一种耐磨环氧树脂复合材料及制备方法

本发明属于耐磨材料，具体涉及一种耐磨环氧树脂复合材料及制备方法。

背景技术：

1、环氧树脂（ep）是一种常用的热固性树脂，具有优异的机械性能，良好的耐腐蚀性能、电绝缘性能和化学稳定性，广泛应用于航空航天、国防军事以及民用工业领域。在这些领域内，ep常作为一种高性能聚合物材料大量应用于制备各类功能结构件和重要设备的保护性涂层材料。然而，ep的使用是需要通过引入固化剂促进其内部形成稳定的三维交联网络结构，最终制备出符合实际需求的构件。然而，固化过程会引起ep分子链运动能力变差，导致其脆性大、在外加定向载荷持续作用下极易引起表层材料的剥离，在宏观上表现出抗摩擦磨损性能差，尤其在干摩擦条件下容易发生严重的磨损从而缩减构件的服役年限，甚至引发严重的安全生产事故，因此，致使其在抗摩擦磨损需求领域的应用受到限制。

2、在摩擦学领域中，为了提高ep的抗摩擦磨损性能，研究者们普遍利用无机纳米填料作为增强材料，来改善ep符合材料的摩擦磨损性能。其中大量具备特殊形貌的二维纳米材料被研究者开发，用以提高ep复合材料摩擦磨损性能的研究。然而，对于同一种二维无机纳米而言，不同的尺寸及形貌会对复合材料的摩擦磨损性能产生重大的影响。《表面技术》（surface technology, 2020,49:133-140）报道了三种不同形貌二硫化钼(块状、单层及花状)对摩擦磨损性能的影响。研究发现块状的使用寿命最短，单层状的使用寿命最长，虽然花状结构的使用寿命介于这两者之间，但是其特殊的形貌会促进形成致密转移层，有利于产生良好的润滑效果。

3、层状硅酸镍（nips）是一种二维层状材料，主要由硅酸盐片层通过层间静电作用堆积在一起构成的，其晶体结构中的晶胞由硅氧四面体与镍氧八面体组成。具有与二硫化钼、氮化硼等摩擦磨损性能优异二维纳米材料类似的片层结构，因此，在提高摩擦磨损性能方面具有先天优势。然而，层状硅酸镍具有亲水疏油的表面特性，致使具有亲水性的无机填料在环氧树脂基体中的分散性较差且易发生团聚，难以获得良好的界面结合，不利于复合材料的结构稳定和长效抗磨性。

4、发明专利cn114230978b一种基于含磷硅酸镍晶须的阻燃环氧树脂及制备方法，设计了一种通过引入含磷硅酸镍晶须，极大的提高了环氧树脂复合材料阻燃性能，并且改善了环氧树脂的抗熔滴性能，拓展了环氧树脂的应用范围，但是该发明的组分和技术问题未涉及耐磨性能。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种耐磨环氧树脂复合材料及制备方法。通过构建环氧树脂/有机改性硅酸镍晶须复合材料，极大的提高了ep耐磨性能和抗拉伸性能，拓展了环氧树脂在摩擦学领域的应用范围。

2、一种耐磨环氧树脂复合材料，包括双酚a型环氧树脂、4，4-二氨基二苯甲烷和金属有机框架衍生硅酸镍晶须；所述双酚a型环氧树脂的质量浓度为70.5-73.5%、4，4-二氨基二苯甲烷的质量浓度24.5-25.5%和金属有机框架衍生硅酸镍晶须的质量浓度为1-5%。

3、进一步的，所述金属有机框架衍生硅酸镍晶须的制备方法为，将三缩水甘油基三环氧基硅烷溶解于甲醇，然后加入去离子水和镍-金属有机框架，待其分散均匀后，加入氢氧化钠溶液，调节悬浊液ph值为中性，分散处理得到绿色悬浊液，将该绿色悬浊液转在高压反应釜内，待反应完成后自然冷却至室温，经离心、清洗、干燥后，得到的淡绿色粉末即为金属有机框架衍生硅酸镍晶须。

4、进一步的，所述三缩水甘油基三环氧基硅烷溶解时，使用超声处理。

5、进一步的，所述悬浊液的分散使用超声处理。

6、进一步的，所述高压反应釜的反应条件是温度160℃下反应15h。

7、进一步的，所述双酚a型环氧树脂和4，4-二氨基二苯基甲烷的质量比为100：25.8。

8、一种耐磨环氧树脂复合材料的制备方法，制备上述的耐磨环氧树脂复合材料，包括以下步骤：称取金属有机框架衍生硅酸镍晶须，溶解于丙酮中，超声分散处理，得到绿色悬浊液，将该悬浊液滴加到预热处理后的环氧树脂中冷凝回流，搅拌使两者充分混合，将熔融的固化剂4,4-二氨基二苯甲烷加入环氧体系继续搅拌，固化后得到耐磨环氧树脂复合材料。

9、进一步的，所述固化使用提前预热的硅橡胶模具，真空脱气后，分别在100 ℃及150 ℃下固化2 h，最终得到耐磨环氧树脂复合材料。

10、和现有技术相比，本发明有如下有益效果：（1）本发明的一种耐磨环氧树脂复合材料及制备方法，提高了环氧树脂的耐磨性能和抗拉性能。（2）摩擦测试表明，纯环氧树脂的磨损速率为7.03×10-5mm3/n·m，当添加5%的有机改性硅酸镍晶须后，环氧树脂的磨损速率降为1.21×10-5mm3/n·m，降幅高达82.8 %，表明有机改性硅酸镍晶须的引入，极大的提高环氧树脂的耐磨性能。（3）同样在5%添加量下，有有机改性硅酸镍晶须优于花状硅酸镍/石墨烯共混物的耐磨性能(专利号：zl202110127988.8)，表明有机改性硅酸镍晶须赋予环氧树脂优异的抗耐磨性能。拉伸测试表明，纯环氧树脂的抗拉强度为77.3mpa，当添加5%的金属有机框架衍生硅酸镍后，环氧树脂的抗拉强度达到80.5mpa，提高4.1%，表明有机改性硅酸镍晶须的引入，能够有效地分散外加载荷，从而提高抗拉强度。综上所述，本发明提供的环氧树脂/有机改性硅酸镍晶须复合材料具有优异的抗磨擦磨损性能和抗拉性能。同时本发明工艺简单，适合大规模生产。

技术特征：

1.一种耐磨环氧树脂复合材料，其特征在于：包括双酚a型环氧树脂、4，4-二氨基二苯甲烷和金属有机框架衍生硅酸镍晶须；所述双酚a型环氧树脂的质量浓度为70.5-73.5%、4，4-二氨基二苯甲烷的质量浓度24.5-25.5%和金属有机框架衍生硅酸镍晶须的质量浓度为1-5%。

2.根据权利要求要求1所述耐磨环氧树脂复合材料，其特征在于：所述金属有机框架衍生硅酸镍晶须的制备方法为，将三缩水甘油基三环氧基硅烷溶解于甲醇，然后加入去离子水和镍-金属有机框架，待其分散均匀后，加入氢氧化钠溶液，调节悬浊液ph值为中性，分散处理得到绿色悬浊液，将该绿色悬浊液转在高压反应釜内，待反应完成后自然冷却至室温，经离心、清洗、干燥后，得到的淡绿色粉末即为金属有机框架衍生硅酸镍晶须。

3.根据权利要求2所述耐磨环氧树脂复合材料，其特征在于：所述三缩水甘油基三环氧基硅烷溶解时，使用超声处理。

4.根据权利要求2所述耐磨环氧树脂复合材料，其特征在于：所述悬浊液的分散使用超声处理。

5.根据权利要求2所述耐磨环氧树脂复合材料，其特征在于：所述高压反应釜的反应条件是温度160℃下反应15h。

6.根据权利要求1所述耐磨环氧树脂复合材料，其特征在于，所述双酚a型环氧树脂和4，4-二氨基二苯基甲烷的质量比为100：25.8。

7.一种耐磨环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，制备权利要求1~6任何之一的耐磨环氧树脂复合材料，包括以下步骤：称取金属有机框架衍生硅酸镍晶须，溶解于丙酮中，超声分散处理，得到绿色悬浊液，将该悬浊液滴加到预热处理后的环氧树脂中冷凝回流，搅拌使两者充分混合，将熔融的固化剂4,4-二氨基二苯甲烷加入环氧体系继续搅拌，固化后得到耐磨环氧树脂复合材料。

8.根据权利要求7所述耐磨环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述固化使用提前预热的硅橡胶模具，真空脱气后，分别在100 ℃及150 ℃下固化2 h，最终得到耐磨环氧树脂复合材料。

技术总结本发明公开了一种耐磨环氧树脂复合材料及制备方法，属于耐磨材料技术领域，该材料包括双酚A型环氧树脂、4，4‑二氨基二苯甲烷和金属有机框架衍生硅酸镍晶须；所述双酚A型环氧树脂的质量浓度为70.5‑73.5%、4，4‑二氨基二苯甲烷的质量浓度24.5‑25.5%和金属有机框架衍生硅酸镍晶须的质量浓度为1‑5%。称取金属有机框架衍生硅酸镍晶须，溶解于丙酮中，超声分散处理，得到绿色悬浊液，将该悬浊液滴加到预热处理后的环氧树脂中冷凝回流，搅拌使两者充分混合，将熔融的固化剂4,4‑二氨基二苯甲烷加入环氧体系继续搅拌，固化后得到耐磨环氧树脂复合材料。提高了EP耐磨性能和抗拉伸性能。技术研发人员：徐煜轩,白金正受保护的技术使用者：江苏建筑职业技术学院技术研发日：技术公布日：2024/9/2