一种纳米CuS/PDCPD复合材料制造技术

一种纳米CuS/PDCPD复合材料，以钨配合物为主催化剂，AlEt2Cl2为助催化剂，表面改性CuS纳米粉体为填料，采用反应注射成型工艺，原位聚合方法制备了纳米CuS/聚双环戊二烯（CuS/PDCPD）复合材料。改性CuS在极低的添加范围内，即可实现对PDCPD同时起到增强增韧和耐磨的作用；在CuS添加质量分数为1%时，纳米CuS/PDCPD复合材料的综合性能达到最佳；与PDCPD性能相比，冲击强度、拉伸强度和弯曲强度的最大提高量分别为13.2%、22.0%、13.8%；磨损质量和摩擦因数最大降低了31%和36%。表面改性CuS纳米粉体在PDCPD基体中具有良好的界面相容性，是实现纳米CuS/PDCPD复合材料在低添加范围内具有较佳力学性能和耐磨性能的重要原因。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米CuS/PDCPD复合材料
本专利技术涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种纳米CuS/PDCPD复合材料。
技术介绍
聚双环戊二烯（polydicylopenadiene，PD-CPD）是20世纪90年代后出现在国际市场的一种新型的高抗冲工程塑料，由双环戊二烯（DCPD）在Ziegler-Natta催化体系下开环移位聚合得到的一种热固性高分子。由于PDCPD同时具有高弹性模量、高冲击强度和较好的热稳定性，其应用范围十分广泛，在交通、电气设备、体育娱乐设施、建筑材料、通讯等领域有广阔的应用前景。但常常由于无机填料在PDCPD制品中不分散或分散性差，并没有发挥无机添加剂的作用，反而常会导致其学性能下降，不能有效改善PDCPD制品的综合性能。因此，对无机填料进行表面改性，改善无机纳米粒子在聚合物基体中的分散性是利用无机添加剂增强增韧聚合物的重点和难点。当前对无机填料一般采用偶联剂进行改性，但硅烷偶联剂价格昂贵，限制了其在工业上的广泛应用。采用化学包覆方法，使用价格低廉的有机改性剂，通过化学键合杂化在无机填料的表面，可以大大改善无机填料在聚合物基体中的分散性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善聚双环戊二烯复合材料的耐磨性和力学性能，设计了一种纳米CuS/PDCPD复合材料。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：纳米CuS/PDCPD复合材料的制备原料包括：WCl6：分析纯，长沙华京粉体材料有限公司；DCPD：分析纯，浙江杭州杨利石化有限公司，使用前进行除水及液化处理；AlEt2Cl2：工业级，南京双联化工；主催化剂钨配合物以及表面改性剂双十六烷氧基二硫代磷酸吡啶盐（PyDDP）为实验室自行合成；其余化学试剂均为分析纯，所用水为去离子水。纳米CuS/PDCPD复合材料的制备步骤为：表面改性CuS纳米粉体的制备采用表面原位接枝方法，典型制备工艺为：分别量取50mL蒸馏水和乙醇加入到250mL三口烧瓶中，然后依次加入0.8gNa2S·9H2O和1.5gPyDDP，加热至溶液澄清透，利用CH3COOH控制溶液的pH=4；然后向体系中加入1.0gCu(Ac)2·2H2O，溶液立刻出现大量黑色混浊。70℃反应1h后停止反应并冷却至室温，经过滤，用水、乙醇反复洗涤获得黑色粉体，50℃恒温烘箱干燥12h，得到1.2g表面改性的CuS纳米粉体。CuS/PDCPD复合材料采用实验室拟反应注射成型装置进行制备。具体过程为：首先于两个耐压钢罐中各分散50mL含有一定质量分数（0%，0.25%，0.5%，1%，1.5%，2%）的CuS纳米粉体的DCPD，用氮气置换，以确保物料中无气泡并处于无水无氧条件下；然后在氮气保护下，按照DCPD：W：Al摩尔比为1200：1：20的比例在两个钢罐中分别加入主催化剂钨配合物和副催化剂AlEt2Cl2，并充分搅拌使其均匀分散在DCPD体系中；进而以高压氮气推动钢罐内的反应液经混合头进入缓冲瓶内进行混合，同时用氮气进行保护；最后在凝胶时间内将混合好的料液吸入预先抽至真空且恒温的模具中，利用真空泵将融入反应液的气体排除，将模具放置在80℃恒温烘箱中保持h，开模即可得到CuS/PDCPD纳米复合材料。纳米CuS/PDCPD复合材料的检测步骤为：采用美国Nicolet公司NEXUS型傅里叶变换红外光谱仪测试表面改性CuS样品的红外光谱，KBr压片；采用日本电子公司JSM-5610LV型扫描电镜观察纳米CuS/PDCPD复合材料冲击断面的形貌；将CuS/PDCPD纳米复合材料超薄切片后用PhilipsCM100型透射电镜进行观察，加速电压200kV；利用德国NanoFocusAG公司surfexplorer型三维轮廓测定仪观察磨损表面的磨损状况。力学性能按各自国标测试，测量6次取平均值。拉伸性能和弯曲性能在WDW-10型微机控制电子式万能试验机上进行测试，其中拉伸性能按GB/T1040-92制成哑铃型样条测试，设定负荷为10kN，拉伸速度为5mm/min；弯曲性能根据GB/T9341-2000制成矩形样条测试，设定负荷为2kN，速度为10mm/min。根据GB/T8761-1998在矩形样条相应位置打V型缺口，在XJU-22型冲击试验机上进行冲击性能测试。摩擦磨损性能在QG-700高温气氛摩擦磨损试验机进行测试，试验条件：载荷为20N；速度为800r/min；试验时间为60min；摩擦状况为干摩擦，测试5次取平均值；摩擦磨损试验前用无水乙醇擦拭盘试样和球试样并烘干。本专利技术的有益效果是：利用表面改性CuS纳米粉体作为聚双环戊二烯（PDCPD）的填料，通过反应注射成型技术，利用原位聚合方法制备了综合性能优良的纳米CuS/PDCPD复合材料。采用表面原位接枝方法，将双十六烷氧基二硫代磷酸吡啶盐（PyDDP）以化学键形式杂化在CuS纳米粒子表面；双环戊二烯（DCPD）发生聚合时，CuS纳米粒子表面分子链与PDCPD基体分子链相互缠结在一起，使CuS纳米粒子在基体中良好分散，有效降低了CuS与PDCPD两相的界面能。改性纳米CuS/PDCPD复合材料的力学性能和摩擦性能与CuS添加量有关，并在添加质量分数为1%时达到俱佳；与PDCPD相比，复合材料的冲击强度、拉伸强度和弯曲强度最大提高量分别为13.2%、22.0%、13.8%；磨损质量和磨损因数分别最大降低了31%、36%。具体实施方式实施案例1：纳米CuS/PDCPD复合材料的制备原料包括：WCl6：分析纯，长沙华京粉体材料有限公司；DCPD：分析纯，浙江杭州杨利石化有限公司，使用前进行除水及液化处理；AlEt2Cl2：工业级，南京双联化工；主催化剂钨配合物以及表面改性剂双十六烷氧基二硫代磷酸吡啶盐（PyDDP）为实验室自行合成；其余化学试剂均为分析纯，所用水为去离子水。纳米CuS/PDCPD复合材料的制备步骤为：表面改性CuS纳米粉体的制备采用表面原位接枝方法，典型制备工艺为：分别量取50mL蒸馏水和乙醇加入到250mL三口烧瓶中，然后依次加入0.8gNa2S·9H2O和1.5gPyDDP，加热至溶液澄清透，利用CH3COOH控制溶液的pH=4；然后向体系中加入1.0gCu(Ac)2·2H2O，溶液立刻出现大量黑色混浊。70℃反应1h后停止反应并冷却至室温，经过滤，用水、乙醇反复洗涤获得黑色粉体，50℃恒温烘箱干燥12h，得到1.2g表面改性的CuS纳米粉体。CuS/PDCPD复合材料采用实验室拟反应注射成型装置进行制备。具体过程为：首先于两个耐压钢罐中各分散50mL含有一定质量分数（0%，0.25%，0.5%，1%，1.5%，2%）的CuS纳米粉体的DCPD，用氮气置换，以确保物料中无气泡并处于无水无氧条件下；然后在氮气保护下，按照DCPD：W：Al摩尔比为1200：1：20的比例在两个钢罐中分别加入主催化剂钨配合物和副催化剂AlEt2Cl2，并充分搅拌使其均匀分散在DCPD体系中；进而以高压氮气推动钢罐内的反应液经混合头进入缓冲瓶内进行混合，同时用氮气进行保护；最后在凝胶时间内将混合好的料液吸入预先抽至真空且恒温的模具中，利用真空泵将融入反应液的气体排除，将模具放置在80℃恒温烘箱中保持h，开模即可得到CuS/PDCPD纳米复合材料。纳米Cu本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米CuS/PDCPD复合材料，制备原料包括：WCl6：分析纯，长沙华京粉体材料有限公司；DCPD：分析纯，浙江杭州杨利石化有限公司，使用前进行除水及液化处理；AlEt2Cl2：工业级，南京双联化工；主催化剂钨配合物以及表面改性剂双十六烷氧基二硫代磷酸吡啶盐（PyDDP）为实验室自行合成；其余化学试剂均为分析纯，所用水为去离子水。

【技术特征摘要】
1.一种纳米CuS/PDCPD复合材料，制备原料包括：WCl6：分析纯，长沙华京粉体材料有限公司；DCPD：分析纯，浙江杭州杨利石化有限公司，使用前进行除水及液化处理；AlEt2Cl2：工业级，南京双联化工；主催化剂钨配合物以及表面改性剂双十六烷氧基二硫代磷酸吡啶盐（PyDDP）为实验室自行合成；其余化学试剂均为分析纯，所用水为去离子水。2.根据权利要求1所述的纳米CuS/PDCPD复合材料，其特征是纳米CuS/PDCPD复合材料的制备步骤为：表面改性CuS纳米粉体的制备采用表面原位接枝方法，典型制备工艺为：分别量取50mL蒸馏水和乙醇加入到250mL三口烧瓶中，然后依次加入0.8gNa2S·9H2O和1.5gPyDDP，加热至溶液澄清透，利用CH3COOH控制溶液的pH=4；然后向体系中加入1.0gCu(Ac)2·2H2O，溶液立刻出现大量黑色混浊；70℃反应1h后停止反应并冷却至室温，经过滤，用水、乙醇反复洗涤获得黑色粉体，50℃恒温烘箱干燥12h，得到1.2g表面改性的CuS纳米粉体；CuS/PDCPD复合材料采用实验室拟反应注射成型装置进行制备；具体过程为：首先于两个耐压钢罐中各分散50mL含有一定质量分数（0%，0.25%，0.5%，1%，1.5%，2%）的CuS纳米粉体的DCPD，用氮气置换，以确保物料中无气泡并处于无水无氧条件下；然后在氮气保护下，按照DCPD：W：Al摩尔比为1200：1：20的比例在两个钢罐中分别加入主催化剂钨配合物和副催化剂AlEt2Cl2，并充分搅拌使其均匀分散在DCPD体系中；进而以高压氮气推动钢罐内的反应液经混合头进入缓冲瓶内进行混合，同时用氮气进行保护；最后在凝胶时间内将混合好的料液吸入预先抽至真空且恒温的模具中，利用真空泵将融入反应液的气体排除，将模具放置在80℃恒温烘箱中保持h，开模即可得到CuS/PDCPD纳米复合材料。3.根据权利要求1所述的纳米CuS/PDCPD复合材料，其特征是纳米CuS/PDCPD复合材料的检测步骤为：采用美国Nicolet公司NEXUS型傅里叶变...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳，
申请(专利权)人：刘芳，
类型：发明
国别省市：辽宁,21