CN101768500A - 一种水性固体润滑剂 - Google Patents

Abstract

本发明目的是提供一种能够作为固体润滑材料使用的，具有很好的成膜性和粘接性的耐腐蚀、耐磨耗的聚酰胺酰亚胺、聚四氟乙烯为主体粘接材料的水性分散体固体润滑材料及其制备方法，该润滑剂环境友好，耐腐蚀，耐磨耗，摩擦系数低，耐高低温性能优良，它克服了以往固体润滑材料的有机溶剂毒性大、易挥发且不耐磨耗的问题，具有良好的应用前景。

Description

一种水性固体润滑剂

技术领域

本发明涉及属于润滑剂领域，具体的说是关于一种水性固体润滑剂。

背景技术

固体润滑材料的润滑机理不像液体和胶体润滑材料在摩擦界面上形成某种形式的流体或半流体膜而起到有效的润滑，而主要是依靠材料本身或其转移膜的低剪切特性而具有优良的抗磨和减磨的作用。作为一类新型润滑材料，固体润滑材料在性能上极大地突破了传统材料的使用极限，这就为解决现代高技术机械急需解决的耐高低温、超高真空、强辐射、高速高负载、特殊介质等典型特殊工况条件下的摩擦磨损问题提供了强有力的技术支持，同时也为提高机械的稳定性和可靠性奠定了重要的基础，现在其应用范围已由航空、航天军工技术转向汽车机械等民用行业。

目前固体润滑高分子涂层材料按材料品种来分有环氧类、聚酰亚胺类、聚苯硫醚类、聚四氟乙烯类、聚醚砜类；其产品形式主要为溶剂型，即其中含有大量的有机溶剂，这些溶剂型的固体润滑材料存在溶剂消耗大、环境污染严重、易挥发甚至有的溶剂有很大的毒性。聚酰胺酰亚胺作为一种新兴高分子材料具有耐腐蚀、高低温性能优异、表面粘附性性强等优点，尤其是与同样耐高低温的聚酰亚胺比较，其粘附范围宽，粘附性能好，价格也要便宜很多。聚四氟乙烯同样也具有良好的摩擦性能和耐腐蚀性能，但聚四氟乙烯具有粘附性差的缺点。碳纳米管作为近二十年才发现的新物质有着独特的电子结构和物理化学特性，具有强度高、耐磨耗、耐冲击等诸多优点，而用水替代有机溶剂分散固体润滑材料会减少污染，降低成本，已经成为一种新的方向。

特开昭61-111352号公报中公开了一种含聚醚砜和氟树脂的水性分散体，可以看到，由于聚醚砜的缺点，其耐腐蚀性远远不能满足润滑工况的要求。专利ZL93108435.0中公开的干膜润滑剂以聚酰胺酰亚胺为粘接材料，但含有大量的丁酮、二甲苯、二甲基甲酰胺，可以看到会引起环境污染和人体伤害。

发明内容

针对现有技术存在的诸多不足之处，本发明目的是提供一种能够作为固体润滑材料使用的，具有很好的成膜性和粘接性的耐腐蚀、耐磨耗的聚酰胺酰亚胺、聚四氟乙烯为主体粘接材料的水性分散体润滑材料及其制备方法，该润滑剂环境友好，耐腐蚀，耐磨耗，摩擦系数低，耐高低温性能优良。它克服了以往固体润滑材料的有机溶剂毒性大、易挥发且不耐磨耗的问题，具有良好的应用前景。

本发明所采用的具体技术方案是：一种固体润滑剂，其特征在于：其组成按重量份计：

水性聚酰胺酰亚胺溶液    80-200份

聚四氟乙烯乳液          30-100份

石墨粉                  10-70份

二硫化钼粉体            5-60份

金属氧化物粉体          1-7份

碳纳米管                10-50份

其中所述水性聚酰胺酰亚胺溶液为固含量25-35％的水溶液；聚四氟乙烯乳液为固含量55-65％的水溶液。上述的两种溶液和乳液均采用市售的原料。

采用这种组方，既可以使得该固体润滑剂因为有聚酰胺酰亚胺材料得到高附着力，又可以因为有聚四氟乙烯的加入而具有良好的自润滑性和耐腐蚀性，而二者的耐高低温性能优良，协同效应明显；而石墨粉、二硫化钼粉和金属氧化物粉体对于降低摩擦系数有很大帮助，碳纳米管的加入会使得该润滑剂的耐磨耗性显著提高。相比较以往的有机溶剂型润滑剂技术，其由于聚四氟乙烯和碳纳米管的加入使得耐腐蚀性和耐磨耗性突出，而由于其为水性溶液，对于操作工人来说毒性几乎没有了，制造成本也大大降低。

为了达到更好的使用效果，发明人对上述组方的配比进行了优化，其用量为：

水性聚酰胺酰亚胺溶液     100-160份

聚四氟乙烯乳液           40-60份

石墨粉                   20-55份

二硫化钼粉体             10-30份

金属氧化物粉体           1-2份

碳纳米管                 10-30份

上述配方中所采用的石墨粉和二硫化钼粉体，其粒径尺寸为0.1-5微米，所述的金属氧化物为氧化锌或氧化镉或氧化铅或氧化锑或其混合物，优选采用氧化锑；所述金属氧化物粉体其细度为100-5000纳米，所述碳纳米管为工业级单壁碳纳米管。采用这种细度可以有效的提高整个润滑剂的耐磨及润滑性能。

制备这种润滑剂，其制备方法为：首先将水性聚酰胺酰亚胺溶液与聚四氟乙烯乳液按照配方比例在300-500rpm转速下搅拌混合1.5-2.5小时；之后在300-500rpm搅拌速度下将石墨粉、二硫化钼粉、金属氧化物和碳纳米管按照配方比例加入到上述的混合物中，分散处理1-3小时至均匀即得。为了保证分散均匀，可以将混合物再放入球磨机研磨充分分散。将石墨粉、二硫化钼粉、金属氧化物和碳纳米管加入到上述混合物时，可以按照上述的顺序顺次加入也可以不按顺序加入，视具体加工情况而定。

应用该润滑剂时，为了适应其配方做出的调整，发明人提供了一种全新的方法，主要步骤为：采用喷涂或丝网印刷的方式将润滑剂涂覆到基材上，采用阶梯加热的方式固化，阶梯加热的加热温度和时间为：在100℃保温1小时，继续升温至150℃保温0.5小时，继续升温至200℃保温1小时。这种阶梯升温固化方式可以保证首先将水分子蒸出，然后通过阶梯升温固化使得聚酰胺酰亚胺能够固化完全，达到理想的附着力和耐温性。

采用这种方法和配比制备的固体润滑剂，其环境友好，耐腐蚀，耐磨耗，摩擦系数低，对很多基材粘附性强，摩擦性能优良，高温时表面能低，耐高低温性能优良。它克服了以往固体润滑材料的有机溶剂毒性大、易挥发且不耐磨耗的问题，可以使用水作为溶剂，降低了对于环境的污染和施工时对于工人的伤害；同时使用时的特殊方法使得固化后的润滑材料能在-70℃到250℃的环境中使用，瞬间可以在300℃环境中使用，具有耐环境温度范围宽，耐腐蚀，耐磨耗，耐大多数溶剂，摩擦系数低于0.15，耐冲击性＞100cm，由此可见本发明所提供的固体润滑剂具有良好的应用前景。

具体实施方式

实施例1

一种水性分散体固体润滑剂，其原料的重量配比为：水性聚酰胺酰亚胺溶液100g、聚四氟乙烯乳液30g、石墨粉20g、二硫化钼粉5g、氧化锌粉体1g、碳纳米管10g，其中石墨粉，二硫化钼粉、氧化锌粉体其细度均为1微米；碳纳米管为工业级单壁碳纳米管；所述水性聚酰胺酰亚胺溶液为市售的固含量25-35％的水溶液；聚四氟乙烯乳液为市售的固含量55-65％的水溶液。

其制备方法为：将水性的聚酰胺酰亚胺溶液与聚四氟乙烯乳液按照上述用量高速搅拌在500rpm转速下混合，再在其混合溶液中以500rpm高速搅拌下顺次按照组方比例分散入石墨粉、二硫化钼粉、氧化锌粉体和碳纳米管，搅拌分散1-2小时至均匀，然后放入球磨机研磨48小时，得到产品。

将得到的润滑剂采用丝网印刷的方法涂于航空发动机活塞环上，采用在100℃保温1小时，继续升温至150℃保温0.5小时，继续升温至200℃保温1小时的阶梯升温固化方式，其产品的摩擦系数在300牛负荷和1.5米/秒速度下为0.12，耐120号溶剂油浸泡三天性能基本不变，耐摩性为305米/微米。

实施例2

一种水性分散体固体润滑剂，其原料的重量配比为：水性聚酰胺酰亚胺溶液200g、聚四氟乙烯乳液100g、石墨粉70g、二硫化钼粉40g、氧化锌粉体1g、碳纳米管10g，其中石墨粉，二硫化钼粉、氧化锌粉体其细度均为1微米。碳纳米管为工业级单壁碳纳米管；所述水性聚酰胺酰亚胺溶液为市售的固含量25-35％的水溶液；聚四氟乙烯乳液为市售的固含量55-65％的水溶液。

其制备方法为：将水性的聚酰胺酰亚胺溶液与聚四氟乙烯乳液按照上述用量高速搅拌400rpm转速下混合，再在其混合溶液中400rpm高速搅拌下顺次按照组方比例分散入石墨粉、二硫化钼粉、氧化锌粉体和碳纳米管，搅拌分散1-2小时至均匀，然后放入球磨机研磨60小时，得到产品。

将得到的润滑剂采用丝网印刷的方法涂于航空发动机活塞环上，采用在100℃保温1小时，继续升温至150℃保温0.5小时，继续升温至200℃保温1小时的阶梯升温固化方式，其产品的摩擦系数在300牛负荷和1.5米/秒速度下为0.1，耐120号溶剂油浸泡三天性能基本不变，耐摩性为350米/微米。

实施例3

一种水性分散体固体润滑剂，其原料的重量配比为：水性聚酰胺酰亚胺溶液150g、聚四氟乙烯乳液40g、石墨粉30g、二硫化钼粉60g、氧化锌粉体1g、碳纳米管30g，其中石墨粉，二硫化钼粉、氧化锌粉体其细度均为1微米。碳纳米管为工业级单壁碳纳米管；所述水性聚酰胺酰亚胺溶液为市售的固含量25-35％的水溶液；聚四氟乙烯乳液为市售的固含量55-65％的水溶液。

其制备方法为：将水性的聚酰胺酰亚胺溶液与聚四氟乙烯乳液按照上述用量高速搅拌300rpm转速下混合，再在其混合溶液中300rpm高速搅拌下顺次按照组方比例分散入石墨粉、二硫化钼粉、氧化锌粉体和碳纳米管，搅拌分散1-2小时至均匀，然后放入球磨机研磨50小时，得到产品。

将得到的润滑剂采用丝网印刷的方法涂于航空发动机活塞环上，采用在100℃保温1小时，继续升温至150℃保温0.5小时，继续升温至200℃保温1小时的阶梯升温固化方式，其产品的摩擦系数在300牛负荷和1.5米/秒速度下为0.11，耐120号溶剂油浸泡三天性能基本不变，耐摩性为340米/微米。

实施例4

一种水性分散体固体润滑剂，其原料的重量配比为：水性聚酰胺酰亚胺溶液80g、聚四氟乙烯乳液40g、石墨粉25g、二硫化钼粉30g、氧化锌粉体7g、碳纳米管30g，其中石墨粉，二硫化钼粉、氧化锌粉体其细度分别为0.1微米、2微米、1微米。碳纳米管为工业级单壁碳纳米管；所述水性聚酰胺酰亚胺溶液为市售的固含量25-35％的水溶液；聚四氟乙烯乳液为市售的固含量55-65％的水溶液。

其制备方法为：将水性的聚酰胺酰亚胺溶液与聚四氟乙烯乳液按照上述用量高速搅拌450rpm转速下混合，再在其混合溶液中400rpm高速搅拌下顺次按照组方比例分散入石墨粉、二硫化钼粉、氧化锌粉体和碳纳米管，搅拌分散1-2小时至均匀，然后放入球磨机研磨45小时，得到产品。

将得到的润滑剂采用丝网印刷的方法涂于航空发动机活塞环上，采用在100℃保温1小时，继续升温至150℃保温0.5小时，继续升温至200℃保温1小时的阶梯升温固化方式，其产品的摩擦系数在300牛负荷和1.5米/秒速度下为0.12，耐120号溶剂油浸泡三天性能基本不变，耐摩性为310米/微米。

实施例5

一种水性分散体固体润滑剂，其原料的重量配比为：水性聚酰胺酰亚胺溶液160g、聚四氟乙烯乳液60g、石墨粉40g、二硫化钼粉25g、氧化锌粉体2g、碳纳米管50g，其中石墨粉，二硫化钼粉、氧化锌粉体其细度均为1微米。碳纳米管为工业级单壁碳纳米管；所述水性聚酰胺酰亚胺溶液为市售的固含量25-35％的水溶液；聚四氟乙烯乳液为市售的固含量55-65％的水溶液。

其制备方法为：将水性的聚酰胺酰亚胺溶液与聚四氟乙烯乳液按照上述用量高速搅拌350rpm转速下混合，再在其混合溶液中450rpm高速搅拌下按照组方比例一起分散入石墨粉、二硫化钼粉、氧化锌粉体和碳纳米管，搅拌分散1-2小时至均匀，然后放入球磨机研磨62小时，得到产品。

将得到的润滑剂采用丝网印刷的方法涂于航空发动机活塞环上，采用在100℃保温1小时，继续升温至150℃保温0.5小时，继续升温至200℃保温1小时的阶梯升温固化方式，其产品的摩擦系数在300牛负荷和1.5米/秒速度下为0.12，耐120号溶剂油浸泡三天性能基本不变，耐摩性为348米/微米。

Claims (8)

1.一种固体润滑剂，其特征在于：其组成按重量份计：

水性聚酰胺酰亚胺溶液        80-200份

聚四氟乙烯乳液              30-100份

石墨粉                      10-70份

二硫化钼粉体                5-60份

金属氧化物粉体              1-7份

碳纳米管                    10-50份

其中所述水性聚酰胺酰亚胺溶液为固含量25-35％的水溶液；聚四氟乙烯乳液为固含量55-65％的水溶液。

2.根据权利要求1所述的润滑剂，其特征在于：其组成按重量份计：

水性聚酰胺酰亚胺溶液        100-160份

聚四氟乙烯乳液              40-60份

石墨粉                      20-55份

二硫化钼粉体                10-30份

金属氧化物粉体              1-2份

碳纳米管                    10-30份。

3.根据权利要求1或2所述的润滑剂，其特征在于：所述的金属氧化物为氧化锌或氧化镉或氧化铅或氧化锑或其混合物，优选采用氧化锑；所述金属氧化物粉体其细度为100-5000内米；所述的石墨粉和二硫化钼粉体，其粒径尺寸为100-5000内米。

4.根据权利要求1或2所述的润滑剂，其特征在于：所述碳纳米管为工业级单壁碳纳米管。

5.制备如权利要求1所述的润滑剂，其制备方法为：首先将水性聚酰胺酰亚胺溶液与聚四氟乙烯乳液按照配方比例在300-500rpm转速下搅拌混合1.5-2.5小时；之后在300-500rpm搅拌速度下将石墨粉、二硫化钼粉、金属氧化物和碳纳米管按照配方比例加入到上述的混合物中，分散处理1-3小时至均匀即得。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：采用高速搅拌分散的方式或球磨机研磨分散的方式对混合物进行分散处理。

7.应用如权利要求1所述的润滑剂，其应用方法为：将该润滑剂涂覆到基材上，采用阶梯加热的方式固化，其特征在于：阶梯加热的加热温度和时间为：在100℃保温1小时，继续升温至150℃保温0.5小时，继续升温至200℃保温1小时。

8.根据权利要求7所述的应用方法，其特征在于：采用喷涂或丝网印刷的方式将润滑剂涂覆到基材上。