碳纤维和陶瓷晶须因具有高比强度、高比模量、耐高温以及耐疲劳等一系列优异特性常被用作树脂基摩擦材料的增强纤维,树脂基摩擦材料的抗弯曲强度得以提升,并改善其热稳定性和摩擦学性能。但是因碳纤维和陶瓷晶须固有的表面光滑和润湿性差的特点,使得纤维/树脂界面和晶须/树脂界面易发生脱粘和基体剥落,使复合材料不能满足苛刻工况下的工作要求。解决该问题的关键在于如何高效、无损的对增强纤维进行改性,增加碳纤维和陶瓷晶须表面的活性位点,提升纤维/树脂、晶须/树脂界面的结合强度,从而系统的提升摩擦材料的结构稳定性、机械性能、热稳定性以及耐磨损性能,拓展其应用领域。基于此,本课题提出以碳纤维和莫来石晶须为增强纤维在树脂基体内构建多元相、多尺度协同增强体系,通过液相沉积法和化学接枝法在增强纤维表面构建聚多巴胺(PDA)和聚酰胺-胺(PAMAM)涂层,实现在碳纤维和莫来石晶须进行表面无损改性的目标,随后经干式混料、热压成型工艺制备得碳纤维/莫来石晶须树脂基摩擦材料。本课题主要从摩擦材料的力学性能、界面特征以及摩擦学行为等方面系统研究PDA和PAMAM涂层对碳纤维/莫来石晶须树脂基摩擦材料性能的影响,并得出以下主要结论:(1)以碳纤维和莫来石晶须为增强纤维,通过物理共混法在酚醛树脂基体内构建多元相、多尺度协同增强体系,有效地提高材料的抗弯曲强度,同时改善材料的摩擦学性能。通过对比不同碳纤维和莫来石晶须添加比例所制备的复合材料的性能得出,当复合材料中碳纤维添加量为20 wt%、莫来石晶须添加量为5 wt%时,复合材料的磨损率、平均摩擦系数及其波动率分别为5.75×10-6 mm3(N·m)、0.54和13%,呈现出最优的综合性能。(2)多巴胺在有氧、弱碱性条件下可以在碳纤维和莫来石晶须表面沉积形成纳米颗粒状的PDA涂层,PDA涂层上的-NH2和-OH官能团增加了增强纤维的表面活性,从而增强了纤维/树脂、晶须/树脂的界面结合强度。分析表征对不同浓度下,PDA改性的复合材料的机械性能和摩擦学性能,结果表明,2 g/L浓度PDA改性的复合材料的综合性能最优,其弯曲强度(80.7 MPa)相较于未改性的复合材料提升了 34.1%,磨损率(2.4×10-6mm3(N·m))相较于未改性的复合材料降低了 58.3%。(3)通过FITR、XPS等手段表征分析PAMAM树枝状大分子二次官能化改性碳纤维和莫来石晶须的表面官能团变化,证明了 PAMAM树枝状大分子通过与PDA涂层上的-NH2发生Michael加成反应成功地接枝在PDA涂层上,实现了对增强纤维的二次官能化改性。并通过对纤维表面的SEM照片分析得出随着合成PAMAM代数代数地增加,PAMAM大分子逐渐在纤维表面形成均匀、连续的功能涂层。(4)对比分析PDA改性复合材料和PAMAM二次改性复合材料的机械性能和摩擦学性能。结果表明:在PDA涂层上化学接枝PAMAM树枝状大分子能进一步改善碳纤维和莫来石晶须与树脂的界面结合度,提升复合材料的综合性能。PAMAM改性复合材料的弯曲强度(104.6 MPa)相较于2.0g/L PDA改性样品提升了29.6%,磨损率(0.91× 10-6 mm3(N·m))相较于2.0g/L PDA改性样品降低了 62.1%。