納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層，按照質(zhì)量百分比由以下組份制成：環(huán)氧樹脂60～70％、聚酰胺樹脂26～34％、改性納米Al2O31～3％、改性納米SiO21～3％，上述各組份質(zhì)量百分比之和為100％；制備方法為：分別制備改性納米SiO2和改性納米Al2O3，將環(huán)氧樹脂和聚酰胺樹脂分別配成溶液，向環(huán)氧樹脂溶液中加入改性納米Al2O3和改性納米SiO2攪拌后再加入聚酰胺樹脂溶液，將處理后的碳纖維織物浸漬后固化即得；將制備的納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層在鋼塊表面應(yīng)用。本發(fā)明解決了單一納米粒子填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層耐磨性差的問題，制備的復(fù)合涂層具有良好的抗沖擊、耐磨損性能。
【專利說明】納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層及其制備方法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于聚合物自潤(rùn)滑材料【技術(shù)領(lǐng)域】，本發(fā)明涉及一種納米Si02、Al2O3協(xié)同填 充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層，本發(fā)明還涉及該涂層的制備方法，本發(fā)明還涉及該涂層的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 環(huán)氧樹脂是一種強(qiáng)度高、粘結(jié)性能好、具有優(yōu)良耐熱性、防腐性和承載能力的熱固 性高分子材料，大多數(shù)環(huán)氧樹脂由環(huán)氧氯丙燒（epichlorohydrin，C3H5C10)和雙酚A(酚甲 烷）聚合而成。與熱塑性高分子材料相比，環(huán)氧樹脂脆而硬，斷裂能較低，在與金屬對(duì)偶件 摩擦?xí)r容易發(fā)生脆性斷裂，通常需要添加納米、微米級(jí)填料，用以顯著改善其綜合性能和摩 擦磨損性能。隨著航空工業(yè)的迅速發(fā)展，環(huán)氧樹脂在這些方面的應(yīng)用不斷擴(kuò)展，對(duì)其摩擦磨 損性能也提出了更高的要求。同時(shí)，為了改善環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層的抗沖擊以及耐磨損性能， 將編織技術(shù)和現(xiàn)代復(fù)合材料融于一體化，形成一種獨(dú)特結(jié)構(gòu)的功能復(fù)合材料一碳纖維織物 復(fù)合材料，系將碳纖維織物經(jīng)過納米粒子改性的環(huán)氧樹脂浸漬而形成。
[0003] 目前常見的是利用單一納米粒子改性環(huán)氧樹脂用于制備環(huán)氧樹脂/碳纖維織物 復(fù)合涂層。但碳纖維織物浸漬由單一納米粒子改性的環(huán)氧樹脂所形成的環(huán)氧樹脂/碳纖維 織物復(fù)合涂層其耐磨性有限，難以滿足一些在航空及電子領(lǐng)域?qū)δ湍バ?、抗沖擊有較高需 求的場(chǎng)合，如何在降低成本的情況下，提升其耐磨性能是該領(lǐng)域需要解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層，解決了單一納 米粒子改性環(huán)氧樹脂形成的環(huán)氧樹脂/碳纖維織物復(fù)合涂層耐磨性差的問題。
[0005] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述涂層的制備方法。
[0006] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是將該涂層在鋼塊表面應(yīng)用。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層，按照質(zhì) 量百分比由以下組份制成：環(huán)氧樹脂60%?70 %、聚酰胺樹脂26 %?34%、改性納米 Al2O3I%?3%、改性納米SiO2I%?3%，上述各組份質(zhì)量百分比之和為100%。
[0008] 本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0009] 改性納米Al2O3由質(zhì)量比為1:1:8?10的納米A1203、KH550與丙酮制成；改性納 米SiO2由質(zhì)量比為1:1:8?10的納米SiO2、偶聯(lián)劑KH550與丙酮制成。
[0010] 納米Al2O3為球形，平均粒徑為70nm，純度彡99% ;納米SiO2為球形，平均粒徑為 20nm，純度> 99% ;環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂。
[0011] 本發(fā)明所采用的第二種技術(shù)方案是：納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層的制備 方法，包括以下步驟：
[0012] 步驟1 :將納米SiO2與偶聯(lián)劑KH550、丙酮按照一定比例混合，超聲處理20? 30min，烘干后得到改性納米SiO2，備用；
[0013] 步驟2 :將納米Al2O3與偶聯(lián)劑KH550、丙酮按照一定比例混合，超聲處理20? 30min，烘干后得到改性納米Al2O3，備用；
[0014] 步驟3:將環(huán)氧樹脂與丁酮配成環(huán)氧/ 丁酮溶液，得到溶液A;將聚酰胺樹脂與甲 苯配成聚酰胺/甲苯溶液，得到溶液B，備用；
[0015] 步驟4 :按照一定比例向步驟3得到的溶液A中加入步驟2得到的改性納米Al2O3 及步驟1得到的改性納米SiO2，在85?90°C的溫度下攪拌20?30min，再加入步驟3得到 的溶液B攪拌10?20min，得到溶液C，備用；
[0016] 步驟5 :將處理后的碳纖維織物放入步驟4得到的溶液C中，浸泡10?15min后 取出在80?85°C的溫度下固化3?5min;然后，將一次固化后的碳纖維織物在溶液C中再 次浸泡10?15min，再在80?85°C的溫度下固化2?3min后取出，得到納米填料協(xié)同填 充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層。
[0017] 本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0018] 步驟1中納米SiO2、偶聯(lián)劑KH550與丙酮的質(zhì)量比為1:1:8?10 ;所述烘干的溫 度為75°C?85°C。
[0019] 步驟2中納米A1203、偶聯(lián)劑KH550和丙酮的質(zhì)量比為1:1:8?10;烘干的溫度為 75°C?85°C。
[0020] 步驟3中環(huán)氧樹脂與丁酮的質(zhì)量-體積比為lg:2?3mL，聚酰胺樹脂與甲苯的質(zhì) 量-體積比為Ig:2?3mL。
[0021] 步驟4中的各物質(zhì)質(zhì)量百分比組成為：溶液A中環(huán)氧樹脂占60%?70%、溶液B 中聚酰胺樹脂占26%?34%、步驟2得到的改性納米Al2O3占1%?3%、步驟1得到的改 性納米SiO2占1 %?3%，上述各組份質(zhì)量百分比之和為100%。
[0022] 步驟5中碳纖維織物的處理方法為：根據(jù)需要剪成塊狀放入無水乙醇中浸泡12? 15h，取出在80°C?85°C烘干5?IOmin;碳纖維織物為平紋織物。
[0023] 本發(fā)明所采用的第三種技術(shù)方案是：納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層在鋼塊 表面的應(yīng)用，包括以下步驟：
[0024] 步驟1:將45#鋼塊用砂紙打磨,再用無水乙醇浸泡鋼塊并超聲清洗5?IOmin,然 后烘干，備用；
[0025] 步驟2:將制備的納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層裁剪成與步驟1中45#鋼 塊面積大小接近的塊狀，在溶液C中浸泡后涂覆到步驟1中處理后的45#鋼塊上，得到涂覆 后的鋼塊；其中，溶液C按照質(zhì)量百分比由以下組份制成：環(huán)氧樹脂60%?70%、聚酰胺樹 脂26%?34%、改性納米Al2O3I%?3%、改性納米SiO2I%?3%，上述各組份質(zhì)量百分比 之和為100% ;
[0026] 步驟3 :將步驟2得到的涂覆后的鋼塊規(guī)整地放到鋪有保鮮膜的玻璃上，用聚四 氟乙烯薄膜蓋到納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層表面，再蓋上玻璃片，然后將其整體 放入密閉的塑料袋中進(jìn)行抽真空，直到上下兩層玻璃壓緊中間的鋼塊，將其放入烘箱中在 80?85°C的溫度下固化5?8h，得到固化好的鋼塊，即在鋼塊表面制備出了納米填料協(xié)同 填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層。
[0027] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層，納米Al2O3和 納米SiO2能夠在碳纖維織物基體表面形成復(fù)相硬質(zhì)顆粒層，提高復(fù)合涂層的耐磨性，解決 了單一納米粒子改性環(huán)氧樹脂形成的環(huán)氧樹脂/碳纖維織物復(fù)合涂層耐磨性差的問題，制 備的復(fù)合涂層分散性好、界面粘結(jié)牢固，制得的復(fù)合涂層采用粘結(jié)的方式應(yīng)用于金屬表面， 其制備周期短、制備工序簡(jiǎn)單、且生產(chǎn)成本相對(duì)較低，具有良好的抗沖擊、耐磨損性能，適合 于作為多種主承力和次承力結(jié)構(gòu)在航空領(lǐng)域應(yīng)用。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0029] 本發(fā)明納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層，按照質(zhì)量百分比由以下組份制 成：環(huán)氧樹脂60%?70%、聚酰胺樹脂26%?34%、改性納米Al2O3I%?3%、改性納米 SiO2I%?3%，上述各組份質(zhì)量百分比之和為100% ;
[0030] 改性納米Al2O3由質(zhì)量比為1:1:8?10的納米A1203、KH550與丙酮制成；改性納 米SiO2由質(zhì)量比為1:1:8?10的納米SiO2、偶聯(lián)劑KH550與丙酮制成；納米Al2O3為球形， 平均粒徑為70nm，純度彡99% ;納米SiO2為球形，平均粒徑為20nm，純度彡99% ;環(huán)氧樹脂 為雙酚A型環(huán)氧樹脂，可使用E44、E51等，聚酰胺樹脂為650、65(^、65(?、300、400等。
[0031] 上述涂層的制備方法，包括以下步驟：
[0032] 步驟1:將納米SiO2與偶聯(lián)劑KH550、丙酮按照1:1:8?10的質(zhì)量比混合，超聲處 理20?30min，在75°C?85°C的溫度下烘干后得到改性納米SiO2，備用；納米SiO2為球形， 平均粒徑為20nm，純度彡99% ;
[0033] 步驟2:將納米Al2O3與偶聯(lián)劑KH550、丙酮按照1:1:8?10的質(zhì)量比混合，超聲處 理20?30min，在75°C?85°C的溫度下烘干后得到改性納米Al2O3，備用；納米Al2O3為球 形，平均粒徑為70nm，純度彡99%;
[0034] 步驟3:將環(huán)氧樹脂與丁酮按照質(zhì)量-體積比為lg:2?3mL配成環(huán)氧/ 丁酮溶液， 得到溶液A;將聚酰胺樹脂與甲苯按照質(zhì)量-體積比為Ig: 2?3mL配成聚酰胺/甲苯溶液， 得到溶液B，備用；
[0035] 環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂，可使用E44、E51等，聚酰胺樹脂為650、650A、650B、 300、400 等；
[0036] 步驟4:按照一定比例向步驟3得到的溶液A中加入步驟2得到的改性納米Al2O3 及步驟1得到的改性納米SiO2，用智能恒溫磁力攪拌器在85?90°C的溫度下攪拌20? 30min，再加入步驟3得到的溶液B攪拌10?20min，得到溶液C，備用；其中，各物質(zhì)質(zhì)量百 分比組成為：溶液A中環(huán)氧樹脂占60 %?70 %、溶液B中聚酰胺樹脂占26 %?34 %、步驟 2得到的改性納米Al2O3占1 %?3%、步驟1得到的改性納米SiO2占1 %?3%，上述各組 份質(zhì)量百分比之和為100% ;
[0037] 步驟5:將碳纖維織物根據(jù)需要剪成塊狀放入無水乙醇中浸泡12?15h，取出放在 恒溫干燥箱中在80°C?85°C烘干5?lOmin，碳纖維織物為平紋織物，然后將處理后的碳纖 維織物放入步驟4得到的溶液C中，浸泡10?15min后取出放入烘箱中在80?85°C的溫 度下固化3?5min;然后，將一次固化后的碳纖維織物在溶液C中再次浸泡10?15min，再 在80?85°C的溫度下固化2?3min后取出，得到納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層。
[0038] 上述涂層在鋼塊表面的應(yīng)用，包括以下步驟：
[0039] 步驟1:將45#鋼塊切割為尺寸為20*8*11mm，用粒度為600目砂紙打磨使剛塊表 面粗糙度達(dá)到Ra= 0. 45um，再用無水乙醇浸泡鋼塊并超聲清洗5?lOmin，然后在80°C? 85°C的溫度下烘干5?IOmin,備用；
[0040] 步驟2 :將制備的納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層裁剪成與45#鋼塊面積 大小接近的塊狀，在溶液C中浸泡后涂覆到步驟1中處理后的45#鋼塊上，得到涂覆后的 鋼塊；其中，溶液C按照質(zhì)量百分比由以下組份制成：環(huán)氧樹脂60%?70%、聚酰胺樹脂 26%?34%、改性納米Al2O3I%?3%、改性納米SiO2I%?3%，上述各組份質(zhì)量百分比之 和為100% ;
[0041] 步驟3 :將步驟2得到的涂覆后的鋼塊規(guī)整地放到鋪有保鮮膜的玻璃上，用聚四氟 乙烯薄膜蓋到納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層表面，再蓋上玻璃片，然后將其整體放 入密閉的塑料袋中進(jìn)行抽真空，相對(duì)真空度在〇?1之間，直到上下兩層玻璃壓緊中間的鋼 塊，將其放入烘箱中在80?85°C的溫度下固化5?8h，得到固化好的鋼塊；
[0042] 步驟4 :將步驟3固化好的鋼塊表面的碳纖維毛刺處理干凈，即在鋼塊表面制備出 了納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層。
[0043]本發(fā)明中，以碳纖維織物作為增強(qiáng)骨架填料，金屬或者非金屬作為支撐體，通過環(huán) 氧樹脂粘結(jié)劑粘結(jié)而形成自潤(rùn)滑復(fù)合涂層，其具有承載能力高、摩擦系數(shù)低、耐磨壽命長(zhǎng)以 及密度低等特性。
[0044] 由于納米填料和聚合物本體材料有著極高的有效接觸界面，從而使得納米聚合物 復(fù)合材料有著優(yōu)異的力學(xué)性能。和傳統(tǒng)的未加填料的聚合物材料和微米填料相比，納米填 料和基體的鍵合能力更強(qiáng)，并有著拉伸強(qiáng)度和表面粗糙度。對(duì)于環(huán)氧樹脂，納米填料的作用 是提高復(fù)合材料的承重能力，以降低在摩擦工程中的真實(shí)接觸面積，從而降低該系列聚合 物復(fù)合材料的磨損，提高潤(rùn)滑性能。同時(shí)，納米填料降低了塊體材料的表面粗糙度，從而降 低了在摩擦過程中由于疲勞或斷裂造成的犁溝，降低了磨損。
[0045] 使用納米SiO2和納米Al2O3兩種填料填充環(huán)氧樹脂/碳纖維織物復(fù)合涂層，當(dāng)復(fù) 合涂層在摩擦副表面滑動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)移膜中的磨損碳纖維和樹脂碎屑可以減少摩擦面的直接接 觸，從而可以減小接觸壓力和表面應(yīng)力。同時(shí)，碳纖維在摩擦過程中承受了一部分載荷，減 少了環(huán)氧樹脂與金屬界面之間的直接相互作用。
[0046] 當(dāng)加入納米Si02、Al2O3后，摩擦?xí)r摩擦面間的環(huán)氧樹脂轉(zhuǎn)移膜中嵌入的納米粒子 刮擦裸露的碳纖維的表面，相比單一的納米填料，納米Si02、Al203在阻止摩擦中碳纖維的脫 落時(shí)發(fā)揮了二元協(xié)同效應(yīng)，其效用更為明顯，使得摩擦面較為平滑，由此降低復(fù)合涂層的摩 擦與磨損。于此同時(shí)，納米Si02、Al203經(jīng)環(huán)氧樹脂的粘結(jié)作用浸漬入碳纖維之中，在高載荷 和滑動(dòng)速度下，兩種納米填料的滑動(dòng)作用也降低了摩擦面間的剪切應(yīng)力和接觸溫度，從而 防止碳纖維的嚴(yán)重磨損脫落，降低了復(fù)合涂層的摩擦與磨損。納米Si02、Al203的協(xié)同填充， 降低了復(fù)合涂層的表面粗糙度，從而降低了在摩擦過程中由于疲勞和斷裂造成的犁溝，降 低了磨損。同時(shí)，兩種納米填料較一種納米填料相比，大大增加了環(huán)氧樹脂的導(dǎo)熱性，使得 在摩擦過程中產(chǎn)生的摩擦熱可以很快地傳遞到對(duì)摩金屬表面。兼之兩種納米填料均為硬質(zhì) 顆粒，在環(huán)氧樹脂的粘結(jié)中也使得復(fù)合涂層的抗沖擊性大大提高。
[0047]采用娃燒偶聯(lián)劑對(duì)納米Si02、Al2O3進(jìn)行表面處理，以改善納米Si02、Al2O3在環(huán)氧 樹脂中的分散性和耐久性，對(duì)納米Si02、Al2O3起到分散、降黏、增強(qiáng)及降低界面自由能的作 用。
[0048]本發(fā)明的有益效果是：
[0049]I)、本發(fā)明的納米填料中的納米Al2O3，能夠與納米SiO2在碳纖維織物基體表面形 成復(fù)相硬質(zhì)顆粒層，提高復(fù)合涂層的耐磨性；而且，納米級(jí)別的SiO2和Al2O3的強(qiáng)度和硬度 高、耐熱性好、不易變形，經(jīng)改性后與環(huán)氧樹脂的相容性好，易于形成網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，提高了 復(fù)合涂層的抗沖擊性，而且，微晶態(tài)結(jié)構(gòu)的無機(jī)納米填料，增強(qiáng)了無機(jī)物與環(huán)氧樹脂之間的 界面結(jié)合力，改善Al2O3和SiO2與環(huán)氧樹脂的相容性，達(dá)到減少用量的目的，降低生產(chǎn)成本；
[0050]2)、本發(fā)明中的碳纖維織物、球形納米Si02、Al2O3與環(huán)氧樹脂基體之間形成化學(xué) 鍵，加強(qiáng)了界面結(jié)合力，分子鏈間有較大程度的相互擴(kuò)散，形成很強(qiáng)的纏結(jié)，因此在摩擦過 程中，碳纖維不易從復(fù)合涂層中拔出，從而進(jìn)一步提高復(fù)合涂層的耐磨損性能；
[0051]3)、與現(xiàn)有技術(shù)相比，以碳纖維織物作為增強(qiáng)骨架填料，金屬或者非金屬作為支撐 體，通過環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑粘結(jié)而形成自潤(rùn)滑復(fù)合材料，其具有承載能力高、摩擦系數(shù)低、耐 磨壽命長(zhǎng)以及密度低等特性。
[0052] 實(shí)施例1
[0053] 步驟1:將納米SiO2與偶聯(lián)劑KH550、丙酮按照1:1:8的質(zhì)量比混合，超聲處理 20min，在75°C的溫度下烘干后得到改性納米SiO2，備用；納米SiO2為球形，平均粒徑為 20nm，純度彡99% ;
[0054] 步驟2:將納米Al2O3與偶聯(lián)劑KH550、丙酮按照1:1:8的質(zhì)量比混合，超聲處理 20min，在75 °C的溫度下烘干后得到改性納米Al2O3，備用；納米Al2O3為球形，平均粒徑為 70nm，純度彡99% ;
[0055] 步驟3:將環(huán)氧樹脂E51與丁酮按照質(zhì)量-體積比為lg: 2mL配成環(huán)氧/ 丁酮溶液， 得到溶液A;將聚酰胺樹脂400與甲苯按照質(zhì)量-體積比為lg: 2mL配成聚酰胺/甲苯溶液， 得到溶液B，備用；
[0056] 步驟4:按照一定比例向步驟3得到的溶液A中加入步驟2得到的改性納米Al2O3 及步驟1得到的改性納米SiO2，用智能恒溫磁力攪拌器在90°C的溫度下攪拌20min，再加入 步驟3得到的溶液B攪拌lOmin，得到溶液C，備用；其中，各物質(zhì)質(zhì)量百分比組成為：溶液A 中環(huán)氧樹脂占60%、溶液B中聚酰胺樹脂占34%、步驟2得到的改性納米Al2O3占3%、步 驟1得到的改性納米SiO2占3%，上述各組份質(zhì)量百分比之和為100% ;
[0057] 步驟5:將碳纖維織物根據(jù)需要剪成塊狀放入無水乙醇中浸泡13h，取出放在恒溫 干燥箱中在80°C烘干lOmin，碳纖維織物為平紋織物，然后將處理后的碳纖維織物放入步 驟4得到的溶液C中，浸泡13min后取出放入烘箱中在85°C的溫度下固化3min;然后，將一 次固化后的碳纖維織物在溶液C中再次浸泡13min，再在85°C的溫度下固化2min后取出， 得到納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層。
[0058] 上述涂層在鋼塊表面的應(yīng)用，包括以下步驟：
[0059] 步驟1:將45#鋼塊切割為尺寸為20*8*11mm，用粒度為600目砂紙打磨使剛塊表 面粗糙度達(dá)到Ra= 0. 45um，再用無水乙醇浸泡鋼塊并超聲清洗lOmin，然后在85°C的溫度 下烘干5min，備用；
[0060] 步驟2 :將制備的納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層裁剪成與45#鋼塊面積大 小接近的塊狀，在溶液C中浸泡后涂覆到步驟1中處理后的45#鋼塊上，得到涂覆后的鋼 塊；其中，溶液C按照質(zhì)量百分比由以下組份制成：環(huán)氧樹脂60%、聚酰胺樹脂34%、改性 納米Al2033%、改性納米Si023%，上述各組份質(zhì)量百分比之和為100% ;
[0061] 步驟3 :將步驟2得到的涂覆后的鋼塊規(guī)整地放到鋪有保鮮膜的玻璃上，用聚四氟 乙烯薄膜蓋到納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層表面，再蓋上玻璃片，然后將其整體放 入密閉的塑料袋中進(jìn)行抽真空，相對(duì)真空度為〇. 1，直到上下兩層玻璃壓緊中間的鋼塊，將 其放入烘箱中在85°C的溫度下固化5h，得到固化好的鋼塊；
[0062] 步驟4:將步驟3固化好的鋼塊表面的碳纖維毛刺處理干凈，即在鋼塊表面制備出 了納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層。
[0063] 實(shí)施例2
[0064] 步驟1:將納米SiO2與偶聯(lián)劑KH550、丙酮按照1:1:9的質(zhì)量比混合，超聲處理 25min，在85°C的溫度下烘干后得到改性納米SiO2，備用；納米SiO2為球形，平均粒徑為 20nm，純度彡99% ;
[0065] 步驟2:將納米Al2O3與偶聯(lián)劑KH550、丙酮按照1:1:9的質(zhì)量比混合，超聲處理 25min，在85 °C的溫度下烘干后得到改性納米Al2O3，備用；納米Al2O3為球形，平均粒徑為 70nm，純度彡99% ;
[0066] 步驟3 :將環(huán)氧樹脂E44與丁酮按照質(zhì)量-體積比為lg:3mL配成環(huán)氧/ 丁酮溶液， 得到溶液A;將聚酰胺樹脂300與甲苯按照質(zhì)量-體積比為lg:3mL配成聚酰胺/甲苯溶液， 得到溶液B，備用；
[0067] 步驟4:按照一定比例向步驟3得到的溶液A中加入步驟2得到的改性納米Al2O3 及步驟1得到的改性納米SiO2，用智能恒溫磁力攪拌器在88°C的溫度下攪拌25min，再加入 步驟3得到的溶液B攪拌15min，得到溶液C，備用；其中，各物質(zhì)質(zhì)量百分比組成為：溶液A 中環(huán)氧樹脂占70 %、溶液B中聚酰胺樹脂占26 %、步驟2得到的改性納米Al2O3占2 %、步 驟1得到的改性納米SiO2占2%，上述各組份質(zhì)量百分比之和為100%;
[0068] 步驟5:將碳纖維織物根據(jù)需要剪成塊狀放入無水乙醇中浸泡15h，取出放在恒溫 干燥箱中在82°C烘干8min，碳纖維織物為平紋織物，然后將處理后的碳纖維織物放入步驟 4得到的溶液C中，浸泡15min后取出放入烘箱中在82°C的溫度下固化4min;然后，將一次 固化后的碳纖維織物在溶液C中再次浸泡15min，再在82°C的溫度下固化3min后取出，得 到納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層。
[0069] 上述涂層在鋼塊表面的應(yīng)用，包括以下步驟：
[0070]步驟1:將45#鋼塊切割為尺寸為20*8*11mm，用粒度為600目砂紙打磨使剛塊表 面粗糙度達(dá)到Ra= 0. 45um，再用無水乙醇浸泡鋼塊并超聲清洗7min，然后在83°C的溫度下 烘干8min，備用；
[0071] 步驟2:將制備的納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層裁剪成與45#鋼塊面積大 小接近的塊狀，在溶液C中浸泡后涂覆到步驟1中處理后的45#鋼塊上，得到涂覆后的鋼 塊；其中，溶液C按照質(zhì)量百分比由以下組份制成：環(huán)氧樹脂70%、聚酰胺樹脂26%、改性 納米Al2032%、改性納米Si022%，上述各組份質(zhì)量百分比之和為100%;
[0072] 步驟3:將步驟2得到的涂覆后的鋼塊規(guī)整地放到鋪有保鮮膜的玻璃上，用聚四氟 乙烯薄膜蓋到納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層表面，再蓋上玻璃片，然后將其整體放 入密閉的塑料袋中進(jìn)行抽真空，相對(duì)真空度為0.9,直到上下兩層玻璃壓緊中間的鋼塊，將 其放入烘箱中在83°C的溫度下固化6h，得到固化好的鋼塊；
[0073] 步驟4:將步驟3固化好的鋼塊表面的碳纖維毛刺處理干凈，即在鋼塊表面制備出 了納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層。
[0074] 實(shí)施例3
[0075] 步驟1:將納米SiO2與偶聯(lián)劑KH550、丙酮按照1:1:10的質(zhì)量比混合，超聲處理 30min，在80°C的溫度下烘干后得到改性納米SiO2，備用；納米SiO2為球形，平均粒徑為 20nm，純度彡99% ;
[0076] 步驟2:將納米Al2O3與偶聯(lián)劑KH550、丙酮按照1:1:10的質(zhì)量比混合，超聲處理 30min，在80°C的溫度下烘干后得到改性納米Al2O3，備用；納米Al2O3為球形，平均粒徑為 70nm，純度彡99% ;
[0077] 步驟3:將環(huán)氧樹脂E44與丁酮按照質(zhì)量-體積比為lg:2.4mL配成環(huán)氧/ 丁酮溶 液，得到溶液A;將聚酰胺樹脂650與甲苯按照質(zhì)量-體積比為lg: 2. 4mL配成聚酰胺/甲 苯溶液，得到溶液B，備用；聚酰胺樹脂650還可選用650A、650B;
[0078] 步驟4:按照一定比例向步驟3得到的溶液A中加入步驟2得到的改性納米Al2O3 及步驟1得到的改性納米SiO2，用智能恒溫磁力攪拌器在85°C的溫度下攪拌30min，再加入 步驟3得到的溶液B攪拌20min，得到溶液C，備用；其中，各物質(zhì)質(zhì)量百分比組成為：溶液A 中環(huán)氧樹脂占66%、溶液B中聚酰胺樹脂占32%、步驟2得到的改性納米Al2O3占1%、步 驟1得到的改性納米SiO2占1%，上述各組份質(zhì)量百分比之和為100% ;
[0079] 步驟5 :將碳纖維織物根據(jù)需要剪成塊狀放入無水乙醇中浸泡12h，取出放在恒溫 干燥箱中在85°C烘干5min，碳纖維織物為平紋織物，然后將處理后的碳纖維織物放入步驟 4得到的溶液C中，浸泡IOmin后取出放入烘箱中在80°C的溫度下固化5min;然后，將一次 固化后的碳纖維織物在溶液C中再次浸泡lOmin，再在80°C的溫度下固化3min后取出，得 到納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層。
[0080] 上述涂層在鋼塊表面的應(yīng)用，包括以下步驟：
[0081] 步驟1:將45#鋼塊切割為尺寸為20*8*11mm，用粒度為600目砂紙打磨使剛塊表 面粗糙度達(dá)到Ra= 0. 45um，再用無水乙醇浸泡鋼塊并超聲清洗5min，然后在80°C的溫度下 烘干IOmin,備用；
[0082] 步驟2:將制備的納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層裁剪成與45#鋼塊面積大 小接近的塊狀，在溶液C中浸泡后涂覆到步驟1中處理后的45#鋼塊上，得到涂覆后的鋼 塊；其中，溶液C按照質(zhì)量百分比由以下組份制成：環(huán)氧樹脂66%、聚酰胺樹脂32%、改性 納米Al2O3I%、改性納米SiO2I%，上述各組份質(zhì)量百分比之和為100% ;
[0083] 步驟3:將步驟2得到的涂覆后的鋼塊規(guī)整地放到鋪有保鮮膜的玻璃上，用聚四氟 乙烯薄膜蓋到納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層表面，再蓋上玻璃片，然后將其整體放 入密閉的塑料袋中進(jìn)行抽真空，相對(duì)真空度為〇. 5,直到上下兩層玻璃壓緊中間的鋼塊，將 其放入烘箱中在80°C的溫度下固化8h，得到固化好的鋼塊；
[0084] 步驟4:將步驟3固化好的鋼塊表面的碳纖維毛刺處理干凈，即在鋼塊表面制備出 了納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層。
[0085] 表1不同納米填料填充碳纖維織物復(fù)合涂層磨損性能對(duì)比
[0086]

【權(quán)利要求】
1. 納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層，其特征在于，按照質(zhì)量百分比由以下組份制 成：環(huán)氧樹脂60%?70%、聚酰胺樹脂26%?34%、改性納米A1 2031 %?3%、改性納米 Si02l %?3%，上述各組份質(zhì)量百分比之和為100%。
2. 如權(quán)利要求1所述的納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層，其特征在于，所述改性 納米A1203由質(zhì)量比為1:1:8?10的納米A1 203、KH550與丙酮制成；所述改性納米Si02由 質(zhì)量比為1:1:8?10的納米Si0 2、偶聯(lián)劑KH550與丙酮制成。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層，其特征在于，所述 納米A1203為球形，平均粒徑為70nm，純度彡99%;納米Si0 2為球形，平均粒徑為20nm，純度 > 99% ;環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂。
4. 納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1 :將納米Si02與偶聯(lián)劑KH550、丙酮按照一定比例混合，超聲處理20?30min，烘 干后得到改性納米Si02，備用； 步驟2 :將納米A1203與偶聯(lián)劑KH550、丙酮按照一定比例混合，超聲處理20?30min， 烘干后得到改性納米A1203，備用； 步驟3 :將環(huán)氧樹脂與丁酮配成環(huán)氧/ 丁酮溶液，得到溶液A ;將聚酰胺樹脂與甲苯配 成聚酰胺/甲苯溶液，得到溶液B，備用； 步驟4 :按照一定比例向所述步驟3得到的溶液A中加入所述步驟2得到的改性納米 A1203及所述步驟1得到的改性納米Si02，在85?90°C的溫度下攪拌20?30min，再加入 步驟3得到的溶液B攪拌10?20min，得到溶液C，備用； 步驟5 :將處理后的碳纖維織物放入所述步驟4得到的溶液C中，浸泡10?15min后 取出在80?85°C的溫度下固化3?5min ;然后，將一次固化后的碳纖維織物在溶液C中再 次浸泡10?15min，再在80?85°C的溫度下固化2?3min后取出，得到納米填料協(xié)同填 充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層。
5. 如權(quán)利要求4所述的納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層的制備方法，其特征在 于，所述步驟1中納米Si02、偶聯(lián)劑KH550與丙酮的質(zhì)量比為1:1:8?10 ;所述烘干的溫度 為 75°C?85°C。
6. 如權(quán)利要求4所述的納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層的制備方法，其特征在 于，所述步驟2中納米A120 3、偶聯(lián)劑KH550和丙酮的質(zhì)量比為1:1:8?10 ;所述烘干的溫度 為 75°C?85°C。
7. 如權(quán)利要求4所述的納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層的制備方法，其特征在 于，所述步驟3中環(huán)氧樹脂與丁酮的質(zhì)量-體積比為lg: 2?3mL，所述聚酰胺樹脂與甲苯的 質(zhì)量-體積比為lg:2?3mL。
8. 如權(quán)利要求4所述的納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層的制備方法，其特征在 于，所述步驟4中的各物質(zhì)質(zhì)量百分比組成為：溶液A中環(huán)氧樹脂占60 %?70 %、溶液B中 聚酰胺樹脂占26 %?34%、步驟2得到的改性納米A1203占1 %?3 %、步驟1得到的改性 納米Si02占1 %?3%，上述各組份質(zhì)量百分比之和為100%。
9. 如權(quán)利要求4所述的納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層的制備方法，其特征在 于，所述步驟5中碳纖維織物的處理方法為：根據(jù)需要剪成塊狀放入無水乙醇中浸泡12? 15h，取出在80°C?85°C烘干5?lOmin ;所述碳纖維織物為平紋織物。
10.將制備的納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層在鋼塊表面的應(yīng)用，其特征在于，包 括以下步驟： 步驟1 :將45#鋼塊用砂紙打磨，再用無水乙醇浸泡鋼塊并超聲清洗5?lOmin，然后烘 干，備用； 步驟2 :將制備的納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層裁剪成與所述步驟1中45#鋼 塊面積大小接近的塊狀，在溶液C中浸泡后涂覆到步驟1中處理后的45#鋼塊上，得到涂覆 后的鋼塊；其中，溶液C按照質(zhì)量百分比由以下組份制成：環(huán)氧樹脂60%?70%、聚酰胺樹 脂26%?34%、改性納米A1 2031 %?3%、改性納米Si02l %?3%，上述各組份質(zhì)量百分比 之和為100% ; 步驟3 :將所述步驟2得到的涂覆后的鋼塊規(guī)整地放到鋪有保鮮膜的玻璃上，用聚四 氟乙烯薄膜蓋到納米填料協(xié)同填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層表面，再蓋上玻璃片，然后將其整體 放入密閉的塑料袋中進(jìn)行抽真空，直到上下兩層玻璃壓緊中間的鋼塊，將其放入烘箱中在 80?85°C的溫度下固化5?8h，得到固化好的鋼塊，即在鋼塊表面制備出了納米填料協(xié)同 填充環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層。
【文檔編號(hào)】C09D7/12GK104262906SQ201410503584
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】蔣百靈, 魏風(fēng)軍 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)