一种Ag/BNNSs纳米材料改性环氧树脂复合涂层制造技术

本发明专利技术公开了一种银/六方氮化硼纳米杂化材料改性环氧树脂自润滑复合涂层的制备方法。主要的步骤如下：首先，通过简单、反应条件温和的水热法剥离制备出六方氮化硼纳米片，再通过水热法制备银/六方氮化硼纳米杂化材料，之后，将银/六方氮化硼纳米片杂化材料按一定比例加入环氧树脂、固化剂与有机溶剂中，机械搅拌、超声分散，得到混合溶液。最后，将上述混合溶液喷涂于基材上，自然干燥后置入真空干燥箱中固化成型，获得环氧树脂自润滑复合涂层。本发明专利技术制备的复合涂层表现出低的摩擦系数和高的抗磨性能，且反应条件温和，制备方法操作简单，易于制备大面积减摩耐磨表面，适宜于大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种Ag/BNNSs纳米材料改性环氧树脂复合涂层
：本专利技术涉及一种环氧树脂自润滑复合材料，具体地说，本专利技术涉及一种银/六方氮化硼纳米杂化材料润滑剂填充改性环氧树脂自润滑复合材料。
技术介绍
：近年来在摩擦学领域自润滑复合材料是为解决特定工况条件下材料的摩擦磨损问题而发展起来的一类具有特殊用途的新材料，机械强度高和摩擦性能好的自润滑复合材料的开发成为摩擦学领域的重要热点。聚合物基自润滑复合材料以其重量轻、成型性好等优点也受到此领域的研发人员的关注。纯聚合物具有耐腐蚀性、优良的化学稳定性、质轻和阻尼减震性能优异的性能，但往往会存在耐磨性差的缺点，不能满足极端工况条件下的使用，因此高性能聚合物基自润滑复合涂层的设计并制备至关重要。Zhang等人通过简便有效的水热法合成了RGO/ZnS杂化材料，用以提高环氧树脂复合涂层的摩擦学性能，并有效的改善了纳米粒子易团聚问题；当ZnS纳米颗粒添加到环氧树脂涂层中时，显示出严重的团聚现象；而对于RGO/ZnS杂化材料，ZnS纳米颗粒能够均匀的附着在RGO纳米片上，减轻了ZnS纳米粒子的团聚现象，这将使ZnS纳米粒子在RGO纳米片限制下沿剪切力方向产生滚动和滑动现象，从而提高RGO/ZnS/EP复合涂层的摩擦磨损性能。环氧树脂是一种重要的热固性聚合物，它具有高粘接强度、高化学稳定性、优异的机械性能和抗腐蚀性能、良好的绝缘性、低毒、低成本和高适应性等优异性能，使其发展成为先进复合材料的主要基体材料，并广泛的应用在机械制造、船舶、电子器件和涂料等领域。为了适应更为恶劣的使用环境，对环氧树脂的摩擦学性能提出来更高的要求。由于环氧树脂的三维网络结构和高交联密度造成了高脆性和差的摩檫学性能。因此，通过添加各种具有良好机械性能和自润滑性能的填料来提高环氧树脂的摩擦学性能。六方氮化硼(h-BN)纳米片作为类石墨烯的二维片状纳米材料，又称为“白色石墨烯”，显示出显著的热和化学稳定性，以及同样具有良好的机械性能，吸附性能和高的导热系数以及低的膨胀系数、宽的能带隙、好的抗氧化性，优良的润滑性能；由于六方氮化硼纳米片的表面积大且惰性强、表面官能团很少，中间层范德华力的相互作用较强，在与聚合物复合过程中团聚现象较为严重，通常需要对其进行剥离并进行表面改性（官能团化）的化学修饰，常见的改性方法有羟基化、硅烷化、氨基化以及复合软金属（如银）。通过化学接枝的方法将银单质接枝到薄层六方氮化硼纳米片表面，从而在与基体环氧树脂结合时起到更好的协同作用，并有效的起到减磨耐磨的效果。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种银/六方氮化硼纳米杂化材料改性环氧树脂自润滑复合涂层及其制备方法，该材料具有良好的机械强度、良好的自润滑性能以及较长的使用寿命。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种Ag/BNNSs纳米材料改性环氧树脂复合涂层，包括如下步骤：（1）水热法剥离制备六方氮化硼纳米片：首先向聚四氟乙烯反应釜中依次加入去离子水、氢氧化钠、氢氧化钾、六方氮化硼粉末，超声分散、磁力搅拌混合均匀，密封加热，反应完成后，冷却至室温，离心，清洗产物，烘干，得到六方氮化硼纳米片粉末；（2）水热法制备银/六方氮化硼纳米片杂化材料：将步骤（1）中制备得到的六方氮化硼纳米片超声分散在去离子水中；将一定量硝酸银搅拌溶解在去离子水中形成硝酸银溶液，再向硝酸银溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮K30并超声溶解；将上述制备好的两种溶液依次加入到聚四氟乙烯反应釜中，磁力搅拌混合均匀，密封加热，反应完成后，冷却至室温，离心，清洗产物，冷冻干燥，得到银/六方氮化硼纳米杂化材料粉末；（3）银/六方氮化硼纳米杂化材料改性环氧树脂基自润滑复合涂层制备：将上述制备的银/六方氮化硼纳米片杂化材料粉末加入到环氧树脂中，在磁力搅拌后加入固化剂，继续磁力搅拌，再进行超声，用喷枪喷涂在预先准备好的基体上，在一定温度下固化数小时，得到自润滑复合涂层。步骤（1）中，所使用的氢氧化钠、氢氧化钾的质量比为14:5~2:1；氢氧化钠与氢氧化钾的总质量、六方氮化硼的质量比为19:4~9:2。步骤（1）中，加入去离子水、氢氧化钠、氢氧化钾、六方氮化硼粉，超声分散时间为20-30分钟，磁力搅拌时间为15-30分钟。步骤（1）中，密封加热的温度为180℃加热，保温2个小时。步骤（1）中，离心清洗三次蒸馏水，三次乙醇，冷冻干燥48个小时。步骤（2）中，所使用的硝酸银、聚乙烯吡络烷酮K30、六方氮化硼纳米片的用量比为10:20:1~16:32:1。步骤（2）中，加入去离子水、硝酸银、聚乙烯吡络烷酮K30、六方氮化硼纳米片，超声分散时间为20-30分钟，磁力搅拌时间为15-30分钟。步骤（2）中，密封加热的温度为180℃加热，保温18个小时。步骤（2）中，离心清洗三次蒸馏水，三次乙醇，冷冻干燥48个小时。步骤（3）中，银/六方氮化硼纳米片杂化材料粉含量所占比为环氧树脂+固化剂总质量的0.5%~5%；环氧树脂、固化剂质量比5:3~5:5。步骤（3）中，超声磁力搅拌均匀的环氧树脂在压力为0.10MPa~0.13MPa的普氮气氛下，用喷枪将其均匀喷涂在预先准备好的基体上；固化条件为100~120℃，2~6h。有益效果：本专利技术选用环氧树脂作为主体材料，是因为它具有高粘接强度、高化学稳定性、优异的机械性能和抗腐蚀性能、良好的绝缘性、低毒、低成本和高适应性等优异性能；选用无机润滑相六方氮化硼、银作为填料，可有效的提高复合材料的强度，进一步降低复合材料的磨损和摩擦系数。本专利技术的特点在于制备的银/六方氮化硼纳米片/环氧树脂基自润滑复合材料机械强度高，摩擦系数小、磨损率低等特点，具有良好的润滑性能和机械性能，可以通过使接触面产生转移膜的方法降低环氧树脂材料摩擦系数，提高了材料的减摩耐磨能力，延长材料使用寿命。附图说明：图1为本专利技术实施例1剥离六方氮化硼纳米片的透射电镜形貌图；图2为本专利技术实施例1杂化材料的扫描电镜形貌图；具体实施方式：下面结合具体实施例对本专利技术作进一步描述：实施例1首先向100mL聚四氟乙烯反应釜中依次加入75mL去离子水、2.84g氢氧化钠、1.08g氢氧化钾、1g六方氮化硼粉（hBN），超声分散30分钟，磁力搅拌30分钟，密封180℃加热2h，反应完成后，冷却至室温，离心，用去离子水和乙醇清洗产物各三次，冷冻干燥48小时，得到六方氮化硼纳米片粉(BNNSs)；向100mL聚四氟乙烯反应釜中依次加入80mL去离子水、0.6g硝酸银、1.2g聚乙烯吡络烷酮K30，取制备的六方氮化硼纳米片粉0.05g，超声分散30分钟，磁力搅拌30分钟，密封180℃加热18h，反应完成后，冷却至室温，离心，用去离子水和乙醇清洗产物各三次，冷冻干燥48小时，得到银/六方氮化硼纳米片杂化物粉末（Ag/BNNSs）；取制备的银/六方氮化硼纳米片杂化物粉末与环氧树脂（EP）固化剂按配方（质量百分比）1.2：99.5超声磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ag/BNNSs纳米材料改性环氧树脂复合涂层，其特征在于，包括如下步骤：/n（1）水热法剥离制备六方氮化硼纳米片：向聚四氟乙烯反应釜中依次加入去离子水、氢氧化钠、氢氧化钾、六方氮化硼粉末，超声分散、磁力搅拌混合均匀，密封加热，反应完成后，冷却至室温，离心，清洗产物，烘干，得到六方氮化硼纳米片粉末；/n（2）水热法制备银/六方氮化硼纳米杂化材料：将步骤（1）中制备得到的六方氮化硼纳米片超声分散在去离子水中；将硝酸银搅拌溶解在去离子水中形成硝酸银溶液，再向硝酸银溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮K30并超声溶解；将上述制备好的两种溶液依次加入到聚四氟乙烯反应釜中，磁力搅拌混合均匀，密封加热，反应完成后，冷却至室温，离心，清洗产物，冷冻干燥，得到银/六方氮化硼纳米杂化材料粉末；/n（3）银/六方氮化硼纳米杂化材料改性环氧树脂基自润滑复合涂层制备：将上述制备的银/六方氮化硼纳米片杂化材料粉末加入到环氧树脂中，在磁力搅拌后加入固化剂，继续磁力搅拌，再进行超声，用喷枪喷涂在预先准备好的基体上，在一定温度下固化数小时，得到自润滑复合涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种Ag/BNNSs纳米材料改性环氧树脂复合涂层，其特征在于，包括如下步骤：
（1）水热法剥离制备六方氮化硼纳米片：向聚四氟乙烯反应釜中依次加入去离子水、氢氧化钠、氢氧化钾、六方氮化硼粉末，超声分散、磁力搅拌混合均匀，密封加热，反应完成后，冷却至室温，离心，清洗产物，烘干，得到六方氮化硼纳米片粉末；
（2）水热法制备银/六方氮化硼纳米杂化材料：将步骤（1）中制备得到的六方氮化硼纳米片超声分散在去离子水中；将硝酸银搅拌溶解在去离子水中形成硝酸银溶液，再向硝酸银溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮K30并超声溶解；将上述制备好的两种溶液依次加入到聚四氟乙烯反应釜中，磁力搅拌混合均匀，密封加热，反应完成后，冷却至室温，离心，清洗产物，冷冻干燥，得到银/六方氮化硼纳米杂化材料粉末；
（3）银/六方氮化硼纳米杂化材料改性环氧树脂基自润滑复合涂层制备：将上述制备的银/六方氮化硼纳米片杂化材料粉末加入到环氧树脂中，在磁力搅拌后加入固化剂，继续磁力搅拌，再进行超声，用喷枪喷涂在预先准备好的基体上，在一定温度下固化数小时，得到自润滑复合涂层。


2.根据权利要求1所述的银/六方氮化硼纳米杂化材料改性环氧树脂自润滑复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所使用的氢氧化钠、氢氧化钾的质量比为14:5~2:1；氢氧化钠与氢氧化钾的总质量、六方氮化硼的质量比为19:4~9:2。


3.根据权利要求1所述的银/六方氮化硼纳米杂化材料改性环氧树脂自润滑复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，加入去离子水、氢氧化钠、氢氧化钾、六方氮化硼粉，超声分散时间为20-30分钟，磁力搅拌时间为15-30分钟。


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【专利技术属性】
技术研发人员：张号，李长生，
申请(专利权)人：宁波宁静新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33