CN113248792B - 改性赤泥材料、改性赤泥增韧环氧树脂复合材料及制备方法 - Google Patents

改性赤泥材料、改性赤泥增韧环氧树脂复合材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了改性赤泥材料、改性赤泥增韧环氧树脂复合材料及制备方法，属于复合材料技术领域。本发明首先采用有机酸对赤泥进行脱碱处理，再经沉降分离处理，之后采用第一偶联剂和第二偶联剂对所得脱碱赤泥进行改性处理，最终所得改性赤泥材料表面具有丰富的氨基与脂肪族长链，在环氧树脂中具有较好的分散性，与环氧树脂具有良好的界面相容性，使其与环氧树脂之间具有更紧密的结合力。利用本发明提供的改性赤泥材料作为环氧树脂的增韧剂，能够使所得复合材料具有较好的冲击强度、弯曲强度与压缩强度，使环氧树脂从硬而脆向硬而韧转变；同时所述复合材料还具有优异的耐磨性能。

Description

改性赤泥材料、改性赤泥增韧环氧树脂复合材料及制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及改性赤泥材料、改性赤泥增韧环氧树脂复合材料及制备方法。
背景技术
作为一种广泛使用的高分子材料，环氧树脂(EP)受限于自身的高交联度结构，存在着耐磨性差的问题，这严重的限制了EP在摩擦件领域的应用。同时耐磨性能也是涂层领域中涂层材料需具备的重要性能之一，而环氧树脂正是凭借着其优异的粘结性被广泛的应用于这一领域。因此，对环氧树脂材料耐磨性能的增强势在必行。根据以往材料设计经验，人们认为在EP中加入诸如SiO2、TiO2、ZnO等刚性纳米颗粒，碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等长纤维或短纤维，石墨、聚四氟乙烯乙烯粉末、MoS2等固体润滑剂制备EP的复合材料可以在有效增强EP的机械性能与耐磨性的同时降低其摩擦系数，制备具有优异摩擦性能的环氧树脂基复合材料。例如发明专利CN 102120866A公开了一种石墨及功能化碳纤维改性环氧树脂复合材料的制备方法，具体是以碳纳米管作为改性剂改性长碳纤维，并将这种碳纳米管-长碳纤维与石墨加入环氧树脂中，最终制备得到石墨及功能化碳纤维改性环氧树脂复合材料，该复合材料具有优异力学性能。然而，碳纤维与碳纳米管的昂贵价格极大的限制了该方法的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性赤泥材料、改性赤泥增韧环氧树脂复合材料及制备方法，采用本发明提供的方法制备的改性赤泥材料成本低，将其作为环氧树脂的增韧剂，能够使所得复合材料具有优异力学性能与摩擦学性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种改性赤泥材料的制备方法，包括以下步骤：
将赤泥、有机酸与水混合，依次进行脱碱处理和沉降分离处理，得到脱碱赤泥；
将所述脱碱赤泥、第一偶联剂、第二偶联剂与有机溶剂混合，进行改性处理，得到改性赤泥材料；所述第一偶联剂为硅烷类偶联剂、铝酸酯类偶联剂和钛酸酯类偶联剂中的至少一种，所述第二偶联剂为氨基偶联剂。
优选地，所述有机酸包括乙酸、草酸、马来酸或硬脂酸；所述赤泥与有机酸的质量比为(30～300)：(5～50)。
优选地，所述脱碱处理的温度为50～120℃，时间为30～300min。
优选地，所述沉降分离处理包括：将脱碱处理后所得体系依次进行分散和静置，将静置后所得上层分散液进行固液分离，所得固体物料为脱碱赤泥。
优选地，所述硅烷类偶联剂包括正辛基三乙氧基硅烷，所述铝酸酯类偶联剂包括异丙氧基二硬脂酸酰氧基铝酸酯或二异丙氧基乙酰乙酸油酸脂基铝酸酯，所述钛酸酯类偶联剂包括异丙氧基三硬脂酸酰氧基钛酸酯或异丙氧基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯，所述氨基偶联剂包括3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-脲丙基三甲氧基硅烷或异丙氧基三(乙二胺基N-乙氧基)钛酸酯；
所述脱碱赤泥与第一偶联剂、第二偶联剂的质量比为(50～500)：(1～10)：(1～10)。
优选地，所述改性处理的温度为70～150℃，时间为1～6h。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的改性赤泥材料。
本发明提供了一种改性赤泥增韧环氧树脂复合材料，按质量份数计，制备原料包括：
环氧树脂60～600份；
改性赤泥材料30～300份，所述改性赤泥材料为上述技术方案所述改性赤泥材料；
固化剂15～150份。
优选地，所述环氧树脂为双酚A类环氧树脂。
本发明提供了上述技术方案所述改性赤泥增韧环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将环氧树脂与改性赤泥材料混合，进行分散处理，得到分散处理体系；
将所述分散处理体系与固化剂混合，进行固化处理，得到改性赤泥增韧环氧树脂复合材料。
本发明提供了一种改性赤泥材料的制备方法，包括以下步骤：将赤泥、有机酸与水混合，依次进行脱碱处理和沉降分离处理，得到脱碱赤泥；将所述脱碱赤泥、第一偶联剂、第二偶联剂与有机溶剂混合，进行改性处理，得到改性赤泥材料；所述第一偶联剂为硅烷类偶联剂、铝酸酯类偶联剂和钛酸酯类偶联剂中的至少一种，所述第二偶联剂为氨基偶联剂。本发明首先采用有机酸对赤泥进行脱碱处理，再经沉降分离处理，之后采用第一偶联剂和第二偶联剂对所得脱碱赤泥进行改性处理，最终所得改性赤泥材料表面具有丰富的氨基(来源于第二偶联剂)与脂肪族长链(来源于第一偶联剂)，在环氧树脂中具有较好的分散性，与环氧树脂具有良好的界面相容性，使其与环氧树脂之间具有更紧密的结合力。利用本发明提供的改性赤泥材料作为环氧树脂的增韧剂，能够使所得复合材料具有较好的冲击强度、弯曲强度与压缩强度，使环氧树脂从硬而脆向硬而韧转变；同时所述复合材料还具有优异的耐磨性能。通过对本发明实施例以及对比例制备的材料进行性能测试，结果显示，与对比例中各材料相比，本发明提供的改性赤泥增韧环氧树脂复合材料的冲击强度、弯曲强度和压缩强度得到了整体的提升，且具有优异的耐磨性能，磨损率出现了两个数量级的下降。
附图说明
图1为实施例6制备的改性赤泥的SEM图；
图2为实施例6制备的改性赤泥增韧环氧树脂复合材料的冲击断面的SEM图；
图3为图2中局部区域的放大图；
图4为实施例6制备的改性赤泥增韧环氧树脂复合材料经环块干摩擦测试后样品磨损表面的白光干涉三维轮廓图片；
图5为实施例6制备的改性赤泥增韧环氧树脂复合材料进行环块干摩擦测试的摩擦系数-时间曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种改性赤泥材料的制备方法，包括以下步骤：
将赤泥、有机酸与水混合，依次进行脱碱处理和沉降分离处理，得到脱碱赤泥；
将所述脱碱赤泥、第一偶联剂、第二偶联剂与有机溶剂混合，进行改性处理，得到改性赤泥材料；所述第一偶联剂为硅烷类偶联剂、铝酸酯类偶联剂和钛酸酯类偶联剂中的至少一种，所述第二偶联剂为氨基偶联剂。
赤泥是一种具有强碱性的矿渣，其是铝矿冶炼过程中的主要副产物，主要由SiO2、CaO、Al2O3、TiO2、Na2O、Fe2O3组成。根据铝矿冶炼工艺的不同，赤泥可被分为拜耳法赤泥、烧结法赤泥、联合法赤泥三种，其中联合法赤泥是在拜耳-烧结联合法冶铝工艺中产生的赤泥，该赤泥中存在β-2CaO·SiO2通过联合法冶铝工艺生产金属铝时，每冶炼1吨铝会产生1.5～2.5吨的赤泥。大量的赤泥多采用大坝露天堆放的存储方法，然而这种存储方法维护成本高昂，且土地浪费严重。同时，赤泥中的碱性物质会不可避免地渗入地下，造成土壤与地下水的污染；更为严重的是，裸露且颗粒极小的赤泥容易形成粉尘污染。这些污染严重破坏了生态环境，并对人类、动物和植物的生存造成了不利影响。同时，作为一种不需开采且具有多种元素、多种结构的混合物，赤泥也是一种丰富的资源。本发明通过对赤泥进行脱碱处理、沉降分离处理以及氨基化处理，最终所得氨基化脱碱赤泥材料表面具有丰富的氨基，在环氧树脂中具有较好的分散性，以其作为环氧树脂的增韧剂，能够使所得复合材料具有较好的冲击强度、弯曲强度与压缩强度，使环氧树脂从硬而脆向硬而韧转变。因此，本发明技术方案一方面能够解决了其大量露天堆放的问题，另一面制备得到性能优异的环氧树脂基复合材料，将赤泥变废为宝，实现了其有效利用。
本发明将赤泥、有机酸与水混合，依次进行脱碱处理和沉降分离处理，得到脱碱赤泥。在本发明中，本发明对所述赤泥(RM)的来源没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知来源的赤泥即可，在本发明的实施例中，具体可以为联合法冶铝工艺中产生的赤泥。在本发明中，联合法冶铝工艺中产生的赤泥多为黄赤泥与黑赤泥混合形成的棕赤泥，其中，黄赤泥中S2-的含量较低(<0.1wt％)，颗粒尺寸较小，亲水性较强，在水中分散性能更佳；黑赤泥中S2-含量较高(>0.25wt％)，S2-的存在极大程度上促进了FeO与FeS的结晶与晶体生长，进而使赤泥颗粒较大，表面亲水基团较少，且多呈电中性，在水中分散性差；当赤泥中S2+含量处于0.1～0.25wt％范围内时，赤泥多为黄赤泥与黑赤泥的混合物，其颜色呈棕色，即为棕赤泥。本发明首先通过有机酸脱碱与沉降分离法对棕赤泥进行脱碱与粒径分离，得到脱碱赤泥(即脱碱的黄赤泥)。随后通过共价键表面改性法，在脱碱赤泥的基础上制备了具有氨基结构的高分散性赤泥，即氨基化脱碱赤泥材料(RM-NH2)，将其作为增韧剂加入环氧树脂固化体系，最终制备得到具有优异力学性能的氨基化脱碱赤泥增韧环氧树脂(EP/RM-NH2)复合材料。
在本发明中，所述赤泥在使用前优选进行粉碎处理，然后过100目筛网，将筛下所得赤泥进行脱碱处理；本发明对所述粉碎处理的具体操作方法没有特殊限定，能够得到所需粒度的赤泥即可，在本发明的实施例中，具体是将赤泥加入固体粉碎机中，在23000rpm转速条件下进行粉碎处理。
在本发明中，所述有机酸优选包括乙酸、草酸、马来酸或硬脂酸；所述赤泥与有机酸的质量比优选为(30～300)：(5～50)，更优选为(100～280)：(20～50)，进一步优选为(160～230)：(30～45)，更进一步优选为(200～220)：(35～45)。在本发明中，所述水优选为蒸馏水，所述赤泥与水的用量比优选为(30～300)g：(300～800)mL，更优选为(100～280)g：(400～750)mL，进一步优选为(160～230)g：(500～700)mL，更进一步优选为(200～220)g：(550～600)mL。本发明对所述赤泥、有机酸与水混合的方式没有特殊限定，能够将各组分混合均匀即可。
在本发明中，所述脱碱处理的温度优选为50～120℃，更优选为70～110℃，进一步优选为80～90℃；本发明优选通过油浴锅提供脱碱处理的温度。在本发明中，所述脱碱处理的时间优选为30～300min，更优选为60～240min，更优选为90～150min，进一步优选为100～140min，更进一步优选为120～130min。在本发明中，所述脱碱处理优选在机械搅拌条件下进行，所述搅拌的速率优选为100～1000rpm，更优选为200～600rpm，进一步优选为300～500rpm。在本发明中，所述脱碱处理的过程中，赤泥中Na2O与水反应：Na2O+H2O＝2NaOH，这是造成赤泥碱污染的主要原因；同时，NaOH的浓度进一步影响了反应的进程，抑制了Na2O在水中的溶解，这导致单纯的H2O洗涤很难去除Na2O。本发明在有机酸作用进行脱碱处理，以草酸为例，草酸与Na2O产生的NaOH反应：HOOC-COOH+2NaOH＝NaOOC-COONa+2H2O，可以促进Na2O与水反应，进而增加Na2O溶解性，达到除去Na2O的效果。
在本发明中，所述沉降分离处理优选包括：将脱碱处理后所得体系依次进行分散和静置，将静置后所得上层分散液进行固液分离，所得固体物料为脱碱赤泥。在本发明中，所述分散的温度优选为25～100℃，更优选为60～90℃，进一步优选为70～75℃；在本发明中，所述分散的温度优选低于所述脱碱处理的温度，具体的，所述脱碱处理与分散的温度差值优选为5～30℃，更优选为10～20℃；所述分散的时间优选为2～5min；所述分散优选在玻璃棒搅拌条件下进行。在本发明中，所述分散优选是将脱碱处理后所得体系降温5～30℃，在玻璃棒搅拌条件下进行分散2～5min。本发明优选在上述条件下进行分散，能够调控脱碱处理后所得体系的粘度，有利于控制大颗粒赤泥与小颗粒赤泥的沉降速率，进而选择合适的沉降时间将以上两种赤泥分离。在本发明中，所述静置的时间优选为1～10min，更优选为2～5min；本发明通过静置使体系分层，其中上层分散液呈黄色，即分散有小颗粒的黄赤泥；下层固液混合料含有大颗粒赤泥。
在本发明中，所述沉降分离处理的次数优选为1～10次，更优选为3～6次。当所述沉降分离处理的次数≥2次时，本发明优选按照上述方式将脱碱处理后所得体系依次进行分散和静置后，将下层固液混合料加水稀释，之后按照上述方式将所得体系依次进行分散和静置，以此循环，实现多次沉降分离处理。
最后一次静置后，本发明将所得上层分散液进行固液分离，所得固体物料为脱碱赤泥。在本发明中，可以将每次静置后所得上层分散液分别进行固液分离，也可以将每次静置后所得上层分散液合并后再进行固液分离，本发明对此不作特殊限定。本发明对所述固液分离的方式没有特殊限定，具体可以为过滤。
本发明优选将固液分离后所得固体物料依次进行干燥和粉碎，得到脱碱赤泥。在本发明中，所述干燥的温度优选为100～200℃，更优选为125～180℃；时间优选为10～15h，更优选为12h。
在本发明中，所述脱碱赤泥主要由片层状微米片与颗粒状纳米微球组成，材料单分散性较好，且粒径存在梯度性分布；具体的，所述纳米微球的粒度优选为20～100nm，微米片的尺寸优选为10～20μm。
得到脱碱赤泥后，本发明将所述脱碱赤泥、第一偶联剂、第二偶联剂与有机溶剂混合，进行改性处理，得到改性赤泥材料；所述第一偶联剂为硅烷类偶联剂、铝酸酯类偶联剂和钛酸酯类偶联剂中的至少一种，所述第二偶联剂为氨基偶联剂。在本发明中，所述硅烷类偶联剂优选包括正辛基三乙氧基硅烷，所述铝酸酯类偶联剂优选包括异丙氧基二硬脂酸酰氧基铝酸酯，所述钛酸酯类偶联剂优选包括异丙氧基三硬脂酸酰氧基钛酸酯，所述氨基偶联剂包括3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-脲丙基三甲氧基硅烷或异丙氧基三(乙二胺基N-乙氧基)钛酸酯；所述脱碱赤泥与第一偶联剂、第二偶联剂的质量比优选为(50～500)：(1～10)：(1～10)。在本发明中，所述有机溶剂优选包括乙醇、异丙醇、四氢呋喃或N,N-二甲基甲酰胺。在本发明中，所述脱碱赤泥、第一偶联剂、第二偶联剂与有机溶剂混合的方式优选为将第一偶联剂与部分有机溶剂混合，得到第一偶联剂溶液；将第二偶联剂与剩余有机溶剂混合，得到第二偶联剂溶液；将所述第一偶联剂溶液与第二偶联剂溶液分别喷洒于脱碱赤泥上进行搅拌混合；所述搅拌混合时搅拌的速率优选为20000～30000rpm，更优选为25000rpm，搅拌的时间优选为1～20min，更优选为10～15min。
在本发明中，所述改性处理的温度优选为70～150℃，更优选为80～130℃；时间优选为1～6h，更优选为2～3h。在本发明中，所述改性处理过程中，第一偶联剂与第二偶联剂在有机溶剂的作用下均匀分散在脱碱赤泥的表面，并与脱碱赤泥实现偶联，最终得到氨基化脱碱赤泥材料；具体的，硅烷类偶联剂更有利于偶联在SiO2表面，钛酸酯类偶联剂与铝酸酯类偶联剂更有利于偶联在Fe2O3、TiO2、ZnO以及Al2O3表面。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的改性赤泥材料。本发明提供的改性赤泥材料具有较好的冲击强度、弯曲强度与压缩强度，同时还具有优异的耐磨性能。
本发明提供了一种改性赤泥增韧环氧树脂复合材料，按质量份数计，制备原料包括：
环氧树脂60～600份；
改性赤泥材料30～300份，所述改性赤泥材料为上述技术方案所述改性赤泥材料；
固化剂15～150份。
按质量份数计，本发明提供的改性赤泥增韧环氧树脂复合材料的制备原料包括环氧树脂60～600份，优选为80～200份，进一步优选为100～150份。在本发明中，所述环氧树脂优选为双酚A类环氧树脂，更优选为环氧树脂E-51、环氧树脂E-44、环氧树脂E-12或环氧树脂E-10。
以所述环氧树脂的质量份数为基准，本发明提供的改性赤泥增韧环氧树脂复合材料的制备原料包括改性赤泥材料30～300份，优选为30～100份，进一步优选为30～60份；所述改性赤泥材料优选为上述技术方案所述改性赤泥材料。
以所述环氧树脂的质量份数为基准，本发明提供的改性赤泥增韧环氧树脂复合材料的制备原料包括固化剂5～50份，优选为8～25份，进一步优选为10～20份。在本发明中，所述固化剂优选包括二乙烯基三胺(DETA)、二氨基二苯砜(DDS)、二氨基二苯基甲烷(DDM)或桐油酸酐(TOA)。
本发明提供了上述技术方案所述改性赤泥增韧环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将环氧树脂与改性赤泥材料混合，进行分散处理，得到分散处理体系；
将所述分散处理体系与固化剂混合，进行固化处理，得到改性赤泥增韧环氧树脂复合材料。
本发明将环氧树脂与改性赤泥材料混合，进行分散处理，得到分散处理体系。在本发明中，所述分散处理的温度优选为30～120℃，更优选为70～100℃，进一步优选为70～80℃；所述分散处理的时间优选为2～10min，更优选为5～7min；所述分散处理优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速优选为1000～10000rpm，更优选为4000～7000rpm，进一步优选为5000～6000rpm。本发明优选将环氧树脂与氨基化脱碱赤泥材料置于高速搅拌罐中，选择聚四氟乙烯球磨搅拌头，在30～120℃、1000～10000rpm条件下进行分散处理2～10min。
所述分散处理后，本发明优选将所得体系进行第一真空脱气，得到分散处理体系；所述第一真空脱气的温度优选为70～100℃，时间优选为1～10min，更优选为2～5min；所述第一真空脱气优选在真空烘箱中进行。
得到分散处理体系后，本发明将所述分散处理体系与固化剂混合，进行固化处理，得到改性赤泥增韧环氧树脂复合材料。在本发明中，为了保证固化剂充分溶解，所述分散处理体系与固化剂混合优选在30～120℃条件下进行，更优选为50～100℃，进一步优选为60～80℃；所述混合的时间优选为2～10min，更优选为5～8min；所述混合优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速优选为1000～10000rpm，更优选为3000～8000rpm，进一步优选为4000～6000rpm。所述分散处理体系与固化剂混合后，本发明优选将所得体系进行第二真空脱气，之后将所得体系进行固化处理。在本发明中，所述第二真空脱气的温度优选为30～120℃，更优选为50～100℃；所述第二真空脱气的时间优选为1～10min，更优选为3～6min；所述第二真空脱气优选在真空烘箱中进行。
在本发明中，所述固化处理包括依次进行的第一固化处理和第二固化处理，所述第一固化处理的温度优选为30～160℃，更优选为50～120℃，进一步优选为80～110℃；第一固化处理的时间优选为1～5h，更优选为2～3h；所述第二固化处理的温度优选为120～220℃，更优选为120～160℃，所述第二固化处理的温度优选高于第一固化处理的温度，具体的，所述第二固化处理与第一固化处理的温度差值优选为30～80℃，更优选为50～70℃，进一步优选为40～60℃；第二固化处理的时间优选为1～5h，更优选为2～4h。本发明优选将第二真空脱气后所得体系置于模具中进行固化处理。
所述固化处理后，本发明优选将所得材料自然降温至室温，得到改性赤泥增韧环氧树脂复合材料。本发明具体在烘箱中进行所述固化处理，固化处理结束后，优选将烘箱断电，所得材料于烘箱中自然降温至室温。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)脱碱赤泥的制备
将100g的赤泥(RM)加入固体粉碎机中，在23000rpm转速条件下进行粉碎，将粉碎后的RM过100目筛网，将筛下所得RM转移入圆底烧瓶中，加入400mL蒸馏水和50g乙酸，在200rpm机械搅拌条件下，控制油浴锅反应温度为110℃，反应240min，得到第一RM分散液；将所述第一RM分散液的温度降至90℃，采用玻璃棒搅拌3min，使RM进一步分散，得到第二RM分散液；将所述第二RM分散液静置2min，体系分层，收集上层黄色分散液，完成1次沉降分离处理步骤；将静置后所得下层固液混合料加水稀释，之后重复上述沉降分离处理步骤，共进行沉降分离处理步骤6次，将每次沉降分离处理收集的上层黄色分散液合并后进行抽滤，得到RM滤饼，将所述RM滤饼于125℃烘箱中干燥12h，采用固体粉碎机在23000rpm转速条件下进行粉碎，得到脱碱赤泥。
(2)改性赤泥(RMS)的制备
将5.0g异丙氧基二硬脂酸酰氧基铝酸酯(ACA-K30)溶于四氢呋喃(按质量比，ACA-K30：四氢呋喃＝1：3)中，得到ACA-K30溶液；将3.5g的3-脲丙基三甲氧基硅烷(SCA-U60M)溶于N,N-二甲基甲酰胺(按质量比，SCA-U60M：N,N-二甲基甲酰胺＝1：5)中，得到SCA-U60M溶液；将所述ACA-K30溶液与SCA-U60M溶液混合，得到改性溶液；取300g脱碱赤泥置于于固体粉碎机中，通过喷壶将所述改性溶液喷洒进入固体粉碎机中，在25000rpm条件下搅拌12min，以确保改性溶液充分分散于脱碱赤泥表面；之后将所得体系放入烘箱中，于80℃条件下反应5h，得到改性赤泥；
(3)改性赤泥增韧环氧树脂(EP/RMS)复合材料的制备
将200g环氧树脂E-54与100g改性赤泥置于高速搅拌罐中，选择聚四氟乙烯球磨搅拌头，在50℃、3000rpm条件下进行分散处理4min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在100℃条件下进行真空脱气4min；将所得第一脱气物料与70g固化剂DDS混合，在50℃、3000rpm条件下混合4min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在50℃条件下进行真空脱气4min；将所得第二脱气物料置于模具中，将盛放有第二脱气物料的模具置于烘箱中，在120℃条件下固化3h，之后在180℃条件下固化2h，将烘箱断电，所得材料于烘箱中经4h自然降温至室温(25℃)，得到改性赤泥增韧环氧树脂复合材料。
实施例2
(1)脱碱赤泥的制备
将160g的赤泥(RM)加入固体粉碎机中，在23000rpm转速条件下进行粉碎，将粉碎后的RM过100目筛网，将筛下所得RM转移入圆底烧瓶中，加入600mL蒸馏水和20g乙酸，在1000rpm机械搅拌条件下，控制油浴锅反应温度为80℃，反应120min，得到第一RM分散液；将所述第一RM分散液的温度降至60℃，采用玻璃棒搅拌3min，使RM进一步分散，得到第二RM分散液；将所述第二RM分散液静置3min，体系分层，收集上层黄色分散液，完成1次沉降分离处理步骤；将静置后所得下层固液混合料加水稀释，之后重复上述沉降分离处理步骤，共进行沉降分离处理步骤5次，将每次沉降分离处理收集的上层黄色分散液合并后进行抽滤，得到RM滤饼，将所述RM滤饼于125℃烘箱中干燥12h，采用固体粉碎机在23000rpm转速条件下进行粉碎，得到脱碱赤泥。
(2)改性赤泥(RMS)的制备
将3.5g异丙氧基三硬脂酸酰氧基钛酸酯(TCA-KTTT)溶于乙醇(按质量比，TCA-KTTT：乙醇＝1：2.5)中，得到TCA-KTTT溶液；将7.3g异丙氧基三(乙二胺基N-乙氧基)钛酸酯(TCA-K44)溶于异丙醇(按质量比，TCA-K44：异丙醇＝1：3.2)中，得到TCA-K44溶液；将所述TCA-KTTT溶液与TCA-K44溶液混合，得到改性溶液；取150g脱碱赤泥置于于固体粉碎机中，通过喷壶将所述改性溶液喷洒进入固体粉碎机中，在25000rpm条件下搅拌7min，以确保改性溶液充分分散于脱碱赤泥表面；之后将所得体系放入烘箱中，于105℃条件下反应1.5h，得到改性赤泥；
(3)改性赤泥增韧环氧树脂(EP/RMS)复合材料的制备
将120g环氧树脂E-10与60g改性赤泥置于高速搅拌罐中，选择聚四氟乙烯球磨搅拌头，在80℃、6000rpm条件下进行分散处理5min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在70℃条件下进行真空脱气5min；将所得第一脱气物料与20g固化剂DETA混合，在50℃、6000rpm条件下混合5min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在50℃条件下进行真空脱气5min；将所得第二脱气物料置于模具中，在70℃条件下固化2.5h，之后在120℃条件下固化1.5h，自然降温至室温，得到改性赤泥增韧环氧树脂复合材料。
实施例3
(1)脱碱赤泥的制备
将200g的赤泥(RM)加入固体粉碎机中，在23000rpm转速条件下进行粉碎，将粉碎后的RM过100目筛网，将筛下所得RM转移入圆底烧瓶中，加入600mL蒸馏水和30g马来酸，在500rpm机械搅拌条件下，控制油浴锅反应温度为70℃，反应130min，得到第一RM分散液；将所述第一RM分散液的温度升至60℃，采用玻璃棒搅拌5min，使RM进一步分散，得到第二RM分散液；将所述第二RM分散液静置3min，体系分层，收集上层黄色分散液，完成1次沉降分离处理步骤；将静置后所得下层固液混合料加水稀释，之后重复上述沉降分离处理步骤，共进行沉降分离处理步骤5次，将每次沉降分离处理收集的上层黄色分散液合并后进行抽滤，得到RM滤饼，将所述RM滤饼于150℃烘箱中干燥12h，采用固体粉碎机在23000rpm转速条件下进行粉碎，得到脱碱赤泥。
(2)改性赤泥(RMS)的制备
将3.2g正辛基三乙氧基硅烷(SCA-K08E)溶于异丙醇(按质量比，SCA-K08E：异丙醇＝1：4.5)中，得到SCA-K08E溶液；将6.7g的3-氨丙基三乙氧基硅烷(SCA-A10E)溶于四氢呋喃(按质量比，SCA-A10E：四氢呋喃＝1：1.5)中，得到SCA-A10E溶液；将所述SCA-K08E溶液与SCA-A10E溶液混合，得到改性溶液；取115g脱碱赤泥置于于固体粉碎机中，通过喷壶将所述改性溶液喷洒进入固体粉碎机中，在25000rpm条件下搅拌15min，以确保改性溶液充分分散于脱碱赤泥表面；之后将所得体系放入烘箱中，于90℃条件下反应3h，得到改性赤泥；
(3)改性赤泥增韧环氧树脂(EP/RMS)复合材料的制备
将180g环氧树脂E-51与50g改性赤泥置于高速搅拌罐中，选择聚四氟乙烯球磨搅拌头，在60℃、3000rpm条件下进行分散处理8min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在120℃条件下进行真空脱气8min；将所得第一脱气物料与100g固化剂TOA混合，在40℃、3000rpm条件下混合8min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在40℃条件下进行真空脱气8min；将所得第二脱气物料置于模具中，在125℃条件下固化1.5h，之后在130℃条件下固化3.5h，自然降温至室温，得到改性赤泥增韧环氧树脂复合材料。
实施例4
(1)脱碱赤泥的制备
将280g的赤泥(RM)加入固体粉碎机中，在23000rpm转速条件下进行粉碎，将粉碎后的RM过100目筛网，将筛下所得RM转移入圆底烧瓶中，加入300mL蒸馏水和45g马来酸，在500rpm机械搅拌条件下，控制油浴锅反应温度为70℃，反应60min，得到第一RM分散液；将所述第一RM分散液的温度升至50℃，采用玻璃棒搅拌4min，使RM进一步分散，得到第二RM分散液；将所述第二RM分散液静置5min，体系分层，收集上层黄色分散液，完成1次沉降分离处理步骤；将静置后所得下层固液混合料加水稀释，之后重复上述沉降分离处理步骤，共进行沉降分离处理步骤5次，将每次沉降分离处理收集的上层黄色分散液合并后进行抽滤，得到RM滤饼，将所述RM滤饼于150℃烘箱中干燥12h，采用固体粉碎机在23000rpm转速条件下进行粉碎，得到脱碱赤泥。
(2)改性赤泥(RMS)的制备
将5.5g异丙氧基三硬脂酸酰氧基钛酸酯(TCA-KTTT)溶于N,N-二甲基甲酰胺(按质量比，TCA-KTTT：N,N-二甲基甲酰胺＝1：3.5)中，得到TCA-KTTT溶液；将3.6g的3-脲丙基三甲氧基硅烷(SCA-U60M)溶于乙醇(按质量比，SCA-U60M：乙醇＝1：0.5)中，得到SCA-U60M溶液；将所述TCA-KTTT溶液与SCA-U60M溶液混合，得到改性溶液；取180g脱碱赤泥置于于固体粉碎机中，通过喷壶将所述改性溶液喷洒进入固体粉碎机中，在25000rpm条件下搅拌15min，以确保改性溶液充分分散于脱碱赤泥表面；之后将所得体系放入烘箱中，于130℃条件下反应3h，得到改性赤泥；
(3)改性赤泥增韧环氧树脂(EP/RMS)复合材料的制备
将230g环氧树脂E-54与200g改性赤泥置于高速搅拌罐中，选择聚四氟乙烯球磨搅拌头，在75℃、4500rpm条件下进行分散处理7min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在110℃条件下进行真空脱气7min；将所得第一脱气物料与40g固化剂DDS混合，在115℃、4500rpm条件下混合7min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在115℃条件下进行真空脱气7min；将所得第二脱气物料置于模具中，在150℃条件下固化3h，之后在210℃条件下固化3h，自然降温至室温，得到改性赤泥增韧环氧树脂复合材料。
实施例5
(1)脱碱赤泥的制备
将230g的赤泥(RM)加入固体粉碎机中，在23000rpm转速条件下进行粉碎，将粉碎后的RM过100目筛网，将筛下所得RM转移入圆底烧瓶中，加入750mL蒸馏水和30g草酸，在300rpm机械搅拌条件下，控制油浴锅反应温度为90℃，反应60min，得到第一RM分散液；将所述第一RM分散液的温度降至70℃，采用玻璃棒搅拌5min，使RM进一步分散，得到第二RM分散液；将所述第二RM分散液静置5min，体系分层，收集上层黄色分散液，完成1次沉降分离处理步骤；将静置后所得下层固液混合料加水稀释，之后重复上述沉降分离处理步骤，共进行沉降分离处理步骤6次，将每次沉降分离处理收集的上层黄色分散液合并后进行抽滤，得到RM滤饼，将所述RM滤饼于150℃烘箱中干燥12h，采用固体粉碎机在23000rpm转速条件下进行粉碎，得到脱碱赤泥。
(2)改性赤泥(RMS)的制备
将7.0g异丙氧基二硬脂酸酰氧基铝酸酯(ACA-K30)溶于乙醇(按质量比，ACA-K30：乙醇＝1：1)中，得到ACA-K30溶液；将8.5g的3-氨丙基三乙氧基硅烷(SCA-A10E)溶于四氢呋喃(按质量比，SCA-A10E：四氢呋喃＝1：1)中，得到SCA-A10E溶液；将所述ACA-K30溶液与SCA-A10E溶液混合，得到改性溶液；取80g脱碱赤泥置于于固体粉碎机中，通过喷壶将所述改性溶液喷洒进入固体粉碎机中，在25000rpm条件下搅拌15min，以确保改性溶液充分分散于脱碱赤泥表面；之后将所得体系放入烘箱中，于80℃条件下反应2h，得到改性赤泥；
(3)改性赤泥增韧环氧树脂(EP/RMS)复合材料的制备
将180g环氧树脂E-31与60g改性赤泥置于高速搅拌罐中，选择聚四氟乙烯球磨搅拌头，在90℃、3500rpm条件下进行分散处理2min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在90℃条件下进行真空脱气2min；将所得第一脱气物料与30g固化剂DETA混合，在90℃、3500rpm条件下混合2min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在90℃条件下进行真空脱气2min；将所得第二脱气物料置于模具中，在140℃条件下固化1h，之后在150℃条件下固化1h，自然降温至室温，得到改性赤泥增韧环氧树脂复合材料。
实施例6
(1)脱碱赤泥的制备
将230g的赤泥(RM)加入固体粉碎机中，在23000rpm转速条件下进行粉碎，将粉碎后的RM过100目筛网，将筛下所得RM转移入圆底烧瓶中，加入750mL蒸馏水和30g草酸，在300rpm机械搅拌条件下，控制油浴锅反应温度为90℃，反应60min，得到第一RM分散液；将所述第一RM分散液的温度降至70℃，采用玻璃棒搅拌5min，使RM进一步分散，得到第二RM分散液；将所述第二RM分散液静置5min，体系分层，收集上层黄色分散液，完成1次沉降分离处理步骤；将静置后所得下层固液混合料加水稀释，之后重复上述沉降分离处理步骤，共进行沉降分离处理步骤6次，将每次沉降分离处理收集的上层黄色分散液合并后进行抽滤，得到RM滤饼，将所述RM滤饼于150℃烘箱中干燥12h，采用固体粉碎机在23000rpm转速条件下进行粉碎，得到脱碱赤泥。
(2)改性赤泥(RMS)的制备
将3.8g异丙氧基二硬脂酸酰氧基铝酸酯(ACA-K30)溶于异丙醇(按质量比，ACA-K30：异丙醇＝1：4)中，得到ACA-K30溶液；将1.9g异丙氧基三(乙二胺基N-乙氧基)钛酸酯(ACA-K44)溶于异丙醇(按质量比，ACA-K44：异丙醇＝1：4)中，得到ACA-K44溶液；将所述ACA-K30溶液与ACA-K44溶液混合，得到改性溶液；取100g脱碱赤泥置于于固体粉碎机中，通过喷壶将所述改性溶液喷洒进入固体粉碎机中，在25000rpm条件下搅拌15min，以确保改性溶液充分分散于脱碱赤泥表面；之后将所得体系放入烘箱中，于120℃条件下反应2h，得到改性赤泥；
(3)改性赤泥增韧环氧树脂(EP/RMS)复合材料的制备
将100g环氧树脂E-51与30g改性赤泥置于高速搅拌罐中，选择聚四氟乙烯球磨搅拌头，在70℃、5000rpm条件下进行分散处理5min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在70℃条件下进行真空脱气5min；将所得第一脱气物料与25g固化剂DDM混合，在70℃、5000rpm条件下混合5min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在70℃条件下进行真空脱气5min；将所得第二脱气物料置于模具中，在120℃条件下固化2h，之后在160℃条件下固化2h，自然降温至室温，得到改性赤泥增韧环氧树脂复合材料。
对比例1
EP材料的制备：
将100g环氧树脂E-51与25g固化剂DDM于高速搅拌罐中，选择聚四氟乙烯球磨搅拌头，在70℃、4000rpm条件下混合10min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在70℃条件下进行真空脱气5min；将所得脱气物料置于模具中，在100℃条件下固化2h，之后在160℃条件下固化2h，自然降温至室温，得到EP材料。
对比例2
EP/RM复合材料的制备：
将40g赤泥(RM)加入固体粉碎机中，在23000rpm转速条件下进行粉碎，将粉碎后的RM过100目筛网，将筛下所得RM置于高速搅拌罐中，加入50g环氧树脂E-51，选择聚四氟乙烯球磨搅拌头，在120℃、5000rpm条件下进行分散处理6min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在70℃条件下进行真空脱气6min；将所得第一脱气物料与50g固化剂DDM混合，在120℃、4000rpm条件下混合4min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在120℃条件下进行真空脱气3min；将所得第二脱气物料置于模具中，在80℃条件下固化3h，之后在150℃条件下固化3h，自然降温至室温，得到EP/RM复合材料。
对比例3
(1)脱碱赤泥的制备
将120g的赤泥(RM)加入固体粉碎机中，在23000rpm转速条件下进行粉碎，将粉碎后的RM过100目筛网，将筛下所得RM转移入圆底烧瓶中，加入750mL蒸馏水和25g草酸，在300rpm机械搅拌条件下，控制油浴锅反应温度为90℃，反应60min，得到第一RM分散液；将所述第一RM分散液的温度降至70℃，采用玻璃棒搅拌5min，使RM进一步分散，得到第二RM分散液；将所述第二RM分散液静置5min，体系分层，收集上层黄色分散液，完成1次沉降分离处理步骤；将静置后所得下层固液混合料加水稀释，之后重复上述沉降分离处理步骤，共进行沉降分离处理步骤6次，将每次沉降分离处理收集的上层黄色分散液合并后进行抽滤，得到RM滤饼，将所述RM滤饼于150℃烘箱中干燥12h，采用固体粉碎机在23000rpm转速条件下进行粉碎，得到脱碱赤泥。
(2)EP/RM复合材料的制备
将50g环氧树脂E-51和40g脱碱赤泥置于高速搅拌罐中，选择聚四氟乙烯球磨搅拌头，在120℃、5000rpm条件下进行分散处理6min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在100℃条件下进行真空脱气6min；将所得第一脱气物料与50g固化剂DDM混合，在120℃、4000rpm条件下混合4min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在120℃条件下进行真空脱气3min；将所得第二脱气物料置于模具中，在80℃条件下固化3h，之后在150℃条件下固化3h，自然降温至室温，得到EP/RM复合材料。
对比例4
(1)氨基化赤泥的制备
将6g氨基偶联剂3-脲丙基三甲氧基硅烷(SCA-U60M)溶于甲苯(按质量比计，SCA-U60M：甲苯＝1：4.5)中，得到SCA-U60M的甲苯溶液；将150g赤泥(RM)加入固体粉碎机中，在23000rpm转速条件下进行粉碎，将粉碎后的RM过100目筛网，将筛下所得RM置于固体粉碎机中，通过喷壶将所述SCA-U60M的甲苯溶液喷洒进入固体粉碎机中，在25000rpm条件下搅拌15min，以确保SCA-U60M充分分散于脱碱赤泥表面；之后将所得体系放入烘箱中，于120℃条件下反应2h，得到氨基化赤泥。
(2)氨基化赤泥增韧环氧树脂复合材料的制备
将80g环氧树脂E-51与10g氨基化赤泥置于高速搅拌罐中，选择聚四氟乙烯球磨搅拌头，在90℃、8000rpm条件下进行分散处理5min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在70℃条件下进行真空脱气3min；将所得第一脱气物料与10g固化剂DDM混合，在120℃、5000rpm条件下混合3min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在120℃条件下进行真空脱气5min；将所得第二脱气物料置于模具中，在120℃条件下固化1h，之后在160℃条件下固化1h，自然降温至室温，得到氨基化赤泥增韧环氧树脂复合材料。
对比例5
(1)脱碱赤泥的制备
将160g的赤泥(RM)加入固体粉碎机中，在23000rpm转速条件下进行粉碎，将粉碎后的RM过100目筛网，将筛下所得RM转移入圆底烧瓶中，加入600mL蒸馏水和20g草酸在1000rpm机械搅拌条件下，控制油浴锅反应温度为80℃，反应120min，得到第一RM分散液；将所述第一RM分散液的温度降至60℃，采用玻璃棒搅拌3min，使RM进一步分散，得到第二RM分散液；将所述第二RM分散液静置3min，体系分层，取上层黄色分散液进行抽滤，得到RM滤饼，完成1次沉降分离处理步骤；重复上述沉降分离处理步骤，共进行沉降分离处理步骤5次，最后将得到的RM滤饼于120℃烘箱中干燥12h，采用固体粉碎机在23000rpm转速条件下进行粉碎，得到脱碱赤泥。
(2)改性脱碱赤泥的制备
将2.5g铝酸酯类偶联剂异丙氧基二硬脂酸酰氧基铝酸酯(ACA-K30)溶于异丙醇(按质量比计，ACA-K30：异丙醇＝1：4)中，得到ACA-K30的异丙醇溶液；取100g脱碱赤泥置于固体粉碎机中，通过喷壶将所述ACA-K30的异丙醇溶液喷洒进入固体粉碎机中，在25000rpm条件下搅拌15min，以确保ACA-K30充分分散于脱碱赤泥表面；之后将所得体系放入烘箱中，于120℃条件下反应2h，得到改性脱碱赤泥。
(3)改性赤泥增韧环氧树脂复合材料的制备
将100g环氧树脂E-51与5g改性赤泥置于高速搅拌罐中，选择聚四氟乙烯球磨搅拌头，在70℃、5000rpm条件下进行分散处理10min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在70℃条件下进行真空脱气5min；将所得第一脱气物料与25g固化剂DDM混合，在70℃、4000rpm条件下混合10min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在70℃条件下进行真空脱气5min；将所得第二脱气物料置于模具中，将盛放有第二脱气物料的模具置于烘箱中，在100℃条件下固化2h，之后在100℃条件下固化2h，将烘箱断电，所得材料于烘箱中经4h自然降温至室温，得到改性赤泥增韧环氧树脂复合材料。
对比例6
二氧化硅增韧环氧树脂(EP/SiO2)复合材料的制备：
将2.4g的SiO2纳米颗粒(购买自上海麦克林生化科技有限公司S817565，比表面积(BET)为200m2/g；粒径为7～40nm)与120g环氧树脂E-51置于高速搅拌罐中，选择聚四氟乙烯球磨搅拌头，在70℃、5000rpm条件下进行分散处理5min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在70℃条件下进行真空脱气5min；将所得第一脱气物料与30.0g固化剂DDM混合，在70℃、5000rpm条件下混合5min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在70℃条件下进行真空脱气5min；将所得第二脱气物料置于模具中，将盛放有第二脱气物料的模具置于烘箱中，在100℃条件下固化2h，之后在160℃条件下固化2h，将烘箱断电，所得材料于烘箱中经4h自然降温至室温，得到二氧化硅增韧环氧树脂复合材料。
对比例7
二氧化钛增韧环氧树脂(EP/TiO2)复合材料的制备：
将1.2g的TiO2纳米颗粒(购买自上海麦克林生化科技有限公司T818936，规格为：99.8％metals basis，25nm，锐钛，亲水)与120g环氧树脂E-51置于高速搅拌罐中，选择聚四氟乙烯球磨搅拌头，在70℃、5000rpm条件下分散5min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在70℃条件下进行真空脱气5min；将所得第一脱气物料与30.0g固化剂DDM混合，在70℃、5000rpm条件下混合5min，之后将所得体系置于真空烘箱中，在70℃条件下进行真空脱气5min；将所得第二脱气物料置于模具中，将盛放有第二脱气物料的模具置于烘箱中，在100℃条件下固化2h，之后在160℃条件下固化2h，将烘箱断电，所得材料于烘箱中经4h自然降温至室温，得到二氧化钛增韧环氧树脂复合材料。
表征与性能测试
(1)对实施例6制备的改性赤泥(RMS)以及改性赤泥增韧环氧树脂(EP/RMS)复合材料进行表征，具体如下：
图1为实施例6制备的改性赤泥的SEM图，由图1可知，RMS主要由片层状微纳米片与颗粒状纳米微球组成，材料单分散性较好，且粒径存在梯度性分布。同时，微纳米片与纳米微球表面有聚合物质感，这是由于在偶联剂的作用下，赤泥表面被接枝了脂肪族长链(具体为以硬脂酸为核心的酰氧基脂肪族分子链)引起的。
图2为实施例6制备的改性赤泥增韧环氧树脂复合材料的冲击断面的SEM图，图3为图2中局部区域(具体为黑色圆圈区域)的放大图。由图2可知，EP/RMS复合材料的冲击断面呈现经典的韧性断裂结构，且冲击断面上存在规则的蛇形滑动花样，这是由于断裂过程中复合材料的滑移变形产生的。同时，在冲击断面的表面可观察到大量微粒物质的存在；通过放大倍数的SEM图(如图3所示)，可清晰的观察到归属于RMS的片层状结构与颗粒状结构；而且图3中显示出更加精细的连波花样条纹，这也说明本发明提供的改性赤泥增韧环氧树脂复合材料断裂属于韧性断裂。
(2)将实施例1～6以及对比例1～7制备的材料进行性能测试，具体的，冲击强度、弯曲强度、压缩强度的样品尺寸与测试方法分别依据国家标准GBT 1843-2008、GBT 9341-2008、GBT 1041-2008在无尘锯中切割，通过电子万能材料试验机(CTM-50G，上海协强仪器制造有限公司)进行测试；使用多功能摩擦磨损试验机(MFT-5000，美国Rtec公司)在正压力为16N、线速度为1m/s条件下，对12mm×4mm×4mm的样品进行环块干摩擦实验，用于评价材料的耐磨性能。测试结果如表1所示。
表1实施例1～6以及对比例1～7制备的材料的性能测试结果
Figure BDA0003107384210000201
Figure BDA0003107384210000211
由表1可知，实施例6所制备的复合材料在1MPa、1m/s环块干摩擦条件下的体积磨损率为3.17×10-6mm3/Nm，其仅为EP材料体积磨损率的2.42％(对比例1中EP材料体积磨损率为130.83×10-6mm3/Nm)。相比TiO2、SiO2等单一无机纳米颗粒改性的环氧树脂复合材料，采用本发明提供的改性赤泥材料作为环氧树脂的增韧剂，所得复合材料的耐磨性能均有显著提升，且复合材料的具有较高的冲击强度、弯曲强度以及压缩强度，综合力学性能优异。
图4为实施例6制备的改性赤泥增韧环氧树脂复合材料经环块干摩擦测试后样品磨损表面的白光干涉三维轮廓图片，由图4可知，改性赤泥增韧环氧树脂复合材料沿金属对偶的运动方向上出现了清晰划痕，划痕深度较浅且分布均匀。这说明RMS的加入很大程度上起到了降低环氧树脂体积磨损率的效果。
图5为实施例6制备的改性赤泥增韧环氧树脂复合材料进行环块干摩擦测试的摩擦系数-时间曲线图，由图5可知，改性赤泥增韧环氧树脂复合材料与钢环之间的摩擦系数在跑合磨损阶段，随时间的增加先增加后降低；随着时间的进一步增加，改性赤泥增韧环氧树脂复合材料与钢环的摩擦进入稳态，摩擦系数逐渐稳定，最终稳定在0.7，说明复合材料与金属对偶之间的界面化学与物理结构趋于稳定。复合材料中赤泥在摩擦磨损过程中被释放到接触界面，一方面对金属对偶表面具有抛光作用，另一方面在界面摩擦热的作用下发生摩擦烧结，在金属对偶表面形成均匀、稳定、承载力高的转移膜，有效的降低了复合材料的体积磨损率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种改性赤泥增韧环氧树脂复合材料，按质量份数计，制备原料包括：
环氧树脂60～600份；
改性赤泥材料30～300份；
固化剂15～150份；
所述改性赤泥材料的制备方法，包括以下步骤：
将赤泥、有机酸与水混合，依次进行脱碱处理和沉降分离处理，得到脱碱赤泥；将所述脱碱赤泥、第一偶联剂、第二偶联剂与有机溶剂混合，进行改性处理，得到改性赤泥材料；所述第一偶联剂为硅烷类偶联剂、铝酸酯类偶联剂和钛酸酯类偶联剂中的至少一种，所述第二偶联剂为氨基偶联剂。
2.根据权利要求1所述的改性赤泥增韧环氧树脂复合材料，其特征在于，所述有机酸包括乙酸、草酸、马来酸或硬脂酸；所述赤泥与有机酸的质量比为(30～300)：(5～50)。
3.根据权利要求1或2所述的改性赤泥增韧环氧树脂复合材料，其特征在于，所述脱碱处理的温度为50～120℃，时间为30～300min。
4.根据权利要求1所述的改性赤泥增韧环氧树脂复合材料，其特征在于，所述沉降分离处理包括：将脱碱处理后所得体系依次进行分散和静置，将静置后所得上层分散液进行固液分离，所得固体物料为脱碱赤泥。
5.根据权利要求1所述的改性赤泥增韧环氧树脂复合材料，其特征在于，所述硅烷类偶联剂包括正辛基三乙氧基硅烷，所述铝酸酯类偶联剂包括异丙氧基二硬脂酸酰氧基铝酸酯或二异丙氧基乙酰乙酸油酸脂基铝酸酯，所述钛酸酯类偶联剂包括异丙氧基三硬脂酸酰氧基钛酸酯或异丙氧基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯，所述氨基偶联剂包括3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-脲丙基三甲氧基硅烷或异丙氧基三(乙二胺基N-乙氧基)钛酸酯；
所述脱碱赤泥与第一偶联剂、第二偶联剂的质量比为(50～500)：(1～10)：(1～10)。
6.根据权利要求1或5所述的改性赤泥增韧环氧树脂复合材料，其特征在于，所述改性处理的温度为70～150℃，时间为1～6h。
7.根据权利要求1所述的改性赤泥增韧环氧树脂复合材料，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A类环氧树脂。
8.权利要求1～7任一项所述改性赤泥增韧环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：将环氧树脂与改性赤泥材料混合，进行分散处理，得到分散处理体系；将所述分散处理体系与固化剂混合，进行固化处理，得到改性赤泥增韧环氧树脂复合材料。
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