纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层，按照质量百分比由以下组份制成：环氧树脂60～70％、聚酰胺树脂26～34％、改性纳米Al2O31～3％、改性纳米SiO21～3％，上述各组份质量百分比之和为100％；制备方法为：分别制备改性纳米SiO2和改性纳米Al2O3，将环氧树脂和聚酰胺树脂分别配成溶液，向环氧树脂溶液中加入改性纳米Al2O3和改性纳米SiO2搅拌后再加入聚酰胺树脂溶液，将处理后的碳纤维织物浸渍后固化即得；将制备的纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层在钢块表面应用。本发明解决了单一纳米粒子填充环氧树脂复合涂层耐磨性差的问题，制备的复合涂层具有良好的抗冲击、耐磨损性能。

说明书

技术领域

本发明属于聚合物自润滑材料技术领域，本发明涉及一种纳米SiO₂、 Al₂O₃协同填充环氧树脂复合涂层，本发明还涉及该涂层的制备方法，本发 明还涉及该涂层的应用。

背景技术

环氧树脂是一种强度高、粘结性能好、具有优良耐热性、防腐性和承载 能力的热固性高分子材料，大多数环氧树脂由环氧氯丙烷 (epichlorohydrin,C₃H₅ClO)和双酚A(酚甲烷)聚合而成。与热塑性高分子 材料相比，环氧树脂脆而硬，断裂能较低，在与金属对偶件摩擦时容易发生 脆性断裂，通常需要添加纳米、微米级填料，用以显著改善其综合性能和摩 擦磨损性能。随着航空工业的迅速发展，环氧树脂在这些方面的应用不断扩 展，对其摩擦磨损性能也提出了更高的要求。同时，为了改善环氧树脂复合 涂层的抗冲击以及耐磨损性能，将编织技术和现代复合材料融于一体化，形 成一种独特结构的功能复合材料—碳纤维织物复合材料，系将碳纤维织物经 过纳米粒子改性的环氧树脂浸渍而形成。

目前常见的是利用单一纳米粒子改性环氧树脂用于制备环氧树脂/碳纤 维织物复合涂层。但碳纤维织物浸渍由单一纳米粒子改性的环氧树脂所形成 的环氧树脂/碳纤维织物复合涂层其耐磨性有限，难以满足一些在航空及电子 领域对耐磨性、抗冲击有较高需求的场合，如何在降低成本的情况下，提升 其耐磨性能是该领域需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层，解决 了单一纳米粒子改性环氧树脂形成的环氧树脂/碳纤维织物复合涂层耐磨性 差的问题。

本发明的另一个目的是提供上述涂层的制备方法。

本发明的另一个目的是将该涂层在钢块表面应用。

本发明所采用的技术方案是：纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层，按 照质量百分比由以下组份制成：环氧树脂60％～70％、聚酰胺树脂26％～ 34％、改性纳米Al₂O₃1％～3％、改性纳米SiO₂1％～3％，上述各组份质量 百分比之和为100％。

本发明的特点还在于，

改性纳米Al₂O₃由质量比为1:1:8～10的纳米Al₂O₃、KH550与丙酮制成； 改性纳米SiO₂由质量比为1:1:8～10的纳米SiO₂、偶联剂KH550与丙酮制 成。

纳米Al₂O₃为球形，平均粒径为70nm，纯度≥99％；纳米SiO₂为球形， 平均粒径为20nm，纯度≥99％；环氧树脂为双酚A型环氧树脂。

本发明所采用的第二种技术方案是：纳米填料协同填充环氧树脂复合涂 层的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将纳米SiO₂与偶联剂KH550、丙酮按照一定比例混合，超声处 理20～30min，烘干后得到改性纳米SiO₂，备用；

步骤2：将纳米Al₂O₃与偶联剂KH550、丙酮按照一定比例混合，超声 处理20～30min，烘干后得到改性纳米Al₂O₃，备用；

步骤3：将环氧树脂与丁酮配成环氧/丁酮溶液，得到溶液A；将聚酰胺 树脂与甲苯配成聚酰胺/甲苯溶液，得到溶液B，备用；

步骤4：按照一定比例向步骤3得到的溶液A中加入步骤2得到的改性 纳米Al₂O₃及步骤1得到的改性纳米SiO₂，在85～90℃的温度下搅拌20～ 30min，再加入步骤3得到的溶液B搅拌10～20min，得到溶液C，备用；

步骤5：将处理后的碳纤维织物放入步骤4得到的溶液C中，浸泡10～ 15min后取出在80～85℃的温度下固化3～5min；然后，将一次固化后的碳 纤维织物在溶液C中再次浸泡10～15min，再在80～85℃的温度下固化2～ 3min后取出，得到纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层。

本发明的特点还在于，

步骤1中纳米SiO₂、偶联剂KH550与丙酮的质量比为1:1:8～10；所述 烘干的温度为75℃～85℃。

步骤2中纳米Al₂O₃、偶联剂KH550和丙酮的质量比为1:1:8～10；烘 干的温度为75℃～85℃。

步骤3中环氧树脂与丁酮的质量-体积比为1g:2～3mL，聚酰胺树脂与甲 苯的质量-体积比为1g:2～3mL。

步骤4中的各物质质量百分比组成为：溶液A中环氧树脂占60％～70％、 溶液B中聚酰胺树脂占26％～34％、步骤2得到的改性纳米Al₂O₃占1％～ 3％、步骤1得到的改性纳米SiO₂占1％～3％，上述各组份质量百分比之和 为100％。

步骤5中碳纤维织物的处理方法为：根据需要剪成块状放入无水乙醇中 浸泡12～15h，取出在80℃～85℃烘干5～10min；碳纤维织物为平纹织物。

本发明所采用的第三种技术方案是：纳米填料协同填充环氧树脂复合涂 层在钢块表面的应用，包括以下步骤：

步骤1：将45#钢块用砂纸打磨，再用无水乙醇浸泡钢块并超声清洗5～ 10min，然后烘干，备用；

步骤2：将制备的纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层裁剪成与步骤1 中45#钢块面积大小接近的块状，在溶液C中浸泡后涂覆到步骤1中处理后 的45#钢块上，得到涂覆后的钢块；其中，溶液C按照质量百分比由以下组 份制成：环氧树脂60％～70％、聚酰胺树脂26％～34％、改性纳米Al₂O₃1％～ 3％、改性纳米SiO₂1％～3％，上述各组份质量百分比之和为100％；

步骤3：将步骤2得到的涂覆后的钢块规整地放到铺有保鲜膜的玻璃上， 用聚四氟乙烯薄膜盖到纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层表面，再盖上玻 璃片，然后将其整体放入密闭的塑料袋中进行抽真空，直到上下两层玻璃压 紧中间的钢块，将其放入烘箱中在80～85℃的温度下固化5～8h，得到固化 好的钢块，即在钢块表面制备出了纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层。

本发明的有益效果是：本发明纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层，纳 米Al₂O₃和纳米SiO₂能够在碳纤维织物基体表面形成复相硬质颗粒层，提高 复合涂层的耐磨性，解决了单一纳米粒子改性环氧树脂形成的环氧树脂/碳纤 维织物复合涂层耐磨性差的问题，制备的复合涂层分散性好、界面粘结牢固， 制得的复合涂层采用粘结的方式应用于金属表面，其制备周期短、制备工序 简单、且生产成本相对较低，具有良好的抗冲击、耐磨损性能，适合于作为 多种主承力和次承力结构在航空领域应用。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层，按照质量百分比由以下组 份制成：环氧树脂60％～70％、聚酰胺树脂26％～34％、改性纳米Al₂O₃1％～ 3％、改性纳米SiO₂1％～3％，上述各组份质量百分比之和为100％；

改性纳米Al₂O₃由质量比为1:1:8～10的纳米Al₂O₃、KH550与丙酮制成； 改性纳米SiO₂由质量比为1:1:8～10的纳米SiO₂、偶联剂KH550与丙酮制 成；纳米Al₂O₃为球形，平均粒径为70nm，纯度≥99％；纳米SiO₂为球形， 平均粒径为20nm，纯度≥99％；环氧树脂为双酚A型环氧树脂，可使用E44、 E51等，聚酰胺树脂为650、650A、650B、300、400等。

上述涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将纳米SiO₂与偶联剂KH550、丙酮按照1:1:8～10的质量比混 合，超声处理20～30min，在75℃～85℃的温度下烘干后得到改性纳米SiO₂， 备用；纳米SiO₂为球形，平均粒径为20nm，纯度≥99％；

步骤2：将纳米Al₂O₃与偶联剂KH550、丙酮按照1:1:8～10的质量比混 合，超声处理20～30min，在75℃～85℃的温度下烘干后得到改性纳米Al₂O₃， 备用；纳米Al₂O₃为球形，平均粒径为70nm，纯度≥99％；

步骤3：将环氧树脂与丁酮按照质量-体积比为1g:2～3mL配成环氧/丁 酮溶液，得到溶液A；将聚酰胺树脂与甲苯按照质量-体积比为1g:2～3mL 配成聚酰胺/甲苯溶液，得到溶液B，备用；

环氧树脂为双酚A型环氧树脂，可使用E44、E51等，聚酰胺树脂为650、 650A、650B、300、400等；

步骤4：按照一定比例向步骤3得到的溶液A中加入步骤2得到的改性 纳米Al₂O₃及步骤1得到的改性纳米SiO₂，用智能恒温磁力搅拌器在85～ 90℃的温度下搅拌20～30min，再加入步骤3得到的溶液B搅拌10～20min， 得到溶液C，备用；其中，各物质质量百分比组成为：溶液A中环氧树脂占 60％～70％、溶液B中聚酰胺树脂占26％～34％、步骤2得到的改性纳米Al₂O₃ 占1％～3％、步骤1得到的改性纳米SiO₂占1％～3％，上述各组份质量百 分比之和为100％；

步骤5：将碳纤维织物根据需要剪成块状放入无水乙醇中浸泡12～15h， 取出放在恒温干燥箱中在80℃～85℃烘干5～10min，碳纤维织物为平纹织 物，然后将处理后的碳纤维织物放入步骤4得到的溶液C中，浸泡10～15min 后取出放入烘箱中在80～85℃的温度下固化3～5min；然后，将一次固化后 的碳纤维织物在溶液C中再次浸泡10～15min，再在80～85℃的温度下固化 2～3min后取出，得到纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层。

上述涂层在钢块表面的应用，包括以下步骤：

步骤1：将45#钢块切割为尺寸为20*8*11mm，用粒度为600目砂纸打 磨使刚块表面粗糙度达到Ra＝0.45um，再用无水乙醇浸泡钢块并超声清洗 5～10min，然后在80℃～85℃的温度下烘干5～10min，备用；

步骤2：将制备的纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层裁剪成与45#钢 块面积大小接近的块状，在溶液C中浸泡后涂覆到步骤1中处理后的45#钢 块上，得到涂覆后的钢块；其中，溶液C按照质量百分比由以下组份制成： 环氧树脂60％～70％、聚酰胺树脂26％～34％、改性纳米Al₂O₃1％～3％、 改性纳米SiO₂1％～3％，上述各组份质量百分比之和为100％；

步骤3：将步骤2得到的涂覆后的钢块规整地放到铺有保鲜膜的玻璃上， 用聚四氟乙烯薄膜盖到纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层表面，再盖上玻 璃片，然后将其整体放入密闭的塑料袋中进行抽真空，相对真空度在0～1 之间，直到上下两层玻璃压紧中间的钢块，将其放入烘箱中在80～85℃的温 度下固化5～8h，得到固化好的钢块；

步骤4：将步骤3固化好的钢块表面的碳纤维毛刺处理干净，即在钢块 表面制备出了纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层。

本发明中，以碳纤维织物作为增强骨架填料，金属或者非金属作为支撑 体，通过环氧树脂粘结剂粘结而形成自润滑复合涂层，其具有承载能力高、 摩擦系数低、耐磨寿命长以及密度低等特性。

由于纳米填料和聚合物本体材料有着极高的有效接触界面，从而使得纳 米聚合物复合材料有着优异的力学性能。和传统的未加填料的聚合物材料和 微米填料相比，纳米填料和基体的键合能力更强，并有着拉伸强度和表面粗 糙度。对于环氧树脂，纳米填料的作用是提高复合材料的承重能力，以降低 在摩擦工程中的真实接触面积，从而降低该系列聚合物复合材料的磨损，提 高润滑性能。同时，纳米填料降低了块体材料的表面粗糙度，从而降低了在 摩擦过程中由于疲劳或断裂造成的犁沟，降低了磨损。

使用纳米SiO₂和纳米Al₂O₃两种填料填充环氧树脂/碳纤维织物复合涂 层，当复合涂层在摩擦副表面滑动时，转移膜中的磨损碳纤维和树脂碎屑可 以减少摩擦面的直接接触，从而可以减小接触压力和表面应力。同时，碳纤 维在摩擦过程中承受了一部分载荷，减少了环氧树脂与金属界面之间的直接 相互作用。

当加入纳米SiO₂、Al₂O₃后，摩擦时摩擦面间的环氧树脂转移膜中嵌入 的纳米粒子刮擦裸露的碳纤维的表面，相比单一的纳米填料，纳米SiO₂、 Al₂O₃在阻止摩擦中碳纤维的脱落时发挥了二元协同效应，其效用更为明显， 使得摩擦面较为平滑，由此降低复合涂层的摩擦与磨损。于此同时，纳米 SiO₂、Al₂O₃经环氧树脂的粘结作用浸渍入碳纤维之中，在高载荷和滑动速 度下，两种纳米填料的滑动作用也降低了摩擦面间的剪切应力和接触温度， 从而防止碳纤维的严重磨损脱落，降低了复合涂层的摩擦与磨损。纳米SiO₂、 Al₂O₃的协同填充，降低了复合涂层的表面粗糙度，从而降低了在摩擦过程 中由于疲劳和断裂造成的犁沟，降低了磨损。同时，两种纳米填料较一种纳 米填料相比，大大增加了环氧树脂的导热性，使得在摩擦过程中产生的摩擦 热可以很快地传递到对摩金属表面。兼之两种纳米填料均为硬质颗粒，在环 氧树脂的粘结中也使得复合涂层的抗冲击性大大提高。

采用硅烷偶联剂对纳米SiO₂、Al₂O₃进行表面处理，以改善纳米SiO₂、 Al₂O₃在环氧树脂中的分散性和耐久性，对纳米SiO₂、Al₂O₃起到分散、降黏、 增强及降低界面自由能的作用。

本发明的有益效果是：

1)、本发明的纳米填料中的纳米Al₂O₃，能够与纳米SiO₂在碳纤维织物 基体表面形成复相硬质颗粒层，提高复合涂层的耐磨性；而且，纳米级别的 SiO₂和Al₂O₃的强度和硬度高、耐热性好、不易变形，经改性后与环氧树脂 的相容性好，易于形成网状交联结构，提高了复合涂层的抗冲击性，而且， 微晶态结构的无机纳米填料，增强了无机物与环氧树脂之间的界面结合力， 改善Al₂O₃和SiO₂与环氧树脂的相容性，达到减少用量的目的，降低生产成 本；

2)、本发明中的碳纤维织物、球形纳米SiO₂、Al₂O₃与环氧树脂基体之 间形成化学键，加强了界面结合力，分子链间有较大程度的相互扩散，形成 很强的缠结，因此在摩擦过程中，碳纤维不易从复合涂层中拔出，从而进一 步提高复合涂层的耐磨损性能；

3)、与现有技术相比，以碳纤维织物作为增强骨架填料，金属或者非金 属作为支撑体，通过环氧树脂粘结剂粘结而形成自润滑复合材料，其具有承 载能力高、摩擦系数低、耐磨寿命长以及密度低等特性。

实施例1

步骤1：将纳米SiO₂与偶联剂KH550、丙酮按照1:1:8的质量比混合， 超声处理20min，在75℃的温度下烘干后得到改性纳米SiO₂，备用；纳米 SiO₂为球形，平均粒径为20nm，纯度≥99％；

步骤2：将纳米Al₂O₃与偶联剂KH550、丙酮按照1:1:8的质量比混合， 超声处理20min，在75℃的温度下烘干后得到改性纳米Al₂O₃，备用；纳米 Al₂O₃为球形，平均粒径为70nm，纯度≥99％；

步骤3：将环氧树脂E51与丁酮按照质量-体积比为1g:2mL配成环氧/ 丁酮溶液，得到溶液A；将聚酰胺树脂400与甲苯按照质量-体积比为1g:2mL 配成聚酰胺/甲苯溶液，得到溶液B，备用；

步骤4：按照一定比例向步骤3得到的溶液A中加入步骤2得到的改性 纳米Al₂O₃及步骤1得到的改性纳米SiO₂，用智能恒温磁力搅拌器在90℃的 温度下搅拌20min，再加入步骤3得到的溶液B搅拌10min，得到溶液C， 备用；其中，各物质质量百分比组成为：溶液A中环氧树脂占60％、溶液B 中聚酰胺树脂占34％、步骤2得到的改性纳米Al₂O₃占3％、步骤1得到的 改性纳米SiO₂占3％，上述各组份质量百分比之和为100％；

步骤5：将碳纤维织物根据需要剪成块状放入无水乙醇中浸泡13h，取 出放在恒温干燥箱中在80℃烘干10min，碳纤维织物为平纹织物，然后将处 理后的碳纤维织物放入步骤4得到的溶液C中，浸泡13min后取出放入烘箱 中在85℃的温度下固化3min；然后，将一次固化后的碳纤维织物在溶液C 中再次浸泡13min，再在85℃的温度下固化2min后取出，得到纳米填料协 同填充环氧树脂复合涂层。

上述涂层在钢块表面的应用，包括以下步骤：

步骤1：将45#钢块切割为尺寸为20*8*11mm，用粒度为600目砂纸打 磨使刚块表面粗糙度达到Ra＝0.45um，再用无水乙醇浸泡钢块并超声清洗 10min，然后在85℃的温度下烘干5min，备用；

步骤2：将制备的纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层裁剪成与45#钢 块面积大小接近的块状，在溶液C中浸泡后涂覆到步骤1中处理后的45#钢 块上，得到涂覆后的钢块；其中，溶液C按照质量百分比由以下组份制成： 环氧树脂60％、聚酰胺树脂34％、改性纳米Al₂O₃3％、改性纳米SiO₂3％， 上述各组份质量百分比之和为100％；

步骤3：将步骤2得到的涂覆后的钢块规整地放到铺有保鲜膜的玻璃上， 用聚四氟乙烯薄膜盖到纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层表面，再盖上玻 璃片，然后将其整体放入密闭的塑料袋中进行抽真空，相对真空度为0.1， 直到上下两层玻璃压紧中间的钢块，将其放入烘箱中在85℃的温度下固化 5h，得到固化好的钢块；

步骤4：将步骤3固化好的钢块表面的碳纤维毛刺处理干净，即在钢块 表面制备出了纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层。

实施例2

步骤1：将纳米SiO₂与偶联剂KH550、丙酮按照1:1:9的质量比混合， 超声处理25min，在85℃的温度下烘干后得到改性纳米SiO₂，备用；纳米 SiO₂为球形，平均粒径为20nm，纯度≥99％；

步骤2：将纳米Al₂O₃与偶联剂KH550、丙酮按照1:1:9的质量比混合， 超声处理25min，在85℃的温度下烘干后得到改性纳米Al₂O₃，备用；纳米 Al₂O₃为球形，平均粒径为70nm，纯度≥99％；

步骤3：将环氧树脂E44与丁酮按照质量-体积比为1g:3mL配成环氧/ 丁酮溶液，得到溶液A；将聚酰胺树脂300与甲苯按照质量-体积比为1g:3mL 配成聚酰胺/甲苯溶液，得到溶液B，备用；

步骤4：按照一定比例向步骤3得到的溶液A中加入步骤2得到的改性 纳米Al₂O₃及步骤1得到的改性纳米SiO₂，用智能恒温磁力搅拌器在88℃的 温度下搅拌25min，再加入步骤3得到的溶液B搅拌15min，得到溶液C， 备用；其中，各物质质量百分比组成为：溶液A中环氧树脂占70％、溶液B 中聚酰胺树脂占26％、步骤2得到的改性纳米Al₂O₃占2％、步骤1得到的 改性纳米SiO₂占2％，上述各组份质量百分比之和为100％；

步骤5：将碳纤维织物根据需要剪成块状放入无水乙醇中浸泡15h，取 出放在恒温干燥箱中在82℃烘干8min，碳纤维织物为平纹织物，然后将处 理后的碳纤维织物放入步骤4得到的溶液C中，浸泡15min后取出放入烘箱 中在82℃的温度下固化4min；然后，将一次固化后的碳纤维织物在溶液C 中再次浸泡15min，再在82℃的温度下固化3min后取出，得到纳米填料协 同填充环氧树脂复合涂层。

上述涂层在钢块表面的应用，包括以下步骤：

步骤1：将45#钢块切割为尺寸为20*8*11mm，用粒度为600目砂纸打 磨使刚块表面粗糙度达到Ra＝0.45um，再用无水乙醇浸泡钢块并超声清洗 7min，然后在83℃的温度下烘干8min，备用；

步骤2：将制备的纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层裁剪成与45#钢 块面积大小接近的块状，在溶液C中浸泡后涂覆到步骤1中处理后的45#钢 块上，得到涂覆后的钢块；其中，溶液C按照质量百分比由以下组份制成： 环氧树脂70％、聚酰胺树脂26％、改性纳米Al₂O₃2％、改性纳米SiO₂2％， 上述各组份质量百分比之和为100％；

步骤3：将步骤2得到的涂覆后的钢块规整地放到铺有保鲜膜的玻璃上， 用聚四氟乙烯薄膜盖到纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层表面，再盖上玻 璃片，然后将其整体放入密闭的塑料袋中进行抽真空，相对真空度为0.9， 直到上下两层玻璃压紧中间的钢块，将其放入烘箱中在83℃的温度下固化 6h，得到固化好的钢块；

步骤4：将步骤3固化好的钢块表面的碳纤维毛刺处理干净，即在钢块 表面制备出了纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层。

实施例3

步骤1：将纳米SiO₂与偶联剂KH550、丙酮按照1:1:10的质量比混合， 超声处理30min，在80℃的温度下烘干后得到改性纳米SiO₂，备用；纳米 SiO₂为球形，平均粒径为20nm，纯度≥99％；

步骤2：将纳米Al₂O₃与偶联剂KH550、丙酮按照1:1:10的质量比混合， 超声处理30min，在80℃的温度下烘干后得到改性纳米Al₂O₃，备用；纳米 Al₂O₃为球形，平均粒径为70nm，纯度≥99％；

步骤3：将环氧树脂E44与丁酮按照质量-体积比为1g:2.4mL配成环氧/ 丁酮溶液，得到溶液A；将聚酰胺树脂650与甲苯按照质量-体积比为 1g:2.4mL配成聚酰胺/甲苯溶液，得到溶液B，备用；聚酰胺树脂650还可 选用650A、650B；

步骤4：按照一定比例向步骤3得到的溶液A中加入步骤2得到的改性 纳米Al₂O₃及步骤1得到的改性纳米SiO₂，用智能恒温磁力搅拌器在85℃的 温度下搅拌30min，再加入步骤3得到的溶液B搅拌20min，得到溶液C， 备用；其中，各物质质量百分比组成为：溶液A中环氧树脂占66％、溶液B 中聚酰胺树脂占32％、步骤2得到的改性纳米Al₂O₃占1％、步骤1得到的 改性纳米SiO₂占1％，上述各组份质量百分比之和为100％；

步骤5：将碳纤维织物根据需要剪成块状放入无水乙醇中浸泡12h，取 出放在恒温干燥箱中在85℃烘干5min，碳纤维织物为平纹织物，然后将处 理后的碳纤维织物放入步骤4得到的溶液C中，浸泡10min后取出放入烘箱 中在80℃的温度下固化5min；然后，将一次固化后的碳纤维织物在溶液C 中再次浸泡10min，再在80℃的温度下固化3min后取出，得到纳米填料协 同填充环氧树脂复合涂层。

上述涂层在钢块表面的应用，包括以下步骤：

步骤1：将45#钢块切割为尺寸为20*8*11mm，用粒度为600目砂纸打 磨使刚块表面粗糙度达到Ra＝0.45um，再用无水乙醇浸泡钢块并超声清洗 5min，然后在80℃的温度下烘干10min，备用；

步骤2：将制备的纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层裁剪成与45#钢 块面积大小接近的块状，在溶液C中浸泡后涂覆到步骤1中处理后的45#钢 块上，得到涂覆后的钢块；其中，溶液C按照质量百分比由以下组份制成： 环氧树脂66％、聚酰胺树脂32％、改性纳米Al₂O₃1％、改性纳米SiO₂1％， 上述各组份质量百分比之和为100％；

步骤3：将步骤2得到的涂覆后的钢块规整地放到铺有保鲜膜的玻璃上， 用聚四氟乙烯薄膜盖到纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层表面，再盖上玻 璃片，然后将其整体放入密闭的塑料袋中进行抽真空，相对真空度为0.5， 直到上下两层玻璃压紧中间的钢块，将其放入烘箱中在80℃的温度下固化 8h，得到固化好的钢块；

步骤4：将步骤3固化好的钢块表面的碳纤维毛刺处理干净，即在钢块 表面制备出了纳米填料协同填充环氧树脂复合涂层。

表1不同纳米填料填充碳纤维织物复合涂层磨损性能对比

由表1可以看出，本发明实施例3采用纳米Al₂O₃和纳米SiO₂协同填充 环氧树脂复合涂层的耐磨性能最好，较之单一的纳米Al₂O₃或纳米SiO₂填充 碳纤维织物复合涂层其磨损率降低，摩擦系数介乎两者之间，磨损量也大为 减少，显示出两者的协同填充显著提升了复合涂层的耐磨性能。按照本发明 配方及工艺所开发的涂层与现有涂层相比，具有比较优异的耐磨性、抗冲击 性。

本发明利用纳米Al₂O₃，能够与纳米SiO₂在碳纤维织物基体表面形成复相 硬质颗粒层，提高复合涂层的耐磨性；而且，纳米级别的SiO₂和Al₂O₃的强度 和硬度高、耐热性好、不易变形，经改性后与环氧树脂的相容性好，易于形 成网状交联结构，提高了复合涂层的抗冲击性，而且，微晶态结构的无机纳 米填料，增强了无机物与环氧树脂之间的界面结合力，改善Al₂O₃和SiO₂与环 氧树脂的相容性，达到减少用量的目的，降低生产成本。碳纤维织物、球形 纳米SiO₂、Al₂O₃与环氧树脂基体之间形成化学键，加强了界面结合力，分子 链间有较大程度的相互扩散，形成很强的缠结，因此在摩擦过程中，碳纤维 不易从复合涂层中拔出，从而进一步提高复合涂层的耐磨损性能。适合于作 为多种主承力和次承力结构在航空领域应用，可应用在飞机的各个部件，如 飞机尾翼、副翼、天线罩、方向舵、升降舵、起落架、舱门等。