一种超耐磨自润滑碳纳米聚合物材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及碳纳米聚合物材料技术领域，具体为一种超耐磨自润滑碳纳米聚合物材料及制备方法，所述碳纳米聚合物材料是以环氧树脂为基础树脂，再加入多官能环氧树脂、改性碳纳米管、改性石墨烯和复合改性剂得到改性树脂，最后加入固化剂常温固化制得，所述改性碳纳米管、改性石墨烯为碳纳米管和石墨烯表面改性使其表面带有羟基和活性官能团与聚合物基体高度相容和粘结的调控，所用碳纳米管为多壁或单壁，所用石墨烯为单层或多层，具有优良的自润滑和抗磨损性。滑和抗磨损性。

【技术实现步骤摘要】
一种超耐磨自润滑碳纳米聚合物材料及制备方法


[0001]本专利技术涉及碳纳米聚合物材料
，具体为一种超耐磨自润滑碳纳米聚合物材料及制备方法。

技术介绍

[0002]环氧树脂作为一种高分子聚合物材料在工业领域有着大量的应用，但因脆性大、耐磨性差其应用也受到了限制，比如针对工业、军工等领域的设备磨损摩擦问题。摩擦是机械运动中普遍存在的物理现象，设备因摩擦磨损导致的故障和失效常常会造成重大的经济损失。除了设备本身的价值外，磨损造成的机械系统功能降低以及故障、更换停车导致了更大的间接费用，随着现代聚合物合成技术的发展和新型减摩、耐磨、自润滑无机材料的不断涌现，各种高性能、长寿命、易于成型的耐磨聚合物基复合材料获得了越来越多的重视。近年来，专利技术人对具有潜在优异耐磨性能的高分子、碳纳米管、石墨烯进行了系统的研究，并取得了重大突破。本专利技术拟在前期研究基础之上，基于碳纳米管这种一一维和石墨烯这种新型耐磨二维材料，系统研究在液体中的表面接枝改性；探索碳纳米管和石墨烯表面性质和聚合物基体高度相容并粘结的调控机制；研究碳纳米聚合物材料的结构与耐磨自润滑性质的构效关系；研究碳纳米聚合物材料在设备磨损件上的应用效果；建立碳纳米聚合物材料的物理磨损模型，指导优化新材料。

技术实现思路

[0003](一)解决的技术问题
[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种超耐磨自润滑碳纳米聚合物材料及制备方法。
[0005](二)技术方案
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种超耐磨自润滑碳纳米聚合物材料，所述碳纳米聚合物材料是以环氧树脂为基础树脂，再加入多官能环氧树脂、改性碳纳米管、改性石墨烯和复合改性剂得到改性树脂，最后加入固化剂常温固化制得，所述改性碳纳米管、改性石墨烯为碳纳米管和石墨烯表面改性使其表面带有羟基和活性官能团与聚合物基体高度相容和粘结的调控，所用碳纳米管为多壁或单壁，所用石墨烯为单层或多层。
[0007]本专利技术进一步提供了一种碳纳米管和石墨烯表面改性制备方法，包括如下步骤：
[0008]步骤一：在1000g纯水中加入0.5
‑
5％的乙醇酸混合均匀，后放入30
‑
100g碳纳米管或石墨烯在600转/分钟的转速下分散，分散过程中滴入5
‑
15g偶联剂，搅拌15分钟后转速调整到5000转/分钟以上高速分散60分钟得到碳材料液体；
[0009]步骤二：将碳材料液体倒入超声波容器再进行超声分散60分钟，制得最后的碳纳米管或石墨烯改性液体；
[0010]步骤三：将碳纳米管或石墨烯改性液体过滤后放置不锈钢或陶瓷托盘内烘干，制得表面能低且表面带有羟基的碳纳米管或石墨烯改性粉料。
[0011]为了便于提升碳纳米聚合物材料的制备效果，本专利技术改进有，所述复合改性剂为低分子有机硅化合物、消泡剂、纳米硅、流平剂、碳化硅粉、氧化铝粉、滑石粉、紫外吸收剂、抗氧剂以及增韧剂。
[0012]为了便于提升该碳纳米聚合物材料的固化性能，本专利技术改进有，所述的固化剂为聚酰胺、改性聚酰胺固化剂、脂肪胺、改性胺固化剂、脂环胺或芳香胺固化剂。
[0013]本专利技术进一步提供了一种超耐磨自润滑碳纳米聚合物材料的制备方法，包括如下步骤：
[0014]步骤一：将多官能树脂与双酚A环氧树脂搅拌10
‑
15分钟；加入增韧剂后滴加消泡剂搅拌15
‑
30分钟；加入改性碳纳米管或改性石墨烯在1000转/分钟的转速下分散15分钟后转速调整到2900转/分钟以上高速分散90分钟，搅拌过程中同时滴入预处理剂；再依次加入硅粉、氧化铝粉、滑石粉搅拌20
‑
30分钟后均匀加入流平剂，继续搅拌状态下加入纳米硅进行高速剪切10分钟，再依次加入紫外吸收剂、抗氧化剂搅拌30
‑
40分钟，温度保持在60℃以下即可得到优良的碳纳米聚合物树脂A组份；
[0015]步骤二：脂环胺或腰果酚改性胺固化剂中依次加入硅粉、纳米硅、颜料搅拌10
‑
20分钟即可得到B组份；
[0016]步骤三：将A组份和B组份进行混合，搅拌均匀后即可得到完整的碳纳米聚合物材料。
[0017]进一步，本专利技术碳纳米聚合物材料制备过程中的原料质量百分比为：
[0018]改性树脂：多官能树脂5
‑
30％、改性石墨烯0.1％
‑
1％、改性碳纳米管0.1％
‑
1％、γ
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缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.5
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1.5％、消泡剂0.2
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1％、纳米硅1
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5％、流平剂0.2
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1％、滑石粉0.5
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3％、硅粉30
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80％、氧化铝粉10
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30％、紫外吸收剂0.2
‑
1％、抗氧剂0.2
‑
1％、增韧剂3
‑
10％。
[0019]固化剂：固化剂占改性树脂质量的20
‑
40％、硅粉20
‑
40％、纳米硅1
‑
5％、γ―氨丙基三乙氧基硅烷0.5
‑
1％。
[0020]同时，本专利技术中：
[0021]多官能树脂具有强度高、耐腐蚀性能好、耐温高等特点，通过合理添加可以提高材料的力学性能。
[0022]改性碳纳米管或改性石墨烯由于材料质量轻，强韧性好，断裂强度比最好的钢材高200倍。不仅可以大幅提升材料的强度，而且可以很好的起到润滑减摩作用。
[0023]预处理剂被用作粘接促进剂、表面改性剂和交联剂，该助剂类似于一座桥梁，使无机填料与树脂进行有机结合，可以大大改善产品的对基材的粘接性能及各项力学性能。
[0024]消泡剂为聚硅氧烷溶液，可以高效破泡并消泡。
[0025]纳米硅的加入，在有效提升产品触变性能的同时，与环氧环状分子的氧进行键合，提高分子间的键力，从而大幅提高材料的综合性能。同时可以改善材料表观，使材料固化后视觉感官更光滑细腻，且安全环保。
[0026]流平剂在材料固化的过程中可以自发迁移到漆膜表面并形成均匀的单分子膜，从而使材料能够自流平，具有镜面效果。
[0027]滑石粉可以有效提升产品对基材的粘接性能及抗挠曲等各项力学性能，同时可以有效降低产品成本，且安全环保。
[0028]硅粉可大幅提高碳纳米聚合物材料的耐磨性能、致密性、光洁度、冷热疲劳性、断裂韧性、抗蠕变性能等，且安全环保。
[0029]紫外吸收剂是一种性能卓越的高效防老化助剂，具有色浅、无毒、相容性好、迁移性小、易于加工等特点。它对聚合物有最大的保护作用。并有助于减少色泽，同时延缓泛黄和阻滞物理性能损失。
[0030]抗氧剂优选酚类高性能通用抗氧剂，不污染、不变色、耐抽出、耐热氧化、耐萃取、无毒性。
[0031]腰果酚固化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超耐磨自润滑碳纳米聚合物材料，其特征在于：所述碳纳米聚合物材料是以环氧树脂为基础树脂，再加入多官能环氧树脂、改性碳纳米管、改性石墨烯和复合改性剂得到改性树脂，最后加入固化剂常温固化制得，所述改性碳纳米管、改性石墨烯为碳纳米管和石墨烯表面改性使其表面带有羟基和活性官能团与聚合物基体高度相容和粘结的调控，所用碳纳米管为多壁或单壁，所用石墨烯为单层或多层。2.根据权利要求1所述的一种超耐磨自润滑碳纳米聚合物材料，其特征在于：包括碳纳米管和石墨烯表面改性制备方法，包括如下步骤：步骤一：在1000g纯水中加入0.5
‑
5％的乙醇酸混合均匀，后放入30
‑
100g碳纳米管或石墨烯在600转/分钟的转速下分散，分散过程中滴入5
‑
15g偶联剂，搅拌15分钟后转速调整到5000转/分钟以上高速分散60分钟得到碳材料液体；步骤二：将碳材料液体倒入超声波容器再进行超声分散60分钟，制得最后的碳纳米管或石墨烯改性液体；步骤三：将碳纳米管或石墨烯改性液体过滤后放置不锈钢或陶瓷托盘内烘干，制得表面能低且表面带有羟基的碳纳米管或石墨烯改性粉料。3.根据权利要求1所述的一种超耐磨自润滑碳纳米聚合物材料，其特征在于：所述复合改性剂为低分子有机硅化合物、消泡剂、纳米硅、流平剂、碳化硅粉、氧化铝粉、滑石粉、紫外吸收剂、抗氧剂以及增韧剂。4.根据权利要求1所述的一种超耐磨自润滑碳纳米聚合物材料，其特征在于：所述消泡剂为聚硅氧烷溶液。5.根据权利要求1所述的一种超耐磨自润滑碳纳米聚合物材料，其特征在于：所述的固化剂为聚酰胺、改性聚酰胺固化剂、脂肪胺、改性胺固化剂、脂环胺或芳香胺固化剂。6.根据权利要求1所述的一种超耐磨自润滑碳纳米聚合物材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：将多官能树脂与双酚A环氧树脂搅拌10
‑
15分钟；加入增韧剂后滴加消泡剂搅拌15
‑
30分钟；加入改性碳纳米管或改性石墨烯在1000转/分钟的转速下分散15分钟后转速调整到2900转/分钟...

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