CN113999356A - 碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料的原位制备方法及应用 - Google Patents
碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料的原位制备方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113999356A CN113999356A CN202111214105.3A CN202111214105A CN113999356A CN 113999356 A CN113999356 A CN 113999356A CN 202111214105 A CN202111214105 A CN 202111214105A CN 113999356 A CN113999356 A CN 113999356A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solution
- phenolic resin
- carbon
- carbon nano
- carbon nanomaterial
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 126
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 108
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 95
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 title claims abstract description 74
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 71
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 title claims abstract description 41
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 50
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims abstract description 28
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 3
- NOEGNKMFWQHSLB-UHFFFAOYSA-N 5-hydroxymethylfurfural Chemical compound OCC1=CC=C(C=O)O1 NOEGNKMFWQHSLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- RJGBSYZFOCAGQY-UHFFFAOYSA-N hydroxymethylfurfural Natural products COC1=CC=C(C=O)O1 RJGBSYZFOCAGQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 32
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 10
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims description 10
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 8
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 92
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 19
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 13
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 13
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910000831 Steel Chemical group 0.000 description 10
- 239000010959 steel Chemical group 0.000 description 10
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000005457 ice water Substances 0.000 description 6
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 5
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 4
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 4
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 4
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 4
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 4
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- -1 hydroxyl alcohol Chemical compound 0.000 description 3
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 description 3
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G8/00—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only
- C08G8/04—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only of aldehydes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
- C08K3/041—Carbon nanotubes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
- C08K3/042—Graphene or derivatives, e.g. graphene oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
- C08K3/045—Fullerenes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
- C08K3/046—Carbon nanorods, nanowires, nanoplatelets or nanofibres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K9/00—Use of pretreated ingredients
- C08K9/02—Ingredients treated with inorganic substances
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16N—LUBRICATING
- F16N15/00—Lubrication with substances other than oil or grease; Lubrication characterised by the use of particular lubricants in particular apparatus or conditions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K2201/00—Specific properties of additives
- C08K2201/011—Nanostructured additives
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Lubricants (AREA)
Abstract
本发明属于聚合物自润滑复合材料领域，涉及碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料的原位制备方法及应用，该制备方法是指：将配制的纤维素/碳纳米材料溶液与木质素在酸介质作用下原位聚合反应，干燥后，得到碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料。本发明还公开了该碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料作为机械运动部件的应用。本发明制备方法简单、易操作、工艺稳定、成本低廉、可再生、无污染，作为新型润滑材料具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于聚合物自润滑复合材料领域，具体涉及碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料的原位制备及应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
酚醛树脂按合成方法的不同分为热固性和热塑性树脂，其发展和工业化应用已有百年历史，尤其是热塑性酚醛树脂，由于价格低廉，原料易得，合成简单，以及优异的化学惰性、阻燃性、烧蚀性、电绝缘性、成型加工性等，已成为工业部门一类重要的通用树脂。酚醛树脂复合材料因其性能可设计、自润滑、耐腐蚀和高温等优异性能，在许多工业领域的运动机构摩擦学设计中扮演不可或缺的作用。因此，对热塑性酚醛树脂复合材料的润滑性能的研究具有特别重要的意义。
传统单一的酚醛树脂已不能满足高端工业部件润滑工况的工作需求，为了提高酚醛树脂的润滑性能，通过在基体中添加纳米或微米尺度的颗粒或纤维来增强基体的润滑性能。然而，将多元化润滑填料加入到酚醛树脂基体中，填料的团聚和界面不相容现象非常普遍，从而大大降低复合材料的可加工性和润滑性能等。为了满足工业发展的要求，须对酚醛树脂进行化学改性，提高填料在基体材料中的分散性和界面相容性，以有力地加强其耐热性、韧性等综合性能。
发明内容
为了克服上述问题，本发明的目的在于提供碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料的原位制备及应用，合成的碳纳米材料/酚醛树脂复合材料，使得碳纳米材料在树脂基体中的分散性和界面相容性较好，复合材料获得了优异润滑特性和韧性。
本发明所要解决的另外一个技术问题是碳纳米材料/酚醛树脂复合材料在干摩擦条件下作为润滑轴承摩擦副材料的应用。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料的原位制备方法，包括：
以纤维素为原料制备羟甲基糠醛单体溶液；
碳纳米材料进行氧化，得到氧化碳纳米材料溶液；
将所述氧化碳纳米材料溶液与羟甲基糠醛单体溶液混合，得到羟甲基糠醛单体化学接枝碳纳米材料的复合溶液；
向所述羟甲基糠醛单体化学接枝碳纳米材料的复合溶液中加入木质素单体溶液进行原位聚合，干燥，即得。
本发明的第二个方面，提供了上述的方法制备了不同类型碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料。
本发明的第三个方面，提供了上述的不同类型碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料在机械运动部件中的应用，优选地，为机械轴承部件的润滑材料配副。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明以原位合成碳纳米材料/酚醛树脂复合材料为润滑材料，纤维素含有大量羟基基团易于吸附摩擦副表面，且纤维素水解后易在水中分散，干摩擦条件下配制得到不同质量分数的碳纳米材料/酚醛树脂复合材料、操作简单、工艺稳定、成本低廉、可再生、无污染，作为润滑材料符合商业化的工程宏观使用要求。
(2)经过摩擦学测试表明，本发明所得的碳纳米材料/酚醛树脂复合材料具有良好的润滑特性和抗磨损性能，因此，可以作为干摩擦条件下机械润滑轴承部件的摩擦副。
(3)本申请的操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本申请实施例1合成的纯热塑性酚醛树脂在销-盘上的摩擦测试曲线。
图2为本申请实施例2合成的0.1％氧化碳纳米材料/酚醛树脂复合材料在销-盘上的摩擦测试曲线。
图3为本申请实施例3合成的0.5％氧化碳纳米材料/酚醛树脂复合材料在销-盘上的摩擦测试曲线。
图4为本申请实施例4合成的1.0％氧化碳纳米材料/酚醛树脂复合材料在销-盘上的摩擦测试曲线。
图5为采用氧化碳纳米材料/酚醛树脂复合材料后磨损率的对比图，其中，NeatTPR为实施例1纯酚醛树脂，1.0TPR为实施例4制备的1.0％碳纳米材料/酚醛树脂复合材料。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
本发明提供了碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料的原位制备方法，将配制的纤维素/碳纳米材料溶液与木质素在硫酸作为催化剂的条件下原位聚合，碳纳米材料、纤维素溶液与木质素溶液最优配比为0.5：100：100，聚合反应结束后，于90-100℃下干燥，即得到碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料。
在一些实施例中，所述碳纳米材料包括：石墨烯、碳纳米管、富勒烯、碳纳米棒等，氧化碳纳米材料包括：氧化石墨烯、酸化的碳纳米管和酸化的富勒烯，或酸化的碳纳米棒。所述纤维素通过与硫酸(催化剂)混合加热到160℃，纤维素水解成为羟甲基糠醛，羟甲基糠醛分子链上的羟基与氧化碳纳米材料表面的含氧基团发生氢键作用，从而羟甲基糠醛单体接枝到氧化碳纳米材料表面，得到纤维素/碳纳米材料溶液，碳纳米材料优先选用氧化碳纳米材料与纤维素复合，所述的单体优选能够在水中水解形成含有羟基的单体的纤维素和木质素。
在一些实施例中，所述碳纳米材料/酚醛树脂润滑复合材料是按下述方法制得：
(1)在水溶液中配制纤维素溶液，整个反应体系的体积为1000mL，其中含有500mL纤维素溶液(1.0g/mL)和2.0ml H2SO4(0.1mol/L)，最终配制的溶液呈酸性，pH为2.4。将整个溶液放入1000ml烧杯中加热到160℃，并伴随磁力搅拌4h，随后得到1000mL羟甲基糠醛溶液。
(2)所得羟甲基糠醛溶液中加入去离子水，调节溶液pH值至6.0。
(3)将配制浓度为0.1％、0.5％、1.0％的碳纳米材料溶液添加到上述溶液中，得到的混合溶液升温至70-85℃，pH值为4.5，加入含有丰富羟基醇的木质素单体，磁力搅拌2h，随后将温度升至90-100℃，并不断地磁力搅拌，升温脱水，即得到碳纳米材料/酚醛树脂润滑复合材料。
在一些实施例中，所得羟甲基糠醛溶液中加入碳纳米材料和木质素溶液，木质素与羟甲基糠醛溶液按1:1配制，配制氧化碳纳米材料浓度为0.1％、0.5％、1.0％的混合溶液，氧化碳纳米材料的最优的质量浓度为0.5％。
在一些实施例中，所述碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料是按下述方法制得：
(1)在水中配制纤维素溶液，整个反应体系的体积为1000mL，其中含有500mL纤维素溶液(1g/mL)和2.0ml H2SO4(0.1mol/L)，最终配制的溶液pH为2.4。将整个溶液放入1000ml烧杯中加热到160℃，并伴随磁力搅拌4h，随后得到1000mL羟甲基糠醛单体溶液。
(2)所使用的碳纳米材料包括石墨烯、碳纳米管、富勒烯、碳纳米棒等，使用Hummer方法和购买的原料制备氧化碳纳米材料溶液，所得碳纳米材料表面含有丰富的亲水基团；浓硫酸和浓硝酸按体积比1:3配制溶液，将碳纳米管、富勒烯、碳纳米棒等加入到溶液中进行酸化，氧化的碳材料表面获得丰富的亲水基团，如羟基、羧基和含氧基团，通过Hummer方法制备氧化石墨烯溶液。
(3)所述的氧化碳纳米材料溶液加入到(1)的溶液中，搅拌4h；即得到羟甲基糠醛单体化学接枝碳纳米材料的复合溶液。
(4)配制浓度为0.1％、0.5％、1.0％的羟甲基糠醛单体化学接枝碳纳米材料的复合溶液，所得一定浓度溶液升温至70-85℃，调节pH值为4.5；随后加入含有丰富羟基醇的木质素单体，磁力搅拌2h，随后将温度升至90-100℃，并不断的磁力搅拌，升温脱水，即得到碳纳米材料/酚醛树脂复合材料。
(5)本申请的方法制备得到的碳纳米材料/热塑性酚醛树脂复合材料赋予其润滑性能，经过大气环境下的摩擦磨损测试后，摩擦系数达到0.2。因此，所得到的碳纳米材料/热塑性酚醛树脂复合材料能够满足机械轴承部件润滑性能。
如上述的一种碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料的原位制备所得的润滑材料的应用，该润滑材料可作为干摩擦条件下机械润滑轴承部件的摩擦配副。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
在水中配制纤维素溶液，整个反应体系的体积为1000mL，其中含有500mL纤维素溶液(1g/mL)和2.0ml H2SO4(0.1mol/L)，最终配制的溶液pH为2.4。将整个溶液放入1000ml烧杯中加热到160℃，并伴随磁力搅拌4h，随后得到1000mL羟甲基糠醛单体溶液。
将配制木质素单体溶液按比例1:1(摩尔比)加入到所述羟甲基糠醛溶液中，调节pH值至4.5，磁力搅拌2h，随后将温度升至90℃，并不断的磁力搅拌，升温脱水，即得到纯酚醛树脂材料。
所述纯酚醛树脂材料在干摩擦条件下测试摩擦系数曲线如图1所示。
实施例2
利用Hummer改进法制备石墨烯和氧化石墨烯溶液：首先，将1000mL的干燥烧瓶在冰水浴中冷却5min，然后加入100mL的分析纯的硫酸，搅拌中加入2g鳞片石墨、2g鳞片石墨、1.2g硝酸钠、8.0g高锰酸钾，反应在冰水浴中进行，并磁力搅拌2h。然后，将三口烧瓶取出，置于恒温加热搅拌器上，在35℃条件下磁力搅拌2h。最后，加入150mL去离子水，再将反应温度升高至95℃，继续磁力搅拌1h，得到浓度为50mg/L氧化石墨烯溶液；或将购买的碳纳米管、富勒烯、碳纳米棒等原料使用3％浓度的磷酸酸化处理，制备了氧化的碳纳米材料，酸化后的碳材料含有丰富的含氧官能团、羟基和羧基，最终配制质量浓度为0.1％的氧化碳纳米材料溶液。
在水中配制纤维素溶液，整个反应体系的体积为1000mL，其中含有500mL纤维素溶液(1g/mL)和2.0ml H2SO4(0.1mol/L)，最终配制的溶液pH为2.4。将整个溶液放入1000ml烧杯中加热到160℃，并伴随磁力搅拌4h，随后得到1000mL羟甲基糠醛单体溶液。
将配制质量浓度为0.1％氧化碳纳米材料溶液(氧化石墨烯溶液)加入到所述羟甲基糠醛溶液中，再将配制木质素单体溶液按比例1:1(摩尔比)加入到所述混合溶液中，调节pH值至4.5，，持续磁力搅拌2h，随后将温度升至90℃，升温脱水，即得到0.1％碳纳米材料/酚醛树脂润滑复合材料。
所述0.1％碳纳米材料/酚醛树脂润滑复合材料在干摩擦条件下进行的摩擦学测试曲线如图2所示。
实施例3
利用Hummer改进法制备石墨烯和氧化石墨烯溶液：首先，将1000mL的干燥烧瓶在冰水浴中冷却5min，然后加入100mL的分析纯的硫酸，搅拌中加入2g鳞片石墨、2g鳞片石墨、1.2g硝酸钠、8.0g高锰酸钾，反应在冰水浴中进行，并磁力搅拌2h。然后，将三口烧瓶取出，置于恒温加热搅拌器上，在35℃条件下磁力搅拌2h。最后，加入150mL去离子水，再将反应温度升高至95℃，继续磁力搅拌1h，得到浓度为50mg/L氧化石墨烯溶液；或将购买的碳纳米管、富勒烯、碳纳米棒等原料使用3％浓度的磷酸酸化处理制备氧化碳纳米材料，酸化后的碳材料含有丰富的含氧官能团、羟基和羧基，最终配制质量浓度为0.5％的氧化碳纳米材料溶液。
在水中配制纤维素溶液，整个反应体系的体积为1000mL，其中含有500mL纤维素溶液(1g/mL)和2.0ml H2SO4(0.1mol/L)，最终配制的溶液呈酸性，pH为2.4。将整个溶液放入1000ml烧杯中加热到160℃，并伴随磁力搅拌4h，随后得到1000mL羟甲基糠醛单体溶液。
将配制质量浓度为0.5％氧化碳纳米材料溶液(氧化石墨烯溶液)加入到所述羟甲基糠醛溶液中，再将配制木质素单体溶液按比例1:1(摩尔比)加入到所述混合溶液中，调节pH值至4.5，持续磁力搅拌2h，随后将温度升至90℃，升温脱水，即得到0.5％碳纳米材料/酚醛树脂润滑复合材料。
所述0.5％碳纳米材料/酚醛树脂润滑复合材料在干摩擦条件下进行的摩擦学测试曲线如图3所示。
实施例4
利用Hummer改进法制备石墨烯和氧化石墨烯溶液：首先，将1000mL的干燥烧瓶在冰水浴中冷却5min，然后加入100mL的分析纯的硫酸，搅拌中加入2g鳞片石墨、2g鳞片石墨、1.2g硝酸钠、8.0g高锰酸钾，反应在冰水浴中进行，并磁力搅拌2h。然后，将三口烧瓶取出，置于恒温加热搅拌器上，在35℃条件下磁力搅拌2h。最后，加入150mL去离子水，再将反应温度升高至95℃，继续磁力搅拌1h，得到浓度为50mg/L氧化石墨烯溶液；或将购买的碳纳米管、富勒烯、碳纳米棒等原料使用3％浓度的磷酸酸化处理制备氧化碳纳米材料，酸化后的碳材料含有丰富的含氧官能团、羟基和羧基，最终配制质量浓度为1.0％的氧化碳纳米材料溶液。
在水中配制纤维素溶液，整个反应体系的体积为1000mL，其中含有500mL纤维素溶液(1g/mL)和2.0ml H2SO4(0.1mol/L)，最终配制的溶液呈酸性，PH为2.4。将整个溶液放入1000ml烧杯中加热到160℃，并伴随磁力搅拌4h，随后得到1000mL羟甲基糠醛单体溶液。
将配制质量浓度为1.0％氧化碳纳米材料溶液(氧化石墨烯溶液)加入到所述羟甲基糠醛溶液中，再将配制木质素单体溶液按比例1:1(摩尔比)加入到所述混合溶液中，调节pH值至4.5，持续磁力搅拌2h，随后将温度升至100℃，升温脱水，即得到1.0％碳纳米材料/酚醛树脂润滑复合材料。
所述1.0％碳纳米材料/酚醛树脂润滑复合材料在干摩擦条件下进行的摩擦学测试曲线如图4所示。
实施例5
碳纳米材料/酚醛树脂润滑复合材料是按下述方法制得：
(1)在水溶液中配制纤维素溶液，整个反应体系的体积为1000mL，其中含有500mL纤维素溶液(1.0g/mL)和2.0ml H2SO4(0.1mol/L)，最终配制的溶液呈酸性，pH为2.4。将整个溶液放入1000ml烧杯中加热到160℃，并伴随磁力搅拌4h，随后得到1000mL羟甲基糠醛溶液。
(2)所得羟甲基糠醛溶液中加入去离子水，调节溶液pH值至6.0。
(3)将购买的碳纳米管、富勒烯、碳纳米棒等使用3％浓度的磷酸酸化处理制备氧化碳纳米材料，酸化后的碳材料含有丰富的含氧官能团、羟基和羧基。配制质量浓度为0.1％、0.5％、1.0％的氧化碳纳米材料溶液。
将配制浓度为0.1％、0.5％、1.0％的碳纳米材料溶液添加到羟甲基糠醛溶液中，得到的混合溶液升温至70℃，调节pH值为4.5，加入含有丰富羟基醇的木质素单体溶液，其中，木质素与羟甲基糠醛溶液按1:1(摩尔比)配制，磁力搅拌2h，随后将温度升至100℃，并不断的磁力搅拌，升温脱水，即得到0.1％、0.5％、1.0％的碳纳米材料/酚醛树脂润滑复合材料。
实验例1
将采用销-盘干摩擦进行摩擦学性能测试，摩擦副为纯酚醛树脂与钢环配副，实验结果表明，实施例1制备的纯酚醛树脂与钢环对磨后的摩擦系数为0.40。
实验例2
将采用销-盘干摩擦进行摩擦学性能测试，摩擦副为0.1％碳纳米材料/酚醛树脂复合材料与钢环配副，实验结果表明，实施例2制备的0.1％碳纳米材料/酚醛树脂复合材料与钢环对磨后的摩擦系数为0.30。
实验例3
将采用销-盘干摩擦进行摩擦学性能测试，摩擦副为0.5％碳纳米材料/酚醛树脂复合材料与钢环配副，实验结果表明，实施例3制备的0.5％碳纳米材料/酚醛树脂复合材料与钢环对磨后的摩擦系数为0.20。
实验例4
将采用销-盘干摩擦进行摩擦学性能测试，摩擦副为1.0％碳纳米材料/酚醛树脂复合材料与钢环配副，实验结果表明，实验例4制备的1.0％碳纳米材料/酚醛树脂复合材料与钢环对磨后的摩擦系数为0.24。
摩擦学性能测试：
对实施例1纯酚醛树脂和实施例2-4制备得到的碳纳米材料/酚醛树脂复合材料进行摩擦磨损测试，在干摩擦条件下采用销-盘摩擦磨损试验机进行测试(TRM1000,Wazau,德国)，其中，轴承钢钢盘作为下试样被固定在平底盘上，市售的直径为60mm的钢球作为对偶球被固定在上面作为上试样。测试时间3h、载荷5MPa。
采用origin 9.0软件作图绘制摩擦磨损曲线图(参见图1至图4)，结果表明：相比较纯纯酚醛树脂而言，原位合成碳纳米材料/酚醛树脂复合材料的摩擦系数降至到0.2，磨损率降低2个数量级，进一步证明原位合成复合材料可作为润滑材料使用。磨损率降低两个数量级(如图5)，其中，Neat TPR为实施例1纯酚醛树脂，1.0TPR为实施例4制备的1.0％碳纳米材料/酚醛树脂复合材料。。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料的原位制备方法，其特征在于，包括：
以纤维素为原料制备羟甲基糠醛单体溶液；
碳纳米材料进行氧化，得到氧化碳纳米材料溶液；将所述氧化碳纳米材料溶液与羟甲基糠醛单体溶液混合，得到羟甲基糠醛单体化学接枝碳纳米材料的复合溶液；
向所述羟甲基糠醛单体化学接枝碳纳米材料的复合溶液中加入木质素单体溶液进行原位聚合，干燥，即得。
2.如权利要求1所述的碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料的原位制备方法，其特征在于，将木质素单体溶液与羟甲基糠醛单体溶液混合均匀，再加入所述氧化碳纳米材料溶液进行原位聚合，干燥，得到碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料。
3.如权利要求1所述的碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料的原位制备方法，其特征在于，所述羟甲基糠醛单体溶液的制备方法为：以纤维素原料，在硫酸存在条件下，水解而得。
4.如权利要求1所述的碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料的原位制备方法，其特征在于，所述碳纳米材料为石墨烯、碳纳米管、富勒烯或碳纳米棒。
5.如权利要求1所述的碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料的原位制备方法，其特征在于，所述氧化碳纳米材料溶液为氧化石墨烯溶液、酸化碳纳米管溶液、酸化富勒烯溶液或酸化的碳纳米棒溶液。
6.如权利要求1所述的碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料的原位制备方法，其特征在于，碳纳米材料、纤维素溶液与木质素溶液的配比为0.5：90～100：90～100。
7.如权利要求1所述的碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料的原位制备方法，其特征在于，所述碳纳米材料溶液的浓度为0.1％～1.0％。
8.如权利要求1所述的碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料的原位制备方法，其特征在于，所述原位聚合的步骤为：将所述羟甲基糠醛单体化学接枝碳纳米材料的复合溶液升温至70-85℃，pH值为4.5～4.7，加入木质素单体溶液，升温至90～100℃，进行反应。
9.权利要求1-8任一项所述的方法制备的碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料。
10.权利要求9所述的碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料在制备机械运动部件中的应用，优选地，为机械轴承部件的润滑材料配副。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111214105.3A CN113999356B (zh) | 2021-10-19 | 2021-10-19 | 碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料的原位制备方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111214105.3A CN113999356B (zh) | 2021-10-19 | 2021-10-19 | 碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料的原位制备方法及应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113999356A true CN113999356A (zh) | 2022-02-01 |
| CN113999356B CN113999356B (zh) | 2023-10-27 |
Family
ID=79923142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111214105.3A Active CN113999356B (zh) | 2021-10-19 | 2021-10-19 | 碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料的原位制备方法及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113999356B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102850561A (zh) * | 2012-10-09 | 2013-01-02 | 桂林理工大学 | 介孔分子筛原位增强酚醛树脂基摩擦材料的制备方法 |
| CN104004150A (zh) * | 2014-06-16 | 2014-08-27 | 武汉科技大学 | 能原位生成石墨烯的酚醛树脂及其制备方法 |
| CN107226892A (zh) * | 2017-06-02 | 2017-10-03 | 武汉燃控碳烯科技有限公司 | 一种能原位生成碳纳米管的改性酚醛树脂及其制备方法 |
| CN112708087A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-04-27 | 威海鸿宇复合材料有限责任公司 | 一种纳米二氧化硅改性水性酚醛树脂及其制备方法 |
-
2021
- 2021-10-19 CN CN202111214105.3A patent/CN113999356B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102850561A (zh) * | 2012-10-09 | 2013-01-02 | 桂林理工大学 | 介孔分子筛原位增强酚醛树脂基摩擦材料的制备方法 |
| CN104004150A (zh) * | 2014-06-16 | 2014-08-27 | 武汉科技大学 | 能原位生成石墨烯的酚醛树脂及其制备方法 |
| CN107226892A (zh) * | 2017-06-02 | 2017-10-03 | 武汉燃控碳烯科技有限公司 | 一种能原位生成碳纳米管的改性酚醛树脂及其制备方法 |
| CN112708087A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-04-27 | 威海鸿宇复合材料有限责任公司 | 一种纳米二氧化硅改性水性酚醛树脂及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113999356B (zh) | 2023-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| He et al. | Friction and wear of MoO3/graphene oxide modified glass fiber reinforced epoxy nanocomposites | |
| CN100365055C (zh) | 稀土改性碳纳米管/聚四氟乙烯复合材料的制备方法 | |
| Nie et al. | Preparation and tribological properties of polyimide/carboxyl-functionalized multi-walled carbon nanotube nanocomposite films under seawater lubrication | |
| CN105504763B (zh) | 晶须增强聚醚醚酮复合材料及其制备方法 | |
| CN107663328B (zh) | 碳纤维和二氧化硅纳米球协同填充的超高分子量聚乙烯耐磨材料的制备方法 | |
| CN110591787B (zh) | 一种无溶剂碳纳米管类流体的应用 | |
| CN105754288A (zh) | 聚醚醚酮耐磨复合材料、制备方法及其在机械抛光保持环方面的应用 | |
| CN110922716B (zh) | 一种聚醚醚酮复合材料及其制备方法 | |
| CN104629275A (zh) | 一种高导电稳定性石墨烯复合材料的制备方法 | |
| CN101671465B (zh) | 一种环氧树脂/聚四氟乙烯/碳纤维复合材料的制备方法 | |
| CN107177165A (zh) | 一种导热型碳纳米管/环氧树脂复合材料及其制备方法 | |
| CN113980718B (zh) | 一种碳球/二维共价有机聚合物纳米颗粒的制备方法 | |
| CN113999356B (zh) | 碳纳米材料/酚醛树脂润滑材料的原位制备方法及应用 | |
| CN108753106B (zh) | 一种纳米杂化材料改性环氧树脂自润滑复合涂层及其制备方法 | |
| US11592069B2 (en) | Yaw brake pad and method of producing the same | |
| CN101544824A (zh) | 玄武岩纤维增强聚合物基自润滑材料及其制备方法 | |
| CN100348667C (zh) | 稀土改性碳纳米管/聚酰亚胺复合材料的制备方法 | |
| CN111500014B (zh) | 一种聚醚醚酮复合材料及其制备方法 | |
| CN112300852A (zh) | 一种基于表面修饰的纳米碳材料复合添加剂及其制备方法 | |
| CN108277056B (zh) | 石墨烯改性润滑油及其制备方法 | |
| CN111393799B (zh) | 一种减摩耐磨碳纳米笼/环氧树脂自润滑复合材料及其制备方法 | |
| CN113549298A (zh) | 一种耐磨性强的合成树脂及其制备方法 | |
| CN113502006A (zh) | 一种纳米复合橡胶及其制备方法 | |
| CN113502072A (zh) | 一种纳米复合涂层及其制备方法 | |
| CN113388233A (zh) | 一种导电环氧树脂基耐磨材料制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |