[发明专利]一种耐磨耐热环氧复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种耐磨耐热环氧复合材料及其制备方法，包括环氧树脂基体材料和均匀分散于该环氧树脂基体材料中的ZrO₂/Ti₃C₂纳米复合材料，所述ZrO₂/Ti₃C₂纳米复合材料相对于环氧树脂基体材料的0.1‑3wt％，所述环氧复合材料是将ZrO₂/Ti₃C₂纳米复合材料和环氧树脂在季铵盐存在下固化得到。所述耐磨耐热环氧复合材料制备方法简单，原料易得。本发明制备得到的耐磨耐热环氧复合材料比普通的环氧材料具有更低的磨耗率，同时兼具较高的玻璃化温度，而且其抗拉强度也有一定程度提升，特别适合用作在高温环境下的耐磨器件。

技术领域

本发明属于聚合物基复合材料的制备领域，具体地说是涉及一种耐磨耐热环氧复合材料制备方法。

背景技术

环氧树脂是一类具有杰出力学性能、高化学稳定性、低收缩率的热固性树脂，其作为基体树脂制造的复合材料被广泛应用在航空航天、轨道交通、体育运动器材等领域。然而，固化形成的三维交联网络结构使得环氧树脂表现出一定的脆性和较差的耐磨性。并且，环氧树脂较差的耐热性也难以满足日益发展的工程技术要求，从而也限制了其应用。因此，改善耐磨性和耐热性对于环氧树脂的实际应用具有重要意义。

提高环氧树脂耐磨性的主要途径是通过在环氧树脂中添加耐磨填料以提高环氧树脂的交联网络强度或降低摩擦系数，从而提高其耐磨性。研究证明，纳米橡胶、TiO₂、Al₂O₃等能够有效改善环氧树脂的耐磨性。提高环氧树脂耐热性的主要方法包括：开发具有耐热性骨架的环氧树脂；合成具有新型结构的环氧树脂固化剂；与无机纳米材料共混或共聚。研究表明，经过表面处理的纳米材料在基体中起到交联点的作用，使体系的交联密度增大、玻璃化转变温度Tg升高，从而提高耐热性。

MXene是一类具有优异电学、热学、力学和光学等性能的二维过渡金属碳氮化物材料，用通式可表示为M_n+1X_n(n＝1～3)，其中M代表前过渡金属，X是碳、氮或两者都有，其表面含有丰富的终止基团，例如-OH、-F等。其中，Ti₃C₂是一种典型的MXene材料，其具有较高的机械强度和较低的摩擦系数。研究发现，往超高分子量聚乙烯(UHMWPE)中添加Ti₃C₂颗粒可以有效降低UHMWPE的摩擦系数，提高UHMWPE耐磨性。因此，通过添加Ti₃C₂颗粒预计可以有效提高环氧树脂的耐磨性。

ZrO₂是一类常用的金属氧化物无机填料，其具有优异的耐磨性、耐化学性、高硬度和高耐热性。研究表明，纳米ZrO₂填料不但能够改善环氧树脂的耐磨性，同时还能够有效提高其耐热性。然而，由于纳米级材料的极易团聚现象，纳米ZrO₂对环氧树脂耐磨性和耐热性的提高效果受到了严重制约。因此，提高纳米ZrO₂在环氧树脂中的分散程度是制备耐磨耐热环氧复合材料过程中的关键问题之一。