一种粉碎纤维增强的环氧树脂-CuBDC复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种粉碎纤维增强的环氧树脂

【技术实现步骤摘要】
一种粉碎纤维增强的环氧树脂
‑
CuBDC复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及耐磨材料
，特别涉及一种粉碎纤维增强的环氧树脂
‑
CuBDC复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]环氧树脂(EP)是一种具有优异机械性能、良好的化学稳定性与优异粘结性能的热固性树脂。依靠上述优异性能，环氧树脂被广泛应用于涂层、纤维复合材料与摩擦材料领域。然而，高交联度赋予EP优异性能的同时也导致该系列材料应力集中，抗冲击性能较差。较低的韧性导致环氧树脂复合材料作为摩擦学材料应用于滑动摩擦领域时易出现疲劳磨损现象，进而导致材料组件的快速磨损与失效。
[0003]为解决上述问题，现今通常采用抗磨填料填充的方式降低环氧树脂的磨损。例如专利技术专利CN200610033638.0公开了一种纳米无机粒子填充的环氧树脂减摩耐磨材料，其采用纳米二氧化硅、纳米三氧化二铝、纳米碳化硅、纳米氮化硅作为增强填料，所得减摩耐磨材料的比磨损率为1.4～4.2mm3/Nm，其磨损率还有待进一步降低。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种粉碎纤维增强的环氧树脂
‑
CuBDC复合材料及其制备方法，本专利技术提供的粉碎纤维增强的环氧树脂
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CuBDC复合材料具有低体积磨损率和低摩擦系数。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案:
[0006]本专利技术提供了一种粉碎纤维增强的环氧树脂/>‑
CuBDC复合材料，包括固化环氧树脂和分散于所述固化环氧树脂表面和内部的CuBDC纳米片和粉碎纤维。
[0007]优选的，所述CuBDC纳米片的直径为0.5～1.5μm，所述粉碎纤维的长度为150μm。
[0008]优选的，所述固化环氧树脂与CuBDC纳米片的质量比为100:3～20；
[0009]所述固化环氧树脂与粉碎纤维的质量比为100:3～25。
[0010]优选的，所述粉碎纤维为短切碳纤维、短切芳纶纤维和短切玻璃纤维中的一种或几种。
[0011]本专利技术提供了上述粉碎纤维增强的环氧树脂
‑
CuBDC复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0012]将环氧树脂、CuBDC纳米片、粉碎纤维和固化剂混合，进行热固化，得到粉碎纤维增强的环氧树脂
‑
CuBDC复合材料。
[0013]优选的，所述固化剂为二氨基二苯甲烷、二氨基二苯砜和间苯二胺中的一种或几种。
[0014]优选的，所述环氧树脂与固化剂的质量比为100:10～20。
[0015]优选的，所述热固化的温度为100～150℃，时间为0.5～4h。
[0016]优选的，所述CuBDC纳米片的制备方法，包括以下步骤:
[0017]将可溶性铜盐、无机强碱与水混合，得到Cu(OH)2悬浮液；
[0018]将对苯二甲酸溶液与所述Cu(OH)2悬浮液混合，进行配位组装，得到CuBDC纳米片。
[0019]优选的，所述配位组装的温度为20～80℃，时间为20～40min。
[0020]本专利技术提供了一种粉碎纤维增强的环氧树脂
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CuBDC复合材料(简写为EP/SCF/CuBDC复合材料)，包括固化环氧树脂和分散于所述固化环氧树脂表面和内部的CuBDC纳米片和粉碎纤维。本专利技术使用CuBDC纳米片和粉碎纤维作为协同增强填料，其中CuBDC纳米片是一种具有2D片层结构的金属有机骨架材料(MOFs)，其有机配体为对苯二甲酸，配位金属为Cu
2+
，CuBDC纳米片在晶格尺度具备独特的片层结构与缺电子表面，这导致CuBDC填料在滑动摩擦磨损过程中可有效的从复合材料对偶表面向轴承钢对偶表面转移；同时较低的热稳定性与良好的化学活性也使转移后的CuBDC可在剪切力与摩擦热作用下发生摩擦化学与摩擦物理反应，进一步促使均匀、连续转移膜的形成，该种转移膜可在较高载荷条件下有效的降低复合材料的磨损率，达到材料抗磨的效果。然而，CuBDC促进形成的转移膜存在跑合时间较长，摩擦系数不稳定、稳态摩擦系数较高等问题，此外CuBDC表面缺电子结构也导致金属元素反向转移现象的出现，该现象表明摩擦副在摩擦磨损过程中出现了金属对偶磨损现象。本专利技术通过加入粉碎纤维，一方面，粉碎纤维具有良好的减摩作用，可以进一步降摩擦副滑动摩擦过程中的摩擦系数；另一方面，粉碎纤维的承载作用可有效减少环氧树脂
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CuBDC填料相与金属对偶的接触，在进一步降低树脂基体磨损的同时减轻金属元素反向转移的现象。此外，粉碎纤维与轴承钢对偶摩擦产生的摩擦热可有效促进转移膜的形成。本专利技术利用CuBDC纳米片和粉碎纤维作为协同抗磨填料，可在材料摩擦磨损过程中有效的从复合材料对偶表面向轴承钢对偶表面转移，并在剪切力与摩擦热促进的摩擦化学与摩擦物理反应下烧结形成均匀、连续的转移膜。该种转移膜具有良好的抗磨作用，较高承载能力，可在较高载荷条件下有效的降低复合材料的磨损。实施例结果表明，本专利技术提供的粉碎纤维增强的环氧树脂
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CuBDC复合材料压缩强度为157.33～214.42MPa，体积磨损率为(1.12～14.6)
×
10
‑6mm3/Nm，摩擦系数为0.66～0.74。
附图说明
[0021]图1为实施例1所得CuBDC纳米片的扫描电镜图；
[0022]图2为实施例1所得CuBDC纳米片的XRD图
[0023]图3为实施例1所得CuBDC纳米片的空气热重曲线；
[0024]图4为实施例1所得EP/SCF/CuBDC复合材料的摩擦磨损表面扫描电镜图；
[0025]图5为实施例1所得EP/SCF/CuBDC复合材料的摩擦系数
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时间曲线。
具体实施方式
[0026]本专利技术提供了一种粉碎纤维增强的环氧树脂
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CuBDC复合材料，包括固化环氧树脂和分散于所述固化环氧树脂表面和内部的CuBDC纳米片和粉碎纤维。
[0027]在本专利技术中，所述CuBDC纳米片的直径优选为0.5～1.5μm，更优选为1～1.2μm；所述粉碎纤维的长度优选为150μm。在本专利技术中，所述固化环氧树脂与CuBDC纳米片的质量比优选为100:3～20，更优选为100:5～18，进一步优选为100:10～15。
[0028]在本专利技术中，所述固化环氧树脂与粉碎纤维的质量比优选为100:3～25，更优选为
100:5～20，进一步优选为100:10～15。
[0029]在本专利技术中，所述粉碎纤维优选为短切碳纤维、短切芳纶纤维和短切玻璃纤维中的一种或几种。本专利技术对所述粉碎纤维的来源没有特殊的要求，使用本领域常规市售的粉碎纤维即可。作为本专利技术的具体实施例，所述粉碎纤维优选为德国西格里(SGL)碳素公司CM150
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粉碎纤维增强的环氧树脂
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CuBDC复合材料，包括固化环氧树脂和分散于所述固化环氧树脂表面和内部的CuBDC纳米片和粉碎纤维。2.根据权利要求1所述的粉碎纤维增强的环氧树脂
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CuBDC复合材料，其特征在于，所述CuBDC纳米片的直径为0.5～1.5μm，所述粉碎纤维的长度为150μm。3.根据权利要求1或2所述的粉碎纤维增强的环氧树脂
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CuBDC复合材料，其特征在于，所述固化环氧树脂与CuBDC纳米片的质量比为100:3～20；所述固化环氧树脂与粉碎纤维的质量比为100:3～25。4.根据权利要求1或2所述的粉碎纤维增强的环氧树脂
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CuBDC复合材料，其特征在于，所述粉碎纤维为短切碳纤维、短切芳纶纤维和短切玻璃纤维中的一种或几种。5.权利要求1～4任意一项所述的粉碎纤维增强的环氧树脂
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CuB...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴先强，张展程，王彦，王齐华，王廷梅，
申请(专利权)人：烟台中科先进材料与绿色化工产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：