[發明專利]一種環氧樹脂復合涂層溶液、其制備方法及使用方法

在審

• 申請號: 201410204737.5
• 申請日: 2014-05-13
• 公開（公告）號: CN103965745A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 趙文杰;伍方;曾志翔;鄭文茹;烏學東;薛群基
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C09D163/02
• 分類號: C09D163/02;C09D7/12;B05D7/24
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 單英

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種環氧樹脂復合涂層溶液、其制備方法及使用方法。

背景技術

環氧樹脂通常是指含有兩個或兩個以上環氧基團，能發生開環聚合制備三維網狀不溶不熔材料的低聚物，有時也泛指具有類似性質的環氧化合物。環氧樹脂具有良好的粘結性、耐腐蝕性、絕緣性、高強度等性能，廣泛應用于化工防腐、機械制造、航空航天、船舶運輸、化學建材、水利電力等領域。但是，由于環氧樹脂固化物呈三維網絡狀結構，具有很高的交聯密度，質脆，易產生裂紋，摩擦學性能難以滿足工程技術要求，使其應用受到一定的限制。因此，提高環氧樹脂的摩擦學性能，尤其是在嚴酷的條件下，使環氧樹脂獲得良好的減摩耐磨性能具有十分重要的意義。

近年來，采用微納米填料填充環氧樹脂，以改善其摩擦學性能是研究的熱點。L.Chang等人以不同含量的短碳纖維、石墨、聚四氟乙烯和納米二氧化鈦為填料，以環氧樹脂為基體制取了多種復合材料，比較了它們的摩擦因數、耐磨指標性和接觸溫度等參數。試驗結果表明，納米二氧化鈦的加入可以顯著降低摩擦因數，從而降低纖維增強環氧復合材料的接觸溫度，最終使復合材料的耐磨性大大加強，甚至能夠適用于極端摩擦環境，例如在高接觸壓力和高滑行速度條件下的摩擦接觸。M.Esteves等用有機蒙脫土改性環氧樹脂的摩擦和機械性能，有效地增加了樹脂的楊氏模量，降低了樹脂的磨損率。Xiao-Jun Shen等用氧化石墨烯改性環氧樹脂，發現與SiO₂、Al₂O₃等其他填料相比，氧化石墨烯在一個很低的含量下就能有效地增強環氧樹脂的耐磨性。Chelliah Anand Chairman等分別將玻璃和玄武巖纖維填充到環氧樹脂中，發現玄武巖纖維與環氧樹脂之間由于具有良好的結合而有利于增加耐磨性，而玻璃纖維與環氧樹脂間結合較差而不耐磨。

石墨烯，即單層石墨，是只有一個碳原子厚度的二維納米材料，它可以翹曲成零維的富勒烯，卷成一維的碳納米管或者堆垛成三維的石墨，是所有碳類材料的組成單元。石墨烯是碳原子以sp²雜化的單層堆垛而成的二維原子晶體，具有良好的熱性能、機械性能和潤滑性。近年來，以石墨烯為分散相的石墨烯復合材料成為研究熱點，但其研究主要集中在復合材料的機械性能、力學性能和熱學性能等方面，而對復合材料的摩擦性能方面的研究較少。

發明內容

本發明針對環氧樹脂涂層在摩擦學性能方面的不足，提供一種環氧樹脂復合涂層溶液，使用該復合涂層液制備基體表面的涂層時，得到的涂層具有低摩擦系數與優異耐磨性。

本發明所采用的技術方案為：一種環氧樹脂復合涂層溶液，由溶劑、環氧樹脂與石墨烯構成，石墨烯均勻分散在溶液中，并且石墨烯質量占環氧樹脂質量的0.1～10％。

所述的環氧樹脂不限，包括雙酚A型環氧樹脂等。

所述的溶劑不限，包括二甲苯、正丁醇、乙醇、丙酮等溶劑中的一種溶劑或兩種以上溶劑組合的混合溶劑。

作為優選，所述的石墨烯質量占環氧樹脂質量的0.2～5％。進一步優選，所述的石墨烯質量占環氧樹脂質量的0.2～2％。更優選，所述的石墨烯質量占環氧樹脂質量的0.25～1％。最優選，所述的石墨烯質量占環氧樹脂質量的0.25～0.75％。

在溶液配制中，當石墨烯加入環氧樹脂溶液中時易發生團聚，因此作為優選，所述的石墨烯是硅烷偶聯劑改性的石墨烯，即硅烷偶聯劑通過偶聯反應偶聯在石墨烯表面。

所述的硅烷偶聯劑不限，包括KH550、KH560、KH570、KH580、KH590等中的一種或幾種的混合。

所述的硅烷偶聯劑改性的石墨烯的一種制備方法是：將石墨烯與硅烷偶聯劑溶于第一溶劑中，分散均勻后在40～80℃水浴環境中機械攪拌，使硅烷偶聯劑通過偶聯反應偶聯在石墨烯表面，然后用去離子水等洗滌除去表面殘留的硅烷偶聯劑，干燥后得到硅烷偶聯劑改性的石墨烯。作為優先，所述的干燥溫度為80～150℃，干燥時間為12～72小時。

上述硅烷偶聯劑改性的石墨烯的制備方法中，作為優選，所述的石墨烯與硅烷偶聯劑的質量比為1:5～1:100，進一步優選為1:10～1:30。所述的第一溶劑不限，優選為去離子水和乙醇的混合溶液，其質量比優選為1:1～1:50，更優選為1:10～1:20。

本發明還提供了一種制備上述環氧樹脂復合涂層溶液的方法，具體為：將環氧樹脂溶于所述溶劑中制得環氧樹脂溶液，在其中加入石墨烯，分散均勻，得到環氧樹脂復合涂層溶液。

作為優選，所述的石墨烯是硅烷偶聯劑改性的石墨烯。