CN105482361A - 一种石墨烯基耐磨复合润滑材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯基耐磨复合润滑材料的制备方法，包括下列重量份数的物质：树脂100份，硫化橡胶超微胶粉30～50份，石墨烯5～15份，二氧化硅5～10份，三氧化二铝10～15份，石蜡5～10份，脱模剂1～5份。将各物质按设计好的质量比称好加入到球磨机中，进行高能球磨，获得分散均匀的混合料；将上述混合均匀的混合料在平板硫化压机中进行分段固化交联得到所述的石墨烯基耐磨复合润滑材料。本发明具有良好的力学性能、密封性好、自润滑、耐高载、耐腐蚀、耐磨和耐高温的性能，且耐磨材料的组分简单、易于加工，制备方法简单，易操作，成本低，易于实现工业化大规模生产。

Description

一种石墨烯基耐磨复合润滑材料及其制备方法
技术领域
本发明属于先进复合材料科学技术领域，具体涉及一种石墨烯基耐磨复合润滑材料的制备方法。
背景技术
随着汽车轮船、机械工业及航空航天的飞速发展，在干摩擦及液压和润滑油介质作用下使用的高密封、高承载密封和滑动部件越来越多。由于这些部件常在高负荷、高速、干摩擦或含油介质中使用，摩擦过程中由于温度升高，部件表面发生烧结拉伤，以至于零件发生失效，从而大大缩短了设备使用寿命，增加经济成本。采用复合的有机弹性耐磨自润滑涂部件是提高汽缸活塞和一些滑动部件承载能力，降低摩擦系数，防烧结的非常有效途径。而且，这种有机耐磨材料的制备方法简单，施工方便，无毒、无污染，且成本相对较低。
石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在。石墨烯是碳原子以sp2杂化的单层堆积而成的蜂巢状二维原子晶体，这种独特的结构使其除了具有较高的热导率和载流子迁移率外，更重要的是石墨烯具有与碳纳米管外表面相似的化学形态，且表面结构较碳纳米管更为开放，其杨氏模量（1TPa）和内应力（130GPa）也可与碳纳米管相媲美，从而表现出与碳纳米管相似的应用特性：如良好的韧性和润滑性，可用于耐磨减损材料及润滑剂的制备等。近年来，石墨烯优异的摩擦性能已引起了人们越来越多的关注，其片层滑动、摩擦磨损机理及在摩擦领域的应用已有诸多研究和报道。例如，将氧化石墨烯加入超高分子量聚乙烯中制成复合材料，其硬度和耐磨性都有了明显的提高，摩擦系数也有了一定程度的减小，摩擦行为由原来的疲劳磨损转化为与接触表面形成的转移层有关的磨蚀磨损。又如，将氧化石墨烯加入到末端带有苯基乙炔基的热固性聚酰亚胺中制成复合材料，可促进了均匀转移膜的形成，提高了材料的负载力，从而改善了复合材料的摩擦磨损性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯基耐磨复合润滑材料的制备方法，其特征在于，包括以下组分，其质量比为：
树脂100份，硫化橡胶超微胶粉30～50份，石墨烯5～15份，二氧化硅5～10份，三氧化二铝10～15份，石蜡5～10份，脱模剂1～5份
所述方法包括如下步骤：
（1）按照设定的质量百分比分别称取树脂，硫化橡胶超微胶粉，石墨烯，二氧化硅，三氧化二铝，脱模剂于球磨机中，进行高能球磨，期间分多次加入石蜡，充分混合均匀后得到混合料，且混合时间不少于3h；
（2）将步骤（1）制得的混合料倒入模具中，放入平板硫化压机，在25MPa压力，温度为150℃下保温2h，以5℃/min升高温度到200℃，继续保温2h，然后以10℃/min升高温度到250℃，保温3h，氮气保护下进行固化交联；
（3）固化交联后随硫化压机冷却至室温，经减压脱模得到所述石墨烯基耐磨复合材料。
上述方法中所述的树脂为酚醛树脂、聚硅氧烷树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂中的一种或几种。
上述方法中所述的石蜡为液体石蜡。
上述方法中所述的脱模机为硬脂酸锌、滑石粉、硅油中的一种或几种。
本发明具有如下优异效果：（1）本发明利用球磨机的高能研磨作用，在液体石蜡的作用下，使石墨烯在体系中分散的更均匀，避免了石墨烯的分散不均和团聚现象；（2）本发明采用分段固化交联，提高了复合材料的交联性能和弹性；（3）本发明具有良好的力学性能、密封性好、自润滑、耐高载、耐腐蚀、耐磨和耐高温的性能；（3）本发明组分简单、易于加工，制备方法简单，易操作，成本低。
具体实施方式
实施例1
（1）按照设定的质量百分比分别称取酚醛树脂100份，硫化橡胶超微胶粉30份，石墨烯5份，二氧化硅5份，三氧化二铝10份，硬脂酸锌1份于球磨机中，进行高能球磨，期间分多次加入石蜡5份，充分混合均匀后得到混合料，且混合时间不少于3h；
（2）将步骤（1）制得的混合料倒入模具中，放入平板硫化压机，在25MPa压力，温度为150℃下保温2h，以5℃/min升高温度到200℃，继续保温2h，然后以10℃/min升高温度到250℃，保温3h，氮气保护下进行固化交联；
（3）固化交联后随硫化压机冷却至室温，经减压脱模得到所述石墨烯基耐磨复合材料。
实施例2
（1）按照设定的质量百分比分别称取酚醛树脂100份，硫化橡胶超微胶粉40份，石墨烯10份，二氧化硅5份，三氧化二铝10份，硬脂酸锌1份于球磨机中，进行高能球磨，期间分多次加入石蜡5份，充分混合均匀后得到混合料，且混合时间不少于3h；
（2）将步骤（1）制得的混合料倒入模具中，放入平板硫化压机，在25MPa压力，温度为150℃下保温2h，以5℃/min升高温度到200℃，继续保温2h，然后以10℃/min升高温度到250℃，保温3h，氮气保护下进行固化交联；
（3）固化交联后随硫化压机冷却至室温，经减压脱模得到所述石墨烯基耐磨复合材料。
实施例3
（1）按照设定的质量百分比分别称取酚醛树脂100份，硫化橡胶超微胶粉40份，石墨烯10份，二氧化硅10份，三氧化二铝10份，硬脂酸锌3份于球磨机中，进行高能球磨，期间分多次加入石蜡5份，充分混合均匀后得到混合料，且混合时间不少于3h；
（2）将步骤（1）制得的混合料倒入模具中，放入平板硫化压机，在25MPa压力，温度为150℃下保温2h，以5℃/min升高温度到200℃，继续保温2h，然后以10℃/min升高温度到250℃，保温3h，氮气保护下进行固化交联；
（3）固化交联后随硫化压机冷却至室温，经减压脱模得到所述石墨烯基耐磨复合材料。
实施例4
（1）按照设定的质量百分比分别称取聚酰亚胺树脂100份，硫化橡胶超微胶粉30份，石墨烯15份，二氧化硅10份，三氧化二铝10份，硬脂酸锌3份于球磨机中，进行高能球磨，期间分多次加入石蜡5份，充分混合均匀后得到混合料，且混合时间不少于3h；
（2）将步骤（1）制得的混合料倒入模具中，放入平板硫化压机，在25MPa压力，温度为150℃下保温2h，以5℃/min升高温度到200℃，继续保温2h，然后以10℃/min升高温度到250℃，保温3h，氮气保护下进行固化交联；
（3）固化交联后随硫化压机冷却至室温，经减压脱模得到所述石墨烯基耐磨复合材料。
实施例5
（1）按照设定的质量百分比分别称取聚酰亚胺树脂100份，硫化橡胶超微胶粉40份，石墨烯15份，二氧化硅10份，三氧化二铝15份，滑石粉3份于球磨机中，进行高能球磨，期间分多次加入石蜡5份，充分混合均匀后得到混合料，且混合时间不少于3h；
（2）将步骤（1）制得的混合料倒入模具中，放入平板硫化压机，在25MPa压力，温度为150℃下保温2h，以5℃/min升高温度到200℃，继续保温2h，然后以10℃/min升高温度到250℃，保温3h，氮气保护下进行固化交联；
（3）固化交联后随硫化压机冷却至室温，经减压脱模得到所述石墨烯基耐磨复合材料。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种石墨烯基耐磨复合润滑材料，其特征在于，包括以下组分，其质量比为：
树脂100份，硫化橡胶超微胶粉30～50份，石墨烯5～15份，二氧化硅5～10份，三氧化二铝10～15份，石蜡5～10份，脱模剂1～5份。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯基耐磨复合润滑材料，其特征在于所述的树脂为酚醛树脂、聚硅氧烷树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯基耐磨复合润滑材料，其特征在于所述的脱模机为硬脂酸锌、滑石粉、硅油中的一种或几种。
4.一种制备权利要求1所述的一种石墨烯基耐磨复合润滑材料的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
（1）按照设定的质量百分比分别称取树脂，硫化橡胶超微胶粉，石墨烯，二氧化硅，三氧化二铝，脱模机于球磨机中，进行高能球磨，期间分多次加入石蜡，充分混合均匀后得到混合料，且混合时间不少于3h；
（2）将步骤（1）制得的混合料倒入模具中，放入平板硫化压机，在25MPa压力，温度为150℃下保温2h，以5℃/min升高温度到200℃，继续保温2h，然后以10℃/min升高温度到250℃，保温3h，氮气保护下进行固化交联；
（3）固化交联后随硫化压机冷却至室温，经减压脱模得到所述石墨烯基耐磨复合材料。
5.根据权利要求4所述的一种石墨烯基耐磨复合润滑材料的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的石蜡为液体石蜡。
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