“以木代塑”一传统纸基摩擦材料制备策略的全面革新

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中国已经成为全球最大的能源生产国,同时也是全球最大的能源消费国。未来,中 国将加大煤炭的清洁化开发利用,大力提升油气勘探开发力度,加快风能、太阳能、生 物质能等非化石能源开发利用,推动低碳能源来替代高碳能源,以新一代信息基础设施 建设为契机,推动能源数字化和智能化发展,大力推进创新驱动发展战略,推进低碳制 造领域的可持续发展。基于此,木质基复合材料的发展逐渐提上日程,木材可以各种不 同的形态与各种不同的复合原料和复合方法制出种类繁多的木质基复合材料,材料的特 点和功能各异,应根据用途需要来准确选择相应的复合材料。该制造领域的原材料由以 木材为主逐步扩展到竹材、农作物秸杆等生物质,产品性能向着功能性、智能性和综合 性方向进展。传统的生物质利用技术往往需要把木质素分离出去,过程非常繁琐,而且 会消耗大量的能源,与低碳制造技术的初衷背道而驰。 基于此,本发明在低碳制造领域提供了一种关于制备新式纸基摩擦材料的全新制备 策略,以废弃木材为原料,创造性地提出利用深共晶溶剂帮助废弃木材完成结构转化, 实现纸基摩擦材料的湿法制浆工艺步骤,而后进一步采用木质素-纤维素辅助原位剥离 石墨烯(或其它二维材料)作为减磨剂,相互纠缠的纤维素作为增强体,木质素作为基 体,木质素溶解产生的希伯特酮以及羟基苯酚作为粘合剂,共同构筑成纸基摩擦材料的 整体结构。通过成型固化之后,本发明所制备的新式纸基摩擦材料具有优异的耐磨性和 稳定的机械性能。这一方法的关键在于将木质素作为胶黏剂利用起来,让木质素物尽其 用,充当基体材料。这种木质基树脂材料的制备过程绿色环保无污染,不涉及任何有毒 溶剂的使用,无需任何除杂步骤,其废弃物可以在自然环境中被完全降解,并作为植物 生长的养料,经过生物界的自然净化和固碳过程,几乎可以做到零CO2排放。本科技发 明产品的应用为轻型机械传动装置的基底和板材、割草机或油锯的汽油机离合器、小型 汽车传动和制动装置(摩擦片)以及摩托车离合器摩擦片、制动蹄块或碟刹片等。综上, 本研究项目所制备的新式纸基摩擦材料显示出高耐磨性和优异机械强度、良好的水稳定 性、热稳定性以及可回收和生物可降解性,有望成为传统不可回收的树脂基摩擦材料成 为的替代品。 截止目前为止,本项目共计申请相关发明专利9,其中项目申报人申请专利8件,已 授权3件,项目成员申请专利2件。与本项目相关的SCI论文共计发表6,其中项目申报人 作为第一作者发表相关论文2篇,项目其它成员以发表相关论文4。此外,本发明产品目 前已经和四川杜伯特科技有限公司,四川优浦达科技有限公司,陕西泰坦实业集团科技 有限公司达成合意向作,初步完成了产品性能检测并得到试用意见反馈。下一步计划在 2024年前与多家纸基摩擦材料制造公司达成合作,进入产品代加工制造阶段。本发明所 制备的新式纸基摩擦材料实现了可持续性和耐用性之间的良好平衡,为国家在低碳制造 领域实现“降碳减污”和可持续发展提供了一条可选之路。