CN107502009B - 一种机械手用表面涂层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及表面涂层制备技术领域。本发明公开了一种机械手用表面涂层的制备方法，其包括备料、分散液制备、胶浆制备、混合和涂敷等步骤，还包括针对其中的氧化铝、氧化硅等原料进行改性处理。本发明制备而得的机械手用表面涂层具有更好的耐磨性能，具有较长的使用寿命；具有更好的耐腐蚀性能，能够适应多种使用环境；具有更好的具有更大的摩擦系数，可以用更小的力加起货物，既能起到节约资源的作用，还能保证货物不会因夹紧力过大而损坏。

Description

一种机械手用表面涂层的制备方法

技术领域

本发明涉及表面涂层制备技术领域，尤其是涉及一种机械手用表面涂层的制备方法。

背景技术

随着工业化自动化的不断推进，工业机器人的应用越来越广泛，深入工业生产的每一个步骤。大多数工业机器人的功能是对产品或零件进行搬运或转移，此时往往需要机械手对产品或零件进行夹持，但是在使用过程中渐渐发现存在以下问题，1.表面摩擦系数过小，夹持产品时，夹持力过大会造成将产品损坏的情况，夹持力过小则难以实现对产品的夹持，2.机械手臂在不断夹持使用过程中，磨损严重，表面耐磨性能差，使用一段时间后表面不平整，造成某些产品的意外损坏。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种既具有极好耐磨性能，同时还能具有较高接触摩擦系数的机械手用表面涂层的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种机械手用表面涂层的制备方法，包括以下步骤：

a）备料：按以下重量份的原料进行备料，改性氧化铝100份，改性氧化硅80份，顺丁橡胶20～40份，丁苯橡胶30～40份，石墨40～60份，N-甲基吡咯烷酮200～300份，乙醇100～150份；

b）分散液制备：将改性氧化铝和改性氧化硅分别分散于乙醇中制得氧化铝分散液和氧化硅分散液；

c）胶浆制备：将顺丁橡胶、丁苯橡胶分别与N-甲基吡咯烷酮混合溶胀后制得顺丁胶浆、丁苯胶浆；

d）混合：将氧化铝分散液加入到顺丁橡胶中并混合均匀制得混合物A，将氧化硅分散液加入到丁苯橡胶中并混合均匀制得混合物B，将混合物A、混合物B和石墨均匀混合，混合均匀后除去乙醇制得表面涂层浆料；

e）涂敷：将表面涂层浆料涂敷在机械手的表面，烘干后制得机械手用表面涂层。

本发明的机械手用表面涂层制备方法，采用先制备涂层浆料再将涂层浆料涂敷在机械手表面制得，其中采用以无机耐磨材料为基体、合成橡胶为增强体的复合材料作为涂层浆料的原料。橡胶不论与金属材料还是纸质材料之间都具有较高的摩擦系数，而且经过研究表面，越是光滑的表面在接触后具有更高的摩擦系数，而合成橡胶正是可以填补无机材料之间的坑洞，使得整个涂层的表面更加的平整光滑，使得涂层在与其他界面接触时具有更高的摩擦系数，进而解决现有技术中，夹持力太小无法良好夹持产品，夹持力太大易损坏产品的问题，使得具有该涂层的机械手使用较小的夹持力就能良好的实现夹持功能。

氧化铝具有更好的耐磨性能，其莫氏硬度在9左右，能够耐受更长时间的磨损，氧化硅也具有较高的耐磨性能，但是其比氧化铝更常见，成本也更低，同时由于氧化硅相较于氧化铝的耐磨性能差一点，在同等条件下，可以获得较细的氧化硅颗粒，能够实现氧化铝颗粒之间的填隙功能。氧化铝和氧化硅是具有亲水性的氧化物，其余疏水性的橡胶融合性能较差，因此的添加前需对其进行表面改性制成改性氧化铝和改性氧化硅。

顺丁橡胶具有相对较好的耐磨性能，同时也具有较好的弹性，其附于机械手表面后能是机械手的表面与产品更紧密的贴合，也就能提供更高的摩擦性能；丁苯橡胶具有更好的耐老化耐热性能，其性能与顺丁橡胶互补。

石墨是一种呈现黑色的填料，虽然本配方中已经含有大量无机矿物成分，但是配方中的成分大都为白色或浅色的成分；而在实际生产使用过程中发现在一些较潮湿的区域，机械手使用一段时间后表面会凝结水珠，虽然量很少，但是这些表面的水珠会大大的降低界面间的摩擦系数，影响本发明的实际使用效果，因此及时将这些表面的水珠除去也成为一个重要的要求。在表面涂层浆料中适当添加一些黑色的物质使得涂层呈现黑颜色，而黑色能够吸收更多环境中的热量，使得表面的水或水气能更快的被排走。

表面浆料的制备过程相当于橡胶对无机矿物进行表面包覆并将无机矿物质将的缝隙进行填充的过程，因此需要将无机矿物先分散于乙醇中制得分散液，将橡胶与N-甲基吡咯烷酮混合制得胶浆，然后在进行混合处理。

作为优选，改性氧化铝由以下方法制得：先将氧化铝在200～230℃下煅烧30～40分钟，冷却后向其中加入氧化铝2倍重量的盐酸溶液，静置25～40分钟后用水洗净，然后将氧化铝、甲苯和硅烷偶联剂以重量比10：4：2混合后在40～60℃下共混2～4小时，制得改性氧化铝。

氧化铝是一种具有亲水性的氧化物，其余疏水性的橡胶融合性能较差，因此的添加前需对其进行表面改性。煅烧，除去氧化铝表面附着的有机物杂质；盐酸溶液浸泡，活化氧化铝表面的羟基；接着在甲苯为介质的环境下进行接枝反应，采用硅烷偶联剂对氧化铝表面进行表面改性，使其具有一定的疏水性，能够更好的与橡胶等融合。氧化铝表面改性中的一些参数设定，则依据氧化铝的固有性质进行设定。

作为优选，改性氧化硅由以下方法制得：先将氧化硅在100～150℃下煅烧20～30分钟，在未冷却时向其中加入氧化硅3倍重量的盐酸溶液，静置30～40分钟后用水洗净，然后将氧化硅、甲苯和硅烷偶联剂以重量比10：5：2混合后在40～60℃下共混2～4小时，制得改性氧化硅。

氧化硅是一种具有亲水性的氧化物，其余疏水性的橡胶融合性能较差，因此的添加前需对其进行表面改性。煅烧，除去氧化硅表面附着的有机物杂质；盐酸溶液浸泡，活化氧化硅表面的羟基；接着在甲苯为介质的环境下进行接枝反应，采用硅烷偶联剂对氧化硅表面进行表面改性，使其具有一定的疏水性，能够更好的与橡胶等融合。氧化硅表面改性中的一些参数设定，则依据氧化硅的固有性质进行设定。

作为优选，盐酸溶液为2.5mol/L的盐酸水溶液，甲苯为无水甲苯，硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550。

作为优选，步骤b中，乙醇的重量按改性氧化铝与改性氧化硅重量比分配；步骤c中，N-甲基吡咯烷酮的重量按顺丁橡胶与丁苯橡胶的重量比进行分配。

作为优选，改性氧化铝的粒径为2～20μm，改性氧化硅的粒径为5～10μm，石墨的粒径为3～8μm。

作为优选，石墨在添加前现在300～400℃下煅烧30～60分钟。

作为优选，步骤d中，除去乙醇的方法为在将混合均匀后的混合物在78～83℃进行处理，处理时间为40～60分钟。

乙醇作为无机颗粒的分散剂，最终肯定是要消散的，无论是在处理过程中还是在使用过程中，由于在使用过程中，乙醇的消散更加的不可能，可能会影响表面涂层的性能，因此在浆料制备完成后先要除去其中的乙醇，除去乙醇的方法采用在一定温度下烘干的方法，即在78～83℃下对其进行烘干，烘干的同时进行搅拌，在这一温度进行烘干，既能够将乙醇排除，也不会对余下的组分产生不利影响，这里的不利影响主要是指使其中的N-甲基吡咯烷酮被烘干或发生分解等问题。

因此，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明制备而得的机械手用表面涂层具有更好的耐磨性能，具有较长的使用寿命；

（2）本发明制备而得的机械手用表面涂层具有更好的耐腐蚀性能，能够适应多种使用环境；

（3）本发明制备而得的机械手用表面涂层具有更好的具有更大的摩擦系数，可以用更小的力加起货物，既能起到节约资源的作用，还能保证货物不会因夹紧力过大而损坏。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。

显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，若非特指，所有的设备和原料均可从市场上购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。

实施例1

一种机械手用表面涂层的制备方法，包括以下步骤：

a）备料：按以下重量份的原料进行备料，改性氧化铝100份，改性氧化硅80份，顺丁橡胶20份，丁苯橡胶30份，石墨40份，N-甲基吡咯烷酮200份，乙醇100份；改性氧化铝的粒径为2μm，改性氧化硅的粒径为5μm，石墨的粒径为3μm；

改性氧化铝由以下方法制得：先将氧化铝在200℃下煅烧30分钟，冷却后向其中加入氧化铝2倍重量的盐酸溶液，静置25分钟后用水洗净，然后将氧化铝、甲苯和硅烷偶联剂以重量比10：4：2混合后在40℃下共混2小时，制得改性氧化铝；改性氧化硅由以下方法制得：先将氧化硅在100℃下煅烧20分钟，在未冷却时向其中加入氧化硅3倍重量的盐酸溶液，静置30分钟后用水洗净，然后将氧化硅、甲苯和硅烷偶联剂以重量比10：5：2混合后在40℃下共混2小时，制得改性氧化硅；盐酸溶液为2.5mol/L的盐酸水溶液，甲苯为无水甲苯，硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550；石墨在添加前现在300℃下煅烧30分钟

b）分散液制备：将改性氧化铝和改性氧化硅分别分散于乙醇中制得氧化铝分散液和氧化硅分散液；乙醇的重量按改性氧化铝与改性氧化硅重量比分配；

c）胶浆制备：将顺丁橡胶、丁苯橡胶分别与N-甲基吡咯烷酮混合溶胀后制得顺丁胶浆、丁苯胶浆；N-甲基吡咯烷酮的重量按顺丁橡胶与丁苯橡胶的重量比进行分配；

d）混合：将氧化铝分散液加入到顺丁橡胶中并混合均匀制得混合物A，将氧化硅分散液加入到丁苯橡胶中并混合均匀制得混合物B，将混合物A、混合物B和石墨均匀混合，混合均匀后在78℃进行处理40分钟除去乙醇制得表面涂层浆料；

e）涂敷：将表面涂层浆料涂敷在机械手的表面，烘干后制得机械手用表面涂层。

实施例2

一种机械手用表面涂层的制备方法，包括以下步骤：

a）备料：按以下重量份的原料进行备料，改性氧化铝100份，改性氧化硅80份，顺丁橡胶25份，丁苯橡胶35份，石墨45份，N-甲基吡咯烷酮240份，乙醇120份；改性氧化铝的粒径为5μm，改性氧化硅的粒径为7μm，石墨的粒径为5μm；

改性氧化铝由以下方法制得：先将氧化铝在210℃下煅烧35分钟，冷却后向其中加入氧化铝2倍重量的盐酸溶液，静置30分钟后用水洗净，然后将氧化铝、甲苯和硅烷偶联剂以重量比10：4：2混合后在45℃下共混3小时，制得改性氧化铝；改性氧化硅由以下方法制得：先将氧化硅在120℃下煅烧25分钟，在未冷却时向其中加入氧化硅3倍重量的盐酸溶液，静置35分钟后用水洗净，然后将氧化硅、甲苯和硅烷偶联剂以重量比10：5：2混合后在45℃下共混3小时，制得改性氧化硅；盐酸溶液为2.5mol/L的盐酸水溶液，甲苯为无水甲苯，硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550；石墨在添加前现在340℃下煅烧40分钟

b）分散液制备：将改性氧化铝和改性氧化硅分别分散于乙醇中制得氧化铝分散液和氧化硅分散液；乙醇的重量按改性氧化铝与改性氧化硅重量比分配；

c）胶浆制备：将顺丁橡胶、丁苯橡胶分别与N-甲基吡咯烷酮混合溶胀后制得顺丁胶浆、丁苯胶浆；N-甲基吡咯烷酮的重量按顺丁橡胶与丁苯橡胶的重量比进行分配；

d）混合：将氧化铝分散液加入到顺丁橡胶中并混合均匀制得混合物A，将氧化硅分散液加入到丁苯橡胶中并混合均匀制得混合物B，将混合物A、混合物B和石墨均匀混合，混合均匀后80℃进行处理45分钟除去乙醇制得表面涂层浆料；

e）涂敷：将表面涂层浆料涂敷在机械手的表面，烘干后制得机械手用表面涂层。

实施例3

一种机械手用表面涂层的制备方法，包括以下步骤：

a）备料：按以下重量份的原料进行备料，改性氧化铝100份，改性氧化硅80份，顺丁橡胶35份，丁苯橡胶35份，石墨55份，N-甲基吡咯烷酮260份，乙醇130份；改性氧化铝的粒径为15μm，改性氧化硅的粒径为8μm，石墨的粒径为6μm；

改性氧化铝由以下方法制得：先将氧化铝在220℃下煅烧35分钟，冷却后向其中加入氧化铝2倍重量的盐酸溶液，静置35分钟后用水洗净，然后将氧化铝、甲苯和硅烷偶联剂以重量比10：4：2混合后在55℃下共混3小时，制得改性氧化铝；改性氧化硅由以下方法制得：先将氧化硅在130℃下煅烧25分钟，在未冷却时向其中加入氧化硅3倍重量的盐酸溶液，静置35分钟后用水洗净，然后将氧化硅、甲苯和硅烷偶联剂以重量比10：5：2混合后在55℃下共混3小时，制得改性氧化硅；盐酸溶液为2.5mol/L的盐酸水溶液，甲苯为无水甲苯，硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550；石墨在添加前现在360℃下煅烧50分钟

b）分散液制备：将改性氧化铝和改性氧化硅分别分散于乙醇中制得氧化铝分散液和氧化硅分散液；乙醇的重量按改性氧化铝与改性氧化硅重量比分配；

c）胶浆制备：将顺丁橡胶、丁苯橡胶分别与N-甲基吡咯烷酮混合溶胀后制得顺丁胶浆、丁苯胶浆；N-甲基吡咯烷酮的重量按顺丁橡胶与丁苯橡胶的重量比进行分配；

d）混合：将氧化铝分散液加入到顺丁橡胶中并混合均匀制得混合物A，将氧化硅分散液加入到丁苯橡胶中并混合均匀制得混合物B，将混合物A、混合物B和石墨均匀混合，混合均匀后在81℃进行处理55分钟除去乙醇制得表面涂层浆料；

e）涂敷：将表面涂层浆料涂敷在机械手的表面，烘干后制得机械手用表面涂层。

实施例4

一种机械手用表面涂层的制备方法，包括以下步骤：

a）备料：按以下重量份的原料进行备料，改性氧化铝100份，改性氧化硅80份，顺丁橡胶40份，丁苯橡胶40份，石墨60份，N-甲基吡咯烷酮300份，乙醇150份；改性氧化铝的粒径为20μm，改性氧化硅的粒径为10μm，石墨的粒径为8μm；

改性氧化铝由以下方法制得：先将氧化铝在230℃下煅烧40分钟，冷却后向其中加入氧化铝2倍重量的盐酸溶液，静40分钟后用水洗净，然后将氧化铝、甲苯和硅烷偶联剂以重量比10：4：2混合后在60℃下共混4小时，制得改性氧化铝；改性氧化硅由以下方法制得：先将氧化硅在150℃下煅烧30分钟，在未冷却时向其中加入氧化硅3倍重量的盐酸溶液，静置40分钟后用水洗净，然后将氧化硅、甲苯和硅烷偶联剂以重量比10：5：2混合后在60℃下共混4小时，制得改性氧化硅；盐酸溶液为2.5mol/L的盐酸水溶液，甲苯为无水甲苯，硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550；石墨在添加前现在400℃下煅烧60分钟

b）分散液制备：将改性氧化铝和改性氧化硅分别分散于乙醇中制得氧化铝分散液和氧化硅分散液；乙醇的重量按改性氧化铝与改性氧化硅重量比分配；

c）胶浆制备：将顺丁橡胶、丁苯橡胶分别与N-甲基吡咯烷酮混合溶胀后制得顺丁胶浆、丁苯胶浆；N-甲基吡咯烷酮的重量按顺丁橡胶与丁苯橡胶的重量比进行分配；

d）混合：将氧化铝分散液加入到顺丁橡胶中并混合均匀制得混合物A，将氧化硅分散液加入到丁苯橡胶中并混合均匀制得混合物B，将混合物A、混合物B和石墨均匀混合，混合均匀后在83℃进行处理60分钟除去乙醇制得表面涂层浆料；

e）涂敷：将表面涂层浆料涂敷在机械手的表面，烘干后制得机械手用表面涂层。

技术指标：

静摩擦系数：

1.与瓦楞纸：0.50～0.60；

2.与不锈钢：0.60～0.70；

3.与PVC塑料：0.60～0.65。

应当理解的是，对于本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种机械手用表面涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

a）备料：按以下重量份的原料进行备料，改性氧化铝100份，改性氧化硅80份，顺丁橡胶20～40份，丁苯橡胶30～40份，石墨40～60份，N-甲基吡咯烷酮200～300份，乙醇100～150份；

b）分散液制备：将改性氧化铝和改性氧化硅分别分散于乙醇中制得氧化铝分散液和氧化硅分散液；

c）胶浆制备：将顺丁橡胶、丁苯橡胶分别与N-甲基吡咯烷酮混合溶胀后制得顺丁胶浆、丁苯胶浆；

d）混合：将氧化铝分散液加入到顺丁胶浆中并混合均匀制得混合物A，将氧化硅分散液加入到丁苯胶浆中并混合均匀制得混合物B，将混合物A、混合物B和石墨均匀混合，混合均匀后除去乙醇制得表面涂层浆料；

e）涂敷：将表面涂层浆料涂敷在机械手的表面，烘干后制得机械手用表面涂层。

2.根据权利要求1所述的一种机械手用表面涂层的制备方法，其特征在于所述改性氧化铝由以下方法制得：先将氧化铝在200～230℃下煅烧30～40分钟，冷却后向其中加入氧化铝2倍重量的盐酸溶液，静置25～40分钟后用水洗净，然后将氧化铝、甲苯和硅烷偶联剂以重量比10：4：2混合后在40～60℃下共混2～4小时，制得改性氧化铝。

3.根据权利要求1所述的一种机械手用表面涂层的制备方法，其特征在于所述改性氧化硅由以下方法制得：先将氧化硅在100～150℃下煅烧20～30分钟，在未冷却时向其中加入氧化硅3倍重量的盐酸溶液，静置30～40分钟后用水洗净，然后将氧化硅、甲苯和硅烷偶联剂以重量比10：5：2混合后在40～60℃下共混2～4小时，制得改性氧化硅。

4.根据权利要求2或3所述的一种机械手用表面涂层的制备方法，其特征在于：

所述的盐酸溶液为2.5mol/L的盐酸水溶液，甲苯为无水甲苯，硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550。

5.根据权利要求1所述的一种机械手用表面涂层的制备方法，其特征在于：

所述步骤b中，乙醇的重量按改性氧化铝与改性氧化硅重量比分配；所述步骤c中，N-甲基吡咯烷酮的重量按顺丁橡胶与丁苯橡胶的重量比进行分配。

6.根据权利要求1所述的一种机械手用表面涂层的制备方法，其特征在于：

所述改性氧化铝的粒径为2～20μm，所述改性氧化硅的粒径为5～10μm，所述石墨的粒径为3～8μm。

7.根据权利要求1所述的一种机械手用表面涂层的制备方法，其特征在于：

所述的石墨在添加前现在300～400℃下煅烧30～60分钟。

8.根据权利要求1所述的一种机械手用表面涂层的制备方法，其特征在于：

所述步骤d中，除去乙醇的方法为在将混合均匀后的混合物在78～83℃进行处理，处理时间为40～60分钟。