CN111471506A - 一种石墨烯基润滑脂及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯基润滑脂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯基润滑脂的制备方法，以碱金属氢氧化物作为插层剂，将其与石墨粉混合并加水溶解后得到悬浊液；将悬浊液在均相反应器中进行恒温热处理；热处理后的悬浊液超声处理，干燥；所得产物中加入饱和的膨胀剂，利用管式炉在高温下热膨胀，最后将产物洗涤、离心、过滤、干燥即得石墨烯纳米片；将石墨烯纳米片分散在无水乙醇中超声得到均匀的石墨烯分散液；在机械搅拌下将该分散液滴加到热的润滑脂中，待冷却后反复研磨至混合均匀得到石墨烯基润滑脂。本方法制备的石墨烯润滑脂分散均匀无杂质和团聚，能够有效降低球板往复运动的摩擦和磨损。

Description

一种石墨烯基润滑脂及其制备方法
技术领域
本发明涉及纳米材料的制备技术领域，特别是涉及一种润滑脂及其制备方法。
背景技术
作为润滑剂中的核心成分，传统的抗氧抗腐添加剂以二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)为代表，其技术长期被其他国家垄断。随着相关规格标准及法律法规的强制实施，含有磷、硫等有害元素的ZDDP也受到越来越严格的使用限制。因此，为了满足抗氧化和抗磨损性能，同时减少毒性和有害元素的排放，增加润滑剂的环境可持续性，许多研究的焦点转移到2D纳米材料上来。作为无任何有害元素的2D纳米材料，由相邻层间的弱范德华力连接的石墨烯具有超薄的层结构，出色的机械性能和自润滑性。少量的石墨烯作为润滑添加剂不仅可以用作降低摩擦系数的纳米轴承，而且可以通过形成摩擦保护膜以减少接触表面之间的粘附力和摩擦力来显着提高耐磨性。
石墨烯纳米片作为润滑添加剂尽管展现出良好的摩擦学性能，但面向应用中仍然存在诸多关键科学和技术瓶颈问题，如成本高、质量不均一、环境不友好、工艺复杂等，当前最具代表性的制备方法有CVD法和化学法。前者基于复杂的工艺和昂贵的成本来生产高质量、大尺寸的石墨烯，但极大限制了技术的产业化应用。后者涉及通过使用还原剂(例如肼，硼氢化钠等)将GO还原为石墨烯纳米片，例如使用水合肼和氢气在800℃下还原GO获得了高度剥离的石墨烯。但是，GO的还原仍是基于Hummers法在化学剥离中进行的，这需要在较长的处理时间内使用高危的强酸混合物，导致不可修复性结构缺陷的形成。最重要的是，肼的高毒性仍是大规模和可持续生产的主要障碍。
现有的绿色剥离工艺中，通过借助超声波、电解或溶剂热等物理手段用于制备纳米片的离子插层法可完成几层纳米片的剥离。然而，电化学或超声探针辅助剥离仍存在能耗高、工艺复杂等缺陷，在实际应用中并不能满足大规模生产的需求。另一方面，使用污染较大的有机插层剂会破坏纳米片的结构，并且给生产工艺带来高成本等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于工艺简单、高性能、低成本并利于工业化生产的石墨烯基润滑脂及其制备方法。
本发明的上述目的通过以下技术方案予以实现：
一种高性能、低成本石墨烯润滑脂及其制备方法，通过如下步骤实现：
(1)以天然块状石墨为碳源，在粉碎机中将其打磨成粉末，筛选出粒径在5μm以下的石墨粉；
(2)以碱金属氢氧化物作为插层剂，将其与石墨粉混合并加水溶解后得到悬浊液；
(3)将步骤(2)所得悬浊液移至高压反应釜内并在均相反应器中进行恒温热处理；
(4)热处理后的悬浊液转移至恒温摇床中利用超声探针对其进行超声处理，再将超声处理的黑色絮状悬浊液移至烘箱中干燥；
(5)步骤(4)所得产物中加入饱和的膨胀剂，利用管式炉在高温下热膨胀，最后将产物进行收集、洗涤、离心、过滤、干燥即得石墨烯纳米片；
(6)将上述石墨烯纳米片分散在无水乙醇中超声得到均匀的石墨烯分散液；在机械搅拌下将该分散液滴加到热的润滑脂中，待冷却后反复研磨至混合均匀得到黑色的石墨烯基润滑脂。
优选地，步骤(2)中，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙中的一种或两种的混合物，其中石墨粉与碱金属氢氧化物混合的质量比为1：2～4。
优选地，步骤(3)中，悬浊液在均相反应器中的热处理温度为200～260℃，转速为30～60rpm/min，恒温时间为2h。
优选地，步骤(4)中，超声处理的功率为300～400W，时间为2h。
优选地，步骤(5)中，膨胀剂为柠檬酸、碳酸氢铵中的一种，热膨胀的温度为650～850℃，恒温时间为1h。
优选地，步骤(6)中，润滑脂选用白色特种润滑脂、锂基润滑脂、钙基润滑脂中的一种，其中石墨烯纳米片在润滑脂中的添加量为0.5wt.％。
上述方法制备的石墨烯纳米片的尺寸为1.8～3.3μm，厚度为2.12～3.67nm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明采用廉价的碱金属氢氧化物作为插层剂，采用工艺简单的水热超声和热膨胀处理，从根本上降低了石墨烯作为润滑添加剂的成本损耗。
(2)本方法制备的石墨烯润滑脂分散均匀无杂质和团聚，能够有效降低球板往复运动的摩擦和磨损。
附图说明
图1为本发明实施例1所得石墨烯的实物照片。
图2为本发明实施例1所得石墨烯分散在润滑脂中的照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步阐述。
下面实施例中涉及的昆仑牌2号白色特种润滑脂、昆仑牌2号锂基润滑脂、昆仑2号钙基润滑脂均为中国石油化工股份有限公司生产的市售商品。
实施例1：
本发明为一种高性能、低成本的石墨烯基润滑脂的制备方法，通过如下步骤实现：
(1)将块状石墨粉碎并筛选出5μm以下的粉末，称取该石墨粉1×10-2kg溶解在500ml去离子水中，加入2×10-2kg氢氧化钠并磁力搅拌使其混合均匀。随后，将悬浮液转移到1L高压釜中，并在200℃下以30rpm/min的转速加热处理2h。接着，将水热处理后的中间产物转移至恒温摇床中以330W功率超声2h。然后，将中间产物干燥后加入柠檬酸并在管式炉中升至650℃，恒温1h。最后，将产物进行收集、中和，并在2500rpm/min转速下离心10min，经洗涤、过滤、干燥即得石墨烯纳米片。图1展示了本实施例所制得石墨烯粉末。
(2)将干燥后的产物按照0.5wt.％添加量来称取5×10-5kg分散在无水乙醇中超声得到均匀的石墨烯分散液；在机械搅拌下将上述分散液滴加到90℃的昆仑牌2号白色特种润滑脂中；待冷却后反复研磨至混合均匀得到石墨烯基润滑脂。图2展示了本实施例所制得基于2号白色特种润滑脂的石墨烯基润滑脂。
由上述方法制备的石墨烯纳米片横向尺寸为3.2μm，厚度为3.40nm；作为添加剂应用于润滑脂中，其摩擦系数和磨损体积分别改善了23.16％和37.85％。
实施例2：
(1)将块状石墨粉碎并筛选出5μm以下的粉末，称取该石墨粉1×10-2kg溶解在500ml去离子水中，加入3×10-2kg氢氧化钠并磁力搅拌使其混合均匀。随后，将悬浮液转移到1L高压釜中，并在200℃下以30rpm/min的转速加热2h。接着，将水热处理后的中间产物转移至恒温摇床中以330W功率超声2h。然后，将中间产物干燥后加入柠檬酸并在管式炉中升至650℃，恒温1h。最后，将产物进行收集、中和，并在2500rpm/min转速下离心10min，经洗涤、过滤、干燥即得石墨烯纳米片。
(2)将干燥后的产物按照0.5wt.％添加量来称取5×10-5kg分散在无水乙醇中超声得到均匀的石墨烯分散液；在机械搅拌下将上述分散液滴加到90℃的昆仑牌2号白色特种润滑脂中；待冷却后反复研磨至混合均匀得到石墨烯基润滑脂。
由上述方法制备的石墨烯纳米片横向尺寸为2.7μm，厚度为3.12nm；作为添加剂应用于润滑脂中，其摩擦系数和磨损体积分别改善了26.74％和40.26％。
实施例3：
(1)将块状石墨粉碎并筛选出5μm以下的粉末，称取该石墨粉1×10-2kg溶解在500ml去离子水中，加入4×10-2kg氢氧化钠并磁力搅拌使其混合均匀。随后，将悬浮液转移到1L高压釜中，并在200℃下以30rpm/min的转速加热2h。接着，将水热处理后的中间产物转移至恒温摇床中以330W功率超声2h。然后，将中间产物干燥后加入柠檬酸并在管式炉中升至650℃，恒温1h。最后，将产物进行收集、中和，并在2500rpm/min转速下离心10min，经洗涤、过滤、干燥即得石墨烯纳米片。
(2)将干燥后的产物按照0.5wt.％添加量来称取5×10-5kg分散在无水乙醇中超声得到均匀的石墨烯分散液；在机械搅拌下将上述分散液滴加到90℃的昆仑牌2号白色特种润滑脂中；待冷却后反复研磨至混合均匀得到石墨烯基润滑脂。
由上述方法制备的石墨烯纳米片横向尺寸为2.5μm，厚度为2.67nm；作为添加剂应用于润滑脂中，其摩擦系数和磨损体积分别改善了29.34％和42.93％。
实施例4：
(1)将块状石墨粉碎并筛选出5μm以下的粉末，称取该石墨粉1×10-2kg溶解在500ml去离子水中，加入4×10-2kg氢氧化钠并磁力搅拌使其混合均匀。随后，将悬浮液转移到1L高压釜中，并在230℃下以30rpm/min的转速加热2h。接着，将水热处理后的中间产物转移至恒温摇床中以330W功率超声2h。然后，将中间产物干燥后加入柠檬酸并在管式炉中升至650℃，恒温1h。最后，将产物进行收集、中和，并在2500rpm/min转速下离心10min，经洗涤、过滤、干燥即得石墨烯纳米片。
(2)将干燥后的产物按照0.5wt.％添加量来称取5×10-5kg分散在无水乙醇中超声得到均匀的石墨烯分散液；在机械搅拌下将上述分散液滴加到90℃的昆仑牌2号白色特种润滑脂中；待冷却后反复研磨至混合均匀得到石墨烯基润滑脂。
由上述方法制备的石墨烯纳米片横向尺寸为2.9μm，厚度为2.90nm；作为添加剂应用于润滑脂中，其摩擦系数和磨损体积分别改善了31.67％和43.71％。
实施例5：
(1)将块状石墨粉碎并筛选出5μm以下的粉末，称取该石墨粉1×10-2kg溶解在500ml去离子水中，加入4×10-2kg氢氧化钠并磁力搅拌使其混合均匀。随后，将悬浮液转移到1L高压釜中，并在260℃下以30rpm/min的转速加热2h。接着，将水热处理后的中间产物转移至恒温摇床中以330W功率超声2h。然后，将中间产物干燥后加入柠檬酸并在管式炉中升至650℃，恒温1h。最后，将产物进行收集、中和，并在2500rpm/min转速下离心10min，经洗涤、过滤、干燥即得石墨烯纳米片。
(2)将干燥后的产物按照0.5wt.％添加量来称取5×10-5kg分散在无水乙醇中超声得到均匀的石墨烯分散液；在机械搅拌下将上述分散液滴加到90℃的昆仑牌2号白色特种润滑脂中；待冷却后反复研磨至混合均匀得到石墨烯基润滑脂。
由上述方法制备的石墨烯纳米片横向尺寸为3.2μm，厚度为2.72nm；作为添加剂应用于润滑脂中，其摩擦系数和磨损体积分别改善了35.26％和43.98％。
实施例6：
(1)将块状石墨粉碎并筛选出5μm以下的粉末，称取该石墨粉1×10-2kg溶解在500ml去离子水中，加入4×10-2kg氢氧化钠并磁力搅拌使其混合均匀。随后，将悬浮液转移到1L高压釜中，并在260℃下以60rpm/min的转速加热2h。接着，将水热处理后的中间产物转移至恒温摇床中以330W功率超声2h。然后，将中间产物干燥后加入柠檬酸并在管式炉中升至650℃，恒温1h。最后，将产物进行收集、中和，并在2500rpm/min转速下离心10min，经洗涤、过滤、干燥即得石墨烯纳米片。
(2)将干燥后的产物按照0.5wt.％添加量来称取5×10-5kg分散在无水乙醇中超声得到均匀的石墨烯分散液；在机械搅拌下将上述分散液滴加到90℃的昆仑牌2号白色特种润滑脂中；待冷却后反复研磨至混合均匀得到石墨烯基润滑脂。
由上述方法制备的石墨烯纳米片横向尺寸为3.3μm，厚度为2.83nm；作为添加剂应用于润滑脂中，其摩擦系数和磨损体积分别改善了35.48％和44.50％。
实施例7：
(1)将块状石墨粉碎并筛选出5μm以下的粉末，称取该石墨粉1×10-2kg溶解在500ml去离子水中，加入4×10-2kg氢氧化钠并磁力搅拌使其混合均匀。随后，将悬浮液转移到1L高压釜中，并在260℃下以60rpm/min的转速加热2h。接着，将水热处理后的中间产物转移至恒温摇床中以360W功率超声2h。然后，将中间产物干燥后加入柠檬酸并在管式炉中升至650℃，恒温1h。最后，将产物进行收集、中和，并在2500rpm/min转速下离心10min，经洗涤、过滤、干燥即得石墨烯纳米片。
(2)将干燥后的产物按照0.5wt.％添加量来称取5×10-5kg分散在无水乙醇中超声得到均匀的石墨烯分散液；在机械搅拌下将上述分散液滴加到90℃的昆仑牌2号白色特种润滑脂中；待冷却后反复研磨至混合均匀得到石墨烯基润滑脂。
由上述方法制备的石墨烯纳米片横向尺寸为2.7μm，厚度为2.56nm；作为添加剂应用于润滑脂中，其摩擦系数和磨损体积分别改善了37.92％和47.88％。
实施例8：
(1)将块状石墨粉碎并筛选出5μm以下的粉末，称取该石墨粉1×10-2kg溶解在500ml去离子水中，加入4×10-2kg氢氧化钠并磁力搅拌使其混合均匀。随后，将悬浮液转移到1L高压釜中，并在260℃下以60rpm/min的转速加热2h。接着，将水热处理后的中间产物转移至恒温摇床中以400W功率超声2h。然后，将中间产物干燥后加入柠檬酸并在管式炉中升至650℃，恒温1h。最后，将产物进行收集、中和，并在2500rpm/min转速下离心10min，经洗涤、过滤、干燥即得石墨烯纳米片。
(2)将干燥后的产物按照0.5wt.％添加量来称取5×10-5kg分散在无水乙醇中超声得到均匀的石墨烯分散液；在机械搅拌下将上述分散液滴加到90℃的昆仑牌2号白色特种润滑脂中；待冷却后反复研磨至混合均匀得到石墨烯基润滑脂。
由上述方法制备的石墨烯纳米片横向尺寸为1.9μm，厚度为2.48nm；作为添加剂应用于润滑脂中，其摩擦系数和磨损体积分别改善了39.10％和50.36％。
实施例9：
(1)将块状石墨粉碎并筛选出5μm以下的粉末，称取该石墨粉1×10-2kg溶解在500ml去离子水中，加入4×10-2kg氢氧化钠并磁力搅拌使其混合均匀。随后，将悬浮液转移到1L高压釜中，并在260℃下以60rpm/min的转速加热2h。接着，将水热处理后的中间产物转移至恒温摇床中以400W功率超声2h。然后，将中间产物干燥后加入柠檬酸并在管式炉中升至750℃，恒温1h。最后，将产物进行收集、中和，并在2500rpm/min转速下离心10min，经洗涤、过滤、干燥即得石墨烯纳米片。
(2)将干燥后的产物按照0.5wt.％添加量来称取5×10-5kg分散在无水乙醇中超声得到均匀的石墨烯分散液；在机械搅拌下将上述分散液滴加到90℃的昆仑牌2号白色特种润滑脂中；待冷却后反复研磨至混合均匀得到石墨烯基润滑脂。
由上述方法制备的石墨烯纳米片横向尺寸为1.8μm，厚度为2.37nm；作为添加剂应用于润滑脂中，其摩擦系数和磨损体积分别改善了40.13％和51.79％。
实施例10：
(1)将块状石墨粉碎并筛选出5μm以下的粉末，称取该石墨粉1×10-2kg溶解在500ml去离子水中，加入4×10-2kg氢氧化钠并磁力搅拌使其混合均匀。随后，将悬浮液转移到1L高压釜中，并在260℃下以60rpm/min的转速加热2h。接着，将水热处理后的中间产物转移至恒温摇床中以400W功率超声2h。然后，将中间产物干燥后加入柠檬酸并在管式炉中升至850℃，恒温1h。最后，将产物进行收集、中和，并在2500rpm/min转速下离心10min，经洗涤、过滤、干燥即得石墨烯纳米片。
(2)将干燥后的产物按照0.5wt.％添加量来称取5×10-5kg分散在无水乙醇中超声得到均匀的石墨烯分散液；在机械搅拌下将上述分散液滴加到90℃的昆仑牌2号白色特种润滑脂中；待冷却后反复研磨至混合均匀得到石墨烯基润滑脂。
由上述方法制备的石墨烯纳米片横向尺寸为1.8μm，厚度为2.12nm；作为添加剂应用于润滑脂中，其摩擦系数和磨损体积分别改善了42.97％和52.03％。
实施例11：
(1)将块状石墨粉碎并筛选出5μm以下的粉末，称取该石墨粉1×10-2kg溶解在500ml去离子水中，加入4×10-2kg氢氧化钠并磁力搅拌使其混合均匀。随后，将悬浮液转移到1L高压釜中，并在260℃下以60rpm/min的转速加热2h。接着，将水热处理后的中间产物转移至恒温摇床中以400W功率超声2h。然后，将中间产物干燥后加入碳酸氢铵并在管式炉中升至850℃，恒温1h。最后，将产物进行收集、中和，并在2500rpm/min转速下离心10min，经洗涤、过滤、干燥即得石墨烯纳米片。
(2)将干燥后的产物按照0.5wt.％添加量来称取5×10-5kg分散在无水乙醇中超声得到均匀的石墨烯分散液；在机械搅拌下将上述分散液滴加到90℃的昆仑牌2号白色特种润滑脂中；待冷却后反复研磨至混合均匀得到石墨烯基润滑脂。
由上述方法制备的石墨烯纳米片横向尺寸为2.8μm，厚度为3.27nm；作为添加剂应用于润滑脂中，其摩擦系数和磨损体积分别改善了28.50％和37.46％。
实施例12：
(1)将块状石墨粉碎并筛选出5μm以下的粉末，称取该石墨粉1×10-2kg溶解在500ml去离子水中，加入4×10-2kg氢氧化钾并磁力搅拌使其混合均匀。随后，将悬浮液转移到1L高压釜中，并在260℃下以60rpm/min的转速加热2h。接着，将水热处理后的中间产物转移至恒温摇床中以400W功率超声2h。然后，将中间产物干燥后加入柠檬酸并在管式炉中升至850℃，恒温1h。最后，将产物进行收集、中和，并在2500rpm/min转速下离心10min，经洗涤、过滤、干燥即得石墨烯纳米片。
(2)将干燥后的产物按照0.5wt.％添加量来称取5×10-5kg分散在无水乙醇中超声得到均匀的石墨烯分散液；在机械搅拌下将上述分散液滴加到90℃的昆仑牌2号白色特种润滑脂中；待冷却后反复研磨至混合均匀得到石墨烯基润滑脂。
由上述方法制备的石墨烯纳米片横向尺寸为3.1μm，厚度为3.67nm；作为添加剂应用于润滑脂中，其摩擦系数和磨损体积分别改善了30.41％和42.67％。
实施例13：
(1)将块状石墨粉碎并筛选出5μm以下的粉末，称取该石墨粉1×10-2kg溶解在500ml去离子水中，加入4×10-2kg氢氧化钙并磁力搅拌使其混合均匀。随后，将悬浮液转移到1L高压釜中，并在260℃下以60rpm/min的转速加热2h。接着，将水热处理后的中间产物转移至恒温摇床中以400W功率超声2h。然后，将中间产物干燥后加入柠檬酸并在管式炉中升至850℃，恒温1h。最后，将产物进行收集、中和，并在2500rpm/min转速下离心10min，经洗涤、过滤、干燥即得石墨烯纳米片。
(2)将干燥后的产物按照0.5wt.％添加量来称取5×10-5kg分散在无水乙醇中超声得到均匀的石墨烯分散液；在机械搅拌下将上述分散液滴加到90℃的昆仑牌2号白色特种润滑脂中；待冷却后反复研磨至混合均匀得到石墨烯基润滑脂。
由上述方法制备的石墨烯纳米片横向尺寸为2.2μm，厚度为2.68nm；作为添加剂应用于润滑脂中，其摩擦系数和磨损体积分别改善了40.14％和50.73％。
实施例14：
(1)步骤一同实施例10。
(2)将干燥后的产物按照0.5wt.％添加量来称取5×10-5kg分散在无水乙醇中超声得到均匀的石墨烯分散液；在机械搅拌下将上述分散液滴加到90℃的昆仑牌2号锂基润滑脂中；待冷却后反复研磨至混合均匀得到石墨烯基润滑脂。
由上述方法制备的石墨烯纳米片横向尺寸为1.8μm，厚度为2.12nm；作为添加剂应用于润滑脂中，其摩擦系数和磨损体积分别改善了19.25％和27.13％。
实施例15：
(1)步骤一同实施例10。
(2)将干燥后的产物按照0.5wt.％添加量来称取5×10-5kg分散在无水乙醇中超声得到均匀的石墨烯分散液；在机械搅拌下将上述分散液滴加到90℃的昆仑牌2号钙基润滑脂中；待冷却后反复研磨至混合均匀得到石墨烯基润滑脂。
由上述方法制备的石墨烯纳米片横向尺寸为1.8μm，厚度为2.12nm；作为添加剂应用于润滑脂中，其摩擦系数和磨损体积分别改善了11.70％和15.86％。
表1为实施例1-15中所制备得石墨烯纳米片质量及其相应的石墨烯基润滑脂的摩擦性能对比表。
表1
Figure BDA0002442757290000091
Figure BDA0002442757290000101
测试条件说明:以实施例中所述的润滑脂作为空白润滑脂，在MFT-5000多功能摩擦磨损试验机上进行相应的石墨烯基润滑脂的摩擦性能测试。将润滑脂均匀涂覆在钢板(316L)表面，在温度25℃，频率2Hz，载荷15N的条件下往复摩擦30min以采集数据。
对比例1：
(1)首先，将质量比为1:1的石墨粉和尿素混合在一起，并在玛瑙研钵中粉碎，以获得均匀的固体粉末。随后，将获得的GO-尿素混合物转移到内衬聚四氟乙烯的高压釜(25mL)中，并在不添加任何溶剂的情况下在160℃下加热12h。然后，将获得的产物浸入50ml去离子水中搅拌均匀，以7000rpm离心5分钟以去除未反应的尿素。接着，将反应产物分散在乙醇中超声处理60分钟，输出功率为300W。最后，将分散液置于80℃烘箱内干燥以获得黑色石墨烯粉末。
(2)将干燥后的产物按照0.5wt.％添加量来称取5×10-5kg分散在无水乙醇中超声得到均匀的石墨烯分散液；在机械搅拌下将上述分散液滴加到90℃的昆仑牌2号白色特种润滑脂中；待冷却后反复研磨至混合均匀得到石墨烯基润滑脂。
由上述对比方法制备的石墨烯纳米片横向尺寸为3.5μm，厚度为2.74nm；作为添加剂应用于润滑脂中，其摩擦系数和磨损体积分别改善了37.33％和45.17％。
对比例2：
(1)将石墨粉和离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐按1:1质量比混合，加入20ml去离子水搅拌均匀后移入50ml锥形瓶中密封。然后，将锥形瓶置于60℃的恒温摇床中，用300W的超声探头对其进行尖端超声2h。最后，用无水乙醇离心并洗涤超声后的石墨烯分散液，并在80℃烘箱内干燥得到黑色石墨烯粉末。
(2)将干燥后的产物按照0.5wt.％添加量来称取5×10-5kg分散在无水乙醇中超声得到均匀的石墨烯分散液；在机械搅拌下将上述分散液滴加到90℃的昆仑牌2号白色特种润滑脂中；待冷却后反复研磨至混合均匀得到石墨烯基润滑脂。
由上述对比方法制备的石墨烯纳米片横向尺寸为1.2μm，厚度为1.67nm；作为添加剂应用于润滑脂中，其摩擦系数和磨损体积分别改善了47.89％和56.33％。
对比例3：
(1)首先，将质量比1：1的石墨粉和柠檬酸钠均匀混合，加入40mlNMP溶液和10ml去离子水充分搅拌。然后，使用超声清洗器(300W，25kHz)在室温下将混合物超声处理4h。最后，将分散体在3000rpm下离心5分钟，以除去未剥落的石墨。将离心后的石墨置于80℃烘箱内干燥得到黑色石墨烯粉末。
(2)将干燥后的产物按照0.5wt.％添加量来称取5×10-5kg分散在无水乙醇中超声得到均匀的石墨烯分散液；在机械搅拌下将上述分散液滴加到90℃的昆仑牌2号白色特种润滑脂中；待冷却后反复研磨至混合均匀得到石墨烯基润滑脂。
由上述对比方法制备的石墨烯纳米片横向尺寸为2.8μm，厚度为3.34nm；作为添加剂应用于润滑脂中，其摩擦系数和磨损体积分别改善了30.67％和39.50％。
表2为对比例1-3中石墨烯纳米片的质量及其相应的石墨烯基润滑脂摩擦性能数据与最优实施例(实施例10)的摩擦性能对比表。
表2
Figure BDA0002442757290000111
Figure BDA0002442757290000121
测试条件说明:以昆仑2号白色特种润滑脂作为空白润滑脂，在MFT-5000多功能摩擦磨损试验机上进行相应的石墨烯基润滑脂的摩擦性能测试。将润滑脂均匀涂覆在钢板(316L)表面，在温度25℃，频率2Hz，载荷15N的条件下往复摩擦30min以采集数据。

Claims (8)

1.一种石墨烯润滑脂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）以天然块状石墨为碳源，在粉碎机中将其打磨成粉末，筛选出粒径在5μm以下的石墨粉；
（2）以碱金属氢氧化物作为插层剂，将其与上述石墨粉混合并加水溶解后得到悬浊液；
（3）将步骤（2）所得悬浊液在均相反应器中进行恒温热处理；
（4）热处理后的悬浊液超声处理，干燥；
（5）步骤（4）所得产物中加入饱和的膨胀剂，利用管式炉在高温下热膨胀，最后将产物洗涤、离心、过滤、干燥即得石墨烯纳米片；
（6）将上述石墨烯纳米片分散在无水乙醇中超声得到均匀的石墨烯分散液；在机械搅拌下将该分散液滴加到热的润滑脂中，待冷却后反复研磨至混合均匀得到石墨烯基润滑脂。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙中的一种或两种的混合物，其中石墨粉与碱金属氢氧化物的质量比为1：2~4。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，悬浊液在均相反应器中的热处理温度为200~260℃，转速为30~60 rpm/min，恒温时间为2h。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，超声处理的功率为300~400W，时间为2h。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（5）中，膨胀剂为柠檬酸、碳酸氢铵中的一种，热膨胀的温度为650~850℃，恒温时间为1h。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（6）中，润滑脂选用白色特种润滑脂、锂基润滑脂、钙基润滑脂中的一种。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（6）中，石墨烯纳米片在润滑脂中的添加量为0.5wt.%。
8.如权利要求1-7任一所述的方法制备的石墨烯润滑脂。
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