專利名稱：離子液-環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法，尤其涉及一種離子液-環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
環(huán)氧樹脂是指一個分子中含有兩個或兩個以上的環(huán)氧基的樹脂，它是由具有環(huán)氧基的化合物與多元羥基化合物進行縮聚反應(yīng)生成的熱塑性的高分子預聚體，是一種用于生產(chǎn)通用熱固性高聚物的活性中間體，由于對各種金屬和大部分非金屬都有良好的粘接強度故有“萬能膠”的美稱，廣泛用于涂料、復合材料高性能膠粘劑、電絕緣材料、土木建筑等領(lǐng)域。但是由于其固化后交聯(lián)密度高，造成內(nèi)應(yīng)力大、質(zhì)脆，以及耐熱性差、摩擦系數(shù)高等不足而限制了環(huán)氧樹脂的進一步應(yīng)用。 隨著現(xiàn)代化工業(yè)的高速發(fā)展，對材料的性能提出了越來越高的要求。低成本實現(xiàn)材料的高性能化是材料科研和應(yīng)用的前沿課題，而實現(xiàn)環(huán)氧樹脂的高性能化一般有兩條途徑，一是開發(fā)新型環(huán)氧樹脂；二是采用共聚/共混法對現(xiàn)有環(huán)氧樹脂進行改性。前者研究周期較長，需要耗費大量的人力和物力資源，因而環(huán)氧樹脂的共聚/共混改性一直是實現(xiàn)該樹脂高性能化的重要手段。通過選用不同的固化劑、填料及其它助劑，使環(huán)氧樹脂獲得各種需要的特異性能，從而大大開拓了環(huán)氧樹脂的應(yīng)用范圍。高分子材料獨特的分子結(jié)構(gòu)特征，使其在摩擦學性能方面具有一定的優(yōu)勢。納米粒子的粒徑在InnTlOOnm之內(nèi)，出于粒子尺寸小,表面非配對原子多，與聚合物發(fā)生物理或化學結(jié)合的可能性大。通過精細控制納米材料在高聚物中的分散與復合，能夠在樹脂較弱的微區(qū)內(nèi)起補強，填充，增強界面作用力，減少自由體積的作用，僅以少量的無機粒子就能在一個相當大的范圍內(nèi)有效地改善復合材料的綜合性能，不僅起到增強、增韌的作用，還不會降低材料的其它性能。坡縷石黏土是一種天然一維納米材料礦物，具有特殊的纖維狀晶體結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的吸附性、流變性、催化性、填充性以及離子交換、熱穩(wěn)定、抗鹽、凝膠、造漿和高溫相變等性能，使其應(yīng)用前景非常廣闊。中國專利CN102504672A公開了一種環(huán)氧樹脂基耐磨防腐材料，是以環(huán)氧樹脂為基體，以納米坡縷石-氧化鋁為填料，采用超聲分散及機械共混技術(shù)制備而成，具有優(yōu)異的耐磨防腐性能，并具有良好的附著力，因此，可作為復合涂層應(yīng)用在機械零部件材料表面，以改善機械零部件的耐磨防腐性能，從而延長金屬零部件的使用壽命，但是由于使用氧化鋁為協(xié)效劑，其制備工藝復雜，雖然提高環(huán)氧樹脂基的耐磨性，但對環(huán)氧樹脂基的抗沖擊強度和彎曲強度改良效果不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種具有良好耐磨性能和抗沖擊強度的離子液-環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法。本發(fā)明離子液環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法，是以環(huán)氧樹脂為基體，以坡縷石黏土、離子液作為協(xié)同添加劑復合而得。其具體制備工藝如下
將環(huán)氧樹脂加熱液化，用稀釋劑稀釋后，加入增韌劑，攪拌均勻后，加入坡縷石黏土、離子液，攪拌混合均勻，真空脫氣處理，加入固化劑，攪拌均勻，再次抽真空處理，倒模，于5(T70°C烘箱中固化12 24h既得。所述離子液為所述離子液為I-辛基-3甲基咪唑四氟硼酸鹽，I-乙基-3甲基咪唑四氟硼酸鹽，I-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸鹽，I-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸鹽或I-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽。離子液的用量為環(huán)氧樹脂質(zhì)量的廣9%。所述坡縷石黏土的粒度為20nnTl00nm。坡縷石黏土的用量為環(huán)氧樹脂質(zhì)量的 I 9%。所述稀釋劑是由二甲苯與正丁醇以1:2 1:4的體積比形成的混合液。所述增韌劑為鄰苯二甲酸丁二酯，其加入量為環(huán)氧樹脂質(zhì)量的O. 2^0. 8%。 本發(fā)明以環(huán)氧樹脂為基體，以利用坡縷石黏土及離子液作為協(xié)同添加劑坡縷石由于其特殊的結(jié)構(gòu)能有效提高材料的力學性能、加工性能及耐磨性能；離子液又稱為室溫熔融鹽，是在室溫及相鄰溫度下完全由含氮、磷的有機陽離子和無機陰離子組成的有機液體，其幾乎沒有蒸汽壓、不揮發(fā)、無色無嗅、具有較好的化學穩(wěn)定性。離子液的加入不但對環(huán)氧樹脂的耐磨性能有較好的改善，而且對抗沖擊強度有很好的改良效果，同時對環(huán)氧樹脂的彎曲強度影響較小，因而以坡縷石黏土及離子液作為協(xié)同添加劑復合而成的離子液-環(huán)氧樹脂復合材料具有很好的綜合性能，從而拓展了環(huán)氧樹脂的應(yīng)用。下面通過具體實驗對本發(fā)明環(huán)氧樹脂/坡縷石黏土 /碳纖維復合材料的耐磨性能及機械加工性能進行測定。I、摩察系數(shù)測試在UMT-3MT摩擦試驗機上進行摩擦磨損試驗，加載力為50N，頻率為3· 3HZ，行程3mm，對偶Φ 10mm，測試時間lOmin，直接得到摩察系數(shù)。測試結(jié)果隨著坡縷石含量的增加，復合材料的平均摩擦系數(shù)減??；隨著離子液含量的增加，復合材料的平均摩擦系數(shù)增大。當坡縷石黏土的加入量為1、％，離子液的加入量為f 9%時，復合材料的平均摩擦系數(shù)在O. 09049 O. 21356，其摩擦性能較純環(huán)氧樹脂均有明顯的提高(純環(huán)氧樹脂的平均摩擦系數(shù)為O. 22802)。I. 2磨損量測試對制備樣品在摩擦試驗前后分別用精密分析天平稱其質(zhì)量，各稱量5次，取其平均值，比較平均磨損量。測試結(jié)果環(huán)氧樹脂復合材料的平均磨損量為O. 00015g"0. 01012g。環(huán)氧樹脂復合材料的磨損量較純環(huán)氧樹脂有了明顯的減小(純環(huán)氧樹脂的磨損量為O. 00126g。)
2.機械加工性能
2.1抗沖擊性能按照國標《GB/T 2571-1995》將復合材料制備80mmX IOmmX4mm的樣條，進行抗沖擊性能測試。測試結(jié)果平均抗沖擊性能為49. 7 149. 6J/m,相對純環(huán)氧樹脂，提高了O. 93 203. 98% (純環(huán)氧樹脂的抗沖擊強度為49. 2J/m)。2.2抗彎曲強度按照國標《GB/T 2571-1995》將復合材料制備80mmX IOmmX6mm的樣條，進行抗彎曲性能測試，彎曲強度為44. 6 68. 8Mpa，相對純環(huán)氧樹脂，影響不大(純環(huán)氧樹脂彎曲強度為63. 8Mpa)。綜合上述各類性能，本發(fā)明選取坡縷石黏土的添加量為1°/Γ9%，離子液的添加量為19Γ9%時，得到的耐磨環(huán)氧樹脂復合材料具有良好的機械加工性能和抗磨損性能。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明離子液環(huán)氧樹脂復合材料的制備及性能進行說明。實施例I
稱取5g環(huán)氧樹脂放置于50mL的圓底燒瓶中，置于50°C油浴中進行液化。加入稀釋劑(二甲苯O. 15mL,正丁醇O. 60mL),攪拌IOmin ;然后加入鄰苯二甲酸丁二酯O. 027mL,攪拌IOmin ;加入O. 05g I-辛基-3甲基咪唑四氟硼酸鹽,O. 45g坡縷石黏土(20nnTl00nm),攪拌40min ;抽真空IOmin ;加入T-31固化劑I. 25g,抽真空2m in,倒入模具,在60°C烘箱中固化24h，既得環(huán)氧樹脂復合材料。耐磨性能測試平均摩擦系數(shù)為O. 09049，平均磨損量為O. 00015g,抗沖擊性強度為49. 7J/m ;抗彎曲強度為44. 6Mpa
實施例2
稱取5g環(huán)氧樹脂放置于50mL的圓底燒瓶中，置于50°C油浴中進行液化。加入稀釋劑(二甲苯O. 25mL,正丁醇O. 50mL),攪拌IOmin ;然后加入鄰苯二甲酸丁二酯O. 042 mL,攪拌IOmin;加入O. Ig I-乙基-3甲基咪唑四氟硼酸鹽,0. 4g坡縷石黏土(20nnTl00nm),攪拌40min ;抽真空IOmin ;加入T-31固化劑I. 25g,抽真空2min,倒入模具,在60°C烘箱中固化24h，既得環(huán)氧樹脂復合材料。耐磨性能測試平均摩擦系數(shù)為O. 21356，平均磨損量為O. 01012g,抗沖擊性強度為149. 6J/m ;抗彎曲強度為68. 8Mpa。實施例3
稱取5g環(huán)氧樹脂放置于50mL的圓底燒瓶中，置于50°C油浴中進行液化。加入稀釋劑(二甲苯O. 17mL，正丁醇O. 58mL)，攪拌IOmin ;然后加入鄰苯二甲酸丁二酯O. 036 mL，攪拌IOmin ；0. 35g坡縷石黏土(20nnTl00nm), O. 15g I-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸鹽,攪拌40min ;抽真空IOmin ;加入T-31固化劑I. 25g,抽真空2min,倒入模具,在60°C烘箱中固化24h，既得環(huán)氧樹脂復合材料。耐磨性能測試平均摩擦系數(shù)為O. 1484，平均磨損量為O. 01002g,抗沖擊性強度為59. 66J/m ;抗彎曲強度為56. IMpa0實施例4稱取5g環(huán)氧樹脂放置于50mL的圓底燒瓶中，置于50°C油浴中進行液化。加入稀釋劑(二甲苯O. 20mL，正丁醇O. 55mL)，攪拌IOmin ;然后加入鄰苯二甲酸丁二酯O. 012mL,攪拌IOmin ;加入O. 3g I-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽,O. 3g坡縷石黏土(20 100nm),攪拌40min ;抽真空IOmin ;加入T-31固化劑I. 25g,抽真空2min,倒入模具,在60 V烘箱中固化24h，既得環(huán)氧樹脂復合材料。耐磨性能測試平均摩擦系數(shù)為O. 186，平均磨損量為O. 0007，抗沖擊性強度為58. lj/m ;抗彎曲強度為64. IMpa0實施例5
稱取5g環(huán)氧樹脂放置于50mL的圓底燒瓶中，置于50°C油浴中進行液化。加入稀釋劑(二甲苯O. 22mL,正丁醇O. 53mL),攪拌IOmin ;然后加入鄰苯二甲酸丁二酯O. 048mL,攪拌IOmin ;加入O. 05g I-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸鹽,O. 45g坡縷石黏土(20 IOOnm),攪拌40min ;抽真空IOmin ;加入T-31固化劑I. 25g,抽真空2min,倒入模具,在60°C烘箱中固化24h，既得環(huán)氧樹脂復合材料。
耐磨性能測試平均摩擦系數(shù)為O. 1326，平均磨損量為O. 00026g,抗沖擊性強度為54. 1856J/m，抗彎曲強度為51. 57Mpa。
權(quán)利要求
1.離子液-環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法，是以環(huán)氧樹脂為基體，以坡縷石黏土、離子液作為協(xié)同添加劑復合而得。
2.如權(quán)利要求I所述離子液-環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法，其特征在于所述離子液為I-辛基_3甲基咪唑四氟硼酸鹽，I-乙基_3甲基咪唑四氟硼酸鹽，I-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸鹽，I-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸鹽或I-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽。
3.如權(quán)利要求2所述離子液-環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法，其特征在于所述離子液的用量為環(huán)氧樹脂質(zhì)量的1、％。
4.如權(quán)利要求I所述離子液-環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法，其特征在于所述坡縷石黏土的粒度為20nnTl00nm。
5.如權(quán)利要求4所述離子液-環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法，其特征在于所述坡縷石黏土的用量為環(huán)氧樹脂質(zhì)量的1、％。
6.如權(quán)利要求r5所述任一離子液-環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法，其特征在于將環(huán)氧樹脂加熱液化，用稀釋劑稀釋后，加入增韌劑，攪拌均勻后，加入坡縷石黏土、離子液，攪拌混合均勻，真空脫氣處理，加入固化劑，攪拌均勻，再次抽真空處理，倒模，于5(T70°C烘箱中固化12 24h既得。
7.如權(quán)利要求6所述離子液環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法，其特征在于所述稀釋劑是由二甲苯與正丁醇以1:2 1:4的體積比形成的混合液。
8.如權(quán)利要求6所述離子液環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法，其特征在于所述增韌劑為鄰苯二甲酸丁二酯，其加入量為環(huán)氧樹脂質(zhì)量的0. 2^0. 8%。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種離子液環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法，是以環(huán)氧樹脂為基體，以坡縷石黏土、離子液作為協(xié)同添加劑復合而得。坡縷石由于其特殊的結(jié)構(gòu)能有效提高材料的力學性能、加工性能及耐磨性能；離子液的加入不但對環(huán)氧樹脂的耐磨性能有較好的改善，而且對抗沖擊強度有很好的改良效果，同時對環(huán)氧樹脂的彎曲強度影響較小，因而復合而成的離子液-環(huán)氧樹脂復合材料具有很好的綜合性能，從而拓展了環(huán)氧樹脂的應(yīng)用。
文檔編號C08L63/00GK102964778SQ20121051866
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者雷自強, 高淑玲, 張哲 , 楊翠玲, 崇雅麗, 李芳紅, 魏博, 王小亮 申請人:西北師范大學