-MWCNTs/環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料的制備領(lǐng)域，具體涉及一種Zr02-MWCNTs/環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合 材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 環(huán)氧樹(shù)脂作為一種常用的熱固性塑料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、低收縮力、耐化學(xué)腐 蝕以及熱穩(wěn)定性，因而在石油管道、小汽車(chē)、機(jī)械等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著其應(yīng)用領(lǐng) 域的不斷擴(kuò)大，人們對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂的耐磨性提出了越來(lái)越高的要求，然而，由于環(huán)氧樹(shù)脂在固 化的過(guò)程中呈現(xiàn)三維交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其摩擦磨損性能較差。
[0003] 碳納米管（Carbonnanotubes，CNTs)因其具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、電學(xué)、力學(xué)、儲(chǔ)氫等特 能，所以在納米電子器件、超強(qiáng)復(fù)合材料、儲(chǔ)氫材料、催化劑載體等諸多新領(lǐng)域有著非常廣 泛的應(yīng)用前景。此外，碳納米管類似于石墨結(jié)構(gòu)賦予其良好的潤(rùn)滑性能，使其可以作為潤(rùn)滑 劑和耐磨材料添加到環(huán)氧樹(shù)脂中改善環(huán)氧樹(shù)脂的耐磨性。但現(xiàn)有技術(shù)中將碳納米管添加到 環(huán)氧樹(shù)脂中，其環(huán)氧樹(shù)脂的耐磨性能并不能得到非常有效的改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)上述不足之處而提供的一種ZrOfMWCNTs/環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料的 制備方法，將多壁碳納米管（MWCNTs)和二氧化鋯（Zr02)結(jié)合制成Zr02-MWCNTs納米雜化材 料，然后通過(guò)攪拌、超聲分散等操作，使其分散在環(huán)氧樹(shù)脂體系中，制得的Zr02-MffCNTs/環(huán) 氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料相對(duì)于環(huán)氧樹(shù)脂，在提高韌性、耐腐蝕性的同時(shí)，耐磨性得到明顯的提 尚。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種Zr02-MffCNTs/環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：將環(huán)氧樹(shù) 脂體系溶解于有機(jī)溶劑中，然后添加Zr02-MWCNTs粉末，攪拌混勻后超聲分散30min，將其均 勻噴涂在圓形的玻璃片上，常溫下放置30min，然后110°C烘烤lh，最后220°C烘烤1. 5h，得 Zr02-MffCNTs/環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料；其中環(huán)氧樹(shù)脂體系是環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑的混合物； 有機(jī)溶劑為環(huán)己酮和二甲苯體積比為1:1的混合物；所添加的Zr02-MffCNTs粉末重量占環(huán) 氧樹(shù)脂體系重量的1 %~5%。
[0007] 進(jìn)一步地，環(huán)氧樹(shù)脂重量占環(huán)氧樹(shù)脂體系重量的82. 5%。
[0008] 進(jìn)一步地，環(huán)氧樹(shù)脂體系與有機(jī)溶劑的質(zhì)量體積比為1:4。
[0009] 進(jìn)一步地，Zr02_MWCNTs粉末重量占環(huán)氧樹(shù)脂體系重量的1%~3%。
[0010] 本發(fā)明提供的一種Zr02-MWCNTs/環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料及其制備方法，具有以 下幾種有益效果：
[0011] (1)將多壁碳納米管（MWCNTs)和二氧化鋯（Zr02)結(jié)合制成Zr02_MWCNTs納米雜化 材料，然后通過(guò)攪拌、超聲分散等操作，使其分散在環(huán)氧樹(shù)脂體系中，制得的Zr02-MWCNTs/ 環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料相對(duì)于環(huán)氧樹(shù)脂，在提高韌性、耐腐蝕性的同時(shí)，耐磨性得到明顯的 提尚。
[0012] (2)該制備方法簡(jiǎn)單，成本低，可批量生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為樣品1放大10000倍的SEM圖片；
[0014] 圖2為樣品1放大30000倍的SEM圖片；
[0015] 圖3為樣品2放大10000倍的SEM圖片；
[0016] 圖4為樣品2放大30000倍的SEM圖片；
[0017] 圖5為樣品3放大10000倍的SEM圖片；
[0018] 圖6為樣品3放大30000倍的SEM圖片；
[0019] 圖7為樣品4放大10000倍的SEM圖片；
[0020] 圖8為樣品4放大30000倍的SEM圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 實(shí)施例1
[0022]Zr02-MWCNTs/環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料樣品1的制備：
[0023] 將20g環(huán)氧樹(shù)脂體系（16. 5g環(huán)氧樹(shù)脂E51和3. 5gEponHPT1061固化劑）溶 解于80mL有機(jī)溶劑（環(huán)己酮：二甲苯=1:1，體積比）中，然后添加lgZr02_MWCNTs粉末 (通過(guò)溶膠-凝膠法制備，制備時(shí)MWCNTs和四氯化鋯重量比為1:1)，攪拌混勻后超聲分散 30min，配成含Zr02-MWCNTs粉末5 % (相對(duì)于環(huán)氧樹(shù)脂體系）的混合漿液，將其均勻噴涂在 圓形的玻璃片上，常溫下放置30min，然后110°C烘烤lh，最后220°C烘烤1. 5h，得到樣品1， 重量為57. 9267g。
[0024] 其中，Zr02-MWCNTs粉末的制備方法為：稱取0.lg的羧基多壁碳納米管加入含 50mL乙醇和去離子水的混合溶液（乙醇：去離子水=1:1，體積比）的燒杯中，再向燒杯 中加入0.lg的ZrCl4，然后緩慢向燒杯中滴加氨水，調(diào)節(jié)其pH值至pH多9. 5,超聲分散 30min后置于磁力攪拌器上，常溫下強(qiáng)烈攪拌4h，減壓抽濾，烘干，最后500°C下煅燒2h，獲 得Zr02_MWCNTs粉末 0. 1434g。
[0025] 實(shí)施例2
[0026] Zr02-MWCNTs/環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料樣品2的制備：
[0027] 將20g環(huán)氧樹(shù)脂體系（16. 5g環(huán)氧樹(shù)脂E51和3. 5gEponHPT1061固化劑）溶解 于80mL有機(jī)溶劑（環(huán)己酮：二甲苯=1:1，體積比）中，然后添加0? 6gZr02_MWCNTs粉末 (通過(guò)溶膠-凝膠法制備，制備時(shí)MWCNTs和四氯化鋯重量比為1:1)，攪拌混勻后超聲分散 30min，配成含Zr02-MWCNTs粉末3 % (相對(duì)于環(huán)氧樹(shù)脂體系）的混合漿液，將其均勻噴涂在 圓形的玻璃片上，常溫下放置30min，然后110°C烘烤lh，最后220°C烘烤1. 5h，得到樣品2， 重量為55. 4291g。
[0028] 其中，Zr02_MWCNTs粉末的制備方法同實(shí)施例1。
[0029] 實(shí)施例3
[0030] Zr02_MWCNTs/環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料樣品3的制備：
[0031] 將20g環(huán)氧樹(shù)脂體系（16. 5g環(huán)氧樹(shù)脂E51和3. 5gEponHPT1061固化劑）溶解 于80mL有機(jī)溶劑（環(huán)己酮：二甲苯=1:1，體積比）中，然后添加0? 2gZr02-MWCNTs粉末 (通過(guò)溶膠-凝膠法制備，制備時(shí)MWCNTs和四氯化鋯重量比為1:1)，攪拌混勻后超聲分散 30min，配成含Zr02-MffCNTs粉末1% (相對(duì)于環(huán)氧樹(shù)脂體系）的混合漿液，將其均勻噴涂在 圓形的玻璃片上，常溫下放置30min，然后110°C烘烤lh，最后220°C烘烤1. 5h，得到樣品3， 重量為57. 5092g。
[0032] 其中，Zr02_MWCNTs粉末的制備方法同實(shí)施例1。
[0033] 實(shí)施例4
[0034] Zr02-MWCNTs/環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料樣品4的制備：
[0035] 將20g環(huán)氧樹(shù)脂體系（16. 5g環(huán)氧樹(shù)脂E51和3. 5gEponHPT1061固化劑）溶解 于80mL有機(jī)溶劑（環(huán)己酮：二甲苯=1:1，體積比）中，攪拌混勻后超聲分散30min，配成不 含Zr02_MWCNTs粉末的混合漿液，將其均勻噴涂在圓形的玻璃片上，常溫下放置30min，然后 110°C烘烤lh，最后220°C烘烤1. 5h，得到樣品4,重量為58. 5234g。
[0036] 對(duì)Zr02_MWCNTs/環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料進(jìn)行SEM實(shí)驗(yàn)和耐磨性實(shí)驗(yàn)：
[0037] SEM實(shí)驗(yàn)：分別將樣品1、樣品2、樣品3和樣品4脆斷后表面噴金，在JSM-7500F型 掃描電子顯微鏡下進(jìn)行觀察和拍照，觀察不同比例納米粉體在樹(shù)脂中的分散情況，結(jié)果見(jiàn) 圖 1-8〇
[0038] 耐磨性實(shí)驗(yàn)：用B⑶523ABRASER型耐磨儀測(cè)試樣品1、樣品2、樣品3、樣品4的 耐磨性，每個(gè)樣品進(jìn)行3次實(shí)驗(yàn)，計(jì)算記錄磨損前后重量，每次的損失量及最終的平均損 失量。耐磨儀主要參數(shù)：采用美國(guó)CS-17轉(zhuǎn)子，載荷lkg，旋轉(zhuǎn)圈數(shù)1000r(滑動(dòng)距離約為 18840cm)，用萬(wàn)分之一天平測(cè)其磨損量，結(jié)果見(jiàn)表1。
[0039] 表1各樣品的耐磨性試驗(yàn)結(jié)果
[0040]
[0041] SEM實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析：圖7和圖8分別表示樣品4放大10000倍和30000倍的SEM 圖，該樣品不含Zr02-MffCNTs粉末，可作為對(duì)照實(shí)驗(yàn)。圖1、圖2分別表示樣品1斷層放大 10000倍和30000倍的SEM圖，圖1中可以看到少量"鱗片"結(jié)構(gòu)，也出現(xiàn)大片的空白區(qū)域，并 且存在大量的納米粒子團(tuán)聚現(xiàn)象；圖2可以更明顯的看到納米粒子團(tuán)聚現(xiàn)象；圖3、圖4分 別表示樣品2斷層放大10000倍和30000倍的SEM圖，圖3中出現(xiàn)大量的"鱗片"結(jié)構(gòu)，并且 分布比較均勻；圖4也可以清楚的看到納米粒子，且并未發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象；圖5、圖6分別表示 樣品3斷層放大10000倍和30000倍的SEM圖，圖5出現(xiàn)明顯的"鱗片"結(jié)構(gòu)，但比較稀少且 分布不均勻；圖6并未看到納米粒子，說(shuō)明納米粒子非常稀少。由于"鱗片"結(jié)構(gòu)可以有效的 阻擋腐蝕介質(zhì)的浸入，并且屬于韌性斷裂，有利于涂層的力學(xué)性能，因此，"鱗片"結(jié)構(gòu)相對(duì) 較多并且分布均勻能提高涂層性能。由圖1-6可得Zr02-MWCNTs含量太高，納米粒子團(tuán)聚現(xiàn) 象嚴(yán)重，含量太低時(shí)，"鱗片"結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)較少，說(shuō)明不同Zr02_MWCNTs含量對(duì)Zr02_MWCNTs/環(huán) 氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料性能有不同影響，當(dāng)Zr02-MWCNTs含量為3% (相對(duì)于固體環(huán)氧樹(shù)脂） 時(shí)，Zr02-MWCNTs/環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料性能最佳。
[0042] 耐磨性實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析：由表1可得，樣品2的耐磨性最好，這是由于當(dāng) Zr02_MWCNTs含量為3% (相對(duì)于固體環(huán)氧樹(shù)脂）時(shí)，Zr02_MWCNTs與環(huán)氧樹(shù)脂有較好的 相容性，Zr02-MWCNTs起到了物理交聯(lián)點(diǎn)的作用；當(dāng)Zr02-MWCNTs含量為5 % (相對(duì)于固 體環(huán)氧樹(shù)脂）時(shí)，復(fù)合材料的耐磨性能比不添加Zr02-MWCNTs的耐磨性能還低，是因?yàn)?Zr02-MWCNTs含量過(guò)高時(shí)，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象，對(duì)耐磨性起到反作用；當(dāng)Zr02-MWCNTs含 量偏低時(shí)，耐磨效果不好。綜上所述，當(dāng)Zr02_MWCNTs含量為3% (相對(duì)于固體環(huán)氧樹(shù)脂） 時(shí)，Zr02_MWCNTs/環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料耐磨性最佳。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種ZrO 2-MWCNTs/環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步 驟：將環(huán)氧樹(shù)脂體系溶解于有機(jī)溶劑中，然后添加ZrO 2-MffCNTs粉末，攪拌混勻后超聲分散 30min，將其均勻噴涂在圓形的玻璃片上，常溫下放置30min，然后110°C烘烤lh，最后220°C 烘烤I. 5h，得ZrO2-MffCNTs/環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料；其中環(huán)氧樹(shù)脂體系是環(huán)氧樹(shù)脂和固化 劑的混合物；有機(jī)溶劑為環(huán)己酮和二甲苯體積比為1:1的混合物；所添加的ZrO 2-MffCNTs粉 末重量占環(huán)氧樹(shù)脂體系重量的1 %~5%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種ZrO 2-MWCNTs/環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于，環(huán)氧樹(shù)脂重量占環(huán)氧樹(shù)脂體系重量的82. 5 %。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種ZrO 2-MWCNTs/環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于，環(huán)氧樹(shù)脂體系與有機(jī)溶劑的質(zhì)量體積比為1:4。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種ZrO 2-MWCNTs/環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于，ZrO2-MffCNTs粉末重量占環(huán)氧樹(shù)脂體系重量的1 %~3%。5. 根據(jù)權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述的方法制備出的ZrO 2-MWCNTs/環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合 材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種ZrO2-MWCNTs/環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料，其制備方法包括以下步驟：將環(huán)氧樹(shù)脂體系溶解于有機(jī)溶劑中，然后添加ZrO2-MWCNTs，攪拌混勻后超聲分散30min，將其均勻噴涂在圓形的玻璃片上，常溫放置30min，110℃烘烤1h，220℃烘烤1.5h，得ZrO2-MWCNTs/環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料。該方法將多壁碳納米管(MWCNTs)和二氧化鋯(ZrO2)結(jié)合制成ZrO2-MWCNTs納米雜化材料，通過(guò)攪拌、超聲分散使其分散在環(huán)氧樹(shù)脂體系中，制得的ZrO2-MWCNTs/環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料相對(duì)于環(huán)氧樹(shù)脂，在提高韌性、耐腐蝕性的同時(shí)，耐磨性得到明顯的提高。
【IPC分類】C08K3/22, C08K7/24, C08L63/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105038121
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510342419
【發(fā)明人】何毅
【申請(qǐng)人】成都石大力盾科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年6月18日