[发明专利]一种导电环氧树脂基耐磨材料制备方法

说明书

本发明公开了一种导电环氧树脂基耐磨材料制备方法，通过材料配方设计，采用多种技术手段将碳纳米管、短切碳纤维和固体润滑剂均匀分散到环氧树脂基体中，固化成型得到环氧树脂基多元复合材料。巧妙利用了碳纳米管与短切碳纤维的双重协同作用：(1)两者在增强、增韧环氧树脂方面的协同作用；(2)两者可形成双尺度导电网络并协同提高环氧树脂的电导率。固体润滑剂在摩擦过程中转移到对偶表面形成固体润滑特性的转移膜。该发明公开的环氧树脂复合材料除具有高的强度、韧性和优异的耐磨性能外，还具有较高的电导率，用于制备摩擦副材料可避免静电电荷的积累，在制备油气装备领域所需的高可靠、长寿命摩擦副材料方面具有重要的潜力。

技术领域

本发明涉及耐磨材料领域，尤其涉及适用油气装备领域的环氧树脂基摩擦副材料制备方法。

背景技术

随着装备技术的发展，越来越多的运动机构在苛刻的边界润滑甚至干摩擦工况下运转，因此对摩擦副材料的可靠性与使用寿命提出了更高的要求。聚合物基复合材料由于其自润滑特性、高强重比和性能可设计等特点，越来越多用于制备运动机构的轴套、滑块和止推轴承等。为提高油气勘探和开采等装备的安全可靠性，避免摩擦静电的积累，除要求摩擦副材料具有较低摩擦系数与磨损率以外，往往还要求其中的摩擦副材料具有较高的电导率。

环氧树脂具有较高的强度、化学稳定性高和易于加工成型等特点，此外环氧树脂材料的性价比高，然而纯环氧树脂本身的断裂韧性和耐磨性较低，不适合作为耐磨材料使用。虽然利用微米颗粒或短切纤维增强的方式可提高环氧树脂复合材料的韧性和耐磨性能，然而以上常规环氧树脂复合材料的电导率偏低。

碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成，按照石墨烯片的层数可分为：单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有优异的力学和电学性能。很多研究学者已发现在环氧树脂基体中分散少量(高于阈值)的碳纳米管可显著提高材料的电导率，此外也发现碳纳米管对环氧树脂的增强与增韧作用。然而，应当指出，少量碳纳米管对环氧树脂材料的增强与增韧作用有限，并且不能显著提高材料的摩擦学性能。提高碳纳米管的含量将提高复合材料成本，其次可大幅升高环氧树脂的粘度，降低环氧树脂材料的加工成型性。耦合碳纳米管、常规短切碳纤维以及固体润滑剂的优势，设计制备多元环氧树脂基复合材料是发展导电耐磨材料的有效途径，但目前尚没有耦合以上三类功能填料的环氧树脂基复合材料的公开报导。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种低成本、易于工业化生产的适用于油气装备领域的导电环氧树脂基耐磨材料的设计及其制备方法。

为解决上述问题，本发明所述的导电环氧树脂基耐磨材料同时引入碳纳米管、短切碳纤维和固体润滑剂等三类功能填料，其制备方法包括以下步骤：

(1)将碳纳米管加入到环氧树脂中，利用真空高速分散机搅拌，分散盘转速为1000-3000rpm，分散10分钟以上，得到碳混合物A；

(2)利用三辊研磨机研磨混合物A，先采用较大辊间距研磨，之后用较小辊间距研磨。三辊研磨机利用辊筒表面的相互挤压及不同速度产生的巨大剪切力而达到研磨效果。利用三辊研磨工艺，保证碳纳米管在环氧树脂基体中均匀分散，得到混合物B；

(4)在B中依次加入短切碳纤维和的固体润滑剂填料，分散机转速为500rpm-3000rpm,分散时间为5-30分钟，得到混合物C；

(5)在C中加入一定比例的固化剂，利用真空分散机以500-2000rpm的转速继续搅拌混合3-10min，得到混合物D；

(6)将所述混合物D倒入模具中进行固化，脱模定型后，即得到导电的环氧树脂基耐磨材料。

所述环氧树脂基耐磨材料中，碳纳米管、短切碳纤维和固体润滑剂颗粒的体积含量范围分别为0.1％-5％、3％-40％、3％-30％。其它为树脂基体材料。

所述步骤(1)中环氧树脂为双酚A型环氧树脂。