[发明专利]石墨烯量子点-纳米颗粒-环氧树脂复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯量子点‑纳米颗粒‑环氧树脂复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：⑴将尿素和一水合柠檬酸分散在去离子水中，得到浓度为0.01~0.1 g/mL的分散液，该分散液经水热反应后自然冷却，得到褐色溶液；褐色溶液经洗涤、离心、透析、冷冻干燥后，即得石墨烯量子点；⑵在真空度为‑0.8×10⁵Pa条件下，石墨烯量子点先与环氧树脂搅拌混合10min，再加入增强纳米颗粒搅拌混合10min，最后加入固化剂搅拌混合6min后，得到混合液；⑶混合液倒入模具中低温固化，即得石墨烯量子点协同纳米颗粒填充环氧树脂基自润滑复合材料。本发明方法简单、易于实施，所得复合材料可作为发动机、内燃机等机械部件的潜在应用材料具有广泛的发展前景。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，尤其涉及石墨烯量子点-纳米颗粒-环氧树脂复合材料的制备方法。

背景技术

随着现代高端装备和发动机技术的迅猛发展，尤其是怠速启停功能的引入，相关机械运动部件频繁处于边界/混合润滑区间运行，摩擦副的固-固接触承担相当甚至绝大部分载荷，加剧了传统金属-金属对偶的摩擦磨损，严重影响运动机构的使用性能。因此，设计制备新型润滑材料，延长摩擦副的服役寿命，提高装备运行可靠性成为摩擦学的研究重点。

聚合物材料因具有良好的自润滑特性、高化学稳定性和性能可设计性，在工业工程中发挥着重要作用。摩擦学理论与实践表明聚合物-金属材料作为摩擦副在界面上可形成具有润滑特性的转移膜，减轻甚至避免摩擦副的直接刮擦，有效抑制咬合现象的发生，可用于替代金属-金属摩擦副。环氧树脂是典型的热固性工程材料，因其优异的化学稳定性和良好的加工性能，作为自润滑基体材料被广泛应用于摩擦学领域。然而，纯环氧树脂力学强度较差，易发生粘着，磨损严重，需通过添加功能性填料来提高综合性能。

石墨烯量子点是一类良好的聚合物自润滑填料，表面富含含氧官能团，具有大的比表面积及同石墨烯相仿的机械刚度、强度和弹性，能够显著增强聚合物的减摩特性。但石墨烯量子点尺寸太小，抗磨性能较差，需同时添加其他纳米材料协同增强环氧树脂的摩擦学性能。然而，目前关于石墨烯量子点协同其他纳米材料填充聚合物复合材料在润滑领域的研究尚未有公开报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种方法简单、易于实施的石墨烯量子点-纳米颗粒-环氧树脂复合材料的制备方法。

为解决上述问题，本发明所述的石墨烯量子点-纳米颗粒-环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

⑴将尿素和一水合柠檬酸按1：1~1：10的质量比分散在去离子水中，搅拌使其充分溶解后，得到浓度为0.01~0.1 g/mL的分散液，该分散液转移至水热反应釜中，经水热反应后自然冷却，得到褐色溶液；所述褐色溶液经去离子水洗涤、离心，得到上清液，该上清液透析、冷冻干燥后，即得石墨烯量子点；

⑵在真空度为-0.8×10⁵Pa条件下，所述石墨烯量子点先与环氧树脂以300r/min搅拌混合10min，再加入增强纳米颗粒，以300r/min搅拌混合10min，最后加入固化剂，以5000r/min搅拌混合6min后，得到混合液；所述环氧树脂、所述石墨烯量子点与所述增强纳米颗粒的的质量分数依次为87~98.9%、0.1~5%和1~10%；所述固化剂的用量为所述环氧树脂质量分数的5%~15%；

⑶所述混合液倒入模具中低温固化，即得石墨烯量子点协同纳米颗粒填充环氧树脂基自润滑复合材料。

所述步骤⑴中水热反应的条件是指温度为100~300℃，时间为2~12h。

所述步骤⑴中透析所用透析膜的分子量为500~3000。

所述步骤⑴中冷冻干燥的条件是指温度为-40℃，时间为5d。

所述步骤⑴中石墨烯量子点的粒径为1~10nm。

所述步骤⑵中环氧树脂是指双酚A型的液体树脂。