CN109705952A - 石墨烯极压抗磨剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石墨烯极压抗磨剂，由占极压抗磨剂总重量0.1~2%的石墨烯粉体，0.5~1%的分散剂以及96~98%的所述调理剂组成，极压抗磨剂由所述用量的石墨烯粉体、分散剂和调理剂进行充分混合后制得的，本发明同现有技术相比，大大的提高了极压抗磨剂的烧结负荷，本发明把颗粒形态的纳米调理剂与片状结构的石墨烯充份掺和，有效介决石墨烯片状结构而造成的团聚，提高的产品的稳定性，其成分中不含铅、汞、钼、铁氟龙等强化物，对环境友好无污染。

Description

石墨烯极压抗磨剂

技术领域

本发明涉及以添加石墨烯为特征的润滑组合物，具体涉及一种石墨烯极压抗磨剂。

背景技术

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。它是目前自然界最薄、强度最高的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍，同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。但是，石墨烯很难作为单一原料生产某种产品，而主要是利用其突出特性与其它材料体系进行复合，从而获得具有优异性能的新型复合材料。

石墨烯以单独或紧密堆垛而成，层数不超过十层的二维材料及其衍生物称为石墨烯材料，层数超过十层的一般称为石墨微粒。石墨烯呈层状结构，由于片层间范德华力的作用，石墨烯往往存在着不可逆的团聚现象，尤其是在液相状态时，很快就会像鸡尾酒一样的分层，沉淀，无法兼容。在实际应用中，石墨烯浆体和与其复合液的兼容混合，成为一个普遍性的难题。

利用石墨烯材料本身具有的刚性，要在润滑系统运用，必须解决好均匀分散的问题，要保证片状的石墨烯均匀盖覆摩擦副表面。如果石墨烯分散不好，就会逐步团聚成强度极高的颗粒，到了一定尺度就会形成磨粒效应，从而对摩擦副造成磨损。

况且目前在润滑材料中使用石墨烯，多是先把石墨烯与某一种抗磨剂混合，复配成新的添加剂，然后进行第二次复配，稀释到润滑脂或者润滑油里。这在润滑脂中，由于脂的密度高，添加剂里的石墨烯难以团聚成有害的颗粒。而在稀薄的润滑油中，还是应当充分重视石墨烯团聚的现象。

发明内容

本发明的主要目的之一在于提供一种能够极大提升烧结负荷性能的极压抗磨剂及其制备方法。

本发明的另一主要目的在于提供一种能够防止其中石墨烯团聚的极压抗磨剂及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明首先提供一种极压抗磨剂，包括：

调理剂，由占调理剂总质量：a).10-70％的粒径小于30纳米的铜或锌或镍或锡中的至少一种金属纳米微粒，和b). 20-90％的由油烃或酯化物或磺酸盐表面活性剂与平均粒径小于25纳米的铁基离子的共聚合物形成的纳米高分子复合材料，和c). 0.01-5％的抗氧化剂和抗金属腐蚀剂和摩擦改进剂组成的混合物组成，

其特征在于极压抗磨剂由占极压抗磨剂总重量0.1~2%的石墨烯粉体，0.5~1%的分散剂以及96~98%的所述调理剂组成，极压抗磨剂由所述用量的石墨烯粉体、分散剂和调理剂进行充分混合后制得的，所述的充分混合包括以下步骤：

步骤一、将调理剂与分散剂剪切混合，

步骤二、在剪切混合的调理剂与分散剂中加入石墨烯粉体继续剪切混合，

步骤三、将剪切混合的调理剂、分散剂和石墨烯粉体进行均质处理。

本发明还包括一种极压抗磨剂的制备方法，包括以下步骤，

步骤一、将占极压抗磨剂总重量96~98%的调理剂与0.5~1%分散剂剪切混合，

步骤二、在剪切混合的调理剂与分散剂中加入占极压抗磨剂总重量0.1~2%石墨烯粉体继续剪切混合，

步骤三、将剪切混合的调理剂、分散剂和石墨烯粉体进行均质处理，

其中，所述的调理剂，由占调理剂总质量：a).10-70％的粒径小于30纳米的铜或锌或镍或锡中的至少一种金属纳米微粒，和b). 20-90％的由油烃或酯化物或磺酸盐表面活性剂与平均粒径小于25纳米的铁基离子的共聚合物形成的纳米高分子复合材料，和c). 0.01-5％的抗氧化剂和抗金属腐蚀剂和摩擦改进剂组成的混合物组成。

上述极压抗磨剂和制备方法中还进一步具有如下优化方案：

在调理剂中，所述的抗氧化剂优选为有机硼酸酯或二壬基二苯胺中的至少一种，所述的抗金属腐蚀剂为脂肪酸酰胺或丁二酰亚胺或丁二酰亚胺的硼化物中的至少一种，所述的摩擦改进剂为硼化脂肪酸酯或苯三唑脂肪胺盐中的至少一种。

步骤二中的剪切混合优选是通过剪切机剪切混合30~50min实现的。

所述的均质处理优选是通过均质机在1500bar下处理五至十次实现的。

本发明同现有技术相比，大大的提高了极压抗磨剂的烧结负荷（参见具体实施方式中检测报告一），本发明把颗粒形态的纳米调理剂与片状结构的石墨烯充份掺和，有效介决石墨烯片状结构而造成的团聚，提高的产品的稳定性，其成分中不含铅、汞、钼、铁氟龙等强化物，对环境友好无污染。

具体实施方式

以下，结合实施例对于本发明做进一步说明，实施例仅用于解释说明而不用于限定本发明的保护范围。

本发明采用的设备：高压均质机，冷水机、高速剪切机。

本发明中的“石墨烯粉体”是指层数不超过十层的石墨烯二维材料及其衍生物。

本实施例中的配方如下：

石墨烯粉体含量：0.1~2%，调理剂96%~98%，分散剂0.5%--1%。

制备条件：用高速剪切机进行剪切的情况下，将石墨烯粉体加入调理剂中，达到设计比例后，继续剪切30-50min。在石墨烯浆体溶液粘度较小之后，用高压均质机1500bar处理五到十次。

制备目的：将团聚在一起的石墨烯分散为少层或单层石墨烯，而调理剂中的纳米微粒，均匀掺合其中，阻隔分离石墨烯片层的团聚，使之能稳定存放。

制备步骤：

1.将调理剂称量完毕之后，用剪切机剪切液相，并加入分散剂甲基吡咯烷酮。

2.将称量好的石墨烯粉体逐渐加入溶液中，待添加完毕后，继续剪切10--50min左右。在石墨烯粉体添加完毕之后，继续剪切可以降低石墨烯溶液的粘度，这说明高速剪切机对石墨烯分散液的分散也是有一定助益的。

3.观察到溶液粘度明显降低后，开始均质处理5—10次。高压均质一次后，样品粘度明显增加，说明石墨烯分散开之后，体积增大。最终均质完成之后，样品表面有一定反光度和亮度，刮涂实验无肉眼可见颗粒。得到的液体混合物称为石墨烯极压抗磨剂。

在高压均质+高速剪切的共同作用下，石墨烯已经达到良好的分散效果，而更重要的是，调理剂中的金属颗粒充分掺入到了石墨烯的片层结构之间，这种掺入的方式有效了防止了石墨烯的团聚，这种防止团聚的方式是现有技术中没有的。石墨烯优异的电学、光学等物理化学性质，以及较低的制备成本，使得石墨烯成为了调节剂纳米粒子的潜在载体。通过与调理剂的复配，产生极压抗磨的效果十分显著，尤其是烧结负荷PD值，更是一般润滑油品难以达到。

对本发明之石墨烯极压抗磨剂，委托瑞士SGS公司做过了多项检测，结果如下：

检测报告一：石墨烯极压抗磨剂的极压抗磨检测：

润滑油极压特性的测定{四球法}，检测方法标准：GB/T12583—1998(2004)

烧结负荷 ﹥800kgf

负荷磨损指数 ﹥201.9kgf

润滑油抗磨损性能（四球法），检测方法标准：SH/T 0189-1992

磨斑直径 0.74mm

原来的调理剂用检测润滑油极压特性的四球机测试PD值，是在500kgf以下（1kgf≈9.8N），本发明的石墨烯抗磨剂经过检测，其烧结负荷超出了四球机测试的最大量程800kgf。在润滑油领域，绝大部分液体材料的PD值，都在550kgf以下，这种效果是意料不到的。

检测报告二：石墨烯极压抗磨剂理化指标检测：

测试项目 方法 结果

运动粘度（40℃ ） GB/T265-88(2004) 222.4mm²/s

运动粘度（100℃ ） GB/T265-88(2004) 11.79 mm²/s

水分 GB/T11133-2015 125 mg/kg

闪点（开口杯法） GB/T3536-2008 244℃

密度（20℃） ASTM D4052-16 1. 254g/cm³

凝点 GB/T510-83（2004） -22℃

铜片腐蚀（3小时100 ℃） GB/5096-85（2004） 1a—

机械杂质含量 GB/T511—2010 无 ％（m/m）

检测报告三：石墨烯极压抗磨剂的环保检测：

根据欧盟ROHS认证要求，引用欧盟ROHS指令（EU）2015/863，做了有害元素铅、镉、汞、六价铬的含量检测，均未检出石墨烯极压抗磨剂含有以上成分。证明其对环境友好无污染。

本发明的石墨烯极压抗磨剂能够用于各种金属表面的改性处理：所有轴承、变速箱齿轮、链条等机械部件中，发挥耐高温、降噪音、抗磨损、增加寿命的效果。

例一：江苏昆山一家台资企业，生产的铆钉机出口多个国家。设备里有一个完成连续击打动作的传动轴承，要长时间处于二吨以上冲击力和300℃高温的苛刻工况，此轴承的损坏后换用添加石墨烯极压抗磨剂的轴承脂，以很小的成本，获得非常显著的效果。

例二：广西柳工是大型工程机械制造企业。解决推土机、装载机恶劣工况和极端润滑条件下，关键零部件磨损和刺耳异响，是业内长期难题，使用经石墨烯极压抗磨剂改性的润滑脂，对寻求极压抗磨减摩特性，有显著提升。

例三：上海永进轴承公司专业生产高速精密轴承，其中牙钻轴承每分钟达40万转。产生了高速磨损，而且每次牙钻使用完毕，都要进行高温蒸汽消毒，也会使润滑剂流失。为了解决这个难题，公司决定选用石墨烯极压抗磨剂新材料，先是在轴承生产过程中，用新材料进行表面改性处理，同时在原来使用的德国克虏伯润滑脂里，添加石墨烯极压抗磨剂。双管齐下的工艺，使得牙钻轴承寿命延长6倍以上，噪音下降。取得客户好评。

例四：现在大型工程机械如挖掘机、装载机往往是租赁来使用的，尤其在露天煤矿里，往往以单位时间来计算租赁费，所以驾驶员会人停机器不停，连续操作。工程机械又是重载、超负荷工作，产生高温、极压工况，使润滑脂很快流失，这就需要频繁地停机，打脂补充，延误不少工时。最严重时，每一小时就要打一次脂。使用石墨烯极压抗磨脂，最多延长打脂时间7倍，既节约了材料成本，更是降低了时间成本。

例五：在额尔多斯神州煤矿120万吨选煤厂的筛选机传送带轴承（直径30公分）、滚轴筛轴承、刮板机轴承使用，抗磨损自修复作用非常明显。

其中一个筛选机轴承（直径30公分），因为磨损造成严重发热发红，无法使用，但是拆掉更换会非常麻烦，厂家尝试换脂不换轴承，使用石墨烯极压抗磨脂后，竟然恢复正常解决了问题。

Claims (8)

1.一种极压抗磨剂，包括：

调理剂，由占调理剂总质量：a).10-70％的粒径小于30纳米的铜或锌或镍或锡中的至少一种金属纳米微粒，和b). 20-90％的由油烃或酯化物或磺酸盐表面活性剂与平均粒径小于25纳米的铁基离子的共聚合物形成的纳米高分子复合材料，和c). 0.01-5％的抗氧化剂和抗金属腐蚀剂和摩擦改进剂组成的混合物组成，

其特征在于极压抗磨剂由占极压抗磨剂总重量0.1~2%的石墨烯粉体，0.5~1%的分散剂以及96~98%的所述调理剂组成，极压抗磨剂由所述用量的石墨烯粉体、分散剂和调理剂进行充分混合后制得的，所述的充分混合包括以下步骤：

步骤一、将调理剂与分散剂剪切混合，

步骤二、在剪切混合的调理剂与分散剂中加入石墨烯粉体继续剪切混合，

步骤三、将剪切混合的调理剂、分散剂和石墨烯粉体进行均质处理。

2.如权利要求1所述的极压抗磨剂，其特征在于在调理剂中，所述的抗氧化剂为有机硼酸酯或二壬基二苯胺中的至少一种，所述的抗金属腐蚀剂为脂肪酸酰胺或丁二酰亚胺或丁二酰亚胺的硼化物中的至少一种，所述的摩擦改进剂为硼化脂肪酸酯或苯三唑脂肪胺盐中的至少一种。

3.如权利要求1所述的极压抗磨剂，其特征在于步骤二中的剪切混合是通过剪切机剪切混合30~50min实现的。

4.如权利要求1所述的极压抗磨剂，其特征在于所述的均质处理是通过均质机在1500bar下处理五至十次实现的。

5.一种极压抗磨剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤，

步骤一、将占极压抗磨剂总重量96~98%的调理剂与0.5~1%分散剂剪切混合，

步骤二、在剪切混合的调理剂与分散剂中加入占极压抗磨剂总重量0.1~2%石墨烯粉体继续剪切混合，

步骤三、将剪切混合的调理剂、分散剂和石墨烯粉体进行均质处理，

其中，所述的调理剂，由占调理剂总质量：a).10-70％的粒径小于30纳米的铜或锌或镍或锡中的至少一种金属纳米微粒，和b). 20-90％的由油烃或酯化物或磺酸盐表面活性剂与平均粒径小于25纳米的铁基离子的共聚合物形成的纳米高分子复合材料，和c). 0.01-5％的抗氧化剂和抗金属腐蚀剂和摩擦改进剂组成的混合物组成。

6.如权利要求5所述的极压抗磨剂的制备方法，其特征在于在调理剂中，所述的抗氧化剂为有机硼酸酯或二壬基二苯胺中的至少一种，所述的抗金属腐蚀剂为脂肪酸酰胺或丁二酰亚胺或丁二酰亚胺的硼化物中的至少一种，所述的摩擦改进剂为硼化脂肪酸酯或苯三唑脂肪胺盐中的至少一种。

7.如权利要求5所述的极压抗磨剂的制备方法，其特征在于步骤二中的剪切混合是通过剪切机剪切混合30~50min实现的。

8.如权利要求5所述的极压抗磨剂的制备方法，其特征在于所述的均质处理是通过均质机在1500bar下处理五至十次实现的。