介孔材料原位增强酚醛树脂基摩擦材料的制备与摩擦机理研究

The starting point of this project to solve the problems in the preparation process of polymeric friction materials such as the lack of heat resistance of matrix resin, dispersion difficulty of reinforcement component, poor compatibility between components, instability in friction properties, etc. The remarkable structural characteristics of mesoporous material such as highly ordered pores, large specific surface area and pore size make it a valuable candidate for the preparation of reinforced phenolic resin composite materials. Adopting effective surface modification and original dispersion process, the proposed method employs in-situ polymerization to introduce phenolic resin molecular chains into channels of mesoporous material for the preparation of mesoporous material reinforced phenolic resin composite materials. The obtained composite materials are then used as the matrix resin to prepare high performance polymeric friction materials. In this project, the potential impact of the structure, pore size, surface characteristics, loading amount of the mesoporous material and its interaction mode with monomer phenol, formaldehyde on the rheological properties, interface compatibility, and thermal properties of phenolic resin will be systematically investigated. The impact of the above factors on the thermal properties, and tribological properties of the resulting polymeric friction materials will be further investigated. The relationship between the mesoporous material structural feature-polymeric mesoporous composite materials-polymeric friction materials will be established based on the above investigation. This will provide a theoretical support for the design and preparation of novel polymeric mesoporous composite materials and polymeric friction materials, also provide a valuable reference for the study of the relative high-performance composite materials.

以解决目前聚合物基摩擦材料制备过程中基体树脂耐热性不足、增强组分分散困难和摩擦性能不稳定等普遍问题为研究出发点。利用介孔材料具有高度有序孔道、高比表面积、较大孔径和孔容的结构特征，采用有效的表面修饰和新颖的分散技术，并通过原位聚合法将酚醛树脂分子链引入介孔材料孔道，制得酚醛树脂基介孔复合材料，以其为基体树脂制备高温摩擦性能优异的摩擦材料。系统研究介孔材料的结构、孔径、表面特性、添加量及其与单体苯酚、甲醛的作用方式对酚醛树脂基介孔复合材料流变性、界面相容性、热性能的影响，进一步研究上述因素对所得酚醛树脂基摩擦材料热性能、摩擦性能的影响，探究介孔材料与酚醛树脂基摩擦材料的作用机制，在此基础上构筑介孔材料结构特性-酚醛树脂基介孔复合材料性能-酚醛树脂基摩擦材料性能之间的关系，为新型聚合物介孔复合材料和聚合物基摩擦材料的设计、制造提供理论依据。也为相关高性能复合材料的研究提供借鉴。

酚醛树脂具有较高的力学强度、良好的耐热性和尺寸稳定性，原材料便宜且易加工等特点，是聚合物基摩擦材料最常用的基体树脂。在摩擦材料制动时，因摩擦生热使摩擦材料表面急剧升温，在高温环境下，摩擦材料保持较稳定的摩擦系数和较低的磨损率，是人们对其安全性和使用寿命所提出的要求，基体树脂是摩擦材料中对热最敏感的组分，因此提高基体树脂的热稳定性是研制高性能摩擦材料的关键之一。. 本课题优化了线性酚醛树脂的合成工艺，合成了不同结构和孔径的介孔材料，通过原位聚合制备介孔SiO2/线性酚醛树脂复合材料，以其为基体制备摩擦复合材料，并表征其性能，主要实验结果如下，（1）确定线性酚醛树脂的合成工艺为：酚醛摩尔比1: 0.9，催化剂用量2.0%，反应时间4h，反应温度85℃；（2）合成三种介孔材料具有典型的二维六方和三维立方介孔结构特征，孔径为3.70～20.3nm，孔容为0.57～2.34cm3/g，比表面积为605～751m2/g，这种独特的结构特征，有利于改善与树脂基体的界面相容性；（3）介孔材料添加对复合材料的冲击强度影响不明显，对复合材料的弯曲性能有较显著的影响，动态力学分析显示，介孔材料的孔径和用量对复合材料的初始储能模量影响较大，与纯PR基复合材料相比较，介孔材料增强复合材料的高温储能模量较稳定，复合材料的损耗峰向高温偏移，复合材料Tg提高近20℃。（4）对复合材料摩擦机理分析认为，PR分子链与介孔材料内外表面发生键接作用，部分分子链或链段嵌入介孔材料孔道内，形成“有机-无机互穿网络结构”， 这种结构存在可提高复合材料摩擦系数的稳定性、降低磨损率。. 本课题研究为新型聚合物介孔复合材料和聚合物基摩擦材料的设计、制造提供理论依据。也为相关高性能复合材料的研究提供借鉴。