本發(fā)明屬于聚合物基復合材料的制備領域，具體地說是涉及耐磨環(huán)氧樹脂復合材料及其制備方法。

背景技術：

近年來由于環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的力學性能、絕緣性能、工藝性能而被越來越多的應用于工業(yè)領域代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬材料。但是環(huán)氧樹脂摩擦系數(shù)相對較高，耐磨性較差，因而需要對其進行改性處理。

據(jù)報道，目前主要采用納米材料來改性提高環(huán)氧樹脂的耐磨性能。有采用納米二氧化硅、納米碳化硅、納米三氧化鋁、碳納米管等材料來改性環(huán)氧樹脂。但是納米材料因為比表面大，表面能高，容易發(fā)生團聚，從而影響環(huán)氧樹脂耐磨性的提高。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種耐磨性能好的耐磨環(huán)氧樹脂復合材料。

本發(fā)明的另一個目的在于提高一種耐磨環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法。

本發(fā)明是采用以下技術方案實現(xiàn)的：

一)一種耐磨環(huán)氧樹脂復合材料，其特征在于：所述的耐磨環(huán)氧樹脂復合材料主要由環(huán)氧樹脂基體材料和分散于該環(huán)氧樹脂基體材料中的硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料制備而成，所述硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料相對于環(huán)氧樹脂基體材料的質量百分含量為0.05-15％。

較佳地，所述的硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料是按照以下方法制備而成的：

步驟一：首先將鎢酸鈉、鹽酸羥胺和硫脲充分溶于氧化石墨烯水溶液中形成第一混合溶液，所述的鎢酸鈉、鹽酸羥胺、硫脲和氧化石墨烯的摩爾比為1:2:4:1-10；

步驟二：然后將十六烷基三甲基溴化銨加入氧化石墨烯水溶液中，并加熱使十六烷基三甲基溴化銨溶解形成第二混合溶液，之后將第二混合溶液和第一混合溶液混合，并加入氨水調節(jié)pH值為6，所述的十六烷基三甲基溴化銨與氧化石墨烯的摩爾比為0.5-1:5；

步驟三：最后將步驟二制得的產(chǎn)物放入高壓釜中，在150-200℃下反應24小時以上，對產(chǎn)物用無水乙醇和蒸餾水洗滌數(shù)次，即得到硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料；

步驟一和步驟二的氧化石墨烯水溶液的中氧化石墨烯的濃度為0.1-0.5mol/L，步驟一的氧化石墨烯與步驟二的氧化石墨烯的摩爾比為2:1。

二)一種耐磨環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料分散在乙醇中，然后用功率為300-1000W的超聲設備對所述溶液進行超聲處理0.5-5小時，得硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料的乙醇溶液，其中，硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料的濃度為0.01-20g/L；

2)在步驟1)所得的硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料的乙醇溶液中加入環(huán)氧樹脂，然后用攪拌器攪拌5-30分鐘，之后用功率為300-1000W的超聲設備進行超聲處理0.5-5小時，其中，環(huán)氧樹脂的濃度為200g/L；

3)將步驟2)制得的產(chǎn)物放入溫度為50-80℃的烘箱中，烘10-48小時，再用真空泵抽出乙醇，直至無氣泡為止；

4)向步驟3)制得的產(chǎn)物中加入固化劑594，在室溫下磁力攪拌10-20分鐘，然后邊磁力攪拌邊用真空泵抽取混合物中的氣泡，直至無氣泡為止，所述的固化劑594與環(huán)氧樹脂基體的比例為：20-30:100；

5)通過澆注工藝把步驟4)所得的物料澆注進入模具，最后固化得到所述的耐磨環(huán)氧樹脂復合材料。

所述的固化劑594的化學名稱為β，β’-二甲氨基乙氧基-1，3，6，2-三惡硼雜八環(huán)。

本發(fā)明的原理如下：氧化石墨烯因其表面具有羥基、環(huán)氧基、羧基等官能團，能夠與環(huán)氧樹脂有很好的親和性，因此具有相對好的分散性。同時，氧化石墨烯本身也有優(yōu)異的力學性能和耐磨性能。但是納米硫化鎢具有更加好的摩擦磨損性能，所以我們用氧化石墨烯為模板，先把納米硫化鎢修飾到氧化石墨烯上面得到硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料，再把硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料與環(huán)氧樹脂復合得到復合材料。

較之前的現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下有益效果：

采用片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料來提高環(huán)氧樹脂的耐磨性能，利用片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料的優(yōu)異性能和在環(huán)氧樹脂中的良好分散性使所制備的復合材料具有優(yōu)異的耐磨性能。

附圖說明

圖1是合成過程中沒有使用氧化石墨烯得到的硫化鎢的掃描電鏡圖；

圖2是合成過程中使用了氧化石墨烯得到的硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料的掃描電鏡圖。

圖3是隨著片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料含量變化比磨損量的變化。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進一步闡述，但是本發(fā)明不僅限于以下實施例：

實施例1-3是片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料的制備方法

步驟一：首先將鎢酸鈉、鹽酸羥胺和硫脲充分溶于氧化石墨烯水溶液中形成第一混合溶液，所述的鎢酸鈉、鹽酸羥胺、硫脲和氧化石墨烯的摩爾比為1:2:4:1；

步驟二：然后將十六烷基三甲基溴化銨加入氧化石墨烯水溶液中，并加熱使十六烷基三甲基溴化銨溶解形成第二混合溶液，之后將第二混合溶液和第一混合溶液混合，并加入氨水調節(jié)pH值為6，所述的十六烷基三甲基溴化銨與氧化石墨烯的摩爾比為0.5:5；

步驟三：最后將步驟二制得的產(chǎn)物放入高壓釜中，在150℃下反應24小時以上，對產(chǎn)物用無水乙醇和蒸餾水洗滌數(shù)次，即得到硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料；

步驟一和步驟二的氧化石墨烯水溶液的中氧化石墨烯的濃度為0.1mol/L，步驟一的氧化石墨烯與步驟二的氧化石墨烯的摩爾比為2:1。

實施例2

步驟一：首先將鎢酸鈉、鹽酸羥胺和硫脲充分溶于氧化石墨烯水溶液中形成第一混合溶液，所述的鎢酸鈉、鹽酸羥胺、硫脲和氧化石墨烯的摩爾比為1:2:4:10；

步驟二：然后將十六烷基三甲基溴化銨加入氧化石墨烯水溶液中，并加熱使十六烷基三甲基溴化銨溶解形成第二混合溶液，之后將第二混合溶液和第一混合溶液混合，并加入氨水調節(jié)pH值為6，所述的十六烷基三甲基溴化銨與氧化石墨烯的摩爾比為1:5；

步驟三：最后將步驟二制得的產(chǎn)物放入高壓釜中，在200℃下反應24小時以上，對產(chǎn)物用無水乙醇和蒸餾水洗滌數(shù)次，即得到硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料；

步驟一和步驟二的氧化石墨烯水溶液的中氧化石墨烯的濃度為0.5mol/L，步驟一的氧化石墨烯與步驟二的氧化石墨烯的摩爾比為2:1。

實施例3

步驟一：首先將鎢酸鈉、鹽酸羥胺和硫脲充分溶于氧化石墨烯水溶液中形成第一混合溶液，所述的鎢酸鈉、鹽酸羥胺、硫脲和氧化石墨烯的摩爾比為1:2:4:5；

步驟二：然后將十六烷基三甲基溴化銨加入氧化石墨烯水溶液中，并加熱使十六烷基三甲基溴化銨溶解形成第二混合溶液，之后將第二混合溶液和第一混合溶液混合，并加入氨水調節(jié)pH值為6，所述的十六烷基三甲基溴化銨與氧化石墨烯的摩爾比為0.8:5；

步驟三：最后將步驟二制得的產(chǎn)物放入高壓釜中，在180℃下反應24小時以上，對產(chǎn)物用無水乙醇和蒸餾水洗滌數(shù)次，即得到硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料；

步驟一和步驟二的氧化石墨烯水溶液的中氧化石墨烯的濃度為0.3mol/L，步驟一的氧化石墨烯與步驟二的氧化石墨烯的摩爾比為2:1。

實施例4-9是制備本發(fā)明耐磨環(huán)氧復合材料的方法

實施例4

1)將片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料分散在乙醇中，配制濃度為0.05g/L的溶液，然后，再用功率為300W的超聲設備對所述溶液進行超聲處理0.5小時，得片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料的乙醇溶液；

2)在步驟1)所得的片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料的乙醇溶液中加入環(huán)氧樹脂使其濃度為200g/L，得到混合液，并且用攪拌器攪拌混合液5分鐘，然后再用功率為300W的超聲設備對所述混合液進行超聲處理0.5小時；

3)將步驟2)經(jīng)超聲處理的混合液放入溫度為80攝氏度的烘箱中，烘10小時，再用真空泵抽出所述混合液中的乙醇溶劑，至混合液無氣泡止；

4)向步驟3)的混合液中加入與環(huán)氧樹脂基體材料的比例為：27:100固化劑594，在室溫下磁力攪拌10分鐘，得到混合物，然后邊磁力攪拌邊用真空泵抽取混合物中的氣泡，至混合物中無氣泡止；

5)通過澆注工藝把步驟4)所得的混合物澆注進入模具，最后固化得到復合材料制品。

實施例5

1)將片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料分散在乙醇中，配制濃度為20g/L的溶液，然后，再用功率為1000W的超聲設備對所述溶液進行超聲處理5小時，得片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料的乙醇溶液；

2)在步驟1)所得的片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料的乙醇溶液中加入環(huán)氧樹脂使其濃度為200g/L，得到混合液，并且用攪拌器攪拌混合液30分鐘，然后再用功率為1000W的超聲設備對所述混合液進行超聲處理5小時；

3)將步驟2)經(jīng)超聲處理的混合液放入溫度為80攝氏度的烘箱中，烘10小時，再用真空泵抽出所述混合液中的乙醇溶劑，至混合液無氣泡止；

4)向步驟3)的混合液中加入與環(huán)氧樹脂基體材料的比例為：26:100固化劑594，在室溫下磁力攪拌20分鐘，得到混合物，然后邊磁力攪拌邊用真空泵抽取混合物中的氣泡，至混合物中無氣泡止；

5)通過澆注工藝把步驟4)所得的混合物澆注進入模具，最后固化得到復合材料制品。

實施例6

1)將片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料分散在乙醇中，配制濃度為1g/L的溶液，然后，再用功率為500W的超聲設備對所述溶液進行超聲處理1小時，得片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料乙醇溶液；

2)在步驟1)所得的片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料的乙醇溶液中加入環(huán)氧樹脂使其濃度為200g/L，得到混合液，并且用攪拌器攪拌混合液10分鐘，然后再用功率為500W的超聲設備對所述混合液進行超聲處理1小時；

3)將步驟2)經(jīng)超聲處理的混合液放入溫度為50攝氏度的烘箱中，烘48小時，再用真空泵抽出所述混合液中的乙醇溶劑，至混合液無氣泡止；

4)向步驟3)的混合液中加入與環(huán)氧樹脂基體材料的比例為：22:100固化劑594，在室溫下磁力攪拌10分鐘，得到混合物，然后邊磁力攪拌邊用真空泵抽取混合物中的氣泡，至混合物中無氣泡止；

5)通過澆注工藝把步驟4)所得的混合物澆注進入模具，最后固化得到復合材料制品。

實施例7

1)將片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料分散在乙醇中，配制濃度為10g/L的溶液，然后，再用功率為800W的超聲設備對所述溶液進行超聲處理3小時，得片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料的乙醇溶液；

2)在步驟1)所得的片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料的乙醇溶液中加入環(huán)氧樹脂使其濃度為200g/L，得到混合液，并且用攪拌器攪拌混合液20分鐘，然后再用功率為800W的超聲設備對所述混合液進行超聲處理4小時；

3)將步驟2)經(jīng)超聲處理的混合液放入溫度為70攝氏度的烘箱中，烘36小時，再用真空泵抽出所述混合液中的乙醇溶劑，至混合液無氣泡止；

4)向步驟3)的混合液中加入與環(huán)氧樹脂基體材料的比例為：25:100固化劑594，在室溫下磁力攪拌20分鐘，得到混合物，然后邊磁力攪拌邊用真空泵抽取混合物中的氣泡，至混合物中無氣泡止；

5)通過澆注工藝把步驟4)所得的混合物澆注進入模具，最后固化得到復合材料制品。

實施例8

1)將片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料分散在乙醇中，配制濃度為5g/L的溶液，然后，再用功率為500W的超聲設備對所述溶液進行超聲處理1小時，得片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料的乙醇溶液；

2)在步驟1)所得的片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料的乙醇溶液中加入環(huán)氧樹脂使其濃度為200g/L，得到混合液，并且用攪拌器攪拌混合液15分鐘，然后再用功率為500W的超聲設備對所述混合液進行超聲處理1小時；

3)將步驟2)經(jīng)超聲處理的混合液放入溫度為80攝氏度的烘箱中，烘36小時，再用真空泵抽出所述混合液中的乙醇溶劑，至混合液無氣泡止；

4)向步驟3)的混合液中加入與環(huán)氧樹脂基體材料的比例為：30:100固化劑594，在室溫下磁力攪拌15分鐘，得到混合物，然后邊磁力攪拌邊用真空泵抽取混合物中的氣泡，至混合物中無氣泡止；

5)通過澆注工藝把步驟4)所得的混合物澆注進入模具，最后固化得到復合材料制品。

實施例9

1)將片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料分散在乙醇中，配制濃度為2g/L的溶液，然后，再用功率為600W的超聲設備對所述溶液進行超聲處理2小時，得片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料的乙醇溶液；

2)在步驟1)所得的片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料的乙醇溶液中加入環(huán)氧樹脂使其濃度為200g/L，得到混合液，并且用攪拌器攪拌混合液10分鐘，然后再用功率為400W的超聲設備對所述混合液進行超聲處理2小時；

3)將步驟2)經(jīng)超聲處理的混合液放入溫度為80攝氏度的烘箱中，烘48小時，再用真空泵抽出所述混合液中的乙醇溶劑，至混合液無氣泡止；

4)向步驟3)的混合液中加入與環(huán)氧樹脂基體材料的比例為：20:100固化劑594，在室溫下磁力攪拌20分鐘，得到混合物，然后邊磁力攪拌邊用真空泵抽取混合物中的氣泡，至混合物中無氣泡止；

5)通過澆注工藝把步驟4)所得的混合物澆注進入模具，最后固化得到復合材料制品。

圖1是合成過程中沒有使用氧化石墨烯得到的硫化鎢的掃描電鏡圖；圖2是合成過程中使用了氧化石墨烯得到的硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料的掃描電鏡圖。

如圖可知，圖2中的硫化鎢的分散效果明顯優(yōu)于圖1的分散效果。

圖3所示，在片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料含量為0-10％時，比磨損量逐漸減少，在片狀硫化鎢/氧化石墨烯納米復合材料含量大于10％，比磨損量逐漸增大。