一种分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种分级结构层状硅酸镍的合成方法，包括：将六水合硝酸镍、对苯二甲酸按照一定比例溶解在N,N

【技术实现步骤摘要】
一种分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及改性环氧树脂复合材料领域，尤其涉及一种分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]环氧树脂是一种多用途的热固性高分子，在其主链结构中含有刚性苯环和两个或两个以上的环氧环，具有良好的耐化学腐蚀能力、粘结强度、介电性能、力学性能等，作为工程塑料、功能涂料等被广泛应用在航空航天、国防军事、运输工程和石油化工等领域。然而，环氧树脂在固化过程中形成的三维交联网络结构使其分子链难以运动、脆性大和不耐磨，导致环氧树脂相关产品在力学强度和耐磨性能要求较高的领域受到很大限制。
[0003]利用无机纳米材料的填充改性能够很好地提高环氧树脂的力学强度、弹性模量和硬度，从而显著改善了材料的抗磨损能力，其中尤以具有片层结构的二维纳米材料效果最为显著。研究表明，在摩擦过程中，二维纳米材料在强烈的摩擦作用下从基体中脱落，并发生片层解离附着在摩擦区域有利于促进形成高质量的摩擦转移层，从而大幅降低了材料的磨损速率和磨损量，同时还能在一定程度上减小摩擦系数，起到减摩和耐磨的效果。然而，通常的二维层状材料的片层之间因范德华力作用而难以分散，需要耗费巨大的时间和成本进行提前剥层处理，否则会形成大量的团聚，难以在环氧基体中均匀分散而导致环氧树脂复合材料的性能恶化。因此，开发一种在环氧树脂中分散能力强且界面相容性好新型二维层状纳米材料，对于提高环氧树脂的力学和摩擦磨损性能显得尤为重要和必要。

技术实现思路

[0004]针对背景技术中存在的技术问题，本申请提出了一种分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料及其制备方法。本专利技术利用工艺简便且条件可控的水热法首先制备了金属有机框架纳米片，进而获得了分级结构层状硅酸镍，随后将这种分级结构层状硅酸镍引入环氧树脂作为功能填料，通过溶液共混法制备了分级结构层状硅酸镍在基体中分散均匀、力学性能大幅提高而磨损速率显著降低的环氧树脂复合材料。
[0005]
技术实现思路
如下：
[0006]一种分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料，其特征在于：主料为环氧树脂，填料为分级结构层状硅酸镍；其中，所述的分级结构层状硅酸镍的用量为环氧树脂重量的1％
‑
7％。
[0007]所述的分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、称取一定量的分级结构层状硅酸镍加入25mL的丙酮溶液中，用超声波细胞粉碎机处理1h进行预分散，得到分级结构层状硅酸镍悬浮液；
[0009]S2、称取一定量的环氧树脂，在强烈搅拌的情况下将S1中所得分级结构层状硅酸镍悬浮液缓慢滴加到环氧树脂溶液，强烈搅拌2
‑
6h，得到环氧混合溶液；
[0010]S3、在持续强烈搅拌的情况下，将固化剂迅速加入S2中所得环氧混合溶液，继续强烈搅拌1
‑
3h；
[0011]S4、将S3中所得产物浇注到硅胶模具中，经真空脱气和高温固化成型，制得分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料。
[0012]优先地，所述步骤S2中的环氧树脂溶液在70℃预热20
‑
50min；
[0013]优选地，所述步骤S3中的固化剂为4,4
‑
二氨基二苯基甲烷，与环氧树脂的质量比为26.5：100。
[0014]优选地，所述步骤S3中的固化剂在90
‑
120℃加热至液态，优选为105℃；
[0015]优选地，所述步骤S4中，真空脱气温度为60℃，真空脱气时间为30min；
[0016]优选地，所属步骤S4中，高温固化是在100℃下固化2h，再在150℃下固化2h；
[0017]所述的分级结构层状硅酸镍的合成方法如下：
[0018]S1、室温下，将一定量的六水合硝酸镍和对苯二甲酸溶于10mL的N,N
‑
二甲基甲酰胺中，并加入适量的氢氧化钠溶液，强烈搅拌1h后，移至聚四氟乙烯高压釜中进行水热反应，经多次离心、N,N
‑
二甲基甲酰胺和甲醇洗涤、干燥后，得到具有二维形貌结构的金属有机框架纳米片；
[0019]S2、将S1中制得金属有机框架纳米片与适量的九水合硅酸钠加入到120mL的无水乙醇水溶液中，强烈搅拌30min后，加入适量的氢氧化钠溶液，再次超声处理30min后，移至聚四氟乙烯高压釜中进行水热反应，经多次离心、去离子水和无水乙醇洗涤、干燥后，所得产物即为分级结构层状硅酸镍。
[0020]优选地，所属步骤S1中的六水合硝酸镍用量为0.9mmol，对苯二甲酸的用量为1.0mmol，氢氧化钠溶液用量为2mL，氢氧化钠溶液浓度为0.2mol/L；
[0021]优选地，所述步骤S1中的水热反应温度为100℃，水热反应时间为15h；
[0022]优选地，所述步骤S2中的金属有机框架纳米片用量为0.8g，九水合硅酸钠的用量为1.14g，无水乙醇水溶液中的无水乙醇与去离子水的体积比为1：1；
[0023]优选地，所述步骤S2中的氢氧化钠溶液用量为6mL，氢氧化钠溶液浓度为1mol/L；
[0024]优选地，所述步骤S2中的水热反应温度为100～180℃，优选为170℃；水热反应时间为10～16h，优选为15h。
附图说明
[0025]图1为实施例2中所述的金属有机框架纳米片的x射线衍射图；
[0026]图2为实施例2中所述的分级结构层状硅酸镍的x射线衍射图；
[0027]图3为实施例2中所述的金属有机框架纳米片的扫描电子显微镜照片；
[0028]图4为实施例2中所述的分级结构层状硅酸镍的扫描电子显微镜照片；
[0029]图5为对照例1中所述的纯环氧树脂的磨损区域光学图片；
[0030]图6为对照例1中所述的纯环氧树脂的磨损区域的磨痕轮廓线；
[0031]图7为实施例2中所述的分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料的磨损区域光学图片；
[0032]图8为实施例2中所述的分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料的磨损区域的磨痕轮廓线。
[0033]从图1～图4可以看出，用水热法成功地合成了金属有机框架纳米片和分级结构层状硅酸镍，所制备的分级结构层状硅酸镍呈现出典型的小尺寸片层在大面积纳米片表面生长的形貌。
[0034]从图5和图6可以看出，纯环氧树脂呈现出较大面积的磨损区域；图7和图8则显示，分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料的磨损区域要明显变窄。显然，分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料具有更高的抗磨损性能。
具体实施方式
[0035]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料，其特征在于：主料为环氧树脂，填料为分级结构层状硅酸镍；其中，所述分级结构层状硅酸镍的用量为环氧树脂重量的1％
‑
7％，环氧树脂的用量为74％
‑
79％和固化剂用量为18％
‑
22％。2.一种如权利要求1所述的分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、称取一定量的分级结构层状硅酸镍加入25mL的丙酮溶液中，用超声处理1h进行预分散，得到分级结构层状硅酸镍悬浮液；S2、称取一定量的环氧树脂，在强烈搅拌的情况下将S1中所得分级结构层状硅酸镍悬浮液缓慢滴加到环氧树脂溶液，强烈搅拌2
‑
6h，得到环氧混合溶液；S3、在持续强烈搅拌的情况下，将固化剂迅速加入S2中所得环氧混合溶液，继续强烈搅拌1
‑
3h；S4、将S3中所得产物浇注到硅胶模具中，经真空脱气和高温固化成型，制得分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料。3.根据权利要求2所述的分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，S3中所述固化剂为4,4
‑
二氨基二苯基甲烷，其与环氧树脂的质量比为26.5：100。4.根据权利要求2所述的分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，S2中所述的环氧树脂溶液在70℃预热20
‑
50min，S3中所述的固化剂在90
‑
120℃加热至熔融状态，S4中所述的硅胶模具在60℃预热20
‑
40min。5.根据权利要求2所述的分级结构层状硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨继年，董洁，金鹏，蒋柳，聂士斌，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：