CN107603365A - 石墨烯改性的复合固体润滑涂料及其制备方法及成膜工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了石墨烯改性的复合固体润滑涂料，其组成成分如下：聚四氟乙烯乳液100份，聚苯硫醚砜粉末5～30份，石墨烯0.1～2份，分散剂1～10份，乙醇30～40份。石墨烯改性的复合固体润滑涂料的制备方法及成膜工艺包括以下步骤：（1）将聚苯硫醚砜粉末、分散剂、乙醇通过磁力搅拌器搅拌，再用超声波器超声，得到混合溶剂；（2）将所得混合溶剂与石墨烯共同加入到聚四氟乙烯乳液中，通过磁力搅拌器搅拌，再用超声波器超声，得到涂料；（3）将涂料均匀喷涂于金属产品的表面上，然后烘干固化，使涂料固化形成膜状涂层，膜状涂层冷却后得到采用石墨烯改性的复合固体润滑涂层。上述涂层具有更加优异的耐磨性能、力学性能、耐高温性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种固体润滑涂层，具体涉及一种经石墨烯改性的复合固体润滑涂料涂装形成的复合固体润滑涂层。
背景技术
随着科学技术的发展，固体自润滑涂层可以满足摩擦部件在高温、高压、真空等极端苛刻工况条件下的使用，已经成为传统流体动力润滑所不能替代的一项新技术。
聚四氟乙烯(PTFE)是一种优异的工程塑料，具有优异的自润滑性能和低的摩擦系数，是已知固体材料中最好的干摩擦材料之一。但由于PTFE自身的机械性能较差，表面能极低，形成的转移膜在对偶件上的附着力较差，导致PTFE材料单独作为润滑材料时耐磨损性极差。因此，通常要对PTFE进行改性，提高其耐磨强度。
聚苯硫醚砜(PPSS)是由美国Phillips石油公司开发成功的一种特种工程塑料，其研究开发历史已有30多年。作为聚苯硫醚(PPS)的结构改性品种，PPSS具备了PPS的很多优异性能，如优良的机械性能、电性能、尺寸稳定性以及耐化学腐蚀性、耐辐射性及阻燃性等；由于分子链中强极性砜基(一SO2一)、芳环和硫的共同作用，该聚合物为非结晶性聚合物，玻璃化温度高达215℃，具有比PPS更为优良的热稳定性、抗冲击性和抗弯曲性能，从而弥补了PPS玻璃化温度和熔点不太高、韧性差、脆性大的缺点。作为高性能的特种工程塑料和高性能树脂基复合材料，在汽车、机械、航空、军工等领域得到越来越广泛的应用；特别是近年来，利用PPSS极好的分离特性，将PPSS膜应用于高温和酸碱等苛刻环境下，使其具有更大的发展潜力和市场前景。
石墨烯(graphene)即单层石墨，是由碳六元环组成的两维点阵结构，不仅有优异的电学性能，质量轻，导热性好，比表面积大，而且其杨氏模量(1TPa)和内在强度(130GPa)也可与碳纳米管相媲美，适合用作填料制备性能优良的复合材料，近年来已成为研究的热点。
随着科学技术的发展，在一些极端苛刻的工况条件下，对固体润滑涂层的要求也在不断提升，需要固体润滑涂层具有更加优异的耐磨性能、力学性能、以及耐热性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：将提供一种采用石墨烯改性的复合固体润滑涂料及其制备方法，该种涂料涂装形成的复合固体润滑涂层具有更加优异的耐磨性能、力学性能、耐高温性能。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案为：石墨烯改性的复合固体润滑涂料，其特点是：其组成成分及各个成分的质量份数组成为：聚四氟乙烯乳液100份，聚苯硫醚砜粉末5～30份，石墨烯0.1～2份，分散剂1～10份，乙醇30～40份，其中：聚四氟乙烯乳液中聚四氟乙烯的质量占比为55～65％。
进一步的，前述的石墨烯改性的复合固体润滑涂料，其中：聚苯硫醚砜的粒径为20～30μm。
进一步的，前述的石墨烯改性的复合固体润滑涂料，其中：分散剂为聚乙二醇辛基苯基醚。
制备石墨烯改性的复合固体润滑涂料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将聚苯硫醚砜粉末、分散剂、乙醇通过磁力搅拌器搅拌20～40min，再用超声波器超声5～15min，使其混合均匀，得到混合溶剂；
(2)将所得混合溶剂与石墨烯共同加入到聚四氟乙烯乳液中，通过磁力搅拌器搅拌2～5min，再用超声波器超声5～15min，使其混合均匀，得到采用石墨烯改性的复合固体润滑涂料。
石墨烯改性的复合固体润滑涂料的成膜工艺，具体步骤如下：将采用石墨烯改性的复合固体润滑涂料均匀喷涂于金属产品的表面上，然后将喷涂后的金属产品烘干，使采用石墨烯改性的复合固体润滑涂料固化形成膜状涂层，膜状涂层冷却后得到采用石墨烯改性的复合固体润滑涂层。
进一步的，前述的石墨烯改性的复合固体润滑涂料的成膜工艺，其中：喷涂压力维持在0.2～0.3MPa，喷涂角为40～50°，喷涂距离20～30cm，烘干固化温度为70～100℃，烘干固化时间为15～30min。
本发明的优点为：通过配比各组成成分以及各组成成分的质量份数的配比量，使得本发明所述的涂料涂装形成的复合固体润滑涂层具有更加优异的耐磨性能、力学性能、耐高温性能，同时具有良好的粘附性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例所述的石墨烯改性的复合固体润滑涂料，其组成成分及各个成分的质量份数组成为：聚四氟乙烯乳液100份，聚苯硫醚砜粉末10份，石墨烯0.5份，聚乙二醇辛基苯基醚分散剂1份，乙醇30份；其中：聚四氟乙烯乳液中聚四氟乙烯的质量占比为60％，另外，聚苯硫醚砜的粒径为20～30μm。
上述的采用石墨烯改性的复合固体润滑涂料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将聚苯硫醚砜粉末、分散剂、乙醇通过磁力搅拌器搅拌30min，再用超声波器超声10min，使其混合均匀，得到混合溶剂；
(2)将所得混合溶剂与石墨烯共同加入到聚四氟乙烯乳液中，通过磁力搅拌器搅拌3min，再用超声波器超声10min，使其混合均匀，得到采用石墨烯改性的复合固体润滑涂料。
采用石墨烯改性的复合固体润滑涂料的成膜工艺，具体步骤如下：将采用石墨烯改性的复合固体润滑涂料均匀喷涂于金属产品的表面上，然后将喷涂后的金属产品烘干，使采用石墨烯改性的复合固体润滑涂料固化形成膜状涂层，膜状涂层冷却后得到采用石墨烯改性的复合固体润滑涂层，其中：喷涂压力维持在0.2～0.3MPa，喷涂角为40～50°，喷涂距离20～30cm，烘干固化温度为70～100℃，烘干固化时间为15～30min。
实施例2
本实施例所述的石墨烯改性的复合固体润滑涂料，其组成成分及各个成分的质量份数组成为：聚四氟乙烯乳液100份，聚苯硫醚砜粉末20份，石墨烯2份，聚乙二醇辛基苯基醚分散剂10份，乙醇40份；其中：聚四氟乙烯乳液中聚四氟乙烯的质量占比为55～65％，另外，聚苯硫醚砜的粒径为20～30μm。
上述的石墨烯改性的复合固体润滑涂料的制备方法及成膜工艺与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例3
本实施例所述的石墨烯改性的复合固体润滑涂料，其组成成分及各个成分的质量份数组成为：聚四氟乙烯乳液100份，聚苯硫醚砜粉末30份，石墨烯2份，聚乙二醇辛基苯基醚分散剂5份，乙醇35份；其中：聚四氟乙烯乳液中聚四氟乙烯的质量占比为55～65％，另外，聚苯硫醚砜的粒径为20～30μm。
上述的石墨烯改性的复合固体润滑涂料的制备方法及成膜工艺与实施例1相同，在此不再赘述。
将实施例1、2、3中喷涂于同一种金属产品上的涂层试样分别进行力学性能和动摩擦磨损性能检测试验，结果见表1和表2。
表1.三种实施例中涂层的力学性能
表2.三种实施例中涂层的滑动摩擦磨损性能
其中，表1中附着力等级的测定标准为：漆膜附着力测定法GB 1720-1979；铅笔硬度的测定标准为：色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度GB 6739-2006；耐冲击性能的测定标准为：漆膜耐冲击性测定法GB 1732-1993。表2中摩擦系数及体积磨损的测定标准为：滑动摩擦磨损性能试验GB 3960-1983。
由表1中可以看出本发明所述的涂料涂装形成的复合固体润滑涂层具有优异的力学性能，并且与基体具有良好的粘附性。由表2中可以看出本发明所述的涂料涂装形成的复合固体润滑涂层，在保证聚四氟乙烯原有的自润滑性能及低摩擦系数的性能上具有优异的减摩耐磨性能以及热稳定性能。
Claims (6)
1.石墨烯改性的复合固体润滑涂料，其特征在于：其组成成分及各个成分的质量份数组成为：聚四氟乙烯乳液100份，聚苯硫醚砜粉末5～30份，石墨烯0.1～2份，分散剂1～10份，乙醇30～40份，其中：聚四氟乙烯乳液中聚四氟乙烯的质量占比为55～65%。
2.根据权利要求1所述的石墨烯改性的复合固体润滑涂料，其特征在于：聚苯硫醚砜的粒径为20～30μm。
3.根据权利要求1或2所述的石墨烯改性的复合固体润滑涂料，其特征在于：分散剂为聚乙二醇辛基苯基醚。
4.制备权利要求1或2所述的石墨烯改性的复合固体润滑涂料的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
（1）将聚苯硫醚砜粉末、分散剂、乙醇通过磁力搅拌器搅拌20～40min，再用超声波器超声5～15min，使其混合均匀，得到混合溶剂；
（2）将所得混合溶剂与石墨烯共同加入到聚四氟乙烯乳液中，通过磁力搅拌器搅拌2～5min，再用超声波器超声5～15min，使其混合均匀，得到采用石墨烯改性的复合固体润滑涂料。
5.石墨烯改性的复合固体润滑涂料的成膜工艺，其特征在于：具体步骤如下：将采用石墨烯改性的复合固体润滑涂料均匀喷涂于金属产品的表面上，然后将喷涂后的金属产品烘干，使采用石墨烯改性的复合固体润滑涂料固化形成膜状涂层，膜状涂层冷却后得到采用石墨烯改性的复合固体润滑涂层。
6.根据权利要求5所述的石墨烯改性的复合固体润滑涂料的成膜工艺，其特征在于：喷涂压力维持在0.2～0.3MPa，喷涂角为40～50°，喷涂距离20～30cm，烘干固化温度为70～100℃，烘干固化时间为15～30min。
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