[发明专利]一种分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种分级结构层状硅酸镍的合成方法，包括：将六水合硝酸镍、对苯二甲酸按照一定比例溶解在N,N‑二甲基甲酰胺中进行水热反应，制得具有二维形貌结构的金属有机框架纳米片，进而再次用水热法使金属有机框架纳米片与九水合硅酸钠进行水热反应，使其表面形成大量的细小片层，经离心、洗涤、干燥后制得具有分级结构的层状硅酸镍；本发明还公开了一种分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料的制备方法。本发明公开的分级结构层状硅酸镍具有独特的跨尺度片层结构，不但能在环氧树脂中分散均匀，显著提高了环氧树脂的力学性能，同时还大幅降低了环氧树脂复合材料的磨损速率，显示了极为优异的抗磨损能力，在环氧树脂的复合增强和耐磨改性方面具有巨大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及改性环氧树脂复合材料领域，尤其涉及一种分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

环氧树脂是一种多用途的热固性高分子，在其主链结构中含有刚性苯环和两个或两个以上的环氧环，具有良好的耐化学腐蚀能力、粘结强度、介电性能、力学性能等，作为工程塑料、功能涂料等被广泛应用在航空航天、国防军事、运输工程和石油化工等领域。然而，环氧树脂在固化过程中形成的三维交联网络结构使其分子链难以运动、脆性大和不耐磨，导致环氧树脂相关产品在力学强度和耐磨性能要求较高的领域受到很大限制。

利用无机纳米材料的填充改性能够很好地提高环氧树脂的力学强度、弹性模量和硬度，从而显著改善了材料的抗磨损能力，其中尤以具有片层结构的二维纳米材料效果最为显著。研究表明，在摩擦过程中，二维纳米材料在强烈的摩擦作用下从基体中脱落，并发生片层解离附着在摩擦区域有利于促进形成高质量的摩擦转移层，从而大幅降低了材料的磨损速率和磨损量，同时还能在一定程度上减小摩擦系数，起到减摩和耐磨的效果。然而，通常的二维层状材料的片层之间因范德华力作用而难以分散，需要耗费巨大的时间和成本进行提前剥层处理，否则会形成大量的团聚，难以在环氧基体中均匀分散而导致环氧树脂复合材料的性能恶化。因此，开发一种在环氧树脂中分散能力强且界面相容性好新型二维层状纳米材料，对于提高环氧树脂的力学和摩擦磨损性能显得尤为重要和必要。

发明内容

针对背景技术中存在的技术问题，本申请提出了一种分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料及其制备方法。本发明利用工艺简便且条件可控的水热法首先制备了金属有机框架纳米片，进而获得了分级结构层状硅酸镍，随后将这种分级结构层状硅酸镍引入环氧树脂作为功能填料，通过溶液共混法制备了分级结构层状硅酸镍在基体中分散均匀、力学性能大幅提高而磨损速率显著降低的环氧树脂复合材料。

技术内容如下：

一种分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料，其特征在于：主料为环氧树脂，填料为分级结构层状硅酸镍；其中，所述的分级结构层状硅酸镍的用量为环氧树脂重量的1％-7％。

所述的分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、称取一定量的分级结构层状硅酸镍加入25mL的丙酮溶液中，用超声波细胞粉碎机处理1h进行预分散，得到分级结构层状硅酸镍悬浮液；

S2、称取一定量的环氧树脂，在强烈搅拌的情况下将S1中所得分级结构层状硅酸镍悬浮液缓慢滴加到环氧树脂溶液，强烈搅拌2-6h，得到环氧混合溶液；

S3、在持续强烈搅拌的情况下，将固化剂迅速加入S2中所得环氧混合溶液，继续强烈搅拌1-3h；

S4、将S3中所得产物浇注到硅胶模具中，经真空脱气和高温固化成型，制得分级结构层状硅酸镍改性环氧树脂复合材料。

优先地，所述步骤S2中的环氧树脂溶液在70℃预热20-50min；

优选地，所述步骤S3中的固化剂为4,4-二氨基二苯基甲烷，与环氧树脂的质量比为26.5：100。

优选地，所述步骤S3中的固化剂在90-120℃加热至液态，优选为105℃；