新型超支化聚硅氧烷功能化石墨烯/Mxene混合物增强环氧复合材料的力学和摩擦性能

环氧树脂(EP)具有良好的附着力、高强度和优异的摩擦学性能，已广泛应用于包装、军事、航空航天等先进领域的树脂基体。然而，EP树脂的高脆性和较差的抗磨性限制了其在高速、重载、低温等恶劣工况下的实际应用。增韧剂和润滑剂添加剂可使聚合物复合材料具有高强度和超低磨损性能，但在树脂材料中存在易结块和界面附着力差的问题。因此，迫切需要开发一种新型的增强和润滑填料，以提高EP树脂的韧性和摩擦学性能。

将碳纳米管(CNT)、氧化石墨烯(GO)或石墨烯、二硫化钼等无机纳米填料填充到聚合物基体中提高机械强度和摩擦性能。其中，石墨烯基纳米材料因其低剪切强度、高机械强度、优异的摩擦磨损性能而备受关注。少量石墨烯中间层之间微弱的范德华力使其容易剪切进入摩擦界面，从而隔离了高分子复合材料与摩擦面之间的直接接触。然而，在高载荷下，石墨烯在基体中容易团聚抑制了力学和摩擦性能的影响。因此将石墨烯与其他层状填料复合，既能满足良好的分散性能，又能满足优异的机械性能和润滑性能。

自2011年首次通过选择性蚀刻三元碳化物和氮化物(MAX相)前体合成以来，被称为MXene的新型二维片层材料掀起了热潮。Ti3C2Tx作为MXene的代表成员，具有机械强度高、导热性好、化学稳定性好、耐磨性均匀等特点。有趣的是，Ti3C2Tx MXene也是树脂基体中一种很有前途的替代润滑剂添加剂，可以增强摩擦性能。因此，可以考虑将二维层状石墨烯/Ti3C2Tx MXene作为EP树脂的增强剂和润滑剂添加剂，以提高EP树脂的机械性能和润滑性能。然而，无机石墨烯/MXene填料在有机EP树脂中的界面相互作用差仍然是一个巨大的挑战。

西安理工大学陈争艳等人成功地合成了一系列Si-O-C超支化聚硅氧烷功能化的层状还原氧化石墨烯/MXene (RGO/MXene)杂化材料。在HBPSi中引入更多的侧基，增强了纳米填料与环氧树脂(EP)基体之间的界面附着力。层状RGO/MXene具有良好的润滑功能，HBPSi由于其柔韧的链段和分子间空腔而具有优异的增韧效果，以及良好的界面附着力，使得EP复合材料的力学和摩擦性能得到显著提高。结果表明，适量添加HBPSi修饰的RGO/MXene (H3RM)可显著提高EP复合材料的综合性能。具体来说，当EP加载0.7 wt% H3RM时，复合材料的冲击和弯曲强度最高。0.6 wt% H3RM/EP复合材料的平均摩擦系数和体积磨损率分别显著降低51.7%和70.2%。本研究为RGO/MXene固体润滑添加剂的设计和应用提供了新的思路。

图. HBPSi-RGO/MXene/EP复合材料的制备

文献来源：Zhengyan Chen*, Maoyu Zhang, Penggang Ren*, Zhou Lan, Zhengzheng Guo, Hongxia Yan, Yanling Jin, Fang Ren. Chemical Engineering Journal 2023, 466, 143086.