CN105062636A - 减摩抗磨固体润滑材料及其制备方法 - Google Patents

减摩抗磨固体润滑材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种减摩抗磨固体润滑材料及其制备方法。该方法首先对组成固体润滑材料的减摩抗磨材料进行预处理，取处理过的石墨和/或二硫化钼6-15份，氧化石墨烯0.05-0.1份，碳纤维1-5份，TiO2颗粒0.1-1份，质量浓度在30%的聚酰胺酰亚胺树脂30-70份，分子量为500-800的聚丙二醇改性的聚硅氧烷0.1-0.8份，双效活性聚硅氧烷0.1-0.8份加入行星式球磨机高速研磨40min，促使各种颗粒表面功能基团与聚酰胺酰亚胺树脂中的异氰酸酯或酰胺基团反应形成共价键或次价键，然后采用100目滤网过滤，得到减摩抗磨固体润滑材料。

Description

减摩抗磨固体润滑材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种减摩抗磨固体润滑材料及其制备方法。
背景技术
摩擦是物体相对运动产生的一种现象，是产生能量损耗的一种主要方式。据估计，世界能源的1/3-1/2最终被各种不同形式的摩擦消耗掉。
因此，采用润滑形式来克服摩擦造成的能量损耗是解决和缓解能源紧张的一个主要途径。目前，在国民经济的各个领域，如航空航天、交通运输、重型机械、军工等均采用不同形式的液体润滑或固体润滑解决摩擦问题。
相对液体润滑来说，固体润滑具有高温持续使用的特点。在摩擦副对偶面通过离子溅射、气相沉积或者表面涂覆技术形成金属、陶瓷或者高分子复合材料的固体润滑涂层，可有效缓解机械设备的摩擦磨损，降低由于磨损产生的能耗。
相对于离子溅射、气相化学沉积等技术形成的固体润滑涂层，高分子树脂基润滑涂层具有生产工艺和施工工艺简便的特点，可进行丝网印刷、喷涂、浸涂、刷涂，因此可在需要进行固体润滑的所有领域使用。尤其在较为复杂的环境条件下需要进行固体润滑时，采用特定纳米颗粒或碳纤维的树脂基固体润滑材料具有出色的减摩抗磨效果。
目前高分子树脂基润滑涂层普遍采用耐高温树脂和减摩抗磨颗粒如石墨、二硫化钼等材料制备而成。单纯使用这些组分往往具有较好的减摩抗磨效果，但固体润滑涂层对基材表面的附着力较差，在特殊条件下的减摩抗磨效果一般。
发明内容
本发明提供一种减摩抗磨固体润滑材料及其制备方法,解决固体润滑涂层对基材表面的附着力较差的问题以及提高固体润滑的减摩抗磨效果。
本发明所采用的技术方案是：一种减摩抗磨固体润滑材料,它包括按重量份计的如下组分：石墨和/或二硫化钼6-15份，氧化石墨烯0.05-0.1份，碳纤维1-5份，TiO2颗粒0.1-1份，质量浓度在30%的聚酰胺酰亚胺树脂30-70份，分子量为500-800的聚丙二醇改性的聚硅氧烷0.1-0.8份，双效活性聚硅氧烷0.1-0.8份。
本发明的具体特点还有，首先对组成固体润滑材料的减摩抗磨材料进行预处理，然后加入行星式球磨机高速研磨40min，促使各种颗粒表面功能基团与聚酰胺酰亚胺树脂中的异氰酸酯或酰胺基团反应形成共价键或次价键，然后采用100目滤网过滤，得到减摩抗磨固体润滑材料。
石墨15份，氧化石墨烯0.05份，碳纤维2份，TiO2颗粒1份，质量浓度在30%的聚酰胺酰亚胺树脂30份，分子量为500-800的聚丙二醇改性的聚硅氧烷0.8份，双效活性聚硅氧烷0.5份。
石墨13份，二硫化钼2份，氧化石墨烯0.03份，碳纤维1份，TiO2颗粒1份，质量浓度在30%的聚酰胺酰亚胺树脂40份，分子量为500-800的聚丙二醇改性的聚硅氧烷0.4份，双效活性聚硅氧烷0.4份。
本发明还提供一种减摩抗磨固体润滑材料的制备方法，其特征是它包括如下步骤：首先对组成固体润滑材料的减摩抗磨材料进行预处理，所述减摩抗磨材料包括石墨和/或二硫化钼，氧化石墨烯，碳纤维，二氧化钛颗粒，质量浓度在30%的聚酰胺酰亚胺树脂，分子量为500-800的聚丙二醇改性的聚硅氧烷，双效活性聚硅氧烷；取处理过的石墨和/或二硫化钼6-15份，氧化石墨烯0.05-0.1份，碳纤维1-5份，TiO2颗粒0.1-1份，质量浓度在30%的聚酰胺酰亚胺树脂30-70份，分子量为500-800的聚丙二醇改性的聚硅氧烷（流平用助剂）0.1-0.8份，双效活性聚硅氧烷（消泡用助剂）0.1-0.8份加入行星式球磨机高速研磨40min，促使各种颗粒表面功能基团与聚酰胺酰亚胺树脂中的异氰酸酯或酰胺基团反应形成共价键或次价键，然后采用100目滤网过滤，得到减摩抗磨固体润滑材料。
本发明的具体特点还有，对石墨或者二硫化钼的预处理是指用单烷氧基三(二辛基磷酰氧基)钛酸酯对颗粒粒度为3-10μm的石墨或二硫化钼进行喷雾处理，之后在140℃真空烘烤4小时，使钛酸酯端基与石墨或二硫化钼表面羟基等基团反应偶联。
对氧化石墨烯的预处理是指对厚度小于1nm，直径100nm-1μm氧化石墨烯在80℃真空烘烤4小时，去除表面水。
对碳纤维的预处理是指用γ―氨丙基三乙氧基硅烷对宽度为7μm、长径比为7的碳纤维进行喷雾处理，在行星式球磨机上研磨2小时，促使硅烷端基与碳纤维表面基团发生偶联脱水反应，之后在140℃真空中烘烤4小时。
对二氧化钛的预处理是指将金红石型粒径为20-100nm的TiO2颗粒在140℃真空中烘烤4小时,去除水分。
石墨15份，氧化石墨烯0.05份，碳纤维2份，TiO2颗粒1份，质量浓度在30%的聚酰胺酰亚胺树脂30份，分子量为500-800的聚丙二醇改性的聚硅氧烷0.8份，双效活性聚硅氧烷0.5份。
本发明的有益效果是：该发明涉及的减摩抗磨固体润滑材料及其制备方法，由于提高了树脂材料与颗粒材料的有效作用，树脂能更有效的固定减摩抗磨的颗粒组分，使得固体润滑剂在摩擦组件表面具有极强的附着力,在70℃水超声两小时后采用胶带剥离，无涂层掉落现象。此外，TiO2纳米颗粒和氧化石墨烯的加入，使得固体润滑剂在高低温、高湿度、矿物油环境以及有氧环境下均具有优异的减摩抗磨效果。在无机油干磨条件下摩擦系数可达0.09，有机油环境下摩擦系数可达0.07，从而提高设备的使用寿命，降低生产成本。
具体实施方式
实施例1：用单烷氧基三(二辛基磷酰氧基)钛酸酯对颗粒粒度为3-10μm的石墨或二硫化钼进行喷雾处理，之后在140℃真空烘烤4小时，使钛酸酯端基与石墨或二硫化钼表面羟基等基团反应偶联；对厚度小于1nm，直径100nm-1μm氧化石墨烯在80℃真空烘烤4小时，去除表面水；用γ―氨丙基三乙氧基硅烷对宽度为7μm、长径比为7的碳纤维进行喷雾处理，在行星式球磨机上研磨2小时，促使硅烷端基与碳纤维表面基团发生偶联脱水反应，之后在140℃真空中烘烤4小时；对金红石型粒径为20-100nm的TiO2颗粒在140℃真空中烘烤4小时,去除水分。取处理过的石墨15份，氧化石墨烯0.05份，碳纤维2份，TiO2颗粒1份，质量浓度在30%的聚酰胺酰亚胺树脂30份，分子量为500-800的聚丙二醇改性的聚硅氧烷0.8份，双效活性聚硅氧烷0.5份加入行星式球磨机高速研磨40min，然后采用100目滤网过滤，得到减摩抗磨固体润滑材料。
实施例2：本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处是取处理过的石墨10份，二硫化钼5份，氧化石墨烯0.1份，碳纤维0.5份，TiO2颗粒1份，质量浓度在30%的聚酰胺酰亚胺树脂40份，分子量为500-800的聚丙二醇改性的聚硅氧烷0.4份，双效活性聚硅氧烷0.4份加入行星式球磨机高速研磨40min，然后采用100目滤网过滤，得到减摩抗磨固体润滑材料。
实施例3:本实施例与实施例1相同之处不再赘述,不同之处是取处理过的石墨13份，二硫化钼2份，氧化石墨烯0.03份，碳纤维1份，TiO2颗粒1份，质量浓度在30%的聚酰胺酰亚胺树脂40份，分子量为500-800的聚丙二醇改性的聚硅氧烷0.4份，双效活性聚硅氧烷0.4份加入行星式球磨机高速研磨40min，然后采用100目滤网过滤，得到减摩抗磨固体润滑材料。
对比例:取未经处理的石墨12份，二硫化钼5份，碳纤维5份，质量浓度在30%的聚酰胺酰亚胺树脂28份，分子量为500-800的聚丙二醇改性的聚硅氧烷1份，双效活性聚硅氧烷1份加入行星式球磨机高速研磨40min，然后采用100目滤网过滤，得到减摩抗磨固体润滑材料。
实施例试验效果比较:将以上实施例制备的样品在45#钢表面涂膜，在210℃烘烤30min，检测与铝材表面对磨情况。摩擦数据见表1。
表1实施例摩擦实验数据
通过以上数据显示，实施例1和实施例3所制备的固体润滑材料在70℃水超声条件下2小时后剥离未出现涂层掉落情况，较对比例单纯以石墨和二硫化钼颗粒制备的固体润滑材料附着力良好。实施例所制备的样品在摩擦条件下，均具有较低的摩擦系数。
由于对颗粒进行化学预处理，实现了基体树脂与减摩抗磨颗粒的共价键和次价键连接，基体树脂可有效固定减摩抗磨颗粒，因此，采用预处理手段的3个实施例较未采用预处理手段的对比例具有更好的耐胶带剥离和机油喷射性能。此外，采用纳米TiO2颗粒和氧化石墨烯，充分提升了固体润滑材料的抗摩擦和减摩效果。采用此方法制备的固体润滑材料较颗粒未经任何处理制备的固体润滑剂具有更优异的基材附着力和减摩抗磨效果。

Claims (10)

1.一种减摩抗磨固体润滑材料,它包括按重量份计的如下组分：石墨和/或二硫化钼6-15份，氧化石墨烯0.05-0.1份，碳纤维1-5份，TiO2颗粒0.1-1份，质量浓度在30%的聚酰胺酰亚胺树脂30-70份，分子量为500-800的聚丙二醇改性的聚硅氧烷0.1-0.8份，双效活性聚硅氧烷0.1-0.8份。
2.根据权利要求1所述的减摩抗磨固体润滑材料，其特征是首先对组成固体润滑材料的减摩抗磨材料进行预处理，然后加入行星式球磨机高速研磨40min，促使各种颗粒表面功能基团与聚酰胺酰亚胺树脂中的异氰酸酯或酰胺基团反应形成共价键或次价键，然后采用100目滤网过滤，得到减摩抗磨固体润滑材料。
3.根据权利要求1所述的减摩抗磨固体润滑材料，其特征是石墨15份，氧化石墨烯0.05份，碳纤维2份，TiO2颗粒1份，质量浓度在30%的聚酰胺酰亚胺树脂30份，分子量为500-800的聚丙二醇改性的聚硅氧烷0.8份，双效活性聚硅氧烷0.5份。
4.根据权利要求1所述的减摩抗磨固体润滑材料，其特征是石墨13份，二硫化钼2份，氧化石墨烯0.03份，碳纤维1份，TiO2颗粒1份，质量浓度在30%的聚酰胺酰亚胺树脂40份，分子量为500-800的聚丙二醇改性的聚硅氧烷0.4份，双效活性聚硅氧烷0.4份。
5.一种减摩抗磨固体润滑材料的制备方法，其特征是它包括如下步骤：首先对组成固体润滑材料的减摩抗磨材料进行预处理，所述减摩抗磨材料包括石墨和/或二硫化钼，氧化石墨烯，碳纤维，二氧化钛颗粒，质量浓度在30%的聚酰胺酰亚胺树脂，分子量为500-800的聚丙二醇改性的聚硅氧烷，双效活性聚硅氧烷；取处理过的石墨和/或二硫化钼6-15份，氧化石墨烯0.05-0.1份，碳纤维1-5份，TiO2颗粒0.1-1份，质量浓度在30%的聚酰胺酰亚胺树脂30-70份，分子量为500-800的聚丙二醇改性的聚硅氧烷0.1-0.8份，双效活性聚硅氧烷0.1-0.8份加入行星式球磨机高速研磨40min，促使各种颗粒表面功能基团与聚酰胺酰亚胺树脂中的异氰酸酯或酰胺基团反应形成共价键或次价键，然后采用100目滤网过滤，得到减摩抗磨固体润滑材料。
6.根据权利要求5所述的减摩抗磨固体润滑材料的制备方法，其特征是对石墨或者二硫化钼的预处理是指用单烷氧基三(二辛基磷酰氧基)钛酸酯对颗粒粒度为3-10μm的石墨或二硫化钼进行喷雾处理，之后在140℃真空烘烤4小时，使钛酸酯端基与石墨或二硫化钼表面基团反应偶联。
7.根据权利要求5所述的减摩抗磨固体润滑材料的制备方法，其特征是对氧化石墨烯的预处理是指对厚度小于1nm，直径100nm-1μm氧化石墨烯在80℃真空烘烤4小时，去除表面水。
8.根据权利要求5所述的减摩抗磨固体润滑材料的制备方法，其特征是对碳纤维的预处理是指用γ―氨丙基三乙氧基硅烷对宽度为7μm、长径比为7的碳纤维进行喷雾处理，在行星式球磨机上研磨2小时，促使硅烷端基与碳纤维表面基团发生偶联脱水反应，之后在140℃真空中烘烤4小时。
9.根据权利要求5所述的减摩抗磨固体润滑材料的制备方法，其特征是对二氧化钛的预处理是指将金红石型粒径为20-100nm的TiO2颗粒在140℃真空中烘烤4小时,去除水分。
10.根据权利要求5所述的减摩抗磨固体润滑材料的制备方法，其特征是石墨15份，氧化石墨烯0.05份，碳纤维2份，TiO2颗粒1份，质量浓度在30%的聚酰胺酰亚胺树脂30份，分子量为500-800的聚丙二醇改性的聚硅氧烷0.8份，双效活性聚硅氧烷0.5份。
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