脂复合材料中酚醛树脂的质量百分含量为15～40％；
16.所述功能化衬垫织物为上述技术方案所述的功能化衬垫织物或上述技术方案所述的制备方法得到的功能化衬垫织物。
17.优选地，所述衬垫织物增强树脂复合材料的制备原料包括功能化衬垫织物和酚醛树脂基料；
18.所述酚醛树脂基料中还包括氟化钙和氮化硅；
19.所述氟化钙和氮化硅的质量比为1：(0.5～2)；
20.所述氟化钙在酚醛树脂基料中的质量分数为1～3wt％。
21.本发明还提供了一种自润滑复合材料，包括支撑材料和粘合在所述支撑材料上的衬垫织物增强树脂复合材料；
22.所述衬垫织物增强树脂复合材料为上述技术方案所述的衬垫织物增强树脂复合材料。
23.优选地，所述支撑材料的材质包括金属基材；所述金属基材包括9cr18、gcr15或17-4ph。
24.本发明提供了一种功能化衬垫织物，包括纤维混纺织物和原位生长在所述纤维混纺织物表面的聚多巴胺-二氧化硅-氨基硅烷涂层。本发明通过在纤维混纺织物表面引入聚多巴胺-二氧化硅-氨基硅烷涂层，增加了纤维混纺织物的表面粗糙度和功能基团，促进了功能化衬垫织物与树脂基体间的机械联锁和化学键接作用，进而提高了衬垫织物增强树脂复合材料的耐磨性能，使衬垫织物增强树脂复合材料适用于重载工况。
25.本发明还提供了一种衬垫织物增强树脂复合材料，包括功能化衬垫织物和附着在所述功能化衬垫织物表面和/或内部的酚醛树脂；所述衬垫织物增强树脂复合材料中酚醛树脂的质量百分含量为15～40％；所述功能化衬垫织物为上述技术方案所述的功能化衬垫织物或上述技术方案所述的制备方法得到的功能化衬垫织物。功能化衬垫织物的使用，提高了功能化衬垫织物和树脂基体之间的粘结性，能够有效避免功能化衬垫织物中纤维被切断和拔出、功能化衬垫织物和树脂基体的脱离，有效降低功能化衬垫织物的磨损，进而提高衬垫织物增强树脂复合材料的耐磨性，使其能够更好地应用于重载工况。
26.进一步地，树脂基料中氟化钙的引入能够提高衬垫织物增强树脂复合材料的高温润滑性能；氮化硅的引入，能够提高衬垫织物增强树脂复合材料的高温承载性能。此外，氟化钙和氮化硅复合，可以抑制酚醛树脂基体分子链的运动，进而提高衬垫织物增强树脂复合材料的热稳定性能，可有效改善衬垫织物增强树脂复合材料在高温工况条件下的运行稳定性。
27.本发明还提供了一种自润滑复合材料，包括支撑材料和粘合在所述支撑材料上的
衬垫织物增强树脂复合材料；所述衬垫织物增强树脂复合材料为上述技术方案所述的衬垫织物增强树脂复合材料。耐磨损性优异的衬垫织物增强树脂复合材料的使用，提高了自润滑复合材料的耐磨性和润滑性能。
附图说明
28.图1为对比例1中纤维混纺织物中玄武岩纤维的扫描电镜照片；
29.图2为对比例1中纤维混纺织物中聚四氟乙烯纤维的扫描电镜照片；
30.图3为实施例7中功能化衬垫织物中玄武岩纤维的扫描电镜照片；
31.图4为实施例7中功能化衬垫织物中聚四氟乙烯纤维的扫描电镜照片；
32.图5为实施例7中功能化衬垫织物和对比例1中纤维混纺织物的红外吸收谱图；
33.图6为氮化硅的扫描电镜照片、透射电镜照片和x射线衍射光谱；
34.图7为氟化钙的扫描电镜照片、透射电镜照片和x射线衍射光谱；
35.图8为实施例6所得衬垫织物增强树脂复合材料和对比例2所得纤维混纺织物增强酚醛树脂基复合材料的热重曲线；
36.图9为实施例5～7和对比例1～2所得自润滑复合材料的摩擦系数的柱状图(摩擦工况200℃，62.4mpa，0.26m/s，120min)；
37.图10为实施例5～7和对比例1～2所得自润滑复合材料的磨损率的柱状图(摩擦工况200℃，62.4mpa，0.26m/s，120min)；
38.图11为对比例1～2及实施例6～7所得自润滑复合材料磨损表面的扫描电镜图。
具体实施方式
39.本发明提供了一种功能化衬垫织物，包括纤维混纺织物和原位生长在所述纤维混纺织物表面的聚多巴胺-二氧化硅-氨基硅烷涂层。
40.在本发明中，如无特殊说明，本发明所用原料均优选为市售产品。
41.在本发明中，所述纤维混纺织物的材质包括聚四氟乙烯纤维和玄武岩纤维。在本发明中，所述纤维混纺织物优选以聚四氟乙烯纤维为经纱，以玄武岩纤维为纬纱；所述经纱的经密根优选为320～360根/10cm；所述纬纱的纬密根优选为300～320根/10cm。
42.在本发明中，所述聚多巴胺-二氧化硅-氨基硅烷涂层的制备原料优选包括多巴胺、正硅酸乙酯和氨基硅烷偶联剂；所述多巴胺、正硅酸乙酯和氨基硅烷偶联剂的质量比优选为1：(0.5～2)：(0.5～2)，进一步优选为1：(0.5～1)：(0.5～1)。在本发明中，所述氨基硅烷偶联剂优选包括3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或多种，进一步优选为3-氨丙基三乙氧基硅烷。
43.在本发明中，所述纤维混纺织物的质量和所述聚多巴胺-二氧化硅-氨基硅烷涂层的制备原料中多巴胺、正硅酸乙酯和氨基硅烷总质量的比优选为100：(20～50)，进一步优选为100：(25～40)。
44.本发明中，在纤维混纺织物的表面原位生长聚多巴胺-二氧化硅-氨基硅烷涂层，增加了功能化衬垫织物的表面粗糙度和活性基团，进而促进了功能化衬垫织物与树脂基体之间界面结合性能的提升，促使衬垫织物增强树脂复合材料受到外力作用时，能够有效避免功能化衬垫织物中纤维被切断和拔出，有效降低衬垫织物增强树脂复合材料的磨损，进
而提高衬垫织物增强树脂复合材料的耐磨强度，使其能够用于重载工况。
45.本发明还提供了上述技术方案所述的功能化衬垫织物的制备方法，包括以下步骤：
46.将纤维混纺织物浸入多巴胺-正硅酸乙酯-氨基硅烷偶联剂混合溶液中，进行共沉积反应，得到所述功能化衬垫织物。
47.在本发明中，所述纤维混纺织物的材质优选与上述技术方案一致，在此不再赘述。
48.在本发明中，所述多巴胺-正硅酸乙酯-氨基硅烷偶联剂混合溶液的溶剂优选包括tris-hcl缓冲溶液；所述tris-hcl缓冲溶液中tris-hcl盐的浓度优选为0.5～3mg/ml，更优选为1～2mg/ml；所述tris-hcl缓冲溶液的ph值优选为8.5～10，更优选为8.5～9。在本发明中，所述多巴胺-正硅酸乙酯-氨基硅烷偶联剂混合溶液中多巴胺的浓度优选为1～3mg/ml。在本发明中，所述多巴胺-正硅酸乙酯-氨基硅烷偶联剂混合溶液中多巴胺、正硅酸乙酯和氨基硅烷偶联剂的质量比优选与上述技术方案一致，在此不再赘述。
49.在本发明中，所述纤维混纺织物和多巴胺-正硅酸乙酯-氨基硅烷偶联剂混合溶液的体积比优选为3cm
×
12cm：50～200ml，更优选为3cm
×
12cm：60～100ml。
50.在本发明中，所述共沉积反应的温度优选为室温，即既不需要额外加热也不需要额外降温。在本发明中，所述共沉积反应的时间优选为6～24h，更优选为8～12h。在本发明中，所述共沉积反应优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速优选为100～800r/min，进一步优选为200～400r/min。
51.所述共沉积反应后，本发明优选还包括将经过共沉积反应的纤维混纺织物捞出进行冲洗和干燥，得到所述功能化衬垫织物。在本发明中，所述冲洗的试剂优选包括水，本发明对所述冲洗的试剂的用量和次数不做具体限定，只要能够冲洗至中性即可。在本发明中，所述干燥的温度优选为60℃，时间优选为12h。
52.本发明中，所述共沉积反应的过程中，多巴胺发生自聚合反应；同时，多巴胺的氧化产物与正硅酸乙酯水解产物、氨基硅烷偶联剂的水解产物发生迈克尔加成/席夫碱反应，进而在纤维混纺织物的表面原位沉积一层聚多巴胺-二氧化硅-氨基硅烷有机-无机杂化功能涂层。另外，共沉积反应的反应条件温和，且没有基体选择性；因此可以完成对纤维混纺织物中纤维的改性，同时对纤维混纺织物中纤维的力学性能不会造成大的损伤。
53.本发明还提供了一种衬垫织物增强树脂复合材料，包括功能化衬垫织物和附着在所述功能化衬垫织物表面和/或内部的酚醛树脂；
54.所述衬垫织物增强树脂复合材料中酚醛树脂的质量百分含量为15～40％；
55.所述功能化衬垫织物为上述技术方案所述的功能化衬垫织物或上述技术方案所述的制备方法得到的功能化衬垫织物。
56.在本发明中，所述衬垫织物增强树脂复合材料中酚醛树脂的质量百分含量为15～40％，优选为20～30％。
57.在本发明中，所述衬垫织物增强树脂复合材料的制备原料优选包括功能化衬垫织物和酚醛树脂基料。在本发明中，所述功能化衬垫织物和酚醛树脂基料的质量比优选为100：(10～70)，进一步优选为100：(20～50)。
58.在本发明中，所述酚醛树脂基料中优选还包括氟化钙和氮化硅。在本发明中，所述氟化钙和氮化硅的质量比优选为1：(0.5～2)，进一步优选为1：(0.8～1.2)。在本发明中，所
述氟化钙在所述酚醛树脂基料中的质量分数优选为1～3wt％，进一步优选为1～2wt％。在本发明中，所述氟化钙的粒径优选为10～50nm。在本发明中，所述氮化硅的粒径优选为1～3μm。
59.在本发明中，所述氟化钙和氮化硅的引入对衬垫织物增强树脂复合材料的摩擦学性能拥有多重提升作用。一方面，氟化钙和氮化硅可以提升衬垫织物增强树脂复合材料的热稳定性，缓解衬垫织物增强树脂复合材料因高温环境和摩擦热造成的树脂基体降解和软化，改善衬垫织物增强树脂复合材料的高温耐磨性能；另一方面，氟化钙可以促进衬垫织物增强树脂复合材料在摩擦过程中高质量摩擦转移膜的生成，提供高温润滑性能。同时，氮化硅因其突出的硬度和承载能力，可以有效缓解衬垫织物增强树脂复合材料来自对偶钢栓的剧烈刮擦。因此，同时引入氟化钙和氮化硅可以对衬垫织物增强树脂复合材料的高温摩擦学性能产生有效的协同增强作用。本发明在酚醛树脂基料中加入氟化钙和氮化硅，进一步提高了衬垫织物增强树脂复合材料的耐高温性，使其能够更好地应用于高温工况。
60.在本发明中，所述衬垫织物增强树脂复合材料的制备方法优选包括以下步骤：
61.将功能化衬垫织物浸渍在酚醛树脂基料中，得到所述衬垫织物增强树脂复合材料。
62.本发明对所述浸渍的参数不做具体限定。
63.所述浸渍后，本发明优选还包括将浸渍的功能化衬垫织物进行烘干。在本发明中，所述烘干的温度优选为40～80℃，进一步优选为50～70℃；时间优选为5～30min，进一步优选为10～20min。
64.在本发明中，所述烘干后还优选包括将烘干后的产物进行称量，计算烘干后的产物中酚醛树脂的质量百分含量；当烘干后的产物中酚醛树脂的质量百分含量不在上述限定范围内，再重复浸渍和烘干的步骤，直到烘干后的产物中酚醛树脂的质量百分含量达到上述限定的范围内。
65.本发明还提供了一种自润滑复合材料，包括支撑材料和粘合在所述支撑材料上的衬垫织物增强树脂复合材料；
66.所述衬垫织物增强树脂复合材料为上述技术方案所述的衬垫织物增强树脂复合材料。
67.在本发明中，所述支撑材料的材质优选包括金属基材。在本发明中，所述金属基材优选包括9cr18、gcr15或17-4ph，进一步优选为9cr18或17-4ph，更优选为17-4ph。
68.在本发明中，所述粘合的试剂优选包括酚醛树脂粘合剂。本发明对所述粘合的试剂的用量不做具体限定，只要能够将支撑材料和衬垫织物增强树脂复合材料粘合在一起即可。
69.在本发明中，所述自润滑复合材料的制备方法优选包括以下步骤：
70.将衬垫织物增强树脂复合材料和支撑材料粘合，进行固化，得到所述自润滑复合材料。
71.在本发明中，所述复合的方式优选为层叠放置，本发明对所述层叠放置的衬垫织物增强树脂复合材料和支撑材料的层数和放置方式不做具体限定，本领域技术人员根据实际情况进行设置即可。
72.在本发明中，所述固化的压力优选为0.5～3mpa，进一步优选为1～2m pa。在本发
明中，所述固化包括依次进行第一固化和第二固化。
73.在本发明中，所述第一固化的温度优选为150℃，保温时间优选为30～60min，进一步优选为40～50min。在本发明中，由室温升至第一固化的温度的时间优选为30～60min，进一步优选为50min。
74.在本发明中，所述第二固化的温度优选为180℃；保温时间优选为100～140min，进一步优选为100～120min。在本发明中，由第一固化的温度升温至第二固化的温度的时间优选为30min。
75.耐磨损性优异的衬垫织物增强树脂复合材料的使用，提高了自润滑复合材料的耐磨性和润滑性能。
76.下面结合实施例对本发明提供的功能化衬垫织物及其制备方法和衬垫织物增强树脂复合材料及自润滑复合材料进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
77.实施例1
78.将聚四氟乙烯纤维/玄武岩纤维混纺织物(3cm
×
12cm，以聚四氟乙烯纤维为经纱，以玄武岩纤维为纬纱；经密根为320根/10cm；纬密根为300根/10cm，重量为0.98g)在60ml多巴胺-正硅酸乙酯-3-氨丙基三乙氧基硅烷(2mg/ml-2mg/ml-2mg/ml)的混合水溶液中(tris-hcl，2mg/ml，ph 8.5，60ml)常温搅拌(100r/min)反应一段时间(6h)，进行功能化反应，从而在混纺织物表面涂覆一层有机-无机杂化功能涂层，赋予混纺织物表面增加的活性基团含量和表面粗糙度得到功能化衬垫织物。
79.功能化衬垫织物经冲洗、干燥后(60℃，烘干12h)，在添加有氟化钙-氮化硅混合填料(2wt％-1wt％，氟化钙的粒径为20nm，氮化硅的粒径为3μm)的酚醛树脂溶液中重复地浸渍、烘干(每次烘干温度控制在50℃，时间15min)，得到衬垫织物增强树脂复合材料；酚醛树脂连同氟化钙-氮化硅混合填料的混合物在衬垫织物增强树脂复合材料中的质量分数为25％。
80.使用酚醛树脂胶粘剂将所得衬垫织物增强树脂复合材料粘贴在金属基材(9cr18)表面，并在2mpa压力条件下，50min由室温升至150℃，在150℃条件下保温30min，30min由150℃升至180℃，在180℃条件下保温140min，得到自润滑复合材料。
81.实施例2
82.按照实施例1的方法制备功能化衬垫织物，不同之处在于：氨基硅烷为3-氨丙基三甲氧基硅烷，氨基硅烷的浓度为1mg/ml。
83.实施例3
84.按照实施例1的方法制备功能化衬垫织物，不同之处在于：氨基硅烷为γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷，同时正硅酸乙酯和氨基硅烷的浓度均调整为1mg/ml。
85.实施例4
86.按照实施例1的方法制备功能化衬垫织物，不同之处在于，氟化钙-氮化硅混合填料在酚醛树脂溶液中的浓度由(2wt％-1wt％)调整为(1wt％-1wt％)。
87.实施例5
88.将聚四氟乙烯纤维/玄武岩纤维混纺织物(3cm
×
12cm，以聚四氟乙烯纤维为经纱，以玄武岩纤维为纬纱；经密根为360根/10cm；纬密根为320根/10cm，重量为1.12g)在80ml多
4ph)表面，并在2.5mpa压力条件下，50min由室温升至150℃，在150℃条件下保温60min，30min由150℃升至180℃，在180℃条件下保温100min，得到自润滑复合材料。
99.对比例1
100.按照实施例7的制备方法制备自润滑复合材料，不同之处在于：不对纤维混纺织物进行改性。
101.对比例2
102.按照对比例1的制备方法制备自润滑复合材料，不同之处在于：未在酚醛树脂基体中分散氟化钙-氮化硅填料。
103.对实施例7的功能化衬垫织物与对比例1的纤维混纺织物进行扫描电镜观察，得到sem图片，如图1～4所示。图1为对比例1中纤维混纺织物中玄武岩纤维的扫描电镜照片，其中(a)和(b)为对比例1中纤维混纺织物中玄武岩纤维的不同倍率的扫描电镜照片。图2为对比例1中纤维混纺织物中聚四氟乙烯纤维的扫描电镜照片，其中，(a)和(b)为对比例1中纤维混纺织物中聚四氟乙烯纤维的不同倍率的扫描电镜照片。图3为实施例7中功能化衬垫织物中玄武岩纤维的扫描电镜照片，其中，(a)和(b)为实施例7中功能化衬垫织物中玄武岩纤维的不同倍率的扫描电镜照片。图4为实施例7中功能化衬垫织物中聚四氟乙烯纤维的扫描电镜照片，其中，(a)和(b)为实施例7中功能化衬垫织物中聚四氟乙烯纤维的不同倍率的扫描电镜照片。由图1～4可以看出：玄武岩纤维和聚四氟乙烯纤维经多巴胺-正硅酸乙酯-氨基硅烷改性后，表面形貌发生明显变化，增加了纤维表面的粗糙度。
104.图5为实施例7中功能化衬垫织物和对比例1中纤维混纺织物的红外吸收谱图，从图5可以看出：纤维混纺织物经多巴胺-正硅酸乙酯-氨基硅烷改性后，表面出现了明显的羟基、氨基、二氧化硅的吸收峰，证实纤维混纺织物表面引入了大量的活性反应基团。
105.对实施例6添加的氟化钙和氮化硅进行扫描、投射电镜以及x射线衍射表征，结果如图6和7所示。图6中，(a)、(b)和(c)分别为氮化硅的扫描电镜照片、透射电镜照片和x射线衍射光谱；图7中，(a)、(b)和(c)分别为氟化钙的扫描电镜照片、透射电镜照片和x射线衍射光谱。从图6～7可以看出：氮化硅颗粒的尺寸在微米级，而氟化钙颗粒的尺寸在纳米级。
106.图8为实施例6所得衬垫织物增强树脂复合材料和对比例2所得纤维混纺织物增强酚醛树脂基复合材料的热重曲线，其中：(b)为(a)的局部放大图。从图8中可以看出：实施例6的衬垫织物增强树脂复合材料的热分解温度明显高于对比例2的纤维混纺织物增强酚醛树脂基复合材料，表明氟化钙-氮化硅颗粒的引入可以有效提升了衬垫织物增强树脂复合材料的热分解温度，降低环境温度对衬垫织物增强树脂复合材料的摩擦磨损性能的影响。
107.以直径2mm的45号钢作为摩擦对偶，采用玄武三号摩擦磨损试验机检测利用实施例5～7和对比例1～2所得自润滑复合材料在温度为200℃，应用载荷为62.4mpa(200n)，摩擦转动速度为0.26m/s，摩擦时间为120min，半径为12.5mm的条件下的耐磨性能，其结果列于表1中。其中摩擦系数通过连接的计算机处理收集到的数据自动输出；利用数显高度仪测量耐磨材料的磨损深度，进而计算所得自润滑复合材料的磨损体积。按照公式1计算所得自润滑复合材料的磨损率：
108.k＝δv/p
·
l
ꢀꢀꢀꢀ
公式1；
109.其中，k为磨损率(m3(n m)-1
)；δv为磨损体积(m3)；p为应用载荷(n)；l为滑动距离(m)；其中l＝v
·
t(v为摩擦转动速度，t为摩擦时间)。
110.表1实施例5～7和对比例1～2的自润滑复合材料的耐磨性能
[0111][0112][0113]
按照表1中的数据绘制柱状图，如图9和10所示。图9为实施例5～7所得自润滑复合材料和对比例1～2所得自润滑复合材料的摩擦系数的柱状图，图10为实施例5～7所得自润滑复合材料和对比例1～2所得自润滑复合材料的磨损率的柱状图。
[0114]
结合表1和图9～10可知：本发明提供的衬垫织物增强树脂复合材料在高温、重载工况条件下兼具较低的磨损率和较低的摩擦系数，具备优异的摩擦学性能。
[0115]
将对比例1、2和实施例6、7的自润滑复合材料按照上述方法进行摩擦试验后，对磨损表面进行表面形貌检测，得到扫描电镜照片，如图11所示。图11中，(a)和(e)为对比例1自润滑复合材料磨损表面的扫描电镜图；(b)和(f)为对比例2的自润滑复合材料磨损表面的扫描电镜图；(c)和(g)为实施例6的自润滑复合材料的磨损表面的扫描电镜图，(d)和(h)为实施例7的自润滑复合材料的磨损表面的扫描电镜图。由图11可以看出：对比例1、2磨损表面比较粗糙，纤维表面的树脂基体被剥落，内部的增强纤维被切断和拔出；而实施例6、7的磨损面比较光滑，进一步说明本发明提供的自润滑沉淀织物复合材料具有较高的摩擦学性能。
[0116]
本发明在纤维混纺织物表面共沉积聚多巴胺-二氧化硅-氨基硅烷复合涂层，提升功能化衬垫织物与树脂基体间的界面结合性能，促进了衬垫织物增强树脂复合材料在遭受外力作用时的应力转移。同时，氟化钙和氮化硅颗粒的引入有效提升了衬垫织物增强树脂复合材料的高温承载能力，抑制了树脂基体在高温工况条件下的软化、降解。本发明在聚多巴胺-二氧化硅-氨基硅烷涂层改性和氟化钙-氮化硅颗粒增强的共同作用下使衬垫织物增强树脂复合材料的摩擦学性能呈现极大地提升。
[0117]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种功能化衬垫织物，其特征在于，包括纤维混纺织物和原位生长在所述纤维混纺织物表面的聚多巴胺-二氧化硅-氨基硅烷涂层。2.根据权利要求1所述的功能化衬垫织物，其特征在于，所述聚多巴胺-二氧化硅-氨基硅烷涂层的制备原料包括多巴胺、正硅酸乙酯和氨基硅烷偶联剂；所述多巴胺、正硅酸乙酯和氨基硅烷偶联剂的质量比为1：(0.5～2)：(0.5～2)。3.根据权利要求1或2所述的功能化衬垫织物，其特征在于，所述氨基硅烷偶联剂包括3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的功能化衬垫织物，其特征在于，所述纤维混纺织物的质量和所述聚多巴胺-二氧化硅-氨基硅烷涂层的制备原料中多巴胺、正硅酸乙酯和氨基硅烷偶联剂总质量的比为100：(20～50)。5.根据权利要求1或4所述的功能化衬垫织物，其特征在于，所述纤维混纺织物的材质包括聚四氟乙烯纤维和玄武岩纤维。6.权利要求1～5任一项所述的功能化衬垫织物的制备方法，包括以下步骤：将纤维混纺织物浸入多巴胺-正硅酸乙酯-氨基硅烷偶联剂混合溶液中，进行共沉积反应，得到所述功能化衬垫织物。7.一种衬垫织物增强树脂复合材料，其特征在于，包括功能化衬垫织物和附着在所述功能化衬垫织物表面和/或内部的酚醛树脂；所述衬垫织物增强树脂复合材料中酚醛树脂的质量百分含量为15～40％；所述功能化衬垫织物为权利要求1～5任一项所述的功能化衬垫织物或权利要求6所述的制备方法得到的功能化衬垫织物。8.根据权利要求7所述的衬垫织物增强树脂复合材料，其特征在于，所述衬垫织物增强树脂复合材料的制备原料包括功能化衬垫织物和酚醛树脂基料；所述酚醛树脂基料中还包括氟化钙和氮化硅；所述氟化钙和氮化硅的质量比为1：(0.5～2)；所述氟化钙在所述酚醛树脂基料中的质量分数为1～3wt％。9.一种自润滑复合材料，其特征在于，包括支撑材料和粘合在所述支撑材料上的衬垫织物增强树脂复合材料；所述衬垫织物增强树脂复合材料为权利要求7～8任一项所述的衬垫织物增强树脂复合材料。10.根据权利要求9所述的自润滑复合材料，其特征在于，所述支撑材料包括金属基材；所述金属基材包括9cr18、gcr15或17-4ph。

技术总结
本发明属于固体润滑技术领域，提供了一种功能化衬垫织物及其制备方法和衬垫织物增强树脂复合材料及自润滑复合材料。本发明的功能化衬垫织物，包括纤维混纺织物和原位生长在所述纤维混纺织物表面的聚多巴胺-二氧化硅-氨基硅烷涂层。本发明通过在纤维混纺织物表面引入聚多巴胺-二氧化硅-氨基硅烷涂层，增加了纤维混纺织物的表面粗糙度和功能基团，促进了功能化衬垫织物与树脂基体间的机械联锁和化学键接作用，能够有效避免功能化衬垫织物中纤维被切断和拔出、功能化衬垫织物和树脂基体的脱离，有效降低功能化衬垫织物的磨损，进而提高衬垫织物增强树脂复合材料的耐磨性。衬垫织物增强树脂复合材料的耐磨性。衬垫织物增强树脂复合材料的耐磨性。


技术研发人员：袁军亚 张招柱 姜葳 杨明明 赵鑫 储凡杰 李佩隆
受保护的技术使用者：中国科学院兰州化学物理研究所
技术研发日：2021.12.21
技术公布日：2022/3/8