CN108424720A - 一种水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料及涂层的制备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料，是以水性聚酰胺酰亚胺为粘结剂，聚四氟乙烯粉为润滑剂，稀土氟化物为增强填料，改性丙烯酸树脂为润湿分散剂，乙醇和去离子水为分散介质配制而成，该涂料对金属底材的附着力强。通过喷涂方式将水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料均匀涂覆于在金属工件表面；先在室温下放置5~10 h表干，再放入鼓风烘箱内固化，得到的涂层具有良好的柔韧性和抗冲击能力，较低的摩擦系数以及较小的磨损率，可有效的减小零件之间的摩擦磨损，延长零部件的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种水性粘结固体润滑涂料，尤其涉及一种水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料，本发明还涉及该水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料、涂层的制备，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（也称干膜润滑剂）是固体润滑材料的主要类型之一，其具有较低的摩擦系数、长的使用寿命、宽的适用温度范围，其操作简单，在民用工业和空间技术领域得到了广泛应用。目前绝大多数粘结固体润滑涂层中使用的粘结剂是有机溶剂性的，在涂料组分中含有大量的有机溶剂。大量的挥发性的有机化合物有毒、易燃，对环境和人体造成严重的危害。随着人们环保意识的增强，对向大气中排放的挥发性有机化合物（VOC）含量的限制越来越严格，尽可能使用无污染或低污染的稀释剂成为当今社会环境友好型发展的迫切需要。
目前，有关水性树脂粘结固体润滑涂层的研究已取得了一定的进展。有专利报道了相关水性粘结固体润滑涂层的研究，其以水性环氧树脂或丙烯酸树脂作为粘结剂，但涂层的使用寿命较短；王月梅等人的专利也报道的水性环氧树脂基固体润滑涂料具有优异的减摩性能，但附着力和耐磨性较差；另外值得强调的是我们的研究团队已经报道了水性二硫化钼基固体润滑涂层的相关工作，所制备的涂层表现出优异的减摩和抗磨损性能，但涂料贮存周期有限。
发明内容
本发明的目的在于针对现有水性粘结固体润滑涂料存在的问题，提供一种水性聚水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料及其制备方法；
本发明的另一目的是提供一种基于水性聚水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料的涂层。
一、水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料
本发明的水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料，是以水性聚酰胺酰亚胺为粘结剂，聚四氟乙烯为润滑剂，稀土氟化物为填料，改性丙烯酸树脂为润湿分散剂，乙醇和去离子水为分散介质配制而成。
所述各原料组分的重量百分比含量如下：水性聚酰胺酰亚胺5.0~15.0%，聚四氟乙烯5.0~12.0%，稀土氟物0.1~1.2%、润湿分散剂0.01~0.10%、乙醇5.0~8.0%，去离子水余量。
上述组分中，粘结剂水性聚酰胺酰亚胺的分子结构式如下（其固含量为30±3%）：
式中，R为含不饱和碳氢基团的分子结构，n=60~300。
所述润滑剂聚四氟乙烯的粒度≤ 5 μm。
所述填料稀土氟化物为三氟化铈或者三氟化镧，其颗粒尺寸≤ 60 nm。
所述润湿分散剂改性丙烯酸树脂的结构结构式如下：
式中，n=25~35。
乙醇的质量百分含量不小于75%。
粘结固体润滑涂料的制备：将聚四氟乙烯粉分散到乙醇中，搅拌均匀后经锥形磨研磨至粒度≤ 5 μm；将稀土氟化物分散于添加有润湿分散剂的去离子水中，经锥形磨研磨至粒度≤60 nm；然后将水性聚酰胺酰亚胺与经研磨的聚四氟乙烯、稀土氟化物充分混合，并加入余量去离子水即得。
上述制备的水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料的固体组分质量含量为20 ±3%；1 kg水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料中的VOC含量﹤200 g。
二、粘结固体润滑涂层的制备和性能
1、粘结固体润滑涂层的制备
通过喷涂方式将水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料均匀涂覆于在金属工件表面（金属工件表面需预先除油、除锈、喷砂、超声清洗等表面处理）；先在室温下放置5~10 h表干，再放入鼓风烘箱内固化。固化条件：先于180±5 ℃下恒温固化3 h，再于270±5 ℃下恒温固化1 h，取出即可使用。
2、粘结固体润滑涂层的各项性能
本发明制备的粘结固体润滑涂层的各项性能指标见表1（其中，CSM球-盘摩擦试验机的实验条件：对偶为直径6 mm不锈钢（1Cr18Ni9Ti）球，载荷为3 N，滑动速度14.14 cm/s）：
表1的结果显示，本发明制备的水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料是一种高性能环保粘结固体润滑涂料，对金属底材的附着力良好。以其制备的涂层具有良好的柔韧性和抗冲击能力，较低的摩擦系数以及较小的磨损率，可有效的减小零件之间的摩擦磨损，延长零部件的使用寿命。
本发明相对于现有技术具有以下优点：
1、以水性聚酰胺酰亚胺树脂作为水性粘结剂，相比于水性环氧树脂、水性丙烯酸树脂等其他粘结剂，可以更加均匀地分散于去离子水中（可与水以任意比例互溶），且该树脂经固化后表现出更高的强度、致密度和优异的耐磨性能；
2、聚四氟乙烯作为润滑剂，具有无毒，环保，自洁和减摩等性能，以其制备的涂层可有效的提高材料的减摩耐磨能力和防护性能，进而延长材料的服役寿命；
3、以三氟化物（三氟化镧，三氟化铈）纳米颗粒为填料，相比较重金属颗粒，有毒硫化物以及昂贵的碳纳米材料，具有显著的纳米增强效果，能有效提高涂层的承载能力和耐磨性能，且兼具绿色环保等优点。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明水性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：水性聚酰胺酰亚胺12%，聚四氟乙烯粉10%，纳米氟化铈0.5 %，润湿分散剂0.05 %，乙醇8.0 %，去离子水余量；
制备工艺：将聚四氟乙烯粉分散到乙醇中，搅拌均匀后经锥形磨研磨至粒度≤ 5 μm；将稀土氟化物分散于添加有润湿分散剂的去离子水中，经锥形磨研磨至粒度≤60 nm；将水性聚酰胺酰亚胺与经研磨的聚四氟乙烯、稀土氟化物充分混合，并加入余量去离子水即可。涂料的固体组分质量含量为20 ± 3%；1 kg水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料中的VOC含量﹤200 g。
2、涂层的制备：用喷枪将上述配置的水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料在压缩空气（无油）或压缩氮气下喷涂在金属工具表面（金属工具在喷涂前预先经除油、除锈、喷砂、超声清洗等表面处理）；喷涂好的零件在室温下放置5~10 h表干，在放入鼓风烘箱内固化。固化条件：先在180±5 ℃下恒温3 h；再在270±5 ℃下恒温1 h，取出后即可。
粘结固体润滑涂层的各项性能见表1。
实施例二
1、涂料的制备
原料组分：水性聚酰胺酰亚胺9.2%，聚四氟乙烯粉10%，纳米三氟化铈0.8%，润湿分散剂0.03 %，乙醇5.6 %，去离子水余量；
制备工艺：同实施例1。涂料的固体组分质量含量为20 ± 3%；1 kg水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料中的VOC含量﹤200 g。
2、涂层的制备：同实施例1。粘结固体润滑涂层的各项性能见表1。
实施例三
1、涂料的制备
原料组分：水性聚酰胺酰亚胺11.5%，聚四氟乙烯粉8.3%，三氟化铈0.3%，润湿分散剂0.05 %，乙醇7.8%，去离子水余量；
制备工艺：同实施例1。涂料的固体组分质量含量为20 ± 3%；1 kg水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料中的VOC含量﹤200 g。
2、涂层的制备：同实施例1。粘结固体润滑涂层的各项性能见表1。
实施例四
1、涂料的制备
原料组分：水性聚酰胺酰亚胺12.8%，聚四氟乙烯粉7.6%，三氟化铈0.5%，润湿分散剂0.03 %，乙醇6.9%，去离子水余量；
制备工艺：同实施例1。涂料的固体组分质量含量为20 ± 3%；1 kg水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料中的VOC含量﹤200 g。
2、涂层的制备：同实施例1。粘结固体润滑涂层的各项性能见表1。
实施例五
1、涂料的制备
原料组分：水性聚酰胺酰亚胺14.5%，聚四氟乙烯粉6.5%，三氟化镧0.70%，润湿分散剂0.08 %，乙醇8.3%，去离子水余量；
制备工艺：同实施例1。涂料的固体组分质量含量为20 ± 3%；1 kg水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料中的VOC含量﹤200 g。
2、涂层的制备：同实施例1。粘结固体润滑涂层的各项性能见表1。
实施例六
1、涂料的制备
原料组分：水性聚酰胺酰亚胺8.6%，聚四氟乙烯粉10.3%，三氟化铈1.2%，润湿分散剂0.05 %，乙醇9.3%，去离子水余量；
制备工艺：同实施例1。涂料的固体组分质量含量为20 ± 3%；1 kg水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料中的VOC含量﹤200 g。
2、涂层的制备：同实施例1。粘结固体润滑涂层的各项性能见表1。
实施例七
1、涂料的制备
原料组分：水性聚酰胺酰亚胺12.5%，聚四氟乙烯粉8.8%，三氟化镧0.6%，润湿分散剂0.10 %，乙醇7.2%，去离子水余量；
制备工艺：同实施例1。涂料的固体组分质量含量为20 ± 3%；1 kg水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料中的VOC含量﹤200 g。
2、涂层的制备：同实施例1。粘结固体润滑涂层的各项性能见表1。
实施例八
1、涂料的制备
原料组分：水性聚酰胺酰亚胺14.5%，聚四氟乙烯粉7.3%，三氟化铈1.1%，润湿分散剂0.07%，乙醇8.6%，去离子水余量；
制备工艺：同实施例1。涂料的固体组分质量含量为20 ± 3%；1 kg水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料中的VOC含量﹤200 g。
2、涂层的制备：同实施例1。粘结固体润滑涂层的各项性能见表1。
上述各实施例中，原料组分均以质量百分含量计。
分散介质乙醇的质量百分浓度不小于75%。
上述实施例一到实施例八中，粘结剂水性聚酰胺酰亚胺的分子结构式为
式中，R为含不饱和碳氢基团的分子结构，n=60~300。
改性丙烯酸树脂的结构结构式如下：
式中，n=25~35。
Claims (10)
1.一种水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料，其特征在于：以水性聚酰胺酰亚胺为粘结剂，聚四氟乙烯粉为润滑剂，稀土氟化物为增强填料，改性丙烯酸树脂为润湿分散剂，乙醇和去离子水为分散介质配制而成。
2.如权利要求1所述一种水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料，其特征在于：所述各原料组分按以下重量百分比进行配比：水性聚酰胺酰亚胺5.0~15.0%，聚四氟乙烯粉5.0~12.0%，稀土氟化物0.1~1.2%，改性丙烯酸树脂0.01~0.10%，乙醇5.0~8.0%，去离子水余量。
3.如权利要求1所述一种水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料，其特征在于：所述水性聚酰胺酰亚胺的固含量为30±3%，其分子结构式如下：
式中，R为不饱和碳氢基团的分子结构， n=60~300。
4.如权利要求1所述一种水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料，其特征在于：所述改性丙烯酸树脂的结构式如下：
式中，n=25~35。
5.如权利要求1所述一种水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料，其特征在于：所述填料稀土氟化物为三氟化铈或者三氟化镧，其颗粒尺寸≤ 60 nm。
6.如权利要求1所述一种水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料，其特征在于：所述聚四氟乙烯粉的粒度≤5 μm。
7.如权利要求1所述水性聚四氟乙烯基高性能长寿命固体润滑涂层，其特征在于：分散介质乙醇的质量百分浓度不小于75%。
8.如权利要求1所述水性聚四氟乙烯基高性能长寿命固体润滑涂料的制备方法，是先将聚四氟乙烯粉分散到乙醇中，搅拌均匀后经锥形磨研磨至粒度≤ 5 μm；再将稀土氟化物分散于添加有润湿分散剂的去离子水中，经锥形磨研磨至粒度≤60 nm；然后将水性聚酰胺酰亚胺与经研磨的聚四氟乙烯粉、稀土氟化物充分混合，并加入余量去离子水，得水性聚四氟乙烯基粘结固体润滑涂料。
9.一种基于如权利要求1所述水性聚四氟乙烯基高性能长寿命固体润滑涂料的涂层，是将所述水性聚四氟乙烯基高性能长寿命固体润滑涂料通过喷涂方式均匀涂覆于经除油、除锈、喷砂、超声清洗的金属工件表面，先在室温下放置5~10 h表干，再放入鼓风烘箱内进行固化。
10.如权利要求9所述水性聚四氟乙烯基高性能长寿命固体润滑涂料的涂层，其特征在于：所述固化条件为：先于180±5 ℃下恒温固化3 h，再于270±5 ℃下恒温固化1 h，取出即可。
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