CN115386415A - 提高石墨烯在超精加工液中分散稳定性的配方及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高石墨烯在超精加工液中分散稳定性的配方及制备方法，本发明提供的配方包括以下重量份的组分；基础油20~45；防锈剂10~20；润滑剂5~8；消泡剂0.1~0.5；乳化剂2~8；PVP K900.1~1；1mg/ml石墨烯分散液0.01~2；去离子水余量。本发明通过聚乙烯吡咯烷酮能微量加入到石墨烯超精加工液中，使其对石墨烯有增溶作用，最后达到平衡，避免其析出，能提高石墨烯在超精加工液的分散作用，有效成分能充分吸附于工件表面，帮助提升工件加工质量。
Description
技术领域
本发明属于金属加工液技术领域，具体涉及一种提高石墨烯在超精加工液中分散稳定性的配方及制备方法。
背景技术
所有机械在运动中均会发生各种各样的摩擦磨损，现代机械加工行业中随着机床与刀具技术的革新，企业生产效率越来越高，为了改善超精加工液的性能，往往需要在加工液中加入为减少摩擦磨损的添加剂，近年来为了克服传统添加剂中含有硫（S）、磷（P）、氯（Cl）等有害物质造成的金属腐蚀和环境污染，在超精加工液中加入固体润滑材料已经越来越受到业界的关注。特别是纳米材料技术的不断进步和广泛应用，对超精加工液中固体添加剂的应用产生了巨大的推动。金属切削液主要分为水溶性和油性的金属切削液。水溶性润滑油因价格便宜、污染小、冷却性好成为当前金属切削液的重要研究方向。但是水溶性的金属切削液的润滑性较差,因此润滑添加剂的研究就成了目前的研究热点。近来碳纳米材料,比如石墨烯,已经被研究作为水润滑添加剂,并且显示出良好的摩擦学性能。但是这些材料大多数是疏水的,是无法在水中溶解和分散,因此,必须对它们进行亲水或亲油处理,才能被用作相应的水基润滑添加剂或油性润滑添加剂。
申请号为CN201611153220.3中国发明专利公开了一种环保型切削液及其制备方法，切削液中添加有石墨烯分散液以及纳米钻石烯分散液。本发明环保型切削液配方中不含有污染环境的物质，对环境污染小，绿色环保；其中加入的纳米钻石烯硬度高、耐磨性强；加入的石墨烯减摩性强；刀具使用寿命长，工件表面加工质量高。但是石墨烯在金属加工液中分散性很差，而且其本身是纳米材料，很多特性都是在纳米微粒情况才能得到体现，一旦在加工液中发生聚团以后，大幅度影响其性能的发挥。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：一种提高石墨烯在超精加工液中分散稳定性的配方，按重量份如下：
基础油 20~45
防锈剂 10~20
润滑剂 5~8
消泡剂 0.1~0.5
乳化剂 2~8
PVP K90 0.1~2
1mg/ml石墨烯分散液 0.01~2
去离子水 余量。
进一步的，还包括纳米添加剂和表面活性剂，配方优选的重量份为：
基础油 20~45
防锈剂 10~20
润滑剂 5~8
消泡剂 0.1~0.5
乳化剂 2~8
PVP K90 0.1~2
1mg/ml石墨烯分散液 0.01~2
纳米添加剂 0.05~3
表面活性剂 0.06~2
去离子水 余量。
进一步的，配方优选的重量份为：
基础油 45
防锈剂 20
润滑剂 8
消泡剂 0.1
乳化剂 8
PVP K90 0.5
1mg/ml石墨烯分散液 0.2
纳米添加剂 0.5
表面活性剂 0.3
去离子水 余量。
本发明提供了以上方案所述的一种提高石墨烯在超精加工液中分散稳定性的配方的制备方法，包括以下步骤；
A，在反应釜中加入去离子水、基础油、防锈剂、润滑剂、消泡剂、乳化剂并搅拌均匀；
B，在反应釜中加入1mg/ml石墨烯分散液和PVP K90；
C，搅拌，对上述混合物加热后60℃进行机械搅拌及脉冲搅拌，使其充分搅拌均匀并形成初始加工液；
D，过滤，对搅拌后的初始加工液进行过滤；
E，检测，对过滤后的加工液进行检测；
F，放料，将合格的加工液输送至指定存储位置。
本发明还供了以上方案所述的一种提高石墨烯在超精加工液中分散稳定性的配方的制备方法，包括以下步骤；
A，在反应釜中加入部分去离子水、基础油、防锈剂、润滑剂、消泡剂、乳化剂并搅拌均匀；
B，将纳米添加剂与表面活性剂、剩余去离子水进行混合，形成纳米添加剂溶液；
C，将1mg/ml石墨烯分散液与纳米添加剂溶液、PVP K90进行混合形成混合液，将混合液加入反应釜中；
D，搅拌，对上述反应釜中的混合物加热后进行机械搅拌及脉冲搅拌，使其充分搅拌均匀并形成初始加工液；
E，过滤，对搅拌后的初始加工液进行过滤；
F，检测，对过滤后的加工液进行检测；
G，放料将合格的加工液输送至指定存储位置
进一步的，所述步骤B中1mg/ml石墨烯分散液与纳米添加剂的混合方式为超声波振荡混合。超声波振荡相比于传统的搅拌振荡具有更好的混合效果。
本发明在石墨烯加工液中添加微量聚乙烯吡咯烷酮（pvp），通过加入聚乙烯吡咯烷酮与加工液中的石墨烯分散液混合，聚乙烯吡咯烷酮具有很强的分散性，聚乙烯吡咯烷酮会吸附包裹住石墨烯颗粒，能有效的帮助石墨烯颗粒分散，避免聚团，同时吡咯烷酮对石墨烯有增溶作用，最后达到平衡，避免其析出，聚乙烯吡咯烷酮能提高石墨烯在加工液的分散作用，有效成分能充分吸附于工件表面，帮助提升工件加工质量。聚乙烯吡咯烷酮可以快速地生物降解，属于环保材料，可以保护环境。
本发明在配方中还加入了纳米添加剂和表面活性剂，通过加入纳米添加剂可以进一步改善石墨烯的分散效果，石墨烯是一种薄片状的石墨相的产物，加入了纳米添加剂后，纳米颗粒插入到石墨烯之间,能阻止石墨烯发生堆叠,使其更加容易分散，而表面活性剂可以结合在纳米颗粒表面，避免相邻的纳米颗粒之间发生团聚，使得纳米添加剂中的纳米颗粒更加分散，能够更均匀的吸附在石墨烯表面，提升阻止石墨烯堆叠的效果，使得石墨烯更容易分散。
附图说明
图1为应用不同配方进行铣削实验结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例以及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种提高石墨烯在超精加工液中分散稳定性的配方，按重量份如下：
基础油 45
防锈剂 20
润滑剂 8
消泡剂 0.1
乳化剂 8
PVP K90 0.5
1mg/ml石墨烯分散液 0.2
去离子水 余量。
其制备方法如下：
A、在反应釜中加入去离子水、基础油、防锈剂、润滑剂、消泡剂、乳化剂并搅拌均匀；
B、在反应釜中加入1mg/ml石墨烯分散液和PVP K90；
C、搅拌，对上述混合物加热后60℃进行机械搅拌及脉冲搅拌，使其充分搅拌均匀并形成初始加工液；
D、过滤，对搅拌后的初始加工液进行过滤；
E、检测，对过滤后的加工液进行检测；
F、放料，将合格的加工液输送至指定存储位置。
本发明在石墨烯加工液中添加微量聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯吡咯烷酮型号为BASF生产的K90，通过加入聚乙烯吡咯烷酮与加工液中的石墨烯分散液混合，聚乙烯吡咯烷酮具有很强的分散性，聚乙烯吡咯烷酮会吸附包裹住石墨烯颗粒，能有效的帮助石墨烯颗粒分散，避免聚团，同时吡咯烷酮对石墨烯有增溶作用，最后达到平衡，避免其析出，聚乙烯吡咯烷酮能提高石墨烯在加工液的分散作用，有效成分能充分吸附于工件表面，帮助提升工件加工质量。聚乙烯吡咯烷酮可以快速地生物降解，属于环保材料，可以保护环境。
实施例2
一种提高石墨烯在超精加工液中分散稳定性的配方，按重量份如下：
基础油 45
防锈剂 20
润滑剂 7
消泡剂 0.1
乳化剂 7
PVP K90 1
1mg/ml石墨烯分散液 2
去离子水 余量。
其制备方法如下：
A、在反应釜中加入去离子水、基础油、防锈剂、润滑剂、消泡剂、乳化剂并搅拌均匀；
B、在反应釜中加入1mg/ml石墨烯分散液和PVP K90；
C、搅拌，对上述混合物加热后60℃进行机械搅拌及脉冲搅拌，使其充分搅拌均匀并形成初始加工液；
D、过滤，对搅拌后的初始加工液进行过滤；
E、检测，对过滤后的加工液进行检测；
F、放料，将合格的加工液输送至指定存储位置。
本发明在石墨烯加工液中添加微量聚乙烯吡咯烷酮，通过加入聚乙烯吡咯烷酮与加工液中的石墨烯分散液混合，聚乙烯吡咯烷酮具有很强的分散性，聚乙烯吡咯烷酮会吸附包裹住石墨烯颗粒，能有效的帮助石墨烯颗粒分散，避免聚团，同时吡咯烷酮对石墨烯有增溶作用，最后达到平衡，避免其析出，聚乙烯吡咯烷酮能提高石墨烯在加工液的分散作用，有效成分能充分吸附于工件表面，帮助提升工件加工质量。聚乙烯吡咯烷酮可以快速地生物降解，属于环保材料，可以保护环境。
实施例3
一种提高石墨烯在超精加工液中分散稳定性的配方，按重量份如下：
基础油 45
防锈剂 20
润滑剂 7
消泡剂 0.1
乳化剂 7
PVP K90 0.5
1mg/ml石墨烯分散液 0.5
纳米添加剂 1
表面活性剂 0.8
去离子水 余量。
其制备方法如下：
A、在反应釜中加入部分去离子水、基础油、防锈剂、润滑剂、消泡剂、乳化剂并搅拌均匀；
B、将纳米添加剂与表面活性剂、剩余去离子水进行超声波振荡混合，形成纳米添加剂溶液；
C、将1mg/ml石墨烯分散液与纳米添加剂溶液、PVP K90进行混合形成混合液，之后将混合液加入反应釜中；
D、搅拌，对上述反应釜中的混合物加热后进行机械搅拌及脉冲搅拌，使其充分搅拌均匀并形成初始加工液；
E、过滤，对搅拌后的初始加工液进行过滤；
F、检测，对过滤后的加工液进行检测；
G、放料，将合格的加工液输送至指定存储位置。
本发明在配方中还加入了纳米添加剂和表面活性剂，纳米添加剂优选为纳米金刚石，纳米金刚石可以增加加工液的润滑效果；通过加入纳米金刚石可以进一步改善石墨烯的分散效果，石墨烯是一种薄片状的石墨相的产物，加入了纳米金刚石后，纳米金刚石颗粒插入到石墨烯之间,能阻止石墨烯发生堆叠,使其更加容易分散，而表面活性剂可以结合在纳米金刚石颗粒表面，避免相邻的纳米金刚石颗粒之间发生团聚，使得纳米金刚石颗粒更加分散，能够更均匀的吸附在石墨烯表面，提升阻止石墨烯堆叠的效果，使得石墨烯更容易分散。
实施例4
一种提高石墨烯在超精加工液中分散稳定性的配方，按重量份如下：
基础油 45
防锈剂 20
润滑剂 8
消泡剂 0.1
乳化剂 8
PVP K90 0.5
1mg/ml石墨烯分散液 0.2
纳米添加剂 0.5
表面活性剂 0.3
去离子水 余量。
其制备方法如下：
A、在反应釜中加入部分去离子水、基础油、防锈剂、润滑剂、消泡剂、乳化剂并搅拌均匀；
B、将纳米添加剂与表面活性剂、剩余去离子水进行超声波振荡混合，形成纳米添加剂溶液；
C、将1mg/ml石墨烯分散液与纳米添加剂溶液、PVP K90进行混合形成混合液，之后将混合液加入反应釜中；
D、搅拌，对上述反应釜中的混合物加热后进行机械搅拌及脉冲搅拌，使其充分搅拌均匀并形成初始加工液；
E、过滤，对搅拌后的初始加工液进行过滤；
F、检测，对过滤后的加工液进行检测；
G、放料，将合格的加工液输送至指定存储位置。
本发明在配方中还加入了纳米添加剂和表面活性剂，纳米添加剂优选为纳米金刚石，纳米金刚石可以增加加工液的润滑效果；通过加入纳米金刚石可以进一步改善石墨烯的分散效果，石墨烯是一种薄片状的石墨相的产物，加入了纳米金刚石后，纳米金刚石颗粒插入到石墨烯之间,能阻止石墨烯发生堆叠,使其更加容易分散，而表面活性剂可以结合在纳米金刚石颗粒表面，避免相邻的纳米金刚石颗粒之间发生团聚，使得纳米金刚石颗粒更加分散，能够更均匀的吸附在石墨烯表面，提升阻止石墨烯堆叠的效果，使得石墨烯更容易分散。
图1展示了应用不同配方进行铣削实验
通过图1可以看出，本申请所提供的配方相比于传统单独的石墨烯加工液，本申请中实施例的工件表面粗糙度更低，因此本申请配方能够更好的降低工件表面的粗糙度，且实施例3和4中效果更优。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围。
Claims (6)
1.一种提高石墨烯在超精加工液中分散稳定性的配方，其特征在于，包括；按重量份如下：
基础油 20~45
防锈剂 10~20
润滑剂 5~8
消泡剂 0.1~0.5
乳化剂 2~8
PVP K90 0.1~2
1mg/ml石墨烯分散液 0.01~2
去离子水 余量。
2.根据权利要求1所述的提高石墨烯在超精加工液中分散稳定性的配方，其特征在于：还包括纳米添加剂和表面活性剂；所述配方按重量份如下：
基础油 20~45
防锈剂 10~20
润滑剂 5~8
消泡剂 0.1~0.5
乳化剂 2~8
PVP K90 0.1~2
1mg/ml石墨烯分散液 0.01~2
纳米添加剂 0.05~3
表面活性剂 0.06~2
去离子水 余量。
3.根据权利要求1所述的提高石墨烯在超精加工液中分散稳定性的配方，其特征在于，包括；按重量份如下：
基础油 45
防锈剂 20
润滑剂 8
消泡剂 0.1
乳化剂 8
PVP K90 0.5
1mg/ml石墨烯分散液 0.2
纳米添加剂 0.5
表面活性剂 0.3
去离子水 余量。
4.一种提高石墨烯在超精加工液中分散稳定性的配方的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A,在反应釜中加入去离子水、基础油、防锈剂、润滑剂、消泡剂、乳化剂并搅拌均匀；
B,在反应釜中加入1mg/ml石墨烯分散液和PVP K90；
C,搅拌，对上述混合物加热后60℃进行机械搅拌及脉冲搅拌，使其充分搅拌均匀并形成初始加工液；
D,过滤，对搅拌后的初始加工液进行过滤；
E,检测，对过滤后的加工液进行检测；
F,放料，将合格的加工液输送至指定存储位置。
5.一种提高石墨烯在超精加工液中分散稳定性的配方的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A,在反应釜中加入部分去离子水、基础油、防锈剂、润滑剂、消泡剂、乳化剂并搅拌均匀；
B,将纳米添加剂与表面活性剂、剩余去离子水进行混合，形成纳米添加剂溶液；
C,将1mg/ml石墨烯分散液与纳米添加剂溶液、PVP K90进行混合形成混合液，将混合液加入反应釜中；
D,搅拌，对上述反应釜中的混合物加热后进行机械搅拌及脉冲搅拌，使其充分搅拌均匀并形成初始加工液；
E,过滤，对搅拌后的初始加工液进行过滤；
F,检测，对过滤后的加工液进行检测；
G,放料，将合格的加工液输送至指定存储位置。
6.根据权利要求5所述的提高石墨烯在超精加工液中分散稳定性的配方的制备方法，其特征在于：所述步骤B中1mg/ml石墨烯分散液与纳米添加剂的混合方式为超声波振荡混合。
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