CN108342155A - 一种紫外光固化聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料 - Google Patents

一种紫外光固化聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种紫外光固化聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料，是将低聚物、活性单体、光引发剂和偶联剂混合均匀；再加入经过研磨分散的润滑剂和填料，然后加入稀释剂混合均匀即得。其中各组分的质量百分含量为：低聚物4.00~10.00%，活性单体1.00~2.00%，光引发剂0.20~0.50%，偶联剂0.70~1.40%，润滑剂6.0~14.0%，填料0.50~1.50%，余量为稀释剂。该涂料涂敷于经清洗处理的工件表面，经紫外光固化后形成粘结固体润滑涂层。经检测，该涂层具有良好的减摩抗磨性能和优异的理化性能，用于机械设备的滑动部件上，可有效降低摩擦零部件之间的摩擦磨损，起到表面防护，延长零部件使用寿命的作用。

Description

一种紫外光固化聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料
技术领域
本发明涉及一种粘结固体润滑涂料，尤其涉及一种紫外光固化聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂层，主要用于机械设备的滑动部件上。
背景技术
粘结固体润滑涂层（又称润滑干膜）是固体润滑材料的主要类型之一。作为一种特种润滑涂层材料，主要是通过改善或提高摩擦副表面的减摩抗磨性能来解决苛刻工况，如超高温、超低温、高真空、强氧化、强腐蚀、高转速和重载荷等条件下的运动零部件的润滑与磨损难题，其在民用工业和航天航空等高技术技术领域已得到广泛应用。传统的溶剂型粘结固体润滑涂料中加入了大量的有机溶剂，在涂层制备过程中这些有机溶剂挥发到大气中，造成了严重的环境污染和资源浪费。此外，这些涂层的固化方式主要是热固化和常温固化。热固化能量消耗较大，造成能源浪费；常温固化周期长，固化速度慢，生产效率低。随着社会生产成本的提高和人们环保意识的增强，寻求快速高效且环保的技术替代传统技术已成为社会发展的迫切需求。
紫外光固化技术被认为是目前最为高效的一种固化方式，其在一些领域已经得到了广泛应用。相比于热固化和常温固化，紫外光固化具有诸多优势，如快速固化、节省能源和资源消耗、基材适用范围广等。目前为止，还鲜有将紫外光固化技术引入到粘结固体润滑涂层中来制备新型粘结固体润滑涂层的相关研究和应用报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种紫外光固化聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料；
本发明的另一目的是提供一种上述紫外光固化聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料制成的涂层在滑动摩擦件上的应用。
（一）紫外光固化粘结固体润滑涂料
本发明紫外光固化粘结固体润滑涂料的制备，由以下原料和工艺制备而成：
原料组分（以质量百分含量计）：低聚物：4.00~10.00 %，活性单体：1.00~2.00 %， 光引发剂：0.20~0.50 %，偶联剂：0.70~1.40 %， 润滑剂：6.0~14.0 %， 填料；0.50～1.50 %，余量为稀释剂。
制备工艺：先将低聚物、活性单体、光引发剂和偶联剂混合均匀；再加入经过研磨分散的润滑剂和填料，然后加入稀释剂混合均匀，即得紫外光固化粘结固体润滑涂料。
原料组分中，低聚物为低官能团和/或多官能团的聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、有机硅低聚物，环氧树脂等。低官能团的低聚物柔韧性较好，多官能团的低聚物硬度较高，二者也可以搭配使用。
活性单体为低收缩性的丙烯酸酯类，如丙烯酸丁酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、甲氧基或乙氧基化的丙烯酸酯等。活性单体主要用来调节配方粘度和固化涂层性能。
光引发剂为自由基光引发剂或/和阳离子光引发剂。其中自由基光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮， 2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，二苯基三甲基苯甲酰氧化膦，双（2，4，6-三甲基苯甲酰）苯基氧化膦，异丙基硫杂蒽酮，4-二甲基氨基苯甲酸乙酯等；阳离子光引发剂为三芳基硫鎓盐，二芳基碘鎓盐等。
偶联剂为硅烷偶联剂，通式为Y(CH2)nSiX3，其中Y为能与树脂发生反应的有机官能团，如乙烯基、甲基丙烯酰氧基、环氧基、氨基等；X为可水解基团，如甲氧基、乙氧基、氯基等；通常，n= 0~3。
润滑剂为聚四氟乙烯，其粒径小于5微米。
填料为稀土金属氟化物或氧化物，如三氟化镧、三氟化铈、氧化镧和氧化铈等；还包括二氧化硅。填料颗粒大小为纳米或微米级颗粒。填料的加入可以增加涂层的硬度，提高耐磨寿命。
稀释剂采用二甲苯。
（二）紫外光固化粘结固体润滑涂料的性能
将上述制备的涂料涂敷于机械零部件或试验样品表面，经紫外光固化后形成粘结固体润滑涂层。涂料可以涂敷到金属及其合金等基底表面，涂敷前基底表面需预先除油、除锈、喷砂、超声清洗等表面处理。涂敷方式可根据实际施工条件灵活调整，如对于表面比较平整的工件可用采用刮涂或辊涂，无需加稀释剂，涂料固含量为65 %~85 %为宜；对于一些不规则异型工件，喷涂、旋涂更加适用，此时则需要加入稀释剂，涂料固含量为15 %~25 %为宜。涂层固化条件为：室温，光强80-120 mw/cm2，固化时间6-12 min。涂料的各项性能指标见表1（表1中CSM栓盘摩擦磨损试验机的检测条件：上试样为Φ10 mm的GCr15钢球，下试样为涂层，基底为45#钢，涂层厚度为30± 5 μm，摩擦形式为点接触式往复滑动摩擦。载荷：5 N，振幅：2.5 mm，频率9 Hz。）：
表1的结果显示，本发明制备的紫外光固化的聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂层，具有良好的减摩抗磨性能和优异的理化性能，能在多种机械设备的滑动部件上使用，可有效降低摩擦零部件之间的摩擦磨损，延长零部件的使用寿命。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明紫外光光固化的聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料及其涂层的制备和性能作进一步的说明。
实施例一
1、涂料的制备
原料组分：1-羟基环己基苯基甲酮0.12 %，二苯基三甲基苯甲酰氧化膦0.11 %，4-二甲基氨基苯甲酸乙酯 0.11 %；1,6-己二醇二丙烯酸酯1.35 %，二官能团的聚氨酯丙烯酸酯6.76 %，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0.94 %，聚四氟乙烯9.0 %，纳米三氟化镧1.20 %，二甲苯余量。
制备工艺：将光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮、二苯基三甲基苯甲酰氧化膦、4-二甲基氨基苯甲酸乙酯溶解到活性单体1, 6-己二醇双丙烯酸酯中，再加入低聚物二官能团的聚氨酯丙烯酸酯和偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷混合均匀；将聚四氟乙烯和纳米三氟化镧分别研磨分散后加入到上述混合物中分散均匀；然后加稀释剂二甲苯搅拌均匀，即得紫外光固化聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料。
2、涂层的制备和性能：将上述喷涂样品，在0.1~0.3 MPa的气压下，喷涂在经喷砂处理的基底表面，厚度为30± 5 μm；最后放置在紫外固化箱中固化，固化条件为：室温，光强 110 mw/cm2，固化时间8 min，即得到紫外光固化粘结固体润滑涂层。涂层的性能见表1。
实施例二
1、涂料的制备
原料组分：二官聚氨酯丙烯酸酯6.80 %，1,6-己二醇双丙烯酸酯1.40%，1-羟基环己基苯基甲酮0.10 %，4-二甲基氨基苯甲酸乙酯0.10 %，二苯基三甲基苯甲酰氧化膦0.10 %，聚四氟乙烯9.4 %，甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷0.90 %，微米三氟化镧1.20 %，二甲苯余量。
制备工艺：同实施例1。
2、涂层的制备和性能：同实施例1。
实施例三
1、涂料的制备
原料组分：二官聚氨酯丙烯酸酯4.10 %，六官聚氨酯丙烯酸酯2.70 %，1, 6-己二醇双丙烯酸酯1.40 %，1-羟基环己基苯基甲酮0.10 %，二苯基三甲基苯甲酰氧化膦0.10 %，4-二甲基氨基苯甲酸乙酯0.10 %，甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷0.90 %，聚四氟乙烯9.4 %，纳米三氟化镧1.20 %，二甲苯余量。
制备工艺：同实施例1。
2、涂层的制备和性能：同实施例1。
实施例四
1、涂料的制备
原料组分：二官聚氨酯丙烯酸酯4.20 %，六官聚氨酯丙烯酸酯2.80 %，1, 6-己二醇双丙烯酸酯1.40 %，1-羟基环己基苯基甲酮0.120 %，二苯基三甲基苯甲酰氧化膦0.12 %，4-二甲基氨基苯甲酸乙酯0.12 %，甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷0.98 %，聚四氟乙烯9.8%，气相SiO2 (或Al2O3)0.50 %，二甲苯余量。
制备工艺：同实施例1。
2、涂层的制备和性能：同实施例1。
实施例五
1、涂料的制备
原料组分：二官聚氨酯丙烯酸酯6.00 %，六官聚氨酯丙烯酸酯2.20 %，丙烯酸丁酯1.80%，1-羟基环己基苯基甲酮0.10 %，二苯基三甲基苯甲酰氧化膦0.10 %，4-二甲基氨基苯甲酸乙酯0.10 %，甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷0.80 %，聚四氟乙烯9.0%，纳米三氟化镧1.00 %，二甲苯余量。
制备工艺：同实施例1。
2、涂层的制备和性能：同实施例1。
实施例六
1、涂料的制备
原料组分：二官聚氨酯丙烯酸酯7.00 %，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯1.00 %，1-羟基环己基苯基甲酮0.10 %，4-二甲基氨基苯甲酸乙酯0.10 %，二苯基三甲基苯甲酰氧化膦0.10 %，聚四氟乙烯9.4 %，甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷0.90 %，氧化镧1.20 %，二甲苯余量。
制备工艺：同实施例1。
2、涂层的制备和性能：同实施例1。
实施例七
1、涂料的制备
原料组分：二官聚氨酯丙烯酸酯2.70 %，六官聚氨酯丙烯酸酯2.70 %，甲氧基聚乙二醇单甲基丙烯酸酯1.40 %，1-羟基环己基苯基甲酮0.10 %，二苯基三甲基苯甲酰氧化膦0.10%，4-二甲基氨基苯甲酸乙酯0.10 %，甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷1.00 %，聚四氟乙烯9.4 %，氧化铈1.30 %，二甲苯余量。
制备工艺：同实施例1。
2、涂层的制备和性能：同实施例1。
实施例八
1、涂料的制备
原料组分：二官聚氨酯丙烯酸酯4.10 %，六官聚氨酯丙烯酸酯2.70 %，甲氧基聚乙二醇单甲基丙烯酸酯1.40 %，2-羟基-2-甲基-苯基-1-丙酮0.30 %，甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷0.90 %，聚四氟乙烯9.4 %，纳米三氟化铈1.20 %，二甲苯余量。
制备工艺：同实施例1。
2、涂层的制备和性能：同实施例1。
实施例九
1、涂料的制备
原料组分：环氧丙烯酸酯7.00 %，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯1.00 %，二芳基碘鎓盐0.30%，聚四氟乙烯9.4 %，甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷0.90 %，微米三氟化镧1.20 %，二甲苯余量。
制备工艺：同实施例1。
2、涂层的制备和性能：同实施例1。
实施例十
1、涂料的制备
原料组分：二官聚氨酯丙烯酸酯11.90 %，六官聚氨酯丙烯酸酯11.90 %，1, 6-己二醇双丙烯酸酯7.00 %，1-羟基环己基苯基甲酮0.40 %，二苯基三甲基苯甲酰氧化膦0.40 %，4-二甲基氨基苯甲酸乙酯0.40 %，甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷3.30 %，聚四氟乙烯33.0%，纳米三氟化镧2.80 %；
制备工艺：将光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮, 二苯基三甲基苯甲酰氧化膦, 4-二甲基氨基苯甲酸乙酯溶解到1, 6-己二醇双丙烯酸酯中，然后分别加入二官能团的聚氨酯丙烯酸酯和偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷混合均匀；将聚四氟乙烯和纳米三氟化镧研磨分散后加入到上述混合物中搅拌均匀，即得紫外光固化聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料。
2、涂层的制备和性能：采用涂膜刮涂器将涂料涂敷在经喷砂处理的基底表面，厚度为30± 5 μm；最后将其放置在紫外固化箱中固化，固化条件为：室温，光强 100 mw/cm2，固化时间10 min，即得到紫外光固化粘结固体润滑涂层。涂层的性能见表1。
上述各实施例中，原料组分均以质量百分含量计。

Claims (8)

1.一种紫外光固化粘结固体润滑涂料，由以下质量百分含量的原料和工艺制成：
原料组分：低聚物4.00~10.00 %，活性单体1.00~2.00 %， 光引发剂0.20~0.50 %，偶联剂0.70~1.40 %， 润滑剂6.0~14.0 %，填料0.50~1.50 %，余量为稀释剂；
制备工艺：先将低聚物、活性单体、光引发剂和偶联剂混合均匀；再加入经过研磨分散的润滑剂和填料，然后加入稀释剂混合均匀，即得紫外光固化粘结固体润滑涂料。
2.如权利要求1所述一种紫外光固化粘结固体润滑涂料，其特征在于：低聚物为低官能团和/或多官能团的聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、有机硅低聚物和环氧树脂中的一种或几种。
3.如权利要求1所述一种紫外光固化粘结固体润滑涂料，其特征在于：活性单体为丙烯酸丁酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、甲氧基或乙氧基化的丙烯酸酯中的一种或几种。
4.如权利要求1所述一种紫外光固化粘结固体润滑涂料，其特征在于：光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，二苯基三甲基苯甲酰氧化膦，4-二甲基氨基苯甲酸乙酯，三芳基硫鎓盐，二芳基碘鎓盐中的一种或几种。
5.如权利要求1所述一种紫外光固化粘结固体润滑涂料，其特征在于：偶联剂为硅烷偶联剂，通式为Y(CH2)nSiX3，其中Y为乙烯基、甲基丙烯酰氧基、环氧基、氨基；X为甲氧基、乙氧基、氯基；n= 0~3。
6.如权利要求1所述一种紫外光固化粘结固体润滑涂料，其特征在于：润滑剂为聚四氟乙烯，其粒径小于5微米。
7.如权利要求1所述一种紫外光固化粘结固体润滑涂料，其特征在于：填料为纳米或微米级的三氟化镧、三氟化铈、氧化镧、氧化铈。
8.如权利要求1所述一种紫外光固化粘结固体润滑涂料，其特征在于：稀释剂采用二甲苯。
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