CN101125995A - 一种防螺纹粘着磨损自润滑涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防螺纹粘着磨损自润滑涂料及其制备方法。本发明防螺纹粘着磨损自润滑涂料是双组分自润滑涂料，由组分A与组分B组成，组分A中各原料的重量百分比为：成膜物质：40－90％，固体润滑材料：5－60％，助剂：0－10％，溶剂：0－50％，颜料：0－10％，填料：0－10％；组分B中各物质的重量百分比为：固化剂：50－100％，溶剂：0－50％；组分A与组分B的重量比为1∶0.1－5。该涂料形成的涂层摩擦系数低，有自润滑功能，有抗粘着磨损性能，同时减少甚至免除使用润滑油脂，解决了润滑油脂带来的污染问题。本发明自润滑涂料可用于各种机械的配件如螺栓、螺钉等，尤其适用于石油专用管如油管、套管、钻杆等的螺纹。

Description

一种防螺纹粘着磨损自润滑涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料领域，特别是一种预防或减少螺纹粘着磨损的自润滑涂料。

背景技术

许多管子通过螺纹联接，在服役过程中往往需要重复多次上卸扣操作，有时需要足够大的扭矩才能完成螺纹的上卸扣操作，较大的上卸扣扭矩容易导致粘着磨损的发生。

目前，通常采用在螺纹表面涂敷润滑油脂的方法以防止粘着磨损。但润滑油脂有如下几点问题：第一，人体安全问题。我们现在使用的大多数润滑油脂是工业合成油脂，这类油脂里面有些含有对人体不利的物质。还有大多数这类润滑油脂都带有一定的挥发性，可能会造成有害物质在人体的积累。第二，环境污染问题。润滑油脂一旦泄漏到环境中会对环境造成一定的不利影响。第三，有些高合金管子或螺栓，由于硬度较低，在涂敷润滑油脂的情况下螺纹仍然容易粘着磨损。第四，有些管子或配件浸泡在液体中工作，由于润滑油脂是可流动的，润滑油脂会流入周围的工作液体中，损坏液体性能

发明内容

本发明提出一种防螺纹粘着磨损自润滑涂料，通过喷涂、刷涂或浸涂的方法将该自润滑涂料涂敷在螺纹表面，在常温下自然固化形成固体润滑涂层，该涂层摩擦系数低，有自润滑功能，不但可有效预防螺纹在上卸扣过程中发生粘着磨损，预防螺纹表面锈蚀，同时减少甚至免除使用润滑油脂，解决或者减轻了润滑油脂存在的问题。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明所述双组分自润滑涂料由组分A与组分B组成，组分A中各原料的重量百分比为：成膜物质：40-90％，固体润滑材料：5-60％，助剂：0-10％，溶剂：0-50％，颜填料：0-20％。组分B中各物质的重量百分比为：固化剂：50-100％，溶剂：0-50％。组分A与组分B的重量比一般为1∶0.1-5。

组分A与组分B最佳的重量比可根据固化剂厂家产品使用说明书给出的用量范围确定，或应用相关手册给出的计算公式根据所选成膜物质中活性基团与所选固化剂中的活性基团含量确定。

本发明所述成膜物质选自以下的一种或几种：环氧树脂、氟碳树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂和有机硅树脂。

作为本发明的一种优选方式，所述成膜物质选自以下的一种或几种：环氧树脂、氟碳树脂、聚酰亚胺树脂和聚氨酯树脂。

本发明所述的防螺纹粘着磨损自润滑涂料，所述固体润滑材料选自以下的一种或几种：二硫属化合物、钼的化合物、石墨制品、低摩擦系数塑料、氟化物和金属氧化物。

本发明所述固体润滑材料可选用以下物质粉末：二硫属化合物如二硫化钼、二硫化钨、二硫化铝、二硫化钽或其它二硫属化合物；硫化物如硫化铁、或其它硫化物；钼的化合物如有机钼或其它钼的化合物；石墨类如石墨、膨胀石墨、氟化石墨或石墨的其它层间化合物；塑料类如聚四氟乙烯、尼龙、聚甲醛、聚酰亚胺、聚对羟基苯甲酸酯、或其它摩擦系数小的塑料等；氟化物如氟化钙、氟化锂、氟化钡等；氧化物如三氧化二铝、氧化锌、氧化铜等。可以使用上述固体润滑材料的一种或几种混合使用，也可选用其它固体润滑材料。

本发明所述助剂选自以下的一种或几种：消泡剂、润湿剂、分散剂、附着力促进剂、触变剂、防沉剂、稳定剂，防结皮剂、流平剂、消泡剂、催干剂、防流挂剂、增塑剂、消光剂、阻燃剂和防霉剂。

本发明所述溶剂选自以下的一种或几种：脂肪烃、脂环烃、芳香烃、卤代烃、醇、酯、酮、醚和萜烯类。

为了便于涂敷，需要用溶剂调节自润滑涂料的粘度，有些成膜物质本身就须使用溶剂。有机溶剂主要有脂肪烃、脂环烃、芳香烃、卤代烃、醇、酯、酮、醚、萜烯类等。可以使用上述溶剂的一种或几种混合使用，也可使用其他种类的溶剂或者不使用溶剂。

本发明所述颜料选自以下的一种或几种：钛白、锌钡白、耐晒黄、铅铬黄、镉黄、有机大红、甲苯胺红、氧化铁红、铬绿、普鲁士绿、锌绿、酞菁蓝、阴丹士林蓝和炭黑。

颜料的主要作用是使涂层呈现出想要的颜色，并且有增强涂膜机械性能和耐久性的作用。颜料可选用钛白、锌钡白、耐晒黄、铅铬黄、镉黄、有机大红、甲苯胺红、氧化铁红、铬绿、普鲁士绿、锌绿、酞菁蓝、阴丹士林蓝、炭黑等。可以使用上述颜料的一种或者几种混合使用，也可使用其他种类的颜料或者不用颜料。

本发明所述填料选自以下的一种或几种：滑石粉、硅灰石、高岭土、重晶石、云母粉、稀土和稀土化合物。

为了增强涂层的机械性能和耐久性，还可以加入适当填料，如滑石粉、硅灰石、高岭土、重晶石、云母粉、稀土、稀土化合物等。可以使用上述填料的一种或者几种混合使用，也可使用其他种类的填料或者不用填料。

本发明防螺纹粘着磨损自润滑涂料制备方法是：

1)制备组分A：在可进行搅拌的容器中加入溶剂、成膜物质，低速50-300转/分钟搅拌10-30分钟待溶液大致均匀后停止搅拌，然后按配方比例依次加入剩余各物质，各物质加完后开始搅拌，搅拌约20分钟到2小时，搅拌速度由低到高，从最初的20转/分钟到1500转/分钟左右，搅拌均匀后将所得浆料加入研磨机中研磨至浆料细度达到5微米时即得到组分A；组分A中若无固体物质时只在容器中进行搅拌即可，加料顺序相同，搅拌至溶液均一时即得到组分A；

2)制备组分B：按配方比例在可搅拌的容器中依次加入溶剂、固化剂搅拌至溶液均一时即得到组分B；

3)混合：涂敷前须将两组分混合均匀，混合后两种组分会发生化学反应而逐渐固化，组分A与组分B混合后须在20分钟到5小时内完成涂敷。

本发明所述双组分自润滑涂料中组分B起固化作用，所以组分A与组分B必须分开储存。涂敷前须将两组分临时混合均匀，混合后两种组分会发生化学反应而逐渐固化。双组A与组分B混合后须在20分钟到5小时内完成涂敷，否则会导致涂层性能下降或者难以涂敷。

本发明所述自润滑涂料可以通过喷涂、刷涂或浸涂的方法进行涂敷。涂敷后可在常温下自然固化形成涂层。也可以通过适当加热的方式缩短固化时间，提高涂层性能。

本发明自润滑涂料可以形成单一涂层、或双层涂层。双层涂层可以分层固化或双层同时固化。分层固化是指待底层固化后再在其上涂敷表层、固化表层。双层同时固化是指底层涂敷完未固化时即在其上涂敷表层待两层都涂敷完成后一起固化。

本发明自润滑涂料的自润滑原理是最终固化的涂层中含有大量固体润滑材料如石墨、二硫化钨、低摩擦系数塑料等粉末，它们起到类似于润滑油脂的润滑作用。涂料中的成膜物质起到将固体润滑材料黏附到螺纹表面的作用。

本发明提供了一种减少螺纹在上卸扣过程中发生粘着磨损的自润滑涂料。在常温下自润滑涂料可自然固化形成固体润滑涂层，该涂层摩擦系数低，有自润滑功能，不但有效预防螺纹在上卸扣过程中发生粘着磨损、预防螺纹表面锈蚀，而且减少甚至免除使用润滑油脂，提高了工作效率，解决或者减轻了润滑油脂存在的环境污染问题，改善了工作环境。在螺纹配件存储、运输的过程中还有降低维护成本的潜力。本发明所述自润滑涂料制备工艺简单、使用方便。本发明涉及的自润滑涂料可用于各种机械的配件如螺栓、螺钉等，更适合用于石油专用管如油管、套管、钻杆等螺纹。

下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

具体实施方式

实施例1：

一种防螺纹粘着磨损自润滑涂料：自润滑涂料由组分A与组分B组成，组分A中各物质的重量百分比为：成膜物质：环氧树脂，51.28％；固体润滑材料：石墨10.26％、二硫化钨17.94％；溶剂：丙酮10.26％、乙酸乙酯10.26％。

组分B中各物质的重量百分比为：固化剂：聚酰胺66.67％；溶剂：丙酮33.33％。

组分A与组分B的重量百分比为1∶0.769。

双组分自润滑涂料制备方法：按表1所示配比称取各物质，在可进行搅拌的容器中按配方比例依次加入丙酮、乙酸乙酯、环氧树脂，以50-300转/分钟速度搅拌10分钟待溶液大致均匀后停止搅拌，然后按配方比例依次加入石墨、二硫化钨，各物质加完后开始搅拌，搅拌速度由从最初的20转/分钟到1500转/分钟左右，搅拌约20分钟到2小时，搅拌均匀后将所得浆料加入研磨机中研磨至浆料细度达到5微米时即得到组分A；将丙酮，聚酰胺依次加入可搅拌容器中搅拌约20分钟待溶液均一时即得到组分B。

组分B中固化剂聚酰胺的用量根据下式计算：

w(聚酰胺)％＝[56100/(胺值×f_n)]×环氧值

式中：

56100--KOH(×10^-3mol)

f_n--系数，f_n＝(n+2)/(n+1)，n为多亚乙基多胺中CH₂CH₂-的重复数减去1，此例n值为1；

此例中环氧树脂的环氧值为0.51；

此例中固化剂的胺值为200。

固化剂用量计算结果为95.37，根据实验确定固化剂用量为100。

涂敷工艺：

(1)用清水将螺纹表面油脂冲洗干净；

(2)将上述制好的涂料A、B组分混合均匀，用喷涂的方式在螺纹表面涂敷一层自润滑涂料，在30分钟内完成涂敷，让其在常温下自然固化，涂层厚度25μm。

表1自润滑涂料各物质配比

组分	权利要求成分	权利要求百分比(重量)	实施例成分	用量/重量份	用量百分比
						组分A	成膜物质	40-90％	环氧树脂	100	51.28％
固体润滑材料	5-60％	石墨	20	10.26％
					二硫化钨		35	17.94％
		助剂	0-10％	-					-	-
溶剂	0-50％				丙酮		20	10.26％
		乙酸乙酯	20	10.26％
					颜料		0-10％	-	-	-
填料	0-10％	-	-	-
					组分B		固化剂	50-100％	聚酰胺	100	66.67％
溶剂	0-50％	丙酮	50	33.33％

实施例2：

一种防螺纹粘着磨损自润滑涂料，可以制成表层涂料。

一种防螺纹粘着磨损自润滑涂料：自润滑涂料由组分A与组分B组成，组分A中各物质的重量百分比为：成膜物质：氟碳树脂45.45％；固体润滑材料：二硫化钨4.55％、二硫化钼4.55％；助剂：二丁基二月桂酸锡微量；溶剂：乙酸丁酯11.36％、甲基异丁基甲酮34.09％。

组分B中各物质的重量百分比为：固化剂异氰酸酯73.7％；溶剂：净水二甲苯17.5％、乙酸丁酯8.8％。

组分A与组分B的重量比为1∶0.104。

双组分自润滑涂料制备方法：在可进行搅拌的容器中按配方比例依次将乙酸丁酯、甲基异丁基甲酮、氟碳树脂依次加入低速搅拌约10分钟，待溶液大致均匀后停止搅拌，然后按配方比例依次加入二硫化钼、二硫化钨、二丁基二月桂酸锡，各物质加完后开始搅拌，搅拌速度由低到高，搅拌均匀后将所得浆料加入研磨机中研磨至浆料细度达到5微米时即得到表层组分A；在可进行搅拌的容器中按配方比例依次将净水二甲苯、乙酸丁酯、异氰酸酯加入搅拌约20分钟待溶液均一时即得到表层组分B。

表层固化剂用量根据下式计算：

固化剂用量＝[(A×42BC)/(17×NCO％)]×D

A--氟碳树脂的量，此例取100；

B--氟碳树脂(固体)的羟基含量，此例为2.1；

C--氟碳树脂的固体分，此例为0.5；

D--NCO/OH的比例系数，此例取1.07；

此例中NCO％为16.5。

固化剂用量计算结果为16.8，根据实验确定固化剂用量为16.8。

涂敷工艺：

(1)用清水将螺纹表面油脂冲洗干净；

(2)对螺纹表面进行磷化处理，磷化处理是成熟技术，这里不再详细说明，磷化层厚度12μm

(3)将上述制好的涂料A、B组分混合均匀，用喷涂的方式在螺纹磷化层表面涂敷一层自润滑涂料，在30分钟内完成涂敷，让其在常温下自然固化，涂层厚度12μm。

表2自润滑涂料各物质配比

组分	权利要求成分	权利要求百分比	实施例成分	实施例用量/重量份	用量百分比
						组分A	成膜物质	40-90％	氟碳树脂	100	45.45％
固体润滑材料	5-60％	二硫化钨	10	4.55％
					二硫化钼		10	4.55％
		助剂	0-10％	二丁基二月桂酸锡					0.00035	0.00％

	溶剂	0-50％	乙酸丁酯	25	11.36％
						甲基异丁基甲酮	75	34.09％
			颜料	0-10％	-				-	-
	填料	0-10％				-	-	-
			组分B	固化剂	50-100％				异氰酸酯	16.8	73.7％
溶剂	0-50％	净水二甲苯				4	17.5％
				乙酸丁酯	2			8.8％

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种防螺纹粘着磨损自润滑涂料，其特征在于：自润滑涂料由组分A与组分B组成，组分A中各原料的重量百分比为：成膜物质：40-90％，固体润滑材料：5-60％，助剂：0-10％，溶剂：0-50％，颜料：0-10％，填料：0-10％；组分B中各物质的重量百分比为：固化剂：50-100％，溶剂：0-50％；组分A与组分B的重量百分比为1∶0.1-5。

2.根据权利要求1所述的一种防螺纹粘着磨损自润滑涂料，其特征在于：所述成膜物质为以下的一种或几种：环氧树脂、氟碳树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂和有机硅树脂。

3.根据权利要求1所述的一种防螺纹粘着磨损自润滑涂料，其特征在于：所述成膜物质为以下的一种或几种：环氧树脂、氟碳树脂、聚酰亚胺树脂和聚氨酯树脂。

4.根据权利要求1所述的一种防螺纹粘着磨损自润滑涂料，其特征在于：所述固体润滑材料为以下的一种或几种：二硫属化合物、钼的化合物、石墨制品、低摩擦系数塑料、氟化物和金属氧化物。

5.根据权利要求1所述的一种防螺纹粘着磨损自润滑涂料，其特征在于：所述固体润滑材料为以下的一种或几种：二硫化钼、二硫化钨、二硫化铝、二硫化钽、硫化铁、有机钼、石墨、膨胀石墨、氟化石墨、聚四氟乙烯、尼龙、聚甲醛、聚酰亚胺、聚对羟基苯甲酸酯、氟化钙、氟化锂、氟化钡、三氧化二铝、氧化锌和氧化铜。

6.根据权利要求1所述的一种防螺纹粘着磨损自润滑涂料，其特征在于：所述助剂为以下的一种或几种：消泡剂、润湿剂、分散剂、附着力促进剂、触变剂、防沉剂、稳定剂，防结皮剂、流平剂、消泡剂、催干剂、防流挂剂、增塑剂、消光剂、阻燃剂和防霉剂。

7.根据权利要求1所述的一种防螺纹粘着磨损自润滑涂料，其特征在于：所述溶剂为以下的一种或几种：脂肪烃、脂环烃、芳香烃、卤代烃、醇、酯、酮、醚和萜烯类。

8.根据权利要求1所述的一种防螺纹粘着磨损自润滑涂料，其特征在于：所述颜料为以下的一种或几种：钛白、锌钡白、耐晒黄、铅铬黄、镉黄、有机大红、甲苯胺红、氧化铁红、铬绿、普鲁士绿、锌绿、酞菁蓝、阴丹士林蓝和炭黑。

9.根据权利要求1所述的一种防螺纹粘着磨损自润滑涂料，其特征在于：所述填料为以下的一种或几种：滑石粉、硅灰石、高岭土、重晶石、云母粉、稀土和稀土化合物。

10.制备如权利要求1所述的一种防螺纹粘着磨损自润滑涂料的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)制备组分A：在进行搅拌的容器中加入溶剂、成膜物质，以50-300转/分钟速度搅拌10-30分钟待溶液大致均匀后停止搅拌，然后按配方比例依次加入剩余各物质，各物质加完后开始搅拌，搅拌速度由从最初的20转/分钟到1500转/分钟左右，搅拌约20分钟到2小时，搅拌均匀后将所得浆料加入研磨机中研磨至浆料细度达到5微米时即得到组分A；组分A中如果无固体物质时，在容器中只对所加物质进行搅拌即可，加料顺序相同，搅拌至溶液均一时即得到组分A；

2)制备组分B：按配方比例在可搅拌的容器中依次加入溶剂、固化剂搅拌至溶液均一时即得到组分B；

3)混合：涂敷前须将两组分混合均匀，混合后两种组分会发生化学反应而逐渐固化，组分A与组分B混合后须在20分钟-5小时内完成涂敷。