一种耐磨环氧树脂复合材料及其制备方法与流程

本发明属于聚合物基复合材料的制备领域，具体地说是涉及耐磨环氧树脂复合材料及其制备方法。

背景技术：

近年来由于环氧树脂具有优异的力学性能、绝缘性能、工艺性能而被越来越多的应用于工业领域代替传统的金属材料。但是环氧树脂摩擦系数相对较高，耐磨性较差，因而需要对其进行改性处理。

据报道，目前主要采用纳米材料来改性提高环氧树脂的耐磨性能。有采用纳米二氧化硅、纳米碳化硅、纳米三氧化铝、碳纳米管等材料来改性环氧树脂。但是纳米材料因为比表面大，表面能高，容易发生团聚，从而影响环氧树脂耐磨性的提高。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种耐磨性能好的耐磨环氧树脂复合材料。

本发明的另一个目的在于提高一种耐磨环氧树脂复合材料的制备方法。

本发明是采用以下技术方案实现的：

一)一种耐磨环氧树脂复合材料，其特征在于：所述的耐磨环氧树脂复合材料主要由环氧树脂基体材料和分散于该环氧树脂基体材料中的硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料制备而成，所述硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料相对于环氧树脂基体材料的质量百分含量为0.05-15％。

较佳地，所述的硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料是按照以下方法制备而成的：

步骤一：首先将钨酸钠、盐酸羟胺和硫脲充分溶于氧化石墨烯水溶液中形成第一混合溶液，所述的钨酸钠、盐酸羟胺、硫脲和氧化石墨烯的摩尔比为1:2:4:1-10；

步骤二：然后将十六烷基三甲基溴化铵加入氧化石墨烯水溶液中，并加热使十六烷基三甲基溴化铵溶解形成第二混合溶液，之后将第二混合溶液和第一混合溶液混合，并加入氨水调节pH值为6，所述的十六烷基三甲基溴化铵与氧化石墨烯的摩尔比为0.5-1:5；

步骤三：最后将步骤二制得的产物放入高压釜中，在150-200℃下反应24小时以上，对产物用无水乙醇和蒸馏水洗涤数次，即得到硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料；

步骤一和步骤二的氧化石墨烯水溶液的中氧化石墨烯的浓度为0.1-0.5mol/L，步骤一的氧化石墨烯与步骤二的氧化石墨烯的摩尔比为2:1。

二)一种耐磨环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料分散在乙醇中，然后用功率为300-1000W的超声设备对所述溶液进行超声处理0.5-5小时，得硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料的乙醇溶液，其中，硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料的浓度为0.01-20g/L；

2)在步骤1)所得的硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料的乙醇溶液中加入环氧树脂，然后用搅拌器搅拌5-30分钟，之后用功率为300-1000W的超声设备进行超声处理0.5-5小时，其中，环氧树脂的浓度为200g/L；

3)将步骤2)制得的产物放入温度为50-80℃的烘箱中，烘10-48小时，再用真空泵抽出乙醇，直至无气泡为止；

4)向步骤3)制得的产物中加入固化剂594，在室温下磁力搅拌10-20分钟，然后边磁力搅拌边用真空泵抽取混合物中的气泡，直至无气泡为止，所述的固化剂594与环氧树脂基体的比例为：20-30:100；

5)通过浇注工艺把步骤4)所得的物料浇注进入模具，最后固化得到所述的耐磨环氧树脂复合材料。

所述的固化剂594的化学名称为β，β’-二甲氨基乙氧基-1，3，6，2-三恶硼杂八环。

本发明的原理如下：氧化石墨烯因其表面具有羟基、环氧基、羧基等官能团，能够与环氧树脂有很好的亲和性，因此具有相对好的分散性。同时，氧化石墨烯本身也有优异的力学性能和耐磨性能。但是纳米硫化钨具有更加好的摩擦磨损性能，所以我们用氧化石墨烯为模板，先把纳米硫化钨修饰到氧化石墨烯上面得到硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料，再把硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料与环氧树脂复合得到复合材料。

较之前的现有技术，本发明具有以下有益效果：

采用片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料来提高环氧树脂的耐磨性能，利用片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料的优异性能和在环氧树脂中的良好分散性使所制备的复合材料具有优异的耐磨性能。

附图说明

图1是合成过程中没有使用氧化石墨烯得到的硫化钨的扫描电镜图；

图2是合成过程中使用了氧化石墨烯得到的硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料的扫描电镜图。

图3是随着片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料含量变化比磨损量的变化。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步阐述，但是本发明不仅限于以下实施例：

实施例1-3是片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法

步骤一：首先将钨酸钠、盐酸羟胺和硫脲充分溶于氧化石墨烯水溶液中形成第一混合溶液，所述的钨酸钠、盐酸羟胺、硫脲和氧化石墨烯的摩尔比为1:2:4:1；

步骤二：然后将十六烷基三甲基溴化铵加入氧化石墨烯水溶液中，并加热使十六烷基三甲基溴化铵溶解形成第二混合溶液，之后将第二混合溶液和第一混合溶液混合，并加入氨水调节pH值为6，所述的十六烷基三甲基溴化铵与氧化石墨烯的摩尔比为0.5:5；

步骤三：最后将步骤二制得的产物放入高压釜中，在150℃下反应24小时以上，对产物用无水乙醇和蒸馏水洗涤数次，即得到硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料；

步骤一和步骤二的氧化石墨烯水溶液的中氧化石墨烯的浓度为0.1mol/L，步骤一的氧化石墨烯与步骤二的氧化石墨烯的摩尔比为2:1。

实施例2

步骤一：首先将钨酸钠、盐酸羟胺和硫脲充分溶于氧化石墨烯水溶液中形成第一混合溶液，所述的钨酸钠、盐酸羟胺、硫脲和氧化石墨烯的摩尔比为1:2:4:10；

步骤二：然后将十六烷基三甲基溴化铵加入氧化石墨烯水溶液中，并加热使十六烷基三甲基溴化铵溶解形成第二混合溶液，之后将第二混合溶液和第一混合溶液混合，并加入氨水调节pH值为6，所述的十六烷基三甲基溴化铵与氧化石墨烯的摩尔比为1:5；

步骤三：最后将步骤二制得的产物放入高压釜中，在200℃下反应24小时以上，对产物用无水乙醇和蒸馏水洗涤数次，即得到硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料；

步骤一和步骤二的氧化石墨烯水溶液的中氧化石墨烯的浓度为0.5mol/L，步骤一的氧化石墨烯与步骤二的氧化石墨烯的摩尔比为2:1。

实施例3

步骤一：首先将钨酸钠、盐酸羟胺和硫脲充分溶于氧化石墨烯水溶液中形成第一混合溶液，所述的钨酸钠、盐酸羟胺、硫脲和氧化石墨烯的摩尔比为1:2:4:5；

步骤二：然后将十六烷基三甲基溴化铵加入氧化石墨烯水溶液中，并加热使十六烷基三甲基溴化铵溶解形成第二混合溶液，之后将第二混合溶液和第一混合溶液混合，并加入氨水调节pH值为6，所述的十六烷基三甲基溴化铵与氧化石墨烯的摩尔比为0.8:5；

步骤三：最后将步骤二制得的产物放入高压釜中，在180℃下反应24小时以上，对产物用无水乙醇和蒸馏水洗涤数次，即得到硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料；

步骤一和步骤二的氧化石墨烯水溶液的中氧化石墨烯的浓度为0.3mol/L，步骤一的氧化石墨烯与步骤二的氧化石墨烯的摩尔比为2:1。

实施例4-9是制备本发明耐磨环氧复合材料的方法

实施例4

1)将片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料分散在乙醇中，配制浓度为0.05g/L的溶液，然后，再用功率为300W的超声设备对所述溶液进行超声处理0.5小时，得片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料的乙醇溶液；

2)在步骤1)所得的片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料的乙醇溶液中加入环氧树脂使其浓度为200g/L，得到混合液，并且用搅拌器搅拌混合液5分钟，然后再用功率为300W的超声设备对所述混合液进行超声处理0.5小时；

3)将步骤2)经超声处理的混合液放入温度为80摄氏度的烘箱中，烘10小时，再用真空泵抽出所述混合液中的乙醇溶剂，至混合液无气泡止；

4)向步骤3)的混合液中加入与环氧树脂基体材料的比例为：27:100固化剂594，在室温下磁力搅拌10分钟，得到混合物，然后边磁力搅拌边用真空泵抽取混合物中的气泡，至混合物中无气泡止；

5)通过浇注工艺把步骤4)所得的混合物浇注进入模具，最后固化得到复合材料制品。

实施例5

1)将片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料分散在乙醇中，配制浓度为20g/L的溶液，然后，再用功率为1000W的超声设备对所述溶液进行超声处理5小时，得片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料的乙醇溶液；

2)在步骤1)所得的片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料的乙醇溶液中加入环氧树脂使其浓度为200g/L，得到混合液，并且用搅拌器搅拌混合液30分钟，然后再用功率为1000W的超声设备对所述混合液进行超声处理5小时；

3)将步骤2)经超声处理的混合液放入温度为80摄氏度的烘箱中，烘10小时，再用真空泵抽出所述混合液中的乙醇溶剂，至混合液无气泡止；

4)向步骤3)的混合液中加入与环氧树脂基体材料的比例为：26:100固化剂594，在室温下磁力搅拌20分钟，得到混合物，然后边磁力搅拌边用真空泵抽取混合物中的气泡，至混合物中无气泡止；

5)通过浇注工艺把步骤4)所得的混合物浇注进入模具，最后固化得到复合材料制品。

实施例6

1)将片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料分散在乙醇中，配制浓度为1g/L的溶液，然后，再用功率为500W的超声设备对所述溶液进行超声处理1小时，得片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料乙醇溶液；

2)在步骤1)所得的片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料的乙醇溶液中加入环氧树脂使其浓度为200g/L，得到混合液，并且用搅拌器搅拌混合液10分钟，然后再用功率为500W的超声设备对所述混合液进行超声处理1小时；

3)将步骤2)经超声处理的混合液放入温度为50摄氏度的烘箱中，烘48小时，再用真空泵抽出所述混合液中的乙醇溶剂，至混合液无气泡止；

4)向步骤3)的混合液中加入与环氧树脂基体材料的比例为：22:100固化剂594，在室温下磁力搅拌10分钟，得到混合物，然后边磁力搅拌边用真空泵抽取混合物中的气泡，至混合物中无气泡止；

5)通过浇注工艺把步骤4)所得的混合物浇注进入模具，最后固化得到复合材料制品。

实施例7

1)将片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料分散在乙醇中，配制浓度为10g/L的溶液，然后，再用功率为800W的超声设备对所述溶液进行超声处理3小时，得片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料的乙醇溶液；

2)在步骤1)所得的片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料的乙醇溶液中加入环氧树脂使其浓度为200g/L，得到混合液，并且用搅拌器搅拌混合液20分钟，然后再用功率为800W的超声设备对所述混合液进行超声处理4小时；

3)将步骤2)经超声处理的混合液放入温度为70摄氏度的烘箱中，烘36小时，再用真空泵抽出所述混合液中的乙醇溶剂，至混合液无气泡止；

4)向步骤3)的混合液中加入与环氧树脂基体材料的比例为：25:100固化剂594，在室温下磁力搅拌20分钟，得到混合物，然后边磁力搅拌边用真空泵抽取混合物中的气泡，至混合物中无气泡止；

5)通过浇注工艺把步骤4)所得的混合物浇注进入模具，最后固化得到复合材料制品。

实施例8

1)将片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料分散在乙醇中，配制浓度为5g/L的溶液，然后，再用功率为500W的超声设备对所述溶液进行超声处理1小时，得片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料的乙醇溶液；

2)在步骤1)所得的片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料的乙醇溶液中加入环氧树脂使其浓度为200g/L，得到混合液，并且用搅拌器搅拌混合液15分钟，然后再用功率为500W的超声设备对所述混合液进行超声处理1小时；

3)将步骤2)经超声处理的混合液放入温度为80摄氏度的烘箱中，烘36小时，再用真空泵抽出所述混合液中的乙醇溶剂，至混合液无气泡止；

4)向步骤3)的混合液中加入与环氧树脂基体材料的比例为：30:100固化剂594，在室温下磁力搅拌15分钟，得到混合物，然后边磁力搅拌边用真空泵抽取混合物中的气泡，至混合物中无气泡止；

5)通过浇注工艺把步骤4)所得的混合物浇注进入模具，最后固化得到复合材料制品。

实施例9

1)将片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料分散在乙醇中，配制浓度为2g/L的溶液，然后，再用功率为600W的超声设备对所述溶液进行超声处理2小时，得片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料的乙醇溶液；

2)在步骤1)所得的片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料的乙醇溶液中加入环氧树脂使其浓度为200g/L，得到混合液，并且用搅拌器搅拌混合液10分钟，然后再用功率为400W的超声设备对所述混合液进行超声处理2小时；

3)将步骤2)经超声处理的混合液放入温度为80摄氏度的烘箱中，烘48小时，再用真空泵抽出所述混合液中的乙醇溶剂，至混合液无气泡止；

4)向步骤3)的混合液中加入与环氧树脂基体材料的比例为：20:100固化剂594，在室温下磁力搅拌20分钟，得到混合物，然后边磁力搅拌边用真空泵抽取混合物中的气泡，至混合物中无气泡止；

5)通过浇注工艺把步骤4)所得的混合物浇注进入模具，最后固化得到复合材料制品。

图1是合成过程中没有使用氧化石墨烯得到的硫化钨的扫描电镜图；图2是合成过程中使用了氧化石墨烯得到的硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料的扫描电镜图。

如图可知，图2中的硫化钨的分散效果明显优于图1的分散效果。

图3所示，在片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料含量为0-10％时，比磨损量逐渐减少，在片状硫化钨/氧化石墨烯纳米复合材料含量大于10％，比磨损量逐渐增大。