CN117089117B - 石墨杂化微胶囊及制备方法、氟基材料及制备方法 - Google Patents
石墨杂化微胶囊及制备方法、氟基材料及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117089117B CN117089117B CN202311342236.9A CN202311342236A CN117089117B CN 117089117 B CN117089117 B CN 117089117B CN 202311342236 A CN202311342236 A CN 202311342236A CN 117089117 B CN117089117 B CN 117089117B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphite
- fluorine
- microcapsule
- parts
- hybrid microcapsule
- 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.)
- Active
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 134
- 239000010439 graphite Substances 0.000 title claims abstract description 131
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 131
- 239000003094 microcapsule Substances 0.000 title claims abstract description 93
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 74
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 57
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 57
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 59
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 59
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims abstract description 7
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 61
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 44
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 40
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 31
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 150000002221 fluorine Chemical class 0.000 claims description 19
- -1 polyphenylene Polymers 0.000 claims description 17
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 13
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 12
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 claims description 11
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 claims description 11
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 10
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 8
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 6
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 claims description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- PHQOGHDTIVQXHL-UHFFFAOYSA-N n'-(3-trimethoxysilylpropyl)ethane-1,2-diamine Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCNCCN PHQOGHDTIVQXHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 claims description 2
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 claims description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 15
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 abstract description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 28
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 17
- 229920000840 ethylene tetrafluoroethylene copolymer Polymers 0.000 description 10
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 7
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 7
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 7
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 7
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 5
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 3
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 3
- GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N dodecyl benzenesulfonate;sodium Chemical compound [Na].CCCCCCCCCCCCOS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229920006389 polyphenyl polymer Polymers 0.000 description 3
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 3
- 229940080264 sodium dodecylbenzenesulfonate Drugs 0.000 description 3
- 241000220479 Acacia Species 0.000 description 2
- 235000010643 Leucaena leucocephala Nutrition 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 2
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 2
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 2
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 230000005476 size effect Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 1
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- C08K9/04—Ingredients treated with organic substances
- C08K9/06—Ingredients treated with organic substances with silicon-containing compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
- B01J13/02—Making microcapsules or microballoons
-
- 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
- C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
- C08K7/16—Solid spheres
- C08K7/18—Solid spheres inorganic
-
- 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
- C08K9/04—Ingredients treated with organic substances
-
- 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
- C08K9/08—Ingredients agglomerated by treatment with a binding agent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L27/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L27/02—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C08L27/12—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
- C08L27/18—Homopolymers or copolymers or tetrafluoroethene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/44—Carbon
- C09C1/46—Graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C3/00—Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
- C09C3/006—Combinations of treatments provided for in groups C09C3/04 - C09C3/12
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C3/00—Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
- C09C3/08—Treatment with low-molecular-weight non-polymer organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C3/00—Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
- C09C3/10—Treatment with macromolecular organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C3/00—Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
- C09C3/12—Treatment with organosilicon compounds
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Lubricants (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种石墨杂化微胶囊及制备方法、氟基材料及制备方法,属于润滑材料领域,微胶囊制法包括,将表面活性剂溶于溶剂水中作为水相,将石墨、可溶性树脂和偶联剂加入到二氯甲烷中作为油相,将油相加入水相中搅拌分散,并挥发二氯甲烷,过滤固相并烘干,得到石墨杂化微胶囊。该微胶囊完全为固相,相比起含油微胶囊更耐高温,与含氟树脂结合制备氟基材料时,内容物不会流失,微胶囊表面的可溶性树脂与氟基树脂相容性好,故该石墨杂化微胶囊与含氟树脂基体结合效果好,混合有该微胶囊的氟基树脂适用于高温工况,相比传统石墨改性具有更好的机械性能和摩擦性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨杂化微胶囊及制备方法、氟基材料及制备方法,属于润滑材料领域。
背景技术
航空航天事业的迅猛发展,对高速高温等工况下聚合材料的摩擦学性能提出了更高的要求。以氟基材料为基体的复合材料具有优良的耐高低温交变性能,且具有较强的C-F键能,材料晶区间摩擦过程中较易滑移形成转移膜,在极端工况的使用中愈发显示重要地位。
目前氟基材料改性是将增强相与聚合物基体混合来提高基体强度和摩擦性能,但是增强相在摩擦中往往表现出摩擦系数较高、磨损率较大的特点。摩擦失效机制主要为硬质层状增强相或纤维状增强相从基体中拔出或者剥落,导致纤维磨粒磨损,加快失效。
例如,石墨是一种优良的低摩擦层状润滑材料,在目前技术中一般直接机械共混,将石墨混合到聚合物材料中,但是石墨与基体间的界面相容性较差,较容易剥落,且石墨承载力较差,使得复合材料润滑能力增强不明显而耐磨能力显著下降。因此,如何提高石墨与基体材料的结合力、增强石墨的承载力以提高摩擦性能,是急需解决的科学问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供一种石墨杂化微胶囊及制备方法,能够提高石墨与基体间的相容性,并提供混合了该微胶囊的氟基材料及制备方法,该氟基材料具有较低的摩擦系数和磨损率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
第一方面,本申请提供一种石墨杂化微胶囊制备方法,包括以下步骤:
将表面活性剂溶于溶剂水中作为水相;
将石墨、可溶性树脂和偶联剂加入到二氯甲烷中作为油相;
将所述油相加入所述水相中搅拌分散,并挥发所述二氯甲烷,过滤固相并烘干,得到所述石墨杂化微胶囊。
本申请提供的石墨杂化微胶囊制备方法可制得完全为固相的石墨杂化微胶囊,耐高温,内容物因不含液体而不易流失。石墨通过偶联剂与可溶性树脂紧密结合,用作氟基材料的增强相时,可溶性树脂与氟基树脂相容性好,故该石墨杂化微胶囊与含氟树脂基体结合效果好,能够提高氟基材料摩擦性能,可在高温工况中提高氟基材料的润滑性能。
进一步地,各原料按质量计包括:所述石墨2份-5份,所述可溶性树脂3份-10份,所述表面活性剂5份-10份,所述偶联剂1份-5份,所述溶剂水30份-55份,所述二氯甲烷26份-48份。
进一步地,所述将所述油相加入所述水相中搅拌分散,并挥发所述二氯甲烷的步骤包括:
将所述油相加入所述水相中搅拌分散,加热使得混合体系的温度保持在40℃-60℃,敞口搅拌6h。
在该温度下逐渐挥发二氯甲烷,可溶性树脂能够有效杂化石墨,进而形成规整微胶囊。
进一步地,所述石墨选自粒径为1nm-400nm的石墨微粉。
如果石墨尺寸过大,则不利于制备纳米级尺寸的微胶囊,进而影响与含氟树脂结合所得的氟基材料的强度和耐磨性能。在石墨微粉的纳米级尺寸效应和可溶性树脂的作用下,可溶性树脂可均匀叠加在石墨上,与含氟树脂结合所得的氟基材料具有较高的承载力。氟基材料摩擦中,石墨从微胶囊中剥离出来后较易形成纳米石墨层,从而起到较好润滑效果。
进一步地,所述可溶性树脂选自聚酰亚胺或磺化聚醚醚酮,该选材不仅可溶于二氯甲烷,耐温达350℃以上,而且还可以增强氟基材料的强度和耐磨性能。
进一步地,所述偶联剂选自KH550、KH560、钛酸酯偶联剂、氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
进一步地,所述表面活性剂选自十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇和阿拉伯胶中的至少一种。
第二方面,本申请提供一种石墨杂化微胶囊,由第一方面所述的石墨杂化微胶囊制备方法制成。该微胶囊用作氟基材料的增强相时,与含氟树脂基体结合效果好,并且适用于高温工况,可提高氟基材料在高温工况的润滑性能。
第三方面,本申请提供一种石墨杂化微胶囊改性氟基材料制备方法,包括以下步骤:
按质量计,将70份-90份含氟树脂、0份-10份增强树脂、10份-20份第二方面所述的石墨杂化微胶囊混合成干燥的粉料;
将所述粉料倒入模具中,在100MPa-120MPa压强下冷压20min-30min,得到预成坯;
将所述预成坯烧结,得到所述石墨杂化微胶囊改性氟基材料;其中,烧结温度先由室温以150℃/h-160℃/h升温至200℃-220℃,保温20min-30min,然后以50℃/h-60℃/h升温至320℃-375℃,保温1h-2h,再以30℃/h-40℃/h降温至220℃-240℃,保温1h-2h后自然冷却。
经该烧结工艺,实现微胶囊与含氟树脂的良好结合,所得的石墨杂化微胶囊改性氟基材料具有较低的摩擦系数和磨损率,相比传统石墨改性具有更好的机械性能和摩擦性能。
进一步地,所述含氟树脂选自聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯或乙烯-四氟乙烯共聚物。
进一步地,所述增强树脂选自聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯酯、聚苯硫醚、聚苯撑中的至少一种,可进一步提升含氟树脂强度,使石墨杂化微胶囊具有更佳的高温润滑效果。
第四方面,本申请提供一种石墨杂化微胶囊改性氟基材料,由第三方面所述的石墨杂化微胶囊改性氟基材料制备方法制成。
本发明的有益效果是:本发明的石墨杂化微胶囊完全为固相,相比起含油微胶囊更耐高温,与含氟树脂结合制备氟基材料时,内容物不会流失,微胶囊表面的可溶性树脂与氟基树脂相容性好,故该石墨杂化微胶囊与含氟树脂基体结合效果好,混合有该微胶囊的氟基树脂适用于高温工况,相比传统石墨改性具有更好的机械性能和摩擦性能。
本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本申请了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1是实施例2制成的石墨杂化微胶囊的电镜图。
图2是实施例1、对比例1和对比例3的摩擦系数曲线图。
图3是实施例1、对比例1和对比例3的磨损率对比图。
图4是实施例2、对比例2和对比例4的摩擦系数曲线图。
图5是实施例2、对比例2和对比例4的磨损率对比图。
具体实施方式
石墨在微观尺度具有层状结构,自身润滑性能良好,但用于氟基材料中时,石墨与含氟树脂难以结合,在摩擦时石墨粉容易团聚,团聚后的石墨承载力差,导致加入了石墨的氟基材料润滑性能增幅较小,但磨损率却大大增加。
为了改善这种情况,本申请实施例提升增强相与基体间界面结合力的同时优化增强相的结构以提高承载是这样实现的,提供一种石墨杂化微胶囊制备方法,具体包括步骤:
S11:将表面活性剂溶于溶剂水中作为水相。
S12:将石墨、可溶性树脂和偶联剂加入到二氯甲烷中作为油相。
S13:将油相加入水相中搅拌分散,并挥发二氯甲烷,过滤固相并烘干,得到石墨杂化微胶囊。
现有技术中也曾有自润滑含油微胶囊的报道,但油液本身的不耐高温,导致含油微胶囊在300℃以上使用时或在300℃以上工艺处理过程中大量流失,从而无法应用于氟基材料体系中。
本申请实施例可制得完全为固相的石墨杂化微胶囊,耐高温,内容物因不含液体而不易流失。石墨通过偶联剂与可溶性树脂紧密结合,用作氟基材料的增强相时,可溶性树脂与氟基树脂相容性好,故该石墨杂化微胶囊与含氟树脂基体结合效果好,能够提高氟基材料摩擦性能,可在高温工况中提高氟基材料的润滑性能。
具体地,各原料按质量计包括:石墨2份-5份,可溶性树脂3份-10份,表面活性剂5份-10份,偶联剂1份-5份,溶剂水30份-55份,二氯甲烷26份-48份。
步骤S13具体要求如下:将油相加入水相中搅拌分散6h,搅拌过程中加热使得混合体系的温度保持在40℃-60℃,在该温度下逐渐挥发二氯甲烷,可溶性树脂能够有效杂化石墨,进而形成规整微胶囊。
如果石墨尺寸过大,则不利于制备纳米级尺寸的微胶囊,进而影响与含氟树脂结合所得的氟基材料的强度和耐磨性能。优选地,石墨选自粒径为1nm-400nm的石墨微粉。在石墨微粉的纳米级尺寸效应和可溶性树脂的作用下,可溶性树脂可均匀叠加在石墨上,与含氟树脂结合所得的氟基材料具有较高的承载力。氟基材料摩擦中,石墨从微胶囊中剥离出来后较易形成纳米石墨层,从而起到较好润滑效果。
具体地,偶联剂选自KH550、KH560、钛酸酯偶联剂、氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。表面活性剂选自十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇和阿拉伯胶中的至少一种。
本申请实施例还提供一种石墨杂化微胶囊改性氟基材料制备方法,包括以下步骤:
S21:按质量计,将70份-90份含氟树脂、0份-10份增强树脂、10份-20份第二方面的石墨杂化微胶囊混合成干燥的粉料。
S22:将粉料倒入模具中,在100MPa-120MPa压强下冷压20min-30min,得到预成坯。
S23:将预成坯烧结,得到石墨杂化微胶囊改性氟基材料;其中,烧结温度先由室温以150℃/h-160℃/h升温至200℃-220℃,保温20min-30min,然后以50℃/h-60℃/h升温至320℃-375℃,保温1h-2h,再以30℃/h-40℃/h降温至220℃-240℃,保温1h-2h后自然冷却。
经该烧结工艺,实现微胶囊与含氟树脂的良好结合,所得的石墨杂化微胶囊改性氟基材料具有较低的摩擦系数和磨损率,相比传统石墨改性具有更好的机械性能和摩擦性能。
具体地,原料中含氟树脂可为模塑粉或分散粉,选自聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯或乙烯-四氟乙烯共聚物。
增强树脂选自聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯酯、聚苯硫醚、聚苯撑中的至少一种,可进一步提升含氟树脂强度,使石墨杂化微胶囊具有更佳的高温润滑效果。
同时,微胶囊中的可溶性树脂选自聚酰亚胺或磺化聚醚醚酮,不仅可溶于二氯甲烷,耐温达350℃以上,而且,可溶性树脂与增强树脂的成分相同或相近,进一步提高与高分子材料基体的相容性,且自身就具有增强氟基材料强度和耐磨性能的效果。
实施例1
石墨杂化微胶囊的原料按质量计包括以下成分:石墨5%、可溶性树脂3%、表面活性剂10%、偶联剂1%、去离子水55%、二氯甲烷26%。
石墨杂化微胶囊的制备步骤如下:
将15g聚乙烯醇加入到82.5g水中,待完全溶解后静置至常温,得到水相。
将7.5g 粒径1nm石墨、4.5g可溶性聚酰亚胺和1.5g KH550加入到39g二氯甲烷溶液中备用,得到油相。
将油相倒入水相中,在40℃的环境中敞口搅拌6h。
搅拌结束后将溶液过滤干燥便得到石墨杂化微胶囊。
石墨杂化微胶囊改性氟基材料制备:
按质量计称量聚四氟乙烯90份、石墨杂化微胶囊10份,将各组分80℃干燥24h后震荡均匀混合,过筛后得到粉料备用。
将粉料倒入模具中,在100 MPa压强下压制30分钟,脱模后将成型材料放入烧结炉中烧结。烧结温度由室温以150℃/h升温至220℃后保温30分钟,然后以60℃/h速率升温至375℃并保温2小时,等烧结结束后以40℃/h降温至220℃保温2小时后自然冷却,得到石墨杂化微胶囊改性聚四氟乙烯复合材料。
实施例2
石墨杂化微胶囊的原料按质量计包括以下成分:石墨4%、可溶性树脂7%、表面活性剂8%、偶联剂3%、去离子水40%、二氯甲烷39%。
石墨杂化微胶囊的制备步骤如下:
将12g十二烷基磺酸钠加入到60g水中,待完全溶解后静置至常温,得到水相。
将6g 粒径200nm石墨、10.5g磺化聚醚醚酮和4.5g 氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷加入到58.5g二氯甲烷溶液中备用,得到油相。
将油相倒入水相中,在55℃的环境中敞口搅拌6h。
搅拌结束后将溶液过滤干燥便得到石墨杂化微胶囊,实施例2所制得的石墨杂化微胶囊在电镜下的形貌如图1所示。
石墨杂化微胶囊改性氟基材料制备:
按质量计称量聚全氟乙丙烯共聚物70份、聚醚醚酮10份,石墨杂化微胶囊20份,将各组分80℃干燥24 h后震荡均匀混合,过筛后得到粉料备用。
将粉料倒入模具中,在120 MPa压强下压制20分钟,脱模后将成型材料放入烧结炉中烧结。烧结温度由室温以160℃/h升温至200℃后保温20分钟,然后以50℃/h速率升温至320℃并保温1小时,等烧结结束后以30℃/h降温至240℃保温1小时后自然冷却,得到石墨杂化微胶囊改性氟基材料。
实施例3
石墨杂化微胶囊的原料按质量计包括以下成分:石墨2%、可溶性树脂10%、表面活性剂5%、偶联剂5%、去离子水30%、二氯甲烷48%。
石墨杂化微胶囊的制备步骤如下:
将7.5g十二烷基苯磺酸钠加入到45g水中,待完全溶解后静置至常温,得到水相。
将3g 粒径400nm石墨、15g可溶性聚酰亚胺和7.5g钛酸酯偶联剂加入到73.5g二氯甲烷溶液中备用,得到油相。
将油相倒入水相中,在55℃的环境中敞口搅拌6h。
搅拌结束后将溶液过滤干燥便得到石墨杂化微胶囊。
本实例提供石墨杂化微胶囊改性氟基材料制备方法,包括以下步骤:
按质量计称量乙烯-四氟乙烯共聚物80份,石墨杂化微胶囊20份,将各组分80℃干燥24 h后震荡均匀混合,过筛后得到粉料备用。
将粉料倒入模具中,在120 MPa压强下压制20分钟,脱模后将成型材料放入烧结炉中烧结。烧结温度由室温以160℃/h升温至200℃后保温20分钟,然后以50℃/h速率升温至320℃并保温1小时,等烧结结束后以30℃/h降温至240℃保温1小时后自然冷却,得到石墨杂化微胶囊改性氟基材料。
对比例1
按质量计称量聚四氟乙烯90份、粒径1nm石墨微粉10份,将各组分80℃干燥24h后震荡均匀混合,过筛后得到粉料备用。
将粉料倒入模具中,在100 MPa压强下压制30分钟,脱模后将成型材料放入烧结炉中烧结。烧结温度由室温以150℃/h升温至220℃后保温30分钟,然后以60℃/h速率升温至375℃并保温2小时,等烧结结束后以40℃/h降温至220℃保温2小时后自然冷却,得到石墨改性聚四氟乙烯复合材料。
对比例2
按质量计称量聚全氟乙丙烯共聚物70份、聚醚醚酮10份、粒径200nm石墨微粉20份,将各组分80℃干燥24 h后震荡均匀混合,过筛后得到粉料备用。
将粉料倒入模具中,在120 MPa压强下压制20分钟,脱模后将成型材料放入烧结炉中烧结。烧结温度由室温以160℃/h升温至200℃后保温20分钟,然后以50℃/h速率升温至320℃并保温1小时,等烧结结束后以30℃/h降温至240℃保温1小时后自然冷却,得到石墨改性复合材料。
对比例3
将聚四氟乙烯微粉料倒入模具中,在100 MPa压强下压制30分钟,脱模后将成型材料放入烧结炉中烧结。烧结温度由室温以150℃/h升温至220℃后保温30分钟,然后以60℃/h速率升温至375℃并保温2小时,等烧结结束后以40℃/h降温至220℃保温2小时后自然冷却,得到未改性聚四氟乙烯材料。
对比例4
按质量计称量聚全氟乙丙烯共聚物微粉90份,聚醚醚酮10份,将各组分80℃干燥24h后震荡均匀混合,过筛后得到混合粉料备用。
将粉料倒入模具中,在120 MPa压强下压制20分钟,脱模后将成型材料放入烧结炉中烧结。烧结温度由室温以160℃/h升温至200℃后保温20分钟,然后以50℃/h速率升温至320℃并保温1小时,等烧结结束后以30℃/h降温至240℃保温1小时后自然冷却,得到未改性材料。
对比例5
按质量计称量乙烯-四氟乙烯共聚物80份,粒径400μm石墨微粉20份,将各组分80℃干燥24 h后震荡均匀混合,过筛后得到粉料备用。
将粉料倒入模具中,在120 MPa压强下压制20分钟,脱模后将成型材料放入烧结炉中烧结。烧结温度由室温以160℃/h升温至200℃后保温20分钟,然后以50℃/h速率升温至320℃并保温1小时,等烧结结束后以30℃/h降温至240℃保温1小时后自然冷却,得到石墨改性复合材料。
对比例6
将乙烯-四氟乙烯共聚物粉料烘干后倒入模具中,在120 MPa压强下压制20分钟,脱模后将成型材料放入烧结炉中烧结。烧结温度由室温以160℃/h升温至200℃后保温20分钟,然后以50℃/h速率升温至320℃并保温1小时,等烧结结束后以30℃/h降温至240℃保温1小时后自然冷却,得到未改性乙烯-四氟乙烯共聚物材料。
对实施例1-3和对比例1-6制备得到的材料进行性能测试评价。其中,摩擦系数通过往复摩擦磨损试验机测定,载荷为10N,线速度为36mm/s;测试时间为60分钟;磨损率通过白光干涉仪测定;压缩强度通过万能试验机测试。所得结果如表1、图2至图5所示。其中,图3的纵坐标为磨损率,单位为10-4mm3/N·m,即万分之一立方毫米每牛米;图5的纵坐标为磨损率,单位为10-5mm3/N·m,即十万分之一立方毫米每牛米。
表1
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | 对比例6 | |
摩擦系数(COF) | 0.134 | 0.05 | 0.112 | 0.157 | 0.14 | 0.162 | 0.12 | 0.134 | 0.21 |
磨损率/x10-5mm3/N.m | 12.6 | 2.39 | 8.32 | 16.7 | 2.83 | 22.1 | 5.53 | 19.1 | 25.2 |
压缩强度/MPa-30%形变 | 36.5 | 57.4 | 42.5 | 33.2 | 46.9 | 29.8 | 43.7 | 39.3 | 34.6 |
对比例1中添加未改性石墨微粉,相对实施例1摩擦系数、磨损率都较高,30%形变压缩强度较低。对比例3中为纯聚四氟乙烯样品,相对实施例1和对比例1摩擦系数、磨损率较高,30%形变压缩强度较低。对比例2中添加未改性石墨微粉,相对实施例2摩擦系数、磨损率均较高,30%形变压缩强度有所降低。对比例4中仅为聚全氟乙丙烯共聚物与聚醚醚酮形成的复合材料,摩擦系数和磨损率均比实施例2更高,30%形变压缩强度更低。对比例5为石墨微粉改性的乙烯-四氟乙烯共聚物材料,对比例6为纯乙烯-四氟乙烯共聚物,与该两者相比,实施例3具有更低的摩擦系数和磨损率,以及更高的30%形变压缩强度。结果表明,各实施例均体现出通过制备的石墨杂化微胶囊与含氟树脂结合,可有效增加材料的力学强度和摩擦性能,相比于石墨微粉有更高的承载能力和润滑性。
本申请实施例利用高分子材料将石墨微粉制备成相比纯石墨具有更高表面结合强度的球状微胶囊,在保证较佳润滑效果的同时明显提高树脂强度。石墨杂化微胶囊通过高分子材料的链段黏附包裹石墨,有效将片层材料(纯石墨)包覆制备成球形微胶囊,极大增强石墨承载能力,同时石墨杂化微胶囊在润滑过程破裂剥离形成石墨微粉可降低磨损,且微胶囊表层高分子材料与基体树脂链段穿插交联,增强了石墨材料和基材的界面结合能力,进而降低磨损率,有利于扩大以石墨为增强相的改性氟基材料的应用范围。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施方式”“某些实施方式”“示意性实施方式”“示例”“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
以上所述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,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种石墨杂化微胶囊制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将表面活性剂溶于溶剂水中作为水相;
将石墨、可溶性树脂和偶联剂加入到二氯甲烷中作为油相;
将所述油相加入所述水相中搅拌分散,并挥发所述二氯甲烷,过滤固相并烘干,得到所述石墨杂化微胶囊;
各原料按质量计包括:所述石墨2份-5份,所述可溶性树脂3份-10份,所述表面活性剂5份-10份,所述偶联剂1份-5份,所述溶剂水30份-55份,所述二氯甲烷26份-48份;
所述石墨选自粒径为1nm-400nm的石墨微粉。
2.根据权利要求1所述的石墨杂化微胶囊制备方法,其特征在于,所述将所述油相加入所述水相中搅拌分散,并挥发所述二氯甲烷的步骤包括:
将所述油相加入所述水相中搅拌分散,加热使得混合体系的温度保持在40℃-60℃,敞口搅拌6h。
3.根据权利要求1所述的石墨杂化微胶囊制备方法,其特征在于,所述可溶性树脂选自聚酰亚胺或磺化聚醚醚酮。
4.根据权利要求1所述的石墨杂化微胶囊制备方法,其特征在于,所述偶联剂选自KH550、KH560、钛酸酯偶联剂、氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
5.一种石墨杂化微胶囊,其特征在于,由权利要求1至4任一项所述的石墨杂化微胶囊制备方法制成。
6.一种石墨杂化微胶囊改性氟基材料制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
按质量计,将70份-90份含氟树脂、0份-10份增强树脂、10份-20份权利要求5所述的石墨杂化微胶囊混合成干燥的粉料;
将所述粉料倒入模具中,在100MPa-120MPa压强下冷压20min-30min,得到预成坯;
将所述预成坯烧结,得到所述石墨杂化微胶囊改性氟基材料;其中,烧结温度先由室温以150℃/h-160℃/h升温至200℃-220℃,保温20min-30min,然后以50℃/h-60℃/h升温至320℃-375℃,保温1h-2h,再以30℃/h-40℃/h降温至220℃-240℃,保温1h-2h后自然冷却。
7.根据权利要求6所述的石墨杂化微胶囊改性氟基材料制备方法,其特征在于,所述增强树脂选自聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯酯、聚苯硫醚、聚苯撑中的至少一种。
8.一种石墨杂化微胶囊改性氟基材料,其特征在于,由权利要求6所述的石墨杂化微胶囊改性氟基材料制备方法制成。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311342236.9A CN117089117B (zh) | 2023-10-17 | 2023-10-17 | 石墨杂化微胶囊及制备方法、氟基材料及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311342236.9A CN117089117B (zh) | 2023-10-17 | 2023-10-17 | 石墨杂化微胶囊及制备方法、氟基材料及制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117089117A CN117089117A (zh) | 2023-11-21 |
CN117089117B true CN117089117B (zh) | 2024-02-13 |
Family
ID=88777578
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202311342236.9A Active CN117089117B (zh) | 2023-10-17 | 2023-10-17 | 石墨杂化微胶囊及制备方法、氟基材料及制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN117089117B (zh) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5302450A (en) * | 1993-07-06 | 1994-04-12 | Ford Motor Company | Metal encapsulated solid lubricant coating system |
US5518639A (en) * | 1994-08-12 | 1996-05-21 | Hoeganaes Corp. | Powder metallurgy lubricant composition and methods for using same |
KR20160034625A (ko) * | 2014-09-22 | 2016-03-30 | (주) 삼산Slc | 고체윤활용 코팅제 및 이를 이용한 코팅방법 |
CN109825012A (zh) * | 2019-02-22 | 2019-05-31 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种改性聚四氟乙烯复合材料及其制备方法 |
CN110564260A (zh) * | 2019-08-09 | 2019-12-13 | 清华大学 | 一种超低摩擦系数自润滑涂层及其制备方法 |
CN114276047A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-05 | 武汉中科先进技术研究院有限公司 | 一种高强耐磨摩擦材料及其制备方法 |
-
2023
- 2023-10-17 CN CN202311342236.9A patent/CN117089117B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5302450A (en) * | 1993-07-06 | 1994-04-12 | Ford Motor Company | Metal encapsulated solid lubricant coating system |
US5518639A (en) * | 1994-08-12 | 1996-05-21 | Hoeganaes Corp. | Powder metallurgy lubricant composition and methods for using same |
KR20160034625A (ko) * | 2014-09-22 | 2016-03-30 | (주) 삼산Slc | 고체윤활용 코팅제 및 이를 이용한 코팅방법 |
CN109825012A (zh) * | 2019-02-22 | 2019-05-31 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种改性聚四氟乙烯复合材料及其制备方法 |
CN110564260A (zh) * | 2019-08-09 | 2019-12-13 | 清华大学 | 一种超低摩擦系数自润滑涂层及其制备方法 |
CN114276047A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-05 | 武汉中科先进技术研究院有限公司 | 一种高强耐磨摩擦材料及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN117089117A (zh) | 2023-11-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2734476C1 (ru) | Графеновые микросферы в виде комка бумаги, композитный материал таких микросфер и способ изготовления таких микросфер | |
JP6123110B2 (ja) | 変性ポリイミド摩耗層を備える三層複合体自己潤滑性すべり軸受およびその製造方法 | |
CN111073220A (zh) | 一种自润滑复合材料及其制备方法和应用 | |
CN110564260B (zh) | 一种超低摩擦系数自润滑涂层及其制备方法 | |
CN107216653B (zh) | 一种桥梁支座用滑板及其制备方法 | |
CN111073221B (zh) | 石墨烯量子点-纳米颗粒-环氧树脂复合材料的制备方法 | |
CN109851989A (zh) | 一种聚醚醚酮复合材料及其制备方法和应用 | |
CN105199278A (zh) | 一种石墨烯/聚四氟乙烯复合材料以及由其制备硫化机摩擦环套的方法 | |
CN114645451B (zh) | 一种层状复合材料及其制备方法、一种自润滑纤维织物复合材料及其制备方法和应用 | |
CN111534095A (zh) | 一种ZnS量子点/MXene/聚合物基超耐磨自润滑复合材料及其制备方法和应用 | |
CN106967484B (zh) | 一种酚醛环氧树脂固体润滑块及其制备方法 | |
CN117089117B (zh) | 石墨杂化微胶囊及制备方法、氟基材料及制备方法 | |
CN111500014B (zh) | 一种聚醚醚酮复合材料及其制备方法 | |
CN108410169A (zh) | 复合聚酰亚胺材料及其制备方法 | |
CN117384463A (zh) | 一种碳纤增强磺化peek复合材料及其制备方法 | |
CN109745928B (zh) | 含油微胶囊的制备方法及其应用 | |
CN115074997B (zh) | 一种核壳结构功能材料及其制备方法、一种自润滑纤维织物复合材料及其制备方法 | |
CN108384186B (zh) | 一种轴承用聚醚醚酮复合材料及其制备方法 | |
JP2004256592A (ja) | 複合粒子、複合部材、複合皮膜およびそれらの製造方法 | |
CN112898772B (zh) | 一种聚酰亚胺自润滑墨水及其制备方法和在直书写3d打印中的应用 | |
CN113416407B (zh) | 一种含油微胶囊/热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法 | |
CN115558243B (zh) | 摩擦改性的环氧树脂复合材料、其制备方法及摩擦结构 | |
Li et al. | Gallium-based liquid metal hybridizing MoS 2 nanosheets with reversible rheological characteristics and enhanced lubrication properties | |
CN111808390B (zh) | 一种羟基磷灰石纳米线/聚四氟乙烯复合物及其制备方法 | |
CN117343414A (zh) | 一种用于涉水工况的聚合物摩擦副材料及制备方法 |
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 |