一種表面微結(jié)構(gòu)有序的磁性氮化硼納米片/聚氨酯復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁性氮化硼納米片/聚氨酯復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]液體或氣體介質(zhì)以一定的速度攜帶著微小的固體粒子沖擊到材料的表面而產(chǎn)生的磨損稱之為沖蝕磨損。選礦部件、過流部件、船舶的主要易損部件、排渣管道、水輪機(jī)葉片等等都面臨著嚴(yán)重的沖蝕破壞。有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國每年由于沖蝕破壞而造成的損失尚達(dá)400億元，因此，急需全面的推廣和應(yīng)用沖蝕磨損學(xué)的知識。
[0003]隨著工業(yè)化的進(jìn)程，聚合物及其復(fù)合材料逐漸顯示出它們的優(yōu)越性，例如優(yōu)異的耐腐蝕性、高化學(xué)穩(wěn)定性、減震吸聲、低摩擦系數(shù)、水潤滑而不生銹等等。這些優(yōu)異的性能使聚合物及復(fù)合材料逐漸應(yīng)用于抗沖蝕磨損領(lǐng)域，并大有取代金屬材料之勢。
[0004]沖蝕磨損的影響因素眾多，形成機(jī)理異常復(fù)雜。目前已有的研究多針對的是金屬及其復(fù)合材料的沖蝕磨損行為，并建立了相應(yīng)的沖蝕磨損機(jī)理模型，但是對于聚合物及其復(fù)合材料的沖蝕磨損性能的研究則非常少，還有待于進(jìn)一步的探索和研究。
[0005]通過填充材料的定向排列可以形成微結(jié)構(gòu)有序的、具有特殊功能的復(fù)合材料，這種微結(jié)構(gòu)有序的復(fù)合材料有望更好的應(yīng)用于抗沖蝕磨損領(lǐng)域。目前，填料定向排列為聚合物的強(qiáng)韌化改性提供了更廣闊的空間，已成為納米復(fù)合材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本發(fā)明可在復(fù)合材料螺旋槳表面微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)韌化改性等方面應(yīng)用，也可應(yīng)用在微結(jié)構(gòu)有序復(fù)合材料的制備、仿生復(fù)合材料設(shè)計(jì)等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種表面微結(jié)構(gòu)有序的磁性氮化硼納米片/聚氨酯復(fù)合材料的制備方法。
[0007]本發(fā)明的一種表面微結(jié)構(gòu)有序的磁性氮化硼納米片/聚氨酯復(fù)合材料的制備方法是按以下步驟進(jìn)行:
[0008]一、將2?6g的六方氮化硼粉末加入10mL?500mL的混酸中，在溫度為30°C?100°C，轉(zhuǎn)速為100rpm?2000rpm下，連續(xù)攪拌1h?50h，然后冷卻，用去離子水稀釋，重復(fù)抽濾、洗滌至濾液呈中性，得到插層氮化硼；其中，所述的混酸由質(zhì)量濃度為98%的濃H2SO4和質(zhì)量濃度為95%的濃HNO3按體積比為I?3:1組成；
[0009]二、將步驟一得到的插層氮化硼分散于異丙醇中，室溫下，超聲處理1h?30h，然后于轉(zhuǎn)速為1500rpm?6000rpm下離心分離15min?50min，取上層清液，并用去離子水洗滌至中性，將產(chǎn)物置于80°C?100°C下干燥，得到氮化硼納米片；所述的步驟一得到的插層氮化硼的質(zhì)量與異丙醇的體積比為lmg:0.5?2mL ；
[0010]三、將步驟二得到的氮化硼納米片與FeCl2.4H20分散于去離子水中，置于超聲清洗器中在赫茲為60kHz?80kHz，功率180W?200W下超聲處理3h?6h，得到氮化硼納米片分散液，然后在室溫下，在轉(zhuǎn)速為100rpm?2000rpm下，向氮化硼納米片分散液中緩慢滴加5mL?20mL的濃度為5mg/mL的NaOH水溶液，然后再滴加質(zhì)量濃度為5.0mg/mL的H2O2水溶液，當(dāng)溶液由灰藍(lán)色轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏珪r，停止滴加，再超聲處理5min?30min，進(jìn)行磁分離，將產(chǎn)物分別用去離子水清洗2?4次，無水乙醇清洗2?5次，最后置于80°C?100°C的真空烘箱中進(jìn)行干燥，得到表面負(fù)載了四氧化三鐵磁性納米粒子的氮化硼納米片；其中，所述的步驟二得到的氮化硼納米片與FeCl2.4Η20的質(zhì)量比為1: (0.4?4);所述的步驟二得到的氮化硼納米片的質(zhì)量與去離子水的體積比為(0.001?0.02) g:1mL ；
[0011]四、將步驟三得到表面負(fù)載了四氧化三鐵磁性納米粒子的氮化硼納米片分散在的N，N- 二甲基甲酰胺中，置于超聲清洗器中在赫茲為60kHz?80kHz，功率180W?200W下超聲處理2h?6h，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將脫水的聚己二酸丁二醇酯二醇加入到上述分散液中，于8000rpm?15000rpm的條件下高速剪切30min?60min，然后加入4、4' - 二苯甲燒二異氰酸酯，在溫度為50?80°C，轉(zhuǎn)速為100rpm?2000rpm下攪拌反應(yīng)0.5h?3h，最后，向反應(yīng)器中加入1，4-丁二醇，繼續(xù)反應(yīng)0.5h?2h，停止攪拌，解除氮?dú)獗Ｗo(hù)，將反應(yīng)液倒入已預(yù)熱的標(biāo)準(zhǔn)模具，置于0.4T?IT的勻強(qiáng)磁場中靜置2h?8h，在60°C?80°C的條件下蒸發(fā)溶劑12h?24h，然后升溫至120°C?150°C，熟化10?20h，室溫放置I周，得到表面微結(jié)構(gòu)有序的磁性氮化硼納米片/聚氨酯復(fù)合材料；其中，所述的步驟三得到表面負(fù)載了四氧化三鐵磁性納米粒子的氮化硼納米片的質(zhì)量與N，N- 二甲基甲酰胺的體積比為I?20g: 10?50mL ;所述的步驟三得到表面負(fù)載了四氧化三鐵磁性納米粒子的氮化硼納米片與脫水的聚己二酸丁二醇酯二醇的質(zhì)量比為I?20:40?80 ;所述的步驟三得到表面負(fù)載了四氧化三鐵磁性納米粒子的氮化硼納米片與4、4'_ 二苯甲烷二異氰酸酯的質(zhì)量比為I?20:100 ;所述的步驟三得到表面負(fù)載了四氧化三鐵磁性納米粒子的氮化硼納米片與1，4- 丁二醇的質(zhì)量比為I?20:20?60。
[0012]本發(fā)明包括以下有益效果:
[0013]本發(fā)明提供的制備微結(jié)構(gòu)有序氮化硼/聚氨酯復(fù)合材料的方法，工藝簡單、耗能少，而且得到的有序復(fù)合材料具有優(yōu)異的抗沖蝕磨損性能，相對于無序氮化硼/聚氨酯復(fù)合材料、純聚氨酯，其抗沖蝕磨損性能分別提高了 31.9%,51.5%，可用于抗沖蝕防護(hù)涂層。
【附圖說明】
[0014]圖1為制備表面微結(jié)構(gòu)有序的磁性氮化硼納米片/聚氨酯復(fù)合材料原理圖；其中，
I為磁性氮化硼納米片；2為聚氨酯；
[0015]圖2為純聚氨酯、無序氮化硼/聚氨酯復(fù)合材料和試驗(yàn)一制備的表面微結(jié)構(gòu)有序的氮化硼/聚氨酯復(fù)合材料的沖蝕磨損率隨沖擊角的變化曲線；其中，I為純聚氨酯的沖蝕磨損率隨沖擊角的變化曲線；1為無序氮化硼/聚氨酯復(fù)合材料的沖蝕磨損率隨沖擊角的變化曲線；3為試驗(yàn)一制備的表面微結(jié)構(gòu)有序的氮化硼/聚氨酯復(fù)合材料的沖蝕磨損率隨沖擊角的變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0016]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式的一種表面微結(jié)構(gòu)有序的磁性氮化硼納米片/聚氨酯復(fù)合材料的制備方法是按以下步驟進(jìn)行:
[0017]一、將2?6g的六方氮化硼粉末加入10mL?500mL的混酸中，在溫度為30°C?100°C，轉(zhuǎn)速為100rpm?2000rpm下，連續(xù)攪拌1h?50h，然后冷卻，用去離子水稀釋，重復(fù)抽濾、洗滌至濾液呈中性，得到插層氮化硼；其中，所述的混酸由質(zhì)量濃度為98%的濃H2SO4和質(zhì)量濃度為95%的濃HNO3按體積比為I?3:1組成；
[0018]二、將步驟一得到的插層氮化硼分散于異丙醇中，室溫下，超聲處理1h?30h，然后于轉(zhuǎn)速為1500rpm?6000rpm下離心分離15min?50min，取上層清液，并用去離子水洗滌至中性，將產(chǎn)物置于80°C?100°C下干燥，得到氮化硼納米片；所述的步驟一得到的插層氮化硼的質(zhì)量與異丙醇的體積比為lmg:0.5?2mL ；
[0019]三、將步驟二得到的氮化硼納米片與FeCl2.4H20分散于去離子水中，置于超聲清洗器中在赫茲為60kHz?80kHz，功率180W?200W下超聲處理3h?6h，得到氮化硼納米片分散液，然后在室溫下，在轉(zhuǎn)速為100rpm?2000rpm下，向氮化硼納米片分散液中緩慢滴加5mL?20mL的濃度為5mg/mL的NaOH水溶液，然后再滴加質(zhì)量濃度為5.0mg/mL的H2O2水