CN108504250B - 一种环氧树脂复合耐磨涂层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环氧树脂复合耐磨涂层及其制备方法，属于环氧树脂技术领域。本发明的耐磨涂层，由A组分、B组分和C组分组成，以重量份计：A组分包括100份环氧树脂、5‑15份增韧剂、5‑10份稀释、5‑10份碳纤维、2‑5份氧化锌、15‑30份复配耐磨助剂；B组分包括25‑50份环氧树脂固化剂、4‑8份环氧树脂促进剂、1‑3份纳米氮化钛、2‑4份氮化硼、1‑3份硅烷偶联剂、C组分包括10‑25份两亲性碳纳米点，复配耐磨助剂包括二硫化钼、氧化石墨烯、纳米聚酰亚胺微球、贝壳粉、聚四氟乙烯粉末、氯化石蜡、木质素和陶瓷颗粒。该耐磨涂层具有优异的耐磨性和热性能，抗泥沙性强，附着力好，综合力学性能好。

Description

一种环氧树脂复合耐磨涂层及其制备方法

技术领域

本发明属于环氧树脂技术领域，具体涉及一种环氧树脂复合耐磨涂层及其制备方法。

背景技术

耐磨涂层在诸多领域承担着抗磨损、润滑的功能，如应用在机床上可提高机床的精度和使用寿命；在铁路系统中可提高机车的运行速度和延长使用寿命；应用于泥浆泵，选矿机件和水轮机叶片等水利机械部件表面，及在齿轮、气缸、轴承、高抛光的金属及木材和其它平板材料的表面，大幅度提高其耐磨性和使用寿命。

环氧树脂固化物普遍具有优良的电绝缘性能、耐腐蚀性能和粘结性能等。与酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等热固性树脂相比，环氧树脂具有下列优异的性能：粘结性好、固化收缩小、电性能好、化学稳定性好、容易改性，用途广泛。但是由于其固化后交联密度高，造成内应力大、质脆，以及耐热性差、摩擦系数高等不足而限制了环氧树脂的进一步应用。

近年来，较多科研工作者尝试着将纳米粒子用于聚合物摩擦性能的改善，非常低的添加量就能有效的降低聚合物的磨损率，并且通过对填料的处理，可以有效改变聚合物的摩擦系数和力学性能，但这种方法虽然提高环氧树脂的耐磨性，但其耐磨性能仍不理想。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种环氧树脂复合耐磨涂层及其制备方法。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。

环氧树脂复合耐磨涂层，由A组分、B组分和C组分组成，以重量份计：

所述复配耐磨助剂由质量比为：(1.5-2):(2-3):(1-4):(2-2.5):(3-4):(5-6):(2-2.5):(2-4)的二硫化钼、氧化石墨烯、纳米聚酰亚胺微球、贝壳粉、聚四氟乙烯粉末、氯化石蜡、木质素和陶瓷颗粒；

C组分：两亲性碳纳米点 10-25份；

所述两亲性碳纳米点的亲油基团占30％-70％。

优选的，所述的环氧树脂为双酚A环氧树脂、酚醛环氧树脂、双酚F环氧树脂中一种或几种按任意配比混合。

优选的，所述的环氧树脂固化剂为酸酐类固化剂、脂肪族胺类固化剂、芳香胺类固化剂中一种或几种按任意配比混合。

优选的，所述环氧树脂促进剂为脂肪胺促进剂、酸酐促进剂、聚醚胺促进剂中一种或几种按任意配比混合。

优选的，所述增塑剂为C5石油树脂、松香、增塑剂A、芳烃油或环烷油中的一种或多种。

优选的，所述稀释剂为反应型环氧类稀释剂，更优选的，稀释剂为乙二醇二缩水甘油、丁二醇二缩水甘油醚或正丁基缩水甘油醚。

优选的，所述碳纳米点的亲水基团为氨基、酰胺基、羧基、巯基和羟基中的一种或几种，亲油基团为烷烃基、烯烃基和芳香烃基中的一种或几种。

本发明还提供上述环氧树脂复合耐磨涂层的制备方法，步骤如下：

步骤一、按配比称取复配耐磨助剂的原料，先将二硫化钼、氧化石墨烯、纳米聚酰亚胺微球、贝壳粉、聚四氟乙烯粉末、木质素和陶瓷颗粒粉碎至50-70目，然后加入氯化石蜡混合均匀，得到复配耐磨助剂；

步骤二、按配比称取A组分的原料，先将复配耐磨助剂、碳纤维和氧化锌搅拌混合均匀，然后加入中极性有机溶剂搅拌均匀，最后加入环氧树脂、增韧剂和稀释剂，搅拌混合均匀，封装；

步骤三、按配比称取B组分的原料，将环氧树脂固化剂、环氧树脂促进剂、纳米氮化钛、氮化硼和硅烷偶联剂加入装有中极性有机溶剂的容器中，搅拌混合均匀，封装；

步骤四、按配比称取C组分的原料，将两亲性碳纳米点溶于强极性有机溶剂中，搅拌均匀，封装；

所述中极性有机溶剂为四氢呋喃，强极性有机溶剂为甲醇、乙醇或丙酮，A组分和B组分中的中极性有机溶剂的质量与C组分中的强极性有机溶剂的质量比为20:(4-6)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的环氧树脂复合耐磨涂层具有优异的耐磨性，摩擦系数低，磨损量低，热性能好，附着力好，抗泥沙性强，综合力学性能好，经实验检测，该耐磨涂层的耐磨性好，摩擦系数为0.08-0.12，磨损量为0.0008g-0.0012g；耐热性好，600℃加热5h无起泡，未脱落，且对磨损量影响极小；弯曲强度为59Mpa-65 Mpa，抗压强度为115Mpa-120 Mpa；10MPa压力，60目石英砂，冲击2min，抗泥沙量为0.12g-0.15g。

本发明提供的环氧树脂复合耐磨涂层的制备方法工艺简单，易操作。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明的环氧树脂复合耐磨涂层，由A组分、B组分和C组分组成，以重量份计：

C组分：两亲性碳纳米点 10-25份。

本发明中，环氧树脂为基体树脂，可以为双酚A环氧树脂、酚醛环氧树脂、双酚F环氧树脂中一种或几种按任意配比混合。

本发明中，环氧树脂固化剂为酸酐类固化剂、脂肪族胺类固化剂、芳香胺类固化剂中一种或几种按任意配比混合。酸酐类固化剂为顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、十二烯基琥珀酸酐、六氢苯二甲酸酐等；脂肪族胺类固化剂为乙二胺、二乙撑三胺、三乙撑四胺、苯二甲胺、聚酰胺650等；芳香胺类固化剂为间苯二胺、二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯基砜等。

本发明中，环氧树脂促进剂为脂肪胺促进剂、酸酐促进剂、聚醚胺促进剂型中一种或几种按任意配比混合。脂肪胺促进剂如三乙醇胺；酸酐类促进剂如BDMA、CT-152x、DBU等；聚醚胺促进剂如EP-184。双酚A环氧树脂常采用DMP-30促进剂。

本发明中，增塑剂为C5石油树脂、松香、增塑剂A、芳烃油或环烷油中的一种或多种。

本发明中，稀释剂为反应型环氧类稀释剂，如乙二醇二缩水甘油、丁二醇二缩水甘油醚、正丁基缩水甘油醚等。

本发明中，硅烷偶联剂常采用偶联剂KH-550。

本发明中，碳纤维为短切碳纤维，氧化锌、纳米氮化钛和氮化硼的粒径为1-20微米。

本发明中，复配耐磨助剂由质量比为：(1.5-2):(2-3):(1-4):(2-2.5):(3-4):(5-6):(2-2.5):(2-4)的二硫化钼、氧化石墨烯、纳米聚酰亚胺微球、贝壳粉、聚四氟乙烯粉末、氯化石蜡、木质素和陶瓷颗粒。该复配耐磨助剂协同效果优异，综合各耐磨剂的效果，且能够很好的融合在一起，既降低了摩擦系数，提高了材料自润滑性，又降低了磨损量，且保证材料的力学性能。

本发明中，纳米氮化钛配合陶瓷颗粒，使陶瓷颗粒的效果更高，并提高材料的耐热性；氮化硼在材料高温摩擦时，能够有效地降低摩擦系数，减少摩擦热量的产生，即便在湿态也不受影响；且提高材料的耐磨性，能够保证材料在高温湿态下具有足够的强度、硬度来维持轴承的高速运转。

本发明中，两亲性碳纳米点的亲油基团占30％-70％；碳纳米点的亲水基团为氨基、酰胺基、羧基、巯基和羟基中的一种或几种，亲油基团为烷烃基、烯烃基和芳香烃基中的一种或几种。两亲性碳点分散在强极性有机溶剂中，当与中极性有机溶剂接触，部分两亲性碳点形成碳纳米管，增强材料的耐磨性和耐热性；部分两亲性碳纳米点仍分散在体系中，当材料固化后，部分被环氧树脂粘合在涂层表面，由于其表面同时具备亲水和亲油基团，不论以水还是油为介质，都可以形成表面吸附层，避免相对摩擦，降低涂层的摩擦系数。

本发明还提供上述环氧树脂复合耐磨涂层的制备方法，步骤如下：

步骤一、按配比称取复配耐磨助剂的原料，先将二硫化钼、氧化石墨烯、纳米聚酰亚胺微球、贝壳粉、聚四氟乙烯粉末、木质素和陶瓷颗粒粉碎至50-70目，然后加入氯化石蜡混合均匀，得到复配耐磨助剂；

其中，二硫化可采用层状结构，厚度为10nm-15nm；陶瓷颗粒的粒径可采用0.1mm-1mm；

步骤二、按配比称取A组分的原料，先将复配耐磨助剂、碳纤维和氧化锌搅拌混合均匀，然后加入中极性有机溶剂搅拌均匀，最后加入环氧树脂、增韧剂和稀释剂，搅拌混合均匀，封装；

步骤三、按配比称取B组分的原料，将环氧树脂固化剂、环氧树脂促进剂、纳米氮化钛、氮化硼和硅烷偶联剂加入装有中极性有机溶剂的容器中，搅拌混合均匀，封装；

步骤四、按配比称取C组分的原料，将两亲性碳纳米点溶于强极性有机溶剂中，搅拌均匀，封装；

其中，中极性有机溶剂为四氢呋喃；强极性有机溶剂为甲醇、乙醇或丙酮；

A组分和B组分中，中极性有机溶剂的用量没有特殊限制，能够达到溶剂的作用即可；A组分和B组分中的中极性有机溶剂的质量与C组分中的强极性有机溶剂的质量比为20:(4-6)。

本发明的环氧树脂复合耐磨涂层在使用时，先将A组分和B组分混合均匀，再向混合体系中加入C组分，在100-200转/min的速度下搅拌20-30min，涂覆，固化，形成涂层。

以下结合实施例进一步说明本发明。

实施例1

环氧树脂复合耐磨涂层，由A组分、B组分和C组分组成，以重量份计：

C组分：两亲性碳纳米点 25份；

环氧树脂为双酚A环氧树脂；环氧树脂固化剂为聚酰胺650；环氧树脂促进剂为三乙醇胺；硅烷偶联剂为KH-550；增塑剂为C5石油树脂；稀释剂为乙二醇二缩水甘油；复配耐磨助剂由质量比为：1.5:2:4:2:3:5:2.5:4的二硫化钼、氧化石墨烯、纳米聚酰亚胺微球、贝壳粉、聚四氟乙烯粉末、氯化石蜡、木质素和陶瓷颗粒；两亲性碳纳米点的亲油基团占50％，亲水基团为羧基，亲油基团为C12烯烃基。

上述环氧树脂复合耐磨涂层的制备方法：

步骤一、按配比称取复配耐磨助剂的原料，先将二硫化钼、氧化石墨烯、纳米聚酰亚胺微球、贝壳粉、聚四氟乙烯粉末、木质素和陶瓷颗粒粉碎至50目，然后加入氯化石蜡混合均匀，得到复配耐磨助剂；

步骤二、按配比称取A组分的原料，先将复配耐磨助剂、碳纤维和氧化锌搅拌混合均匀，然后加入中极性有机溶剂搅拌均匀，最后加入环氧树脂、增韧剂和稀释剂，搅拌混合均匀，封装；

步骤三、按配比称取B组分的原料，将环氧树脂固化剂、环氧树脂促进剂、纳米氮化钛、氮化硼和硅烷偶联剂加入装有中极性有机溶剂的容器中，搅拌混合均匀，封装；

步骤四、按配比称取C组分的原料，将两亲性碳纳米点溶于强极性有机溶剂中，搅拌均匀，封装；

中极性有机溶剂为四氢呋喃，强极性有机溶剂为乙醇，A组分和B组分中，中极性有机溶剂的用量没有特殊限制，能够达到溶剂的作用即可；A组分和B组分中的中极性有机溶剂的质量与C组分中的强极性有机溶剂的质量比为20:6；

步骤五、将A组分和B组分混合均匀，再向混合体系中加入C组分，在100转/min的速度下搅拌30min，涂覆在钢材表面，固化，形成涂层。

实施例2

环氧树脂复合耐磨涂层，由A组分、B组分和C组分组成，以重量份计：

C组分：两亲性碳纳米点 20份；

环氧树脂为双酚A环氧树脂；环氧树脂固化剂为乙二胺；环氧树脂促进剂为EP-184；硅烷偶联剂为KH-550；增塑剂为芳烃油；稀释剂为丁二醇二缩水甘油醚；复配耐磨助剂由质量比为：2:3:1:2.5:4:6:2:2的二硫化钼、氧化石墨烯、纳米聚酰亚胺微球、贝壳粉、聚四氟乙烯粉末、氯化石蜡、木质素和陶瓷颗粒；两亲性碳纳米点的亲油基团占35％，碳纳米点的亲水基团为氨基，亲油基团为C16烷烃基。

上述环氧树脂复合耐磨涂层的制备方法：

步骤一、按配比称取复配耐磨助剂的原料，先将二硫化钼、氧化石墨烯、纳米聚酰亚胺微球、贝壳粉、聚四氟乙烯粉末、木质素和陶瓷颗粒粉碎至50目，然后加入氯化石蜡混合均匀，得到复配耐磨助剂；

步骤二、按配比称取A组分的原料，先将复配耐磨助剂、碳纤维和氧化锌搅拌混合均匀，然后加入中极性有机溶剂搅拌均匀，最后加入环氧树脂、增韧剂和稀释剂，搅拌混合均匀，封装；

步骤三、按配比称取B组分的原料，将环氧树脂固化剂、环氧树脂促进剂、纳米氮化钛、氮化硼和硅烷偶联剂加入装有中极性有机溶剂的容器中，搅拌混合均匀，封装；

步骤四、按配比称取C组分的原料，将两亲性碳纳米点溶于强极性有机溶剂中，搅拌均匀，封装；

中极性有机溶剂为四氢呋喃，强极性有机溶剂为乙醇，A组分和B组分中，中极性有机溶剂的用量没有特殊限制，能够达到溶剂的作用即可；A组分和B组分中的中极性有机溶剂的质量与C组分中的强极性有机溶剂的质量比为20:5；

步骤五、将A组分和B组分混合均匀，再向混合体系中加入C组分，在200转/min的速度下搅拌20min，涂覆在钢材表面，固化，形成涂层。

实施例3

环氧树脂复合耐磨涂层，由A组分、B组分和C组分组成，以重量份计：

C组分：两亲性碳纳米点 10份；

环氧树脂为双酚A环氧树脂；环氧树脂固化剂为乙二胺；环氧树脂促进剂为三乙醇胺；硅烷偶联剂为KH-550；增塑剂为松香；稀释剂为乙二醇二缩水甘油；复配耐磨助剂由质量比为：1.8:2.5:2:2.2:3.5:5.5:2.1:3的二硫化钼、氧化石墨烯、纳米聚酰亚胺微球、贝壳粉、聚四氟乙烯粉末、氯化石蜡、木质素和陶瓷颗粒；两亲性碳纳米点的亲油基团占65％，碳纳米点的亲水基团为酰胺基，亲油基团为C12烯烃基。

上述环氧树脂复合耐磨涂层的制备方法：

步骤一、按配比称取A组分的原料，先将二硫化钼、氧化石墨烯、纳米聚酰亚胺微球、贝壳粉、聚四氟乙烯粉末、木质素和陶瓷颗粒粉碎至60目，然后加入氯化石蜡混合均匀，然后加入碳纤维和氧化锌搅拌混合均匀，再加入中极性有机溶剂搅拌均匀，最后加入环氧树脂、增韧剂和稀释剂，搅拌混合均匀，封装；

步骤二、按配比称取B组分的原料，将环氧树脂固化剂、环氧树脂促进剂、纳米氮化钛、氮化硼和硅烷偶联剂加入装有中极性有机溶剂的容器中，搅拌混合均匀，封装；

步骤三、按配比称取C组分的原料，将两亲性碳纳米点溶于强极性有机溶剂中，搅拌均匀，封装；

中极性有机溶剂为四氢呋喃，强极性有机溶剂为乙醇，A组分和B组分中，中极性有机溶剂的用量没有特殊限制，能够达到溶剂的作用即可；A组分和B组分中的中极性有机溶剂的质量与C组分中的强极性有机溶剂的质量比为20:5；

步骤五、将A组分和B组分混合均匀，再向混合体系中加入C组分，在150转/min的速度下搅拌25min，涂覆在钢材表面，固化，形成涂层。

对比例1

不添加C组分，其他同实施例1。

对比例2

复配耐磨剂由质量比为2:3:1:2.5:4:6:2的二硫化钼、氧化石墨烯、纳米聚酰亚胺微球、贝壳粉、聚四氟乙烯粉末、氯化石蜡和陶瓷颗粒；其他同时实施例1。

对比例3

复配耐磨剂由质量比为1:3:1:1:4:6:2:2的二硫化钼、氧化石墨烯、纳米聚酰亚胺微球、贝壳粉、聚四氟乙烯粉末、氯化石蜡、木质素和陶瓷颗粒；其他同时实施例1。

对比例4

A组分和B组分中的中极性有机溶剂的质量与C组分中的强极性有机溶剂的质量比为20:1；其他同时实施例1。

对实施例1-3和对比例1-4的材料的性能进行检测，结果如表1所示。摩擦系数测试：采用UMT-3MT摩擦试验机，加载力为50N，转速500rpm/min，测试时间20min。磨损量测试，以水为介质，采用UMT-3MT摩擦试验机，加载力为50N，转速500rpm/min，测试时间20min，以减重的重量作为磨损量。耐热性采用将试样置于600℃水中5h后，涂层外观的变化表征。抗冲砂实验：10MPa压力，60目石英砂，冲击2min；力学性能按照国标检测。

表1实施例1-3和对比例1-4的复合材料的性能表征

从表1可以看出，本发明的环氧树脂复合耐磨涂层的耐磨性好，耐热性好，力学性能好，抗泥沙性好，附着力好。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.环氧树脂复合耐磨涂层，其特征在于，由A组分、B组分和C组分组成，以重量份计：

所述复配耐磨助剂由质量比为：(1.5-2):(2-3):(1-4):(2-2.5):(3-4):(5-6):(2-2.5):(2-4)的二硫化钼、氧化石墨烯、纳米聚酰亚胺微球、贝壳粉、聚四氟乙烯粉末、氯化石蜡、木质素和陶瓷颗粒；

C组分：两亲性碳纳米点 10-25份；

所述两亲性碳纳米点的亲油基团占30％-70％；

该环氧树脂复合耐磨涂层的制备方法，步骤如下：

步骤一、按配比称取复配耐磨助剂的原料，先将二硫化钼、氧化石墨烯、纳米聚酰亚胺微球、贝壳粉、聚四氟乙烯粉末、木质素和陶瓷颗粒粉碎至50-70目，然后加入氯化石蜡混合均匀，得到复配耐磨助剂；

步骤二、按配比称取A组分的原料，先将复配耐磨助剂、碳纤维和氧化锌搅拌混合均匀，然后加入中极性有机溶剂搅拌均匀，最后加入环氧树脂、增韧剂和稀释剂，搅拌混合均匀，封装；

步骤三、按配比称取B组分的原料，将环氧树脂固化剂、环氧树脂促进剂、纳米氮化钛、氮化硼和硅烷偶联剂加入装有中极性有机溶剂的容器中，搅拌混合均匀，封装；

步骤四、按配比称取C组分的原料，将两亲性碳纳米点溶于强极性有机溶剂中，搅拌均匀，封装；

所述中极性有机溶剂为四氢呋喃，强极性有机溶剂为甲醇、乙醇或丙酮，A组分和B组分中的中极性有机溶剂的质量与C组分中的强极性有机溶剂的质量比为20:(4-6)。

2.根据权利要求1所述的环氧树脂复合耐磨涂层，其特征在于，所述的环氧树脂为双酚A环氧树脂、酚醛环氧树脂、双酚F环氧树脂中一种或几种按任意配比混合。

3.根据权利要求1所述的环氧树脂复合耐磨涂层，其特征在于，所述的环氧树脂固化剂为酸酐类固化剂、脂肪族胺类固化剂、芳香胺类固化剂中一种或几种按任意配比混合。

4.根据权利要求1所述的环氧树脂复合耐磨涂层，其特征在于，所述环氧树脂促进剂为脂肪胺促进剂、酸酐促进剂、聚醚胺促进剂中一种或几种按任意配比混合。

5.根据权利要求1所述的环氧树脂复合耐磨涂层，其特征在于，所述稀释剂为乙二醇二缩水甘油、丁二醇二缩水甘油醚或正丁基缩水甘油醚。

6.根据权利要求1所述的环氧树脂复合耐磨涂层，其特征在于，所述碳纳米点的亲水基团为氨基、酰胺基、羧基、巯基和羟基中的一种或几种，亲油基团为烷烃基、烯烃基和芳香烃基中的一种或几种。

7.权利要求1-6任何一项所述的环氧树脂复合耐磨涂层的制备方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一、按配比称取复配耐磨助剂的原料，先将二硫化钼、氧化石墨烯、纳米聚酰亚胺微球、贝壳粉、聚四氟乙烯粉末、木质素和陶瓷颗粒粉碎至50-70目，然后加入氯化石蜡混合均匀，得到复配耐磨助剂；

步骤二、按配比称取A组分的原料，先将复配耐磨助剂、碳纤维和氧化锌搅拌混合均匀，然后加入中极性有机溶剂搅拌均匀，最后加入环氧树脂、增韧剂和稀释剂，搅拌混合均匀，封装；

步骤三、按配比称取B组分的原料，将环氧树脂固化剂、环氧树脂促进剂、纳米氮化钛、氮化硼和硅烷偶联剂加入装有中极性有机溶剂的容器中，搅拌混合均匀，封装；

步骤四、按配比称取C组分的原料，将两亲性碳纳米点溶于强极性有机溶剂中，搅拌均匀，封装；

所述中极性有机溶剂为四氢呋喃，强极性有机溶剂为甲醇、乙醇或丙酮，A组分和B组分中的中极性有机溶剂的质量与C组分中的强极性有机溶剂的质量比为20:(4-6)。