-HNTs環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料的制備領(lǐng)域，具體涉及一種Fe203-HNTs環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 埃洛石納米管（HNTs)作為一種新型的無機(jī)納米材料，具有高的比表面積，較強(qiáng)的 熱穩(wěn)定性，豐富的表面活性基團(tuán)，與碳納米管具有相似的結(jié)構(gòu)形態(tài)，還具有良好的生物兼容 性，可再生性，同時(shí)又有優(yōu)異的力學(xué)性能，是一種可以很好代替碳納米管與石墨烯的納米材 料。
[0003] 環(huán)氧樹脂（EP)，內(nèi)應(yīng)力大、質(zhì)地脆硬、交聯(lián)密度高、耐磨性差、固化過程中由于溶劑 揮發(fā)而形成許多微孔道等缺陷。但將環(huán)氧樹脂中加入埃洛石納米管后，能夠改善復(fù)合材料 的熱穩(wěn)定性、韌性、沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等性能。但現(xiàn)有技術(shù)中將埃洛石納米管添加到環(huán)氧 樹脂中，其環(huán)氧樹脂的耐磨性能并不能得到非常有效的改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)上述不足之處而提供了一種Fe203-HNTs環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方 法，該方法通過在埃洛石納米管外表面負(fù)載了一層納米Fe203顆粒，制備了納米Fe203-HNTs 雜化材料，然后再通過溶液共混法將其分散在環(huán)氧樹脂中，從而使Fe203-HNTs環(huán)氧樹脂復(fù) 合材料在提高其韌性的同時(shí)又明顯改善了其耐磨性。
【附圖說明】
[0005] 圖1為樣品1放大5000倍的SEM圖片；
[0006] 圖2為樣品1放大10000倍的SEM圖片；
[0007] 圖3為樣品2放大5000倍的SEM圖片；
[0008] 圖4為樣品2放大10000倍的SEM圖片；
[0009] 圖5為樣品3放大5000倍的SEM圖片；
[0010] 圖6為樣品3放大10000倍的SEM圖片；
[0011] 圖7為樣品4放大5000倍的SEM圖片；
[0012] 圖8為樣品4放大10000倍的SEM圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 實(shí)施例1
[0014] Fe203-HNTs環(huán)氧樹脂復(fù)合材料樣品1的制備方法：
[0015] (1)將5gFe203-HNTs雜化材料加入100mL的混合溶液（體積比，無水乙醇：去離 子水=1:1)，超聲分散20min，然后加入5gKH560硅烷偶聯(lián)劑，超聲分散15min，再將混合溶 液移入三口燒瓶，在80°C下回流4h，用甲醇除去未反應(yīng)的KH560,最后用濾膜過濾，得到濕 產(chǎn)品，經(jīng)真空干燥24h后研細(xì)備用；
[0016] 其中，F(xiàn)e203-HNTs雜化材料的制備方法為：取0. 6的三氯化鐵溶解于20ml去離子 水，配制成30g/L的？6(：13溶液然后超聲攪拌20min。將0. 2g的埃洛石納米管分散于100ml 去離子水中，超聲攪拌l〇min，配置0. 5%的聚乙烯醇溶液，40°C水浴和強(qiáng)烈攪拌下，將埃洛 石納米管懸浮液緩慢滴加到三氯化鐵溶液中，攪拌lOmin后滴加10ml0. 5%的聚乙烯醇溶 液，強(qiáng)烈攪拌lOmin后加入5g尿素，繼續(xù)反應(yīng)30min后，升溫至80°C后用10%氨水調(diào)節(jié)pH 至8后繼續(xù)反應(yīng)4h，將反應(yīng)產(chǎn)物離心分離，用蒸餾水反復(fù)清洗，真空烘干，研磨，在350°C下 煅燒3h，得到Fe203-HNTs雜化材料。
[0017] (2)稱取3g固化劑EponHPT1061(Shell公司開發(fā)）、15g環(huán)氧樹脂E51，溶解于 15mL對(duì)二甲苯溶劑中，然后將0. 75g步驟（1)處理后的Fe203-HNTs粉體與其混合，攪拌混 勻后超聲分散30min，配成含處理后的Fe203-HNTs粉體4% (占固體物質(zhì)總重量的百分含 量）的混合漿液，將其均勻噴涂在圓形的玻璃片上，在常溫下放置30min，接著110°C烘烤 lh，220°C烘烤1. 5h，得到樣品1，重量為54. 9155g。
[0018] 實(shí)施例2
[0019] Fe203-HNTs環(huán)氧樹脂復(fù)合材料樣品2的制備方法：
[0020] (1)將5gFe203-HNTs雜化材料加入100mL的混合溶液（體積比，無水乙醇：去離 子水=1:1)，超聲分散20min，然后加入5gKH560硅烷偶聯(lián)劑，超聲分散15min，再將混合溶 液移入三口燒瓶，在80°C下回流4h，用甲醇除去未反應(yīng)的KH560,然后用濾膜過濾，得到濕 產(chǎn)品，經(jīng)真空干燥24h后研細(xì)備用；
[0021] 其中，F(xiàn)e203-HNTs雜化材料的制備方法與實(shí)施例1中相同；
[0022] (2)稱取3g固化劑EponHPT1061(Shell公司開發(fā)）、15g環(huán)氧樹脂E51，溶解于 15mL二甲苯溶劑中，然后將0. 3673g步驟⑴處理后的Fe203-HNTs粉體與其混合，攪拌混 勻后超聲分散30min，配成含處理后的Fe203-HNTs粉體2% (占固體物質(zhì)總重量的百分含 量）的混合漿液，將其均勻噴涂在圓形的玻璃片上，在常溫下放置30min，接著110°C烘烤 lh，220°C烘烤1. 5h，得到樣品2,重量為53. 8772g。
[0023] 實(shí)施例3
[0024] Fe203-HNTs環(huán)氧樹脂復(fù)合材料樣品3的制備方法：
[0025] (1)將5gFe203-HNTs雜化材料加入100mL的混合溶液（體積比，無水乙醇：去離 子水=1:1)，超聲分散20min，然后加入5gKH560硅烷偶聯(lián)劑，超聲分散15min，再將混合溶 液移入三口燒瓶，在80°C下回流4h，用甲醇除去未反應(yīng)的KH560,然后用濾膜過濾，得到濕 產(chǎn)品，經(jīng)真空干燥24h后研細(xì)備用；
[0026] 其中，F(xiàn)e203-HNTs雜化材料的制備方法與實(shí)施例1中相同；
[0027] (2)稱取3g固化劑EponHPT1061(Shell公司開發(fā)）、15g環(huán)氧樹脂E51，溶解于 15mL對(duì)二甲苯溶劑中，然后將0. 1818g步驟⑴處理后的Fe203-HNTs粉體與其混合，攪拌 混勻后超聲分散30min，配成含處理后的Fe203-HNTs粉體1% (占固體物質(zhì)總重量的百分 含量）的混合漿液，將其均勻噴涂在圓形的玻璃片上，在常溫下放置30min，接著110°C烘烤 lh，220°C烘烤1. 5h，得到樣品3,重量為59. 7704g。
[0028] 實(shí)施例4
[0029] Fe203-HNTs環(huán)氧樹脂復(fù)合材料樣品4的制備方法：
[0030] 稱取3g固化劑EponHPT1061 (Shell公司開發(fā)）、15g環(huán)氧樹脂E51，溶解于15mL 對(duì)二甲苯溶劑中，攪拌混勻后超聲分散30min，配成不含F(xiàn)e203-HNTs粉體的混合漿液，將其 均勻噴涂在圓形的玻璃片上，在常溫下放置30min，接著110°C烘烤lh，220°C烘烤1. 5h，得 到樣品4,重量為56.4174g。
[0031 ] 對(duì)Fe203-HNTs環(huán)氧樹脂復(fù)合材料進(jìn)行SEM實(shí)驗(yàn)和耐磨性實(shí)驗(yàn)：
[0032] SEM實(shí)驗(yàn)：分別將樣品1、樣品2、樣品3、樣品4脆斷后表面噴金，在JSM-7500F型 掃描電子顯微鏡下進(jìn)行觀察和拍照，觀察不同比例納米粉體在樹脂中的分散情況，結(jié)果見 圖 1-8〇
[0033] 耐磨性實(shí)驗(yàn)：用B⑶523ABRASER型耐磨儀測(cè)試樣品1、樣品2、樣品3、樣品4的 耐磨性，每個(gè)樣品進(jìn)行3次實(shí)驗(yàn)，計(jì)算記錄磨損前后重量，每次的損失量及最終的平均損 失量。耐磨儀主要參數(shù)：采用美國CS-17轉(zhuǎn)子，載荷lkg，旋轉(zhuǎn)圈數(shù)1000r(滑動(dòng)距離約為 18840cm)，用萬分之一天平測(cè)其磨損量，結(jié)果見表1。
[0034] 表1各樣品的耐磨性試驗(yàn)結(jié)果
[0035]
[0036] SEM實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析：從圖7、圖8分別表示樣品4斷層放大5000倍和10000倍的 SEM圖，可以明顯看到，不含F(xiàn)e203-HNTs粉體的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料斷面比較平滑整齊，屬于 脆性斷裂。圖5、圖6分別表示樣品3斷層放大5000倍和10000倍的SEM圖，可以看出，當(dāng) 加入Fe203-HNTs粉體的量為1% (相對(duì)于固體復(fù)合材料）時(shí)，一部分表現(xiàn)出與樣品4 一樣的 脆性斷裂，另一部分?jǐn)嗝孀兊么植?，表現(xiàn)出韌性斷裂，表明環(huán)氧復(fù)合涂層內(nèi)部并沒有完全充 滿雜化材料。圖3、圖4分別表示樣品2斷層放大5000倍和10000倍的SEM圖，可以看到斷 面紋路均一，是典型的韌性斷裂，說明填料分散良好，樣品也表現(xiàn)出很好的力學(xué)性能與耐腐 蝕性能。圖1、圖2分別表示樣品1斷層放大5000倍和10000倍的SEM圖，樣品1斷面紋路 不夠均一，雖然也表現(xiàn)出一定的韌性斷裂形態(tài)，但效果沒有樣品2好，這是因?yàn)闃悠?中的 Fe203-HNTs粉體含量過高，導(dǎo)致復(fù)合材料出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，使得Fe203-HNTs不能均勻的分散在 環(huán)氧樹脂中，因此復(fù)合材料表現(xiàn)出的抗腐蝕性能和耐磨性不如樣品2效果好。
[0037] 耐磨性實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析：添加了Fe203-HNTs粉體的復(fù)合材料耐磨性有所提高，但 樣品1添加的Fe203-HNTs粉體含量偏高，導(dǎo)致復(fù)合材料出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，不能起到很好的耐 磨效果；樣品3添加的Fe203-HNTs粉體含量偏低，使得復(fù)合材料的耐磨作用較小；樣品2中 的Fe203-HNTs粉體能均勻地分散在環(huán)氧樹脂中，耐磨效果最佳。添加Fe203-HNTs粉體的 環(huán)氧樹脂復(fù)合材料相對(duì)于僅添加相同重量的HNTs的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的耐磨性能提高了 13% -29%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種Fe 203-HNTs環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 將Fe2O3-HNTs雜化材料加入無水乙醇和去離子水以體積比為1:1的混合溶液超聲 分散20min，然后加入KH560硅烷偶聯(lián)劑，超聲分散15min，再將混合溶液移入三口燒瓶，在 80°C下回流4h，用甲醇除去未反應(yīng)的KH560硅烷偶聯(lián)劑，最后用濾膜過濾，得到濕產(chǎn)品，經(jīng) 真空干燥24h后研細(xì)備用；其中，F(xiàn)e 2O3-HNTs雜化材料與無水乙醇和去離子水以體積比為 1:1的混合溶液的質(zhì)量體積比為1:20 ;Fe203-HNTs雜化材料與KH560硅烷偶聯(lián)劑的重量比 為 1:1 ; (2) 將固化劑和環(huán)氧樹脂溶解于有機(jī)溶劑中，然后將步驟（1)處理后的Fe2O3-HNTs粉 體與其混合，攪拌混勻后超聲分散30min，然后將其均勻噴涂在圓形的玻璃片上，在常溫下 放置30min，接著IKTC烘烤lh，220°C烘烤I. 5h，得Fe2O3-HNTs環(huán)氧樹脂復(fù)合材料；其中， 固化劑和環(huán)氧樹脂的重量比為1:5 ;有機(jī)溶劑為對(duì)二甲苯或?qū)Χ妆胶铜h(huán)己酮以體積比為 1:1的混合物；環(huán)氧樹脂與有機(jī)溶劑的質(zhì)量體積比1:1 ;添加步驟（1)處理后的Fe2O3-HNTs 粉體的量占固體物質(zhì)總重量的百分含量為1%~4%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Fe2O3-HNTs環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征在于， 步驟⑵中添加步驟⑴處理后的Fe 2O3-HNTs粉體的量占固體物質(zhì)總重量的百分含量為 2%~4%〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法制備得到的Fe 203-HNTs環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Fe2O3-HNTs環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其制備方法包括以下步驟：(1)將Fe2O3-HNTs雜化材料加入無水乙醇和去離子水的混合溶液超聲分散，然后加入KH560超聲分散，再將混合溶液移入三口燒瓶，80℃回流，用甲醇除去未反應(yīng)的KH560硅烷偶聯(lián)劑，最后用濾膜過濾、真空干燥后研細(xì)備用；(2)將固化劑和環(huán)氧樹脂溶解于有機(jī)溶劑，將步驟(1)處理后的Fe2O3-HNTs粉體與其混合，攪拌混勻后超聲分散，再在常溫下放置、110℃烘烤、220℃烘烤，得Fe2O3-HNTs環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。該方法制備出的Fe2O3-HNTs環(huán)氧樹脂復(fù)合材料具有很強(qiáng)的韌性和耐磨性。
【IPC分類】C08K7/26, C08K3/22, C08L63/00, C08K9/12
【公開號(hào)】CN105038122
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510342479
【發(fā)明人】何毅, 丁億鑫
【申請(qǐng)人】成都石大力盾科技有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年6月18日