[发明专利]一种耐磨抗紫外老化环氧复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种耐磨抗紫外老化环氧复合材料及其制备方法，所述环氧复合材料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TiO₂/Ti₃C₂纳米复合材料，所述TiO₂/Ti₃C₂纳米复合材料占环氧树脂基体材料的0.1‑3wt％；所述环氧复合材料是将TiO₂/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抗紫外老化环氧复合材料比普通的环氧材料具有更低的磨耗率，同时兼具优异的抗紫外老化性能，而且其抗拉强度也有一定程度提升，特别适合用作耐磨器件，比如制造耐磨汽车零部件、耐磨体育运动器材。

技术领域

本发明属于环氧树脂复合材料领域，具体而言，涉及一种耐磨抗紫外老化环氧复合材料及其制备方法。

背景技术

环氧树脂是一类具有优异机械性能、电绝缘性和化学稳定性的热固性聚合物，作为增强型复合材料的基质树脂，其已被广泛用于航空航天、汽车及电子电气等工程领域。然而，环氧树脂固有的三维网络结构使得其表现出较差的耐磨性。并且，如长期在紫外光照环境下使用，环氧树脂易产生老化降解。因此，改善耐磨性和抗紫外老化性对于环氧树脂的实际应用具有重要意义。

通过在环氧树脂中添加有机或无机耐磨填料是提高耐磨性的主要途径。耐磨填料能够降低环氧树脂的摩擦系数或提高交联网络强度，从而提高其耐磨性。研究证明，纳米橡胶、PTFE、石墨粉、纳米TiO₂、Al₂O₃等能够有效改善环氧树脂的耐磨性。提高环氧树脂抗紫外老化性则主要是通过添加有机或无机紫外吸收剂来实现。一般来说，有机紫外吸收剂的光热稳定性较差，在聚合物中能够被缓慢破坏和消耗，从而使得被保护聚合物材料逐渐丧失抗紫外能力；而无机紫外吸收剂，例如ZnO、TiO₂等则具有较好的光热稳定性和较强的紫外吸收能力，同时还可能提高聚合物材料的机械强度。

近年来，一类名为MXene的二维过渡金属碳氮化物材料吸引了研究者们愈来愈多的关注。它们具有优异的电学、热学、力学和光学等性能，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、氮中的一种或两种的组合，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、被广泛研究的MXene材料。Ti₃C₂具备较高的机械强度和较低的摩擦系数，在固体润滑和聚合物增强等领域展现出了良好的应用前景。张等人研究发现，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。

TiO₂是一种常用的紫外吸收材料，具有强紫外吸收能力、高稳定性、安全无毒等特点。纳米TiO₂具有较小的尺寸和较大的比表面积，因而表现出较强的紫外吸收能力，已在化妆品领域被广泛用作防晒添加剂。同时还有研究证明，纳米TiO₂也能够提高环氧树脂的耐磨性。然而，纳米TiO₂在环氧树脂中极易产生团聚，这样使得其对环氧材料耐磨性和抗紫外老化性的提高效果大打折扣。因此，提高纳米TiO₂在环氧树脂中的分散程度成为耐磨抗紫外老化环氧复合材料制备过程中的关键问题之一。