CN104342236A

CN104342236A - 一种含有石墨烯的摩擦调整剂及其制备方法

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Publication number: CN104342236A
Application number: CN201410515389.3A
Authority: CN
Inventors: 纪玉信; 张树鸿; 纪双明; 许俊伟
Original assignee: GUANGDONG DONGGUAN TEAMRUN ELECTRONIC MATERIAL Co Ltd
Current assignee: GUANGDONG DONGGUAN TEAMRUN ELECTRONIC MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2015-02-11
Anticipated expiration: 2034-09-29
Also published as: CN104342236B

Abstract

本发明公开了一种含有石墨烯的摩擦调整剂及其制备方法，所述含有石墨烯的摩擦调整剂，其是由以质量百分数计的纳米石墨烯0.3-1.2％、纳米石墨粒子3-8％、高分子保护胶体1-6％、分散剂0.5-5％、基础油余量。本发明所述的摩擦调整剂极大提升了摩擦副表面金属件之间的润滑性，降低了磨损；提升减磨、润滑、修复、密封性能，形成协同增效的作用，提高发动机冷启动时的剧烈磨损的减磨润滑效果，延长了发动机使用寿命。本发明通过油相分散工艺使体系具有良好的分散悬浮性，不沉降，摩擦调整剂胶体性能稳定。

Description

一种含有石墨烯的摩擦调整剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及属汽车发动机润滑油添加剂，具体涉及一种含有石墨烯的摩擦调整剂及其制备方法。

背景技术

随着社会经济条件的提高，汽车已经进入普通的家庭作为主要的交通工具。21世纪，能源危机和环境污染成为全球关注的两大焦点，全球汽车能耗占石油总量的50％，而汽车的摩擦损耗占了总功率的30％。

汽车燃油排放大量的固体悬浮颗粒(PM)和一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NO_x)、硫氧化物(SO_x)等有害气体，据检测，全球大气污染42％来源于交通车辆，在大城市更高达60％。所以降低摩擦功耗、节约能源、减少排放一直是国内外业界不懈的追求。

发动机润滑油，被誉为汽车的“血液”，能对发动机起到润滑、清洁、冷却、密封、减磨、防锈、防蚀等作用。润滑油由基础油和添加剂两部分组成。其中添加剂包括清净剂，分散剂，抗氧抗腐剂，极压抗磨剂，油性剂，摩擦改进剂(摩擦调整剂)，粘度指数改进剂，防锈剂，降凝剂，抗泡剂，抗乳化剂，乳化剂等。

摩擦调整剂主要作用是当工况改变、吸附膜变薄甚至出现摩擦表面直接接触摩擦磨损非常严重时，能有一层高强度的自润滑膜在摩擦面上，使摩擦系数降低，减少磨损、延长寿命、节约动力。目前，市场上摩擦调整剂有两类，一类是化学摩擦调整剂，含有极性或者活性元素的油溶性添加剂，其缺点是会引起化学腐蚀性磨损；另一类是机械磨损调整剂，主要是非油溶性的，有润滑性的固体颗粒分散油中，如石墨、二硫化钼、氧化硼、聚四氟乙烯(PTFE)等，其缺点是颗粒大、形貌不适合，常因分散稳定性不好而产生凝聚和沉淀，以致很快失效或堵塞滤网造成供油困难。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明的在于提供一种含有石墨烯的摩擦调整剂，极大提升了摩擦副表面金属件之间的润滑性，降低了磨损；提升减磨、润滑、修复、密封性能，形成协同增效的作用，提高发动机冷启动时的剧烈磨损的减磨润滑效果，延长了发动机使用寿命。

本发明的另一目的在于提供一种含有石墨烯的摩擦调整剂的制备方法，通过油相分散工艺使体系分散悬浮性好，不沉降，胶体性能稳定。

为实现上述目的本发明所采用的技术方案如下：

一种含有石墨烯的摩擦调整剂，其是由以质量百分数计的以下原料制备而成：

纳米石墨烯：0.3-1.2％

纳米石墨粒子：3-8％

高分子保护胶体：1-6％

分散剂：0.5-5％

基础油：余量。

作为本发明优选的方案，所述含有石墨烯的摩擦调整剂是由以质量百分数计的以下原料制备而成：

纳米石墨烯：0.6-1％

纳米石墨粒子：3-5％

高分子保护胶体：2-5％

分散剂：3-5％

基础油：余量。

优选的，本发明所述的所述纳米石墨烯为片径小于1μm的多层石墨烯。

优选的，所述高分子保护胶体为乙烯-丙烯共聚物、苯乙烯-双烯共聚物、十六脂-N-乙烯基吡咯烷酮共聚物的一种或两种以上混合使用。

在本发明中，所采用的基础油可以是用于润滑油中的任何一种基础油，在研究中，发明人发现高粘度指数的基础油相比低粘度的基础油具有更好的流变性能，有利于降低机构之间摩擦损失，具有更好的节能效果。为了提高抗磨剂的抗磨效果同时减少能量损失，优选的，本发明所述基础油为矿物基础油及合成基础油，所述基础油的粘度指数为VI≥80。

所述分散剂可以选自为双丁二酰亚胺、丁二酸脂、苄胺中的一种或两种以上混合使用。

一种含有石墨烯的摩擦调整剂的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤

1)制备纳米石墨粒子

研磨料配制：将石墨粉、纤维素、亚甲基双萘磺酸钠、25％氨水、纯水混合均匀成研磨料；

粉碎：上述研磨料采用卧式砂磨机循环研磨粉碎；

分级：上述石墨粉经5000-6000转/分的速度高速离心分级；

纯化：在上述分级后的石墨粉中加入盐酸纯化并凝析，并调节调pH为2.3-2.8，凝析后压滤，得到纳米石墨滤饼；

洗涤过滤：上述纳米石墨滤饼经压滤机压滤后用纯水洗涤至PH>6；

分散解胶：洗涤后的石墨滤饼中加入纤维素、25％氨水、聚乙烯醇、纯水，在1500-2000转/分转速下高速搅拌分散均匀；

喷雾干燥：经过分散胶解后的石墨粒子经喷雾干燥后，得纳米石墨粒子；

2)制备摩擦调整剂：

将上述步骤1)制备的纳米石墨粒子与纳米石墨烯、基础油、高分子保护剂、分散剂按比例混合后经研磨过600目筛即成。

优选的，在上述方法中，研磨料配制步骤中所采用的石墨粉是石墨选用粒度D50<2.5um，碳量大于98％的高碳微粉。

优选的，研磨料配制步骤中，石墨粉、纤维素、亚甲基双萘磺酸钠、25％氨水、纯水的用量以重量百分比计算分别为石墨粉20-30％、纤维素0.1-0.5％、亚甲基双萘磺酸钠0.1-0.5％、25％氨水0.5-1％、纯水余量。

优选的，分散解胶步骤中，所述石墨滤饼、纤维素、氨水、聚乙烯醇、纯水的用量以重量百分比计算分别为：

石墨滤饼：25-30％

纤维素：0.1-0.5％

聚乙烯醇：0.1-0.5％

25％氨水：0.5-1％

纯水：余量。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1.本发明选用润滑性好、化学性质稳定、耐高温、耐腐蚀、导热性好的石墨原料，经过特殊工艺加工成纳米石墨粒子，并配合纳米石墨烯复合使用；由于所使用的纳米石墨烯是以一种多层微片状态存在，将纳米石墨烯层间距增大到0.5um左右，层间距之间的范德华力被削弱，发动机金属摩擦副表面的纳米石墨烯在活塞套环间高速的相向运动产生的巨大摩擦剪切力作用下，多层石墨烯受到剥离而进一步解理分层，石墨烯片端面悬浮键的存在和其大的表面能，将填入剪切力较小的发动机摩擦副表面的磨损、划伤和微孔中，修复金属表面的磨损，重造了金属表面，石墨烯片在进入金属摩擦副表面后，将有一个自组装的过程，其C平面平行并牢固渗嵌附着在摩擦副表面而形成一层极薄的石墨烯保护膜，因为这层膜的隔离作用，使摩擦机件之间相对运动产生的摩擦只是作用于这层石墨烯保护膜，加之石墨烯自身所具有优异的耐磨、超高导热性、超高强度等特性，可大幅降低发动机摩擦表面磨损率95％以上，对发动机起到抗磨保护作用；而同时使用的纳米石墨粒子具有优异的自润滑性，在活塞环套之间的高温、高压、高速的双向运动中，其片层间的本征滑移性得到充分体现，极大提升了摩擦副表面金属件之间的润滑性，降低了磨损；因此对于发动机摩擦副间的润滑、修复、密封等性能产生很大的协同增效作用；纳米石墨粒子与纳米石墨烯复合使用，在摩擦副表面形成的保护膜中，对于发动机金属件具有极佳的减磨、润滑、修复、密封等功效，形成了两种材料的协同增效的作用，尤其对于发动机冷启动时的剧烈磨损具有优异的减磨润滑效果，延长了发动机寿命三倍以上；

2.本发明通过纳米石墨烯和纳米石墨粒子的通过本发明的工艺处理之后，在体系中具有良好的分散悬浮性，不沉降，得到的摩擦调整剂胶体性能稳定；

3.本发明所述的摩擦调整剂使套环间的气密性得到加强、缸压增高，同时阻隔了两摩擦面粗糙峰点的接触和碰撞，大大减少了摩擦磨损。

下面结合具体的实施方式对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式

实施例1

一种含有石墨烯的摩擦调整剂，其是由以质量百分比的以下原料制备而成：

纳米石墨烯：0.3％；

纳米石墨粒子：3％；

乙烯-丙烯共聚物0.5％：

双丁二酰亚胺：3.5％；

基础油：95％

具体步骤如下：

1)制备纳米石墨粒子

研磨料配制：将以质量百分计的石墨粉20％、纤维素0.1％、亚甲基双萘磺酸钠0.5％、25％氨水0.5％、纯水余量；

粉碎：上述研磨料采用卧式砂磨机循环研磨粉碎；

分级：上述石墨粉经5000转/分的速度高速离心分级；

纯化：在上述分级后的石墨粉中加入盐酸纯化并凝析，并调节调pH为2.3，凝析后压滤，得到纳米石墨滤饼；

分散解胶：洗涤后的石墨滤饼中加入纤维素、25％氨水、聚乙烯醇、纯水，在1600转/分转速下高速搅拌分散均匀；以重量百分比计算分别为：石墨滤饼：25％、纤维素：0.1％、聚乙烯醇：0.5％、氨水：0.5％、纯水：余量；

2)制备摩擦调整剂：

实施例2

纳米石墨烯：0.5份

纳米石墨粒子：5份

苯乙烯-双烯共聚物：1％

丁二酸脂/苄胺：2％

基础油：余量；

具体步骤如下：

1)制备纳米石墨粒子

研磨料配制：将以质量百分计的石墨粉25％、纤维素0.3％、亚甲基双萘磺酸钠0.2％、25％氨水0.7％、纯水余量；

粉碎：上述研磨料采用卧式砂磨机循环研磨粉碎；分级：上述石墨粉经6000转/分的速度高速离心分级；

纯化：在上述分级后的石墨粉中加入盐酸纯化并凝析，并调节调pH为2.5，凝析后压滤，得到纳米石墨滤饼；

分散解胶：洗涤后的石墨滤饼中加入纤维素、25％氨水、聚乙烯醇、纯水，在1700转/分转速下高速搅拌分散均匀；以重量百分比计算分别为：石墨滤饼：27％、纤维素：0.2％、聚乙烯醇：0.2％、25％氨水：0.5％、纯水：余量；

2)制备摩擦调整剂：

实施例3

纳米石墨烯：1％

纳米石墨粒子：5％

十六脂-N-乙烯基吡咯烷酮共聚物：5％

丁二酸脂：3％

基础油：余量；

具体制备方法按照实施例1的步骤进行；研磨料配制步骤中，以质量百分计的石墨粉27.6、纤维素0.4％、亚甲基双萘磺酸钠0.3％、25％氨水0.6％、纯水余量；分散解胶步骤中以重量百分比计算分别为：石墨滤饼：29％、纤维素：0.3％、聚乙烯醇：0.2％、25％氨水：0.7％、纯水：余量。

实施例4

纳米石墨烯：1.2％

纳米石墨粒子：8％

苯乙烯-双烯共聚物/十六脂-N-乙烯基吡咯烷酮共聚物：6％

苄胺：5％；

基础油：余量

具体制备方法按照实施例2的步骤进行；研磨料配制步骤中，以质量百分计的石墨粉30％、纤维素0.5％、亚甲基双萘磺酸钠0.1％、25％氨水1％、纯水余量；分散解胶步骤中以重量百分比计算分别为：石墨滤饼：30％、纤维素：0.5％、聚乙烯醇：0.1％、25％氨水：1％、纯水：余量。

产品性能检测

1.产品理化指标

对本发明所述的含有石墨烯的摩擦调整剂产品的理化指标进行检测，检测结果见表1。

表1：产品理化指标

2.负荷特性

对实施例3得到的含有石墨烯的摩擦调整剂产品的负荷特性进行检测，原机是指发动机中的润滑油没有使用本发明的摩擦调整剂，对比机是发动机的润滑油中添加了本发明的实施例3的摩擦调整剂，检测结果见表2。

表2：发动机负荷特性对比

3.全负荷烟度

对实施例3得到的含有石墨烯的摩擦调整剂产品的全负荷烟度进行检测，原机是指发动机中的润滑油没有使用本发明的摩擦调整剂，对比机是发动机的润滑油中添加了本发明的实施例3的摩擦调整剂检测结果见表3。

表3：发动机的全负荷烟度对比

4.自由加速烟度

对实施例3得到的含有石墨烯的摩擦调整剂产品的自由加速烟度进行检测，原机是指发动机中的润滑油没有使用本发明的摩擦调整剂，对比机是发动机的润滑油中添加了本发明的实施例3的摩擦调整剂检测结果见表4。

表4：发动机自由加速烟度对比

5.排气污染物

对采用实施例3得到的含有石墨烯的摩擦调整剂产品的发动机的排气污染进行检测，原机是指发动机中的润滑油没有使用本发明的摩擦调整剂，对比机是发动机的润滑油中添加了本发明的实施例3的摩擦调整剂检测结果见表5。

表5：发动机排气污染物对比

6.产品对10W-40SM级油抗磨性能影响比较

对采用实施例3得到的含有石墨烯的摩擦调整剂产品对10W-40SM级油抗磨性能影响比较，结果见表6。

表6：抗磨性能测试结果

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims

1.一种含有石墨烯的摩擦调整剂，其特征在于，其是由以质量百分数计的以下原料制备而成：

纳米石墨烯：0.3-1.2％

纳米石墨粒子：3-8％

高分子保护胶体：1-6％

分散剂：0.5-5％

基础油：余量。

2.根据权利要求1所述的摩擦调整剂，其特征在于，其是由以质量百分数计的以下原料制备而成：

纳米石墨烯：0.6-1％

纳米石墨粒子：3-5％

高分子保护胶体：2-5％

分散剂：3-5％

基础油：余量。

3.根据权利要求1所述的摩擦调整剂，其特征在于，所述纳米石墨烯为片径小于1μm的多层石墨烯。

4.根据权利要求1所述的摩擦调整剂，其特征在于，所述基础油为矿物基础油及合成基础油，所述基础油的粘度指数为VI≥80。

5.根据权利要求1所述的摩擦调整剂，其特征在于，所述分散剂为双丁二酰亚胺，丁二酸脂、苄胺中的一种或两种以上混合使用。

6.根据权利要求1所述的摩擦调整剂，其特征在于，所述高分子保护胶体为乙烯-丙烯共聚物、苯乙烯-双烯共聚物、十六脂-N-乙烯基吡咯烷酮共聚物的一种或两种以上混合使用。

7.如权利要求1所述的摩擦调整剂的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

1)制备纳米石墨粒子

粉碎：上述研磨料采用卧式砂磨机循环研磨粉碎；

分级：上述石墨粉经5000-6000转/分的速度高速离心分级；

2)制备摩擦调整剂：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，研磨料配制步骤中，石墨粉、纤维素、亚甲基双萘磺酸钠、25％氨水、纯水的用量以重量百分比计算分别为石墨粉20-30％、纤维素0.1-0.5％、亚甲基双萘磺酸钠0.1-0.5％、25％氨水0.5-1％、纯水余量。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，分散解胶步骤中，所述石墨滤饼、纤维素、氨水、聚乙烯醇、纯水的用量以重量百分比计算分别为：

石墨滤饼：25-30％

纤维素：0.1-0.5％

聚乙烯醇：0.1-0.5％

25％氨水：0.5-1％

纯水：余量。