CN111892744B - 一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成方法 - Google Patents

一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成方法，包括如下步骤：将硅源、镍源、矿化剂溶于稀硝酸溶液中并沉积‑沉淀反应，制备层状硅酸镍；将层状硅酸镍、锌盐、硫源溶于去离子水中进行水热反应，制备表面负载纳米硫化锌的层状硅酸镍分级复合结构，得到一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性；本发明提出的高效抗磨改性剂合成方法，具有原料易得、步骤简单且产收率高，所得高效抗磨改性剂具有将零维纳米粒子镶嵌于二维纳米片层间的分级复合结构的特征，能够赋予聚合物极为优异的抗磨效果和较好的减摩特性。

Description

一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成 方法
技术领域
本发明涉及高效抗磨改性剂合成技术领域，具体涉及一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成方法。
背景技术
环氧树脂是现阶段应用最为广泛的热固性树脂之一，具有良好的力学性能、耐蚀性、电性能和加工特性，在电子电力、汽车、机械、航空航天、通讯和石油化工等诸多领域中都具有广泛的应用。作为一种高性能基材，环氧树脂尤其在高性能结构连接和海洋设备防腐领域中备受关注。然而，环氧树脂其自身的缺点也颇为明显，如脆性大、耐热性低、抗剥离强度较弱等，尤其是在滑动干摩擦条件下容易发生严重的磨损而降低制品的使役寿命，甚至引发生产事故，致使环氧树脂相关产品在要求耐磨性能较高的领域中的应用受到很大限制。
在众多针对环氧树脂进行耐磨改性报道中，通过引入无机纳米填料制备复合体系的研究颇受青睐，其中以球形纳米粒子和层状纳米粒子的应用最为广泛且有效。有研究表明，利用球形纳米粒子的滚珠效应和对基体的填充增强可以有效起到抗磨效果，大幅降低磨损率；而层状纳米材料则通过大量的纳米片层对摩擦界面进行覆盖，能够起到良好的减摩效果；若将两种不同填料进行复配使用，则能起到良好的协同抗磨减摩性能。然而，环氧复合材料的耐磨性能也与纳米填料在聚合物基体中的分散性密切相关，良好的分散性更易于在摩擦界面形成完成的摩擦层，更能有效地提高耐磨效果。
鉴于此，本发明拟将选用二维纳米片层材料和零维纳米粒子，并通过一定方法使两者能够有机结合，构筑一种高效抗磨改性剂，并使其在环氧树脂中均匀分散，制备出一种具有高抗磨特性的环氧复合材料。
发明内容
基于背景技术提出的问题，本发明提出了一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成方法，具有原料易得、步骤简单且产收率高，所得高效抗磨改性剂具有将零维纳米粒子镶嵌于二维纳米片层间的分级复合结构的特征，能够赋予聚合物极为优异的抗磨效果和较好的减摩特性。
本发明提出的一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成方法，包含以下步骤：
S1、将0.2～0.5g的硅源，1.5～2.2g的镍源以及1.15～1.35g的矿化剂加入到50mL浓度为0.02mol/L的稀硝酸溶液中，在持续强烈搅拌下于60～100℃下反应6～12h，经多次离心、去离子水洗涤后在90℃真空干燥12h，得到绿色粉末状，为层状硅酸镍；
S2、称取0.5g的层状硅酸镍、0.5～2.0g的锌盐和0.18～0.75g的硫源溶解于60mL的去离子水中并混合均匀，配置成反应液至于水热反应装置中，在150～190℃下进行水热反应2～6h，反应结束后，经多次离心、洗涤，在60℃下真空干燥至恒重后得到浅绿色粉末，为基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂；
优选地，所述的层状硅酸镍分级复合结构为层状硅酸镍表面分级复合结构纳米粒子，以层状硅酸镍和硫化物纳米粒子的总量为100％计，层状硅酸镍的含量为80～95％，硫化物纳米粒子的含量为5～20％；
优选地，在S1中，所述的硅源为纳米二氧化硅、微米二氧化硅或介孔二氧化硅中的一种或几种；所述的镍源为硝酸镍、氯化镍、醋酸镍中的一种或几种；所述的矿化剂为尿素、氢氧化钠、氨水、氯化铵中的一种或几种；
优选地，在S1中，所述镍源为硝酸镍，所述硅源为纳米二氧化硅，所述矿化剂为尿素；
优选地，在S1中，所述硅源的质量为0.38g，所述镍源的质量为2.03g，所述矿化剂的质量为1.26g；
优选地，在S1中，反应液在90℃下反应8h；
优选地，在S2中，所述的锌盐为氯化锌、硝酸锌、醋酸锌中的一种或几种；所述的硫源为硫脲、硫代乙酸铵中的一种或几种；
优选地，在S2中，所述锌盐为醋酸锌，所述硫源为硫脲；
优选地，在S1中，反应液在60～100℃下反应6～12h；在S2中，反应液在在150～190℃下进行水热反应2～6h；
优选地，在S2中，反应液在170℃下进行水热反应4h。
本发明还提出了一种高抗磨环氧纳米复合材料的制备工艺，包括如下步骤：将适量的高效抗磨改性剂分散于25mL的丙酮中进行超声分散1h后，将其加入一定量的环氧树脂单体溶液并进行强烈搅拌4h后，再加入特定含量的熔融环氧树脂固化剂，经真空脱气后倒入模具并进行高温固化，得到浅绿色高抗磨环氧纳米复合材料。
优选地，反应体系在70℃下进行持续搅拌4h；
优化地，高温固化是在100℃固化2h后，再在150℃固化2h；
优选地，环氧树脂与高效抗磨改性剂的重量百分比为90～99.5:0.5～10；
优选地，所述的环氧树脂包括双酚A环氧单体和固化剂二氨基二苯酚；
优选地，双酚A环氧单体：二氨基二苯酚＝100:25.8；
层状硅酸镍是近年来研究颇为关注的一种新型二维纳米材料，其具有片层结构规则有序、表面面积大、层间性能可调和形貌可设计等特点，在磁、电及催化领域具有非常广泛的应用前景。本发明通过采用特定的沉积-沉淀技术合成出有许多纳米片层组成的类球形层状硅酸镍，其比表面积大且外表面具有大量的片层间隙，而后通过水热合成技术在层状硅酸镍表面原位形成硫化锌纳米粒子，形成二维片层间镶嵌零维纳米粒子的分级复合结构，构筑成高效抗磨改性剂。将小尺寸的硫化锌纳米粒子负载在较大尺寸的层状硅酸镍上，一方面有助于纳米硫化锌粒子在环氧树脂中的均匀分散，另一方面，纳米片层与纳米粒子的共存可以在形成高质量摩擦层时起到协同增强抗磨和减摩效应。
摩擦性能测试显示，利用本发明公开的基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂，可以显著提高环氧树脂的抗磨效果，且具有良好的减摩特性；与纯环氧树脂相比，本发明公开的一种高抗磨环氧纳米复合材料，其磨损速率下降幅度高达1个数量级，平均摩擦系数下降了34.4％，显示出了极为优异的抗磨和减摩效应。
附图说明
图1为对比例2中所述的层状硅酸镍的扫描电镜图
图2为实施例2中所述的于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂的扫描电镜图
图3为实施例2中所述的环氧纳米复合材料的微观形貌扫描电镜图
图4为对比例1中所述的环氧树脂的摩擦系数随摩擦时间变化趋势图
图5为实施例2中所述的环氧纳米复合材料的摩擦系数随摩擦时间变化趋势图
具体实施方式
下面，通过具体的实施方案对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成方法，包括如下步骤：
S1、将0.38g纳米二氧化硅、2.03g硝酸镍和1.26g尿素加入到50mL浓度为0.02mol/L的稀硝酸溶液中，在持续强烈搅拌下于90℃下反应8h，经多次离心、去离子水洗涤后在90℃真空干燥12h，得到绿色粉末状，为层状硅酸镍；
S2、称取0.5g的层状硅酸镍、0.5g的醋酸锌和0.18g的硫脲溶解于60mL的去离子水中并混合均匀，配置成反应液至于水热反应装置中，在170℃下进行水热反应4h，反应结束后，经多次离心、洗涤，在60℃下真空干燥至恒重后得到浅绿色粉末，为基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂。按重量百分比计，所述的高效抗磨改性剂中的层状硅酸镍：硫化锌＝95:5。
S3、将1.0g的高效抗磨改性剂分散于10mL的丙酮中进行超声分散1h后，将其加入15.103g的双酚A环氧单体溶液并进行强烈搅拌4h后，再加入3.897g的熔融的二氨基二苯酚，经真空脱气后倒入模具，在100℃固化2h后，再在150℃固化2h，得到浅绿色高抗磨环氧纳米复合材料。按重量百分比计，所述的高效抗磨改性剂的添加量为5％。
S4、根据国标GB/T 3960-2016对所制备的环氧纳米复合材料进行滑动干摩擦性能测试，试样尺寸为6×7×30mm3，测试之前在规定的室温(23±5)℃和相对湿度(50±5)％的条件下调节24h，而后在同样的温度和湿度下测试；测试时施加的载荷为12kg，摩擦副转速为100rpm，测试持续时长为3600s；结果表明，该实施例的磨损速率为0.57×10-5mm3/(N·m)，平均摩擦系数为0.281。
实施例2
一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成方法，包括如下步骤：
S1、将0.38g纳米二氧化硅、2.03g硝酸镍和1.26g尿素加入到50mL浓度为0.02mol/L的稀硝酸溶液中，在持续强烈搅拌下于90℃下反应8h，经多次离心、去离子水洗涤后在90℃真空干燥12h，得到绿色粉末状，为层状硅酸镍；
S2、称取0.5g的层状硅酸镍、1.0g的醋酸锌和0.35g的硫脲溶解于60mL的去离子水中并混合均匀，配置成反应液至于水热反应装置中，在170℃下进行水热反应4h，反应结束后，经多次离心、洗涤，在60℃下真空干燥至恒重后得到浅绿色粉末，为基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂。按重量百分比计，所述的高效抗磨改性剂中的层状硅酸镍：硫化锌＝90:10。
S3、将1.0g的高效抗磨改性剂分散于10mL的丙酮中进行超声分散1h后，将其加入15.103g的双酚A环氧单体溶液并进行强烈搅拌4h后，再加入3.897g的熔融的二氨基二苯酚，经真空脱气后倒入模具，在100℃固化2h后，再在150℃固化2h，得到浅绿色高抗磨环氧纳米复合材料。按重量百分比计，所述的高效抗磨改性剂的添加量为5％。
S4、根据国标GB/T 3960-2016对所制备的环氧纳米复合材料进行滑动干摩擦性能测试，试样尺寸为6×7×30mm3，测试之前在规定的室温(23±5)℃和相对湿度(50±5)％的条件下调节24h，而后在同样的温度和湿度下测试；测试时施加的载荷为12kg，摩擦副转速为100rpm，测试持续时长为3600s；结果表明，该实施例的磨损速率为0.49×10-5mm3/(N·m)，平均摩擦系数为0.332。
实施例3
一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成方法，包括如下步骤：
S1、将0.38g纳米二氧化硅、2.03g硝酸镍和1.26g尿素加入到50mL浓度为0.02mol/L的稀硝酸溶液中，在持续强烈搅拌下于90℃下反应8h，经多次离心、去离子水洗涤后在90℃真空干燥12h，得到绿色粉末状，为层状硅酸镍；
S2、称取0.5g的层状硅酸镍、1.5g的醋酸锌和0.54g的硫脲溶解于60mL的去离子水中并混合均匀，配置成反应液至于水热反应装置中，在170℃下进行水热反应4h，反应结束后，经多次离心、洗涤，在60℃下真空干燥至恒重后得到浅绿色粉末，为基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂。按重量百分比计，所述的高效抗磨改性剂中的层状硅酸镍：硫化锌＝85:15。
S3、将1.0g的高效抗磨改性剂分散于10mL的丙酮中进行超声分散1h后，将其加入15.103g的双酚A环氧单体溶液并进行强烈搅拌4h后，再加入3.897g的熔融的二氨基二苯酚，经真空脱气后倒入模具，在100℃固化2h后，再在150℃固化2h，得到浅绿色高抗磨环氧纳米复合材料。按重量百分比计，所述的高效抗磨改性剂的添加量为5％。
S4、根据国标GB/T 3960-2016对所制备的环氧纳米复合材料进行滑动干摩擦性能测试，试样尺寸为6×7×30mm3，测试之前在规定的室温(23±5)℃和相对湿度(50±5)％的条件下调节24h，而后在同样的温度和湿度下测试；测试时施加的载荷为12kg，摩擦副转速为100rpm，测试持续时长为3600s；结果表明，该实施例的磨损速率为0.52×10-5mm3/(N·m)，平均摩擦系数为0.360。
实施例4
一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成方法，包括如下步骤：
S1、将0.38g纳米二氧化硅、2.03g硝酸镍和1.26g尿素加入到50mL浓度为0.02mol/L的稀硝酸溶液中，在持续强烈搅拌下于90℃下反应8h，经多次离心、去离子水洗涤后在90℃真空干燥12h，得到绿色粉末状，为层状硅酸镍；
S2、称取0.5g的层状硅酸镍、2.0g的醋酸锌和0.75g的硫脲溶解于60mL的去离子水中并混合均匀，配置成反应液至于水热反应装置中，在170℃下进行水热反应4h，反应结束后，经多次离心、洗涤，在60℃下真空干燥至恒重后得到浅绿色粉末，为基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂。按重量百分比计，所述的高效抗磨改性剂中的层状硅酸镍：硫化锌＝80:20。
S3、将1.0g的高效抗磨改性剂分散于10mL的丙酮中进行超声分散1h后，将其加入15.103g的双酚A环氧单体溶液并进行强烈搅拌4h后，再加入3.897g的熔融的二氨基二苯酚，经真空脱气后倒入模具，在100℃固化2h后，再在150℃固化2h，得到浅绿色高抗磨环氧纳米复合材料。按重量百分比计，所述的高效抗磨改性剂的添加量为5％。
S4、根据国标GB/T 3960-2016对所制备的环氧纳米复合材料进行滑动干摩擦性能测试，试样尺寸为6×7×30mm3，测试之前在规定的室温(23±5)℃和相对湿度(50±5)％的条件下调节24h，而后在同样的温度和湿度下测试；测试时施加的载荷为12kg，摩擦副转速为100rpm，测试持续时长为3600s；结果表明，该实施例的磨损速率为0.61×10-5mm3/(N·m)，平均摩擦系数为0.471。
实施例5
一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成方法，包括如下步骤：
S1、将0.38g纳米二氧化硅、2.03g硝酸镍和1.26g尿素加入到50mL浓度为0.02mol/L的稀硝酸溶液中，在持续强烈搅拌下于90℃下反应8h，经多次离心、去离子水洗涤后在90℃真空干燥12h，得到绿色粉末状，为层状硅酸镍；
S2、称取0.5g的层状硅酸镍、1.0g的醋酸锌和0.35g的硫脲溶解于60mL的去离子水中并混合均匀，配置成反应液至于水热反应装置中，在170℃下进行水热反应4h，反应结束后，经多次离心、洗涤，在60℃下真空干燥至恒重后得到浅绿色粉末，为基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂。按重量百分比计，所述的高效抗磨改性剂中的层状硅酸镍：硫化锌＝90:10。
S3、将0.1g的高效抗磨改性剂分散于10mL的丙酮中进行超声分散1h后，将其加入15.819g的双酚A环氧单体溶液并进行强烈搅拌4h后，再加入4.081g的熔融的二氨基二苯酚，经真空脱气后倒入模具，在100℃固化2h后，再在150℃固化2h，得到浅绿色高抗磨环氧纳米复合材料。按重量百分比计，所述的高效抗磨改性剂的添加量为0.5％。
S4、根据国标GB/T 3960-2016对所制备的环氧纳米复合材料进行滑动干摩擦性能测试，试样尺寸为6×7×30mm3，测试之前在规定的室温(23±5)℃和相对湿度(50±5)％的条件下调节24h，而后在同样的温度和湿度下测试；测试时施加的载荷为12kg，摩擦副转速为100rpm，测试持续时长为3600s；结果表明，该实施例的磨损速率为0.70×10-5mm3/(N·m)，平均摩擦系数为0.301。
实施例6
一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成方法，包括如下步骤：
S1、将0.38g纳米二氧化硅、2.03g硝酸镍和1.26g尿素加入到50mL浓度为0.02mol/L的稀硝酸溶液中，在持续强烈搅拌下于90℃下反应8h，经多次离心、去离子水洗涤后在90℃真空干燥12h，得到绿色粉末状，为层状硅酸镍；
S2、称取0.5g的层状硅酸镍、1.0g的醋酸锌和0.35g的硫脲溶解于60mL的去离子水中并混合均匀，配置成反应液至于水热反应装置中，在170℃下进行水热反应4h，反应结束后，经多次离心、洗涤，在60℃下真空干燥至恒重后得到浅绿色粉末，为基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂。按重量百分比计，所述的高效抗磨改性剂中的层状硅酸镍：硫化锌＝90:10。
S3、将0.2g的高效抗磨改性剂分散于10mL的丙酮中进行超声分散1h后，将其加入15.739g的双酚A环氧单体溶液并进行强烈搅拌4h后，再加入4.061g的熔融的二氨基二苯酚，经真空脱气后倒入模具，在100℃固化2h后，再在150℃固化2h，得到浅绿色高抗磨环氧纳米复合材料。按重量百分比计，所述的高效抗磨改性剂的添加量为1％。
S4、根据国标GB/T 3960-2016对所制备的环氧纳米复合材料进行滑动干摩擦性能测试，试样尺寸为6×7×30mm3，测试之前在规定的室温(23±5)℃和相对湿度(50±5)％的条件下调节24h，而后在同样的温度和湿度下测试；测试时施加的载荷为12kg，摩擦副转速为100rpm，测试持续时长为3600s；结果表明，该实施例的磨损速率为0.61×10-5mm3/(N·m)，平均摩擦系数为0.356。
实施例7
一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成方法，包括如下步骤：
S1、将0.38g纳米二氧化硅、2.03g硝酸镍和1.26g尿素加入到50mL浓度为0.02mol/L的稀硝酸溶液中，在持续强烈搅拌下于90℃下反应8h，经多次离心、去离子水洗涤后在90℃真空干燥12h，得到绿色粉末状，为层状硅酸镍；
S2、称取0.5g的层状硅酸镍、1.0g的醋酸锌和0.35g的硫脲溶解于60mL的去离子水中并混合均匀，配置成反应液至于水热反应装置中，在170℃下进行水热反应4h，反应结束后，经多次离心、洗涤，在60℃下真空干燥至恒重后得到浅绿色粉末，为基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂。按重量百分比计，所述的高效抗磨改性剂中的层状硅酸镍：硫化锌＝90:10。
S3、将0.6g的高效抗磨改性剂分散于10mL的丙酮中进行超声分散1h后，将其加入15.421g的双酚A环氧单体溶液并进行强烈搅拌4h后，再加入3.979g的熔融的二氨基二苯酚，经真空脱气后倒入模具，在100℃固化2h后，再在150℃固化2h，得到浅绿色高抗磨环氧纳米复合材料。按重量百分比计，所述的高效抗磨改性剂的添加量为3％。
S4、根据国标GB/T 3960-2016对所制备的环氧纳米复合材料进行滑动干摩擦性能测试，试样尺寸为6×7×30mm3，测试之前在规定的室温(23±5)℃和相对湿度(50±5)％的条件下调节24h，而后在同样的温度和湿度下测试；测试时施加的载荷为12kg，摩擦副转速为100rpm，测试持续时长为3600s；结果表明，该实施例的磨损速率为0.58×10-5mm3/(N·m)，平均摩擦系数为0.377。
实施例8
一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成方法，包括如下步骤：
S1、将0.38g纳米二氧化硅、2.03g硝酸镍和1.26g尿素加入到50mL浓度为0.02mol/L的稀硝酸溶液中，在持续强烈搅拌下于90℃下反应8h，经多次离心、去离子水洗涤后在90℃真空干燥12h，得到绿色粉末状，为层状硅酸镍；
S2、称取0.5g的层状硅酸镍、1.0g的醋酸锌和0.35g的硫脲溶解于60mL的去离子水中并混合均匀，配置成反应液至于水热反应装置中，在170℃下进行水热反应4h，反应结束后，经多次离心、洗涤，在60℃下真空干燥至恒重后得到浅绿色粉末，为基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂。按重量百分比计，所述的高效抗磨改性剂中的层状硅酸镍：硫化锌＝90:10。
S3、将1.4g的高效抗磨改性剂分散于10mL的丙酮中进行超声分散1h后，将其加入14.785g的双酚A环氧单体溶液并进行强烈搅拌4h后，再加入3.815g的熔融的二氨基二苯酚，经真空脱气后倒入模具，在100℃固化2h后，再在150℃固化2h，得到浅绿色高抗磨环氧纳米复合材料。按重量百分比计，所述的高效抗磨改性剂的添加量为7％。
S4、根据国标GB/T 3960-2016对所制备的环氧纳米复合材料进行滑动干摩擦性能测试，试样尺寸为6×7×30mm3，测试之前在规定的室温(23±5)℃和相对湿度(50±5)％的条件下调节24h，而后在同样的温度和湿度下测试；测试时施加的载荷为12kg，摩擦副转速为100rpm，测试持续时长为3600s；结果表明，该实施例的磨损速率为0.70×10-5mm3/(N·m)，平均摩擦系数为0.336。
实施例9
一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成方法，包括如下步骤：
S1、将0.38g纳米二氧化硅、2.03g硝酸镍和1.26g尿素加入到50mL浓度为0.02mol/L的稀硝酸溶液中，在持续强烈搅拌下于90℃下反应8h，经多次离心、去离子水洗涤后在90℃真空干燥12h，得到绿色粉末状，为层状硅酸镍；
S2、称取0.5g的层状硅酸镍、1.0g的醋酸锌和0.35g的硫脲溶解于60mL的去离子水中并混合均匀，配置成反应液至于水热反应装置中，在170℃下进行水热反应4h，反应结束后，经多次离心、洗涤，在60℃下真空干燥至恒重后得到浅绿色粉末，为基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂。按重量百分比计，所述的高效抗磨改性剂中的层状硅酸镍：硫化锌＝90:10。
S3、将2.0g的高效抗磨改性剂分散于10mL的丙酮中进行超声分散1h后，将其加入14.308g的双酚A环氧单体溶液并进行强烈搅拌4h后，再加入3.692g的熔融的二氨基二苯酚，经真空脱气后倒入模具，在100℃固化2h后，再在150℃固化2h，得到浅绿色高抗磨环氧纳米复合材料。按重量百分比计，所述的高效抗磨改性剂的添加量为10％。
S4、根据国标GB/T 3960-2016对所制备的环氧纳米复合材料进行滑动干摩擦性能测试，试样尺寸为6×7×30mm3，测试之前在规定的室温(23±5)℃和相对湿度(50±5)％的条件下调节24h，而后在同样的温度和湿度下测试；测试时施加的载荷为12kg，摩擦副转速为100rpm，测试持续时长为3600s；结果表明，该实施例的磨损速率为0.77×10-5mm3/(N·m)，平均摩擦系数为0.341。
对比例1
本对比例提供了一种纯环氧树脂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将4.102g的熔融的二氨基二苯酚加入到15.898g的双酚A环氧单体溶液并进行强烈搅拌4h后，经真空脱气后倒入模具，在100℃固化2h后，再在150℃固化2h，得到浅黄色透明环氧树脂。
S2、根据国标GB/T 3960-2016对所制备的环氧纳米复合材料进行滑动干摩擦性能测试，试样尺寸为6×7×30mm3，测试之前在规定的室温(23±5)℃和相对湿度(50±5)％的条件下调节24h，而后在同样的温度和湿度下测试；测试时施加的载荷为12kg，摩擦副转速为100rpm，测试持续时长为3600s；结果表明，该实施例的磨损速率为7.03×10-5mm3/(N·m)，平均摩擦系数为0.459。
对比例2
本对比例提供了一种层状硅酸镍改性环氧纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将0.38g纳米二氧化硅、2.03g硝酸镍和1.26g尿素加入到50mL浓度为0.02mol/L的稀硝酸溶液中，在持续强烈搅拌下于90℃下反应8h，经多次离心、去离子水洗涤后在90℃真空干燥12h，得到绿色粉末状，为层状硅酸镍；
S2、将1.0g的层状硅酸镍分散于10mL的丙酮中进行超声分散1h后，将其加入15.103g的双酚A环氧单体溶液并进行强烈搅拌4h后，再加入3.897g的熔融的二氨基二苯酚，经真空脱气后倒入模具，在100℃固化2h后，再在150℃固化2h，得到浅绿色高抗磨环氧纳米复合材料。按重量百分比计，所述层状硅酸镍的添加量为5％。
S3、根据国标GB/T 3960-2016对所制备的环氧纳米复合材料进行滑动干摩擦性能测试，试样尺寸为6×7×30mm3，测试之前在规定的室温(23±5)℃和相对湿度(50±5)％的条件下调节24h，而后在同样的温度和湿度下测试；测试时施加的载荷为12kg，摩擦副转速为100rpm，测试持续时长为3600s；结果表明，该实施例的磨损速率为0.94×10-5mm3/(N·m)，平均摩擦系数为0.408。
对比例3
本对比例提供了一种硫化锌改性环氧纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、1.0g的醋酸锌和0.35g的硫脲溶解于60mL的去离子水中并混合均匀，配置成反应液至于水热反应装置中，在170℃下进行水热反应4h，反应结束后，经多次离心、洗涤，在60℃下真空干燥至恒重后得到白色粉末硫化锌。
S2、将1.0g的硫化锌分散于10mL的丙酮中进行超声分散1h后，将其加入15.103g的双酚A环氧单体溶液并进行强烈搅拌4h后，再加入3.897g的熔融的二氨基二苯酚，经真空脱气后倒入模具，在100℃固化2h后，再在150℃固化2h，得到白色的环氧纳米复合材料。按重量百分比计，所述的硫化锌的添加量为5％。
S3、根据国标GB/T 3960-2016对所制备的环氧纳米复合材料进行滑动干摩擦性能测试，试样尺寸为6×7×30mm3，测试之前在规定的室温(23±5)℃和相对湿度(50±5)％的条件下调节24h，而后在同样的温度和湿度下测试；测试时施加的载荷为12kg，摩擦副转速为100rpm，测试持续时长为3600s；结果表明，该实施例的磨损速率为1.186×10-5mm3/(N·m)，平均摩擦系数为0.454。
通过对比以上实施例1～9和对比例1～3的摩擦性能测试结果，可以看出：
1、所述的一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂能够显著降低环氧树脂的磨损速率，从对比例1所示纯环氧树脂的7.03×10-5mm3/(N·m)显著下降到实施例2中的0.493×10-5mm3/(N·m)，降幅接近1个数量级；同时平均摩擦系数也从对比例1所示纯环氧树脂的0.459显著降低到实施例1中的0.281，降幅近40％；
2、在实施例1～4中，在添加的质量百分数相同时(10％)，适当提高抗磨减摩改性剂中的硫化锌的相对含量有利于增强环氧纳米复合材料的耐磨性能，但也会使得材料的平均摩擦系数有一定程度的增加，但仍要远低于纯环氧树脂；
3、在实施例2以及实施例5～9中，保持抗磨减摩改性剂中的层状硅酸镍与硫化锌的质量比为90:10的情况下，提高该抗磨减摩改性剂中添加量，环氧纳米复合材料的磨损速率先下降在上升，在5％时达到最低值，此时耐磨性能最佳(实施例2)；同时，环氧纳米复合材料的平均摩擦系数没有明显的规律性，总体呈现随抗磨减摩改性剂中添加量而稍有上升的变化趋势；
4、通过比较实施例2和对比例1～3，发现相同百分含量(5％)的抗磨减摩改性剂对环氧树脂的耐磨性能的增幅要明显优于单独添加层状硅酸镍或者单独添加硫化锌的复合体系。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成方法，其特征在于，包含如下步骤：
S1、将0.2～0.5g的硅源，1.5～2.2g的镍源以及1.15～1.35g的矿化剂加入到50mL浓度为0.02mol/L的稀硝酸溶液中，在持续强烈搅拌下于60～100℃下反应6～12h，经多次离心、去离子水洗涤后在90℃真空干燥12h，得到绿色粉末状，为层状硅酸镍；
S2、称取0.5g的层状硅酸镍、0.5～2.0g的锌盐和0.18～0.75g的硫源溶解于60mL的去离子水中并混合均匀，配置成反应液至于水热反应装置中，在150～190℃下进行水热反应2～6h，反应结束后，经多次离心、洗涤，在60℃下真空干燥至恒重后得到浅绿色粉末；
S3、根据S1和S2所得到的浅绿色粉末为层状硅酸镍表面负载硫化锌纳米粒子构成的层状硅酸镍分级复合结构，以层状硅酸镍和硫化物纳米粒子的总量为100％计，层状硅酸镍的含量为80～95％，硫化锌纳米粒子的含量为5～20％，获得一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂。
2.根据权利要求1所述一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成方法，其特征在于，在S1中，所述的硅源为纳米二氧化硅、微米二氧化硅或介孔二氧化硅中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成方法，其特征在于，在S1中，所述的镍源为硝酸镍、氯化镍、醋酸镍中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成方法，其特征在于，在S1中，所述的矿化剂为尿素、氢氧化钠、氨水、氯化铵中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成方法，其特征在于，在S2中，所述的锌盐为氯化锌、硝酸锌、醋酸锌中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成方法，其特征在于，在S2中，所述的硫源为硫脲、硫代乙酸铵中的一种或几种。
7.根据权利要求1～6中任一项所述一种基于层状硅酸镍分级复合结构的高效抗磨改性剂合成方法，其特征在于，在S1中，反应液在60～100℃持续搅拌6～12h；在S2中，反应液在150～190℃下进行水热反应2～6h。
8.一种高抗磨环氧纳米复合材料，其特征在于，原料按重量百分比包括：71.5～79.1％的双酚A型环氧单体、18.5～20.4％的二氨基二苯酚和0.5～10％的根据权利要求1～7中任一项所述合成方法得到的高效抗磨改性剂。
9.根据权利要求8所述的一种高抗磨环氧纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将高效抗磨改性剂分散于25mL的丙酮中进行超声分散1h后，将其加入环氧树脂单体溶液，在70℃进行强烈搅拌4h后，加入熔融的二氨基二苯酚，经真空脱气后倒入模具，在100℃固化2h后，再于150℃固化2h，得到浅绿色的高抗磨环氧纳米复合材料。
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