一種固體潤滑複合材料及製作方法
2023-06-11 00:04:11 1
專利名稱：一種固體潤滑複合材料及製作方法
技術領域：
本發明涉及一種固體潤滑複合材料，特別是涉及冶金礦山，體育運動，機械設備等
領域使用的一種含有碳納米管原料的固體潤滑複合材料及製作方法。
背景技術：
目前工程中廣泛使用的固體潤滑劑，如石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯，固體潤滑摩 擦係數高，潤滑性能不理想。 碳納米管可以看成是由單層或多層石墨片圍繞中心軸按一定的螺旋角巻曲而成 的無縫納米級管，具有無縫中空的管狀結構，其管體由六邊形碳原子網格圍成，兩端則通常 可視作兩個半球形的大富勒烯分子。單壁碳納米管的直徑較細，一般為幾納米到十幾個納 米。到目前為止，所發現的最細的單壁碳納米管直徑僅為0. 4納米，多壁碳納米管由於具有 多層管壁，其直徑相對較大， 一般為幾十納米。碳納米管的長度較長，隨各種製備方法的不 同而不同， 一般可達幾十到上百微米，目前，見過的報導，最長的碳納米管其長度可達幾個 毫米，日本報導有人製備2. 5釐米長的。但生產的大部分碳納米管長度仍處在微米量級。
碳納米管的光滑特性人們了解很少，只是有人以納米摩擦學的研究方式，分子動 力學模擬為主要手段探討了碳納米管在金剛石基底、氫基底以及在平鋪了氫的金剛石基底 上滑動的摩擦性能，主要研究內容和得到的結論認為碳納米管在金剛石基底滑動時出現了 超滑現象。其產生的主要原因是當碳納米管在金剛石基底上滑動時，由於上表面(碳納米 管)的晶格方向與下表面(金剛石)的晶格方向為非相稱接觸，因為微觀狀態下，上、下表 面間的晶格隨著滑移而導致的相對位置變化產生躍動現象。但這只是微觀狀態下的模擬探 討。 近來美國Kentucky大學通過研究發現，液體流過含人造碳納米管的隔膜時發現 納米管表面摩擦係數極低。就一般工程中廣泛使用的固體潤滑劑，如石墨、二硫化鉬、聚四 氟乙烯固體潤滑摩擦係數是都達不到的。 經檢索，含有碳納米管，氧化硼的固體潤滑複合材料還未見有報導。
發明內容
本發明的發明目的一是提供一種以碳納米管、氧化硼、聚四氟乙烯為原料組分的 固體潤滑複合材料，二是提供一種固體潤滑複合材料的製作方法，來填補現有技術的空白。
實現上述發明目的採用以下技術方案 —種固體潤滑複合材料，所述的潤滑複合材料的原料含有碳納米管、氧化硼、聚四 氟乙烯材料，各組分的重量百分比含量是碳納米管1% 5%，氧化硼1% 3%，聚四氟乙 烯93% 96% —種固體潤滑複合材料的製作方法，其製作步驟是 a、將碳納米管在球磨機中研磨30 60分鐘，使其成為段狀結構，往段狀結構的碳 納米物質中加入體積百分數為90%的乙醇和體積百分數為0. 1% 0. 15%表面分散劑烷基酚聚氧乙烯醚，用超聲波處理60min，製得碳納米液體； b、將氧化硼粉過300 350目篩，聚四氟乙烯過200目篩，篩下粉備用； C、按照重量百分比取1% 3%氧化硼粉，93% 96%聚四氟乙烯粉，碳納米液體
1% 5%，將三種物質混合高速攪拌10min，碳納米液體分散於氧化硼的聚四氟乙烯粉體
中，製得混合物； d、將混合物模壓成型，壓力280 300兆帕，保壓10min，製得半成品； e、將半成品加熱升溫速率18 20min，360 380。C恆溫120min，空冷降溫到室
溫，脫模製得成品固體潤滑複合材料。 本發明的顯著優點在於 由於碳納米管的理論靜摩擦係數低(為0. 001)，具有超固體潤滑的性能，本發明 將它與具有自潤滑性的聚四氟乙烯結合製備固體潤滑複合材料。同現有技術比較，氧化硼 具有很好的潤滑作用，其摩擦係數低於0. l，氧化硼的潤滑作用主要源於其層狀晶體結構， 並且氧化硼是一種玻璃態結構的材料，在潮溼空氣中可以與水分子自發發生化學反應生成 有潤滑作用的硼酸，在氧化硼表面上不斷生成自閏滑層，使氧化硼表面具有很好的自潤滑 特性。將它與具有自潤滑性的聚四氟乙烯和碳納米管結合，有效的提高新材料的潤滑性能。 尤其使用在有潮溼空氣中，其摩擦係數降低明顯。經實驗測試表明複合材料的摩擦係數和 耐磨性都優於聚四氟乙烯。該複合材料突出優點是具有低摩擦，高耐磨係數，導熱性，導電 性，自潤滑等優異的綜合性能，如其摩擦性能低於聚四氟乙烯，耐磨性能高於聚四氟乙烯。
本發明可廣泛應用於、冶金礦山，體育運動，機械設備等各種行業。本發明的製作 方法賦於了複合材料以碳納米管優異的特性，使以聚四氟乙烯、氧化硼為基礎的複合材料 具有低摩擦係數，自潤滑性，耐磨性等技術指標大幅度提高，並且可導熱導電，減少和消除 因摩擦產生的靜電。本發明工藝簡單，可以以較低成本，連續批量生產，適合於工業化生產。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步的描述。 本發明是一種固體潤滑複合材料，它以碳納米管、氧化硼、聚四氟乙烯為原料，各
組分的重量百分比含量是碳納米管1 % 5% ，氧化硼1 % 3% ，聚四氟乙烯93% 96% 本發明的碳納米管的組分含量可根據應用的需求在重量1% 5%之間調節，氧
化硼組分含量在重量1% 3%之間調節。改性後金屬表面性質表現出以定向碳納米管膜
的性質為主的性質。 本發明的製作方法是 碳納米管是在納米聚團床中用含鐵催化劑催化化學氣相沉積法批量製備的碳納 米管，通過球磨，溶劑溶解、超聲波和高速攪拌處理，將碳納米管分散於含有氧化硼的聚四 氟乙烯粉體中。將該粉體模壓成型，定型熱處理。
具體實施例 實施例1 : 用清華納米聚團床中用含鐵催化劑催化化學氣相沉積法批量製備的碳納米管，將 其用高能球磨研磨1小時，得到碳納米管段狀物質，往碳納米管段狀物質中加入體積百分數為90 %乙醇、加入體積百分數為0. 1 %的表面分散劑烷基酚聚氧乙烯醚(OP)，然後用超 聲波處理60min，得到碳納米液體。 按照重量百分比，4%的碳納米液體中加入300網目的氧化硼3% ，粒度為200網目 的聚四氟乙烯93X，將三者混合高速攪拌10min，粘稠的碳納米液體均布於氧化硼、聚四氟 乙烯的基體中，得到混合物。將混合物入模壓製成型，壓力300兆帕保壓10min。加熱升溫速率18min， 38(TC恆 溫120min，爐外空冷降溫到室溫。脫模製得成品固體潤滑複合材料。
實施例2 : 用清華納米聚團床中用含鐵催化劑催化化學氣相沉積法批量製備的碳納米管，將 其用高能球磨研磨1小時，得到碳納米管段狀物質，往碳納米管段狀物質中加入體積百分 數為90%的乙醇、加入體積百分數為0. 15%的表面分散劑烷基酚聚氧乙烯醚(OP)，然後用 超聲波處理60min，得到碳納米液體。 按照重量百分比，5%的碳納米液體中加入300網目的氧化硼1 % ，粒度為200網目 的聚四氟乙烯94X，將三者混合高速攪拌10min，粘稠的碳納米液體均布於氧化硼、聚四氟 乙烯的基體中，得到混合物。將混合物入模壓製成型，壓力300兆帕保壓10min。加熱升溫速率18min，38(TC恆 溫120min，爐外空冷降溫到室溫。脫模製得成品固體潤滑複合材料
實施例3 : 用清華納米聚團床中用含鐵催化劑催化化學氣相沉積法批量製備的碳納米管，將 其用高能球磨研磨1小時，得到碳納米管段狀物質，往碳納米管段狀物質中加入體積百分 數為90%的乙醇、加入體積百分數為0. 15%的表面分散劑烷基酚聚氧乙烯醚(OP)，然後用 超聲波處理60min，得到碳納米液體。 按照重量百分比，2%的碳納米液體中加入300網目的氧化硼2% ，粒度為200網目 的聚四氟乙烯96X，將三者混合高速攪拌10min，粘稠的碳納米液體均布於氧化硼、聚四氟 乙烯的基體中，得到混合物。 將混合物入模壓製成型，壓力300兆帕保壓10min。加熱升溫速率18min， 38(TC恆 溫120min，爐外空冷降溫到室溫。脫模製得成品固體潤滑複合材料。 本發明製得的複合材料性質摩擦性能低於聚四氟乙烯，耐磨性能高於聚四氟乙 烯。 以上公開的僅為本發明的具體實施例，雖然本發明以較佳的實施例揭示如上，但 本發明並非局限於此，任何本領域的技術人員能思之的變化，在不脫離本發明的設計思想 和範圍內，對本發明進行各種改動和潤飾，都應落在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種固體潤滑複合材料，所述的潤滑複合材料的原料含有碳納米管、聚四氟乙烯材料，其特徵在於所述潤滑複合材料的原料還包含氧化硼，各原料的組分按照重量百分比配置碳納米管1％～5％，氧化硼1％～3％，聚四氟乙烯93％～96％。
2. 根據權利要求1所述的一種固體潤滑複合材料，其特徵在於，所述的碳納米管是小段狀結構，氧化硼、聚四氟乙烯分別是粉狀結構。
3. —種如權利要求1所述一種固體潤滑複合材料的製作方法，其特徵在於，採用以下工藝步驟a、 將碳納米管在球磨機中研磨30 60分鐘，使其成為段狀結構，往段狀結構的碳納米物質中加入體積百分數為90%乙醇和體積百分數為0. 1% 0. 15%表面分散劑烷基酚聚氧乙烯醚超聲波處理30 60min，製得碳納米液體；b、 將氧化硼粉過300 350目篩，聚四氟乙烯過200目篩，篩下粉備用；c、 按照重量百分比取1% 3%氧化硼粉，93% 96%聚四氟乙烯粉，碳納米液體1% 5%，將三種物質混合高速攪拌10 20min，碳納米液體分散於氧化硼和聚四氟乙烯粉體中，製得混合物；d、 將混合物模壓成型，壓力280 300兆帕，保壓10min，製得半成品；e、 將半成品加熱升溫，速率18 20min，360 38(TC恆溫180min，待模自然降溫，降溫到室溫後脫模，製得成品固體潤滑複合材料。
全文摘要
一種固體潤滑複合材料及製作方法，所述的潤滑複合材料的原料含有碳納米管、氧化硼、聚四氟乙烯。將碳納米管在球磨機中研磨，使其成為段狀結構，往段狀結構的碳納米物質中加入乙醇和表面分散劑，用超聲波處理，製得碳納米液體。按照重量百分比取氧化硼粉，聚四氟乙烯粉，碳納米液體，將三種物質混合高速攪拌，碳納米液體分散於氧化硼的聚四氟乙烯粉體中，製得混合物；將混合物模壓成型，脫模製得成品固體潤滑複合材料。本發明將碳納米管與具有自潤滑性的聚四氟乙烯結合製備固體潤滑複合材料。低摩擦係數，自潤滑性，耐磨性等技術指標大幅度提高並且可導熱導電減少和消除因摩擦產生的靜電。可以以較低成本，連續批量生產。
文檔編號C10M107/00GK101717682SQ20091017526
公開日2010年6月2日 申請日期2009年11月20日 優先權日2009年11月20日
發明者侯國憲, 張金梅, 閆文華, 韓雪 申請人:河北理工大學