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一种自修复型自润滑材料及其制备方法技术

技术编号:18676795 阅读:174 留言:0更新日期:2018-08-14 21:51
本发明专利技术提供一种自修复型自润滑材料及其制备方法,所述自修复型自润滑材料包括改性后的PTFE和含修复剂的微胶囊。其中,所述改性后的PTFE为核/壳结构粒子,以PTFE粒子为核,以耐磨聚合物或二维材料为壳;微胶囊由囊芯和囊壁组成,囊壁为脲醛树脂、聚乙烯吡咯烷酮等高分子聚合物或石墨烯等二维材料,囊芯为邻苯二甲酸二丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、亚麻籽油等修复剂。所述材料一方面改善了PTFE与异质材料的相容性差、机械强度低及易磨损等问题,另一方面,微胶囊的引入使PTFE润滑材料具备自修复调控功能,增强了材料的减摩抗磨性能,提高了润滑材料使用寿命。

Self repairing self lubricating material and preparation method thereof

The invention provides a self-repairing self-lubricating material and a preparation method thereof. The self-repairing self-lubricating material comprises a modified PTFE and a microcapsule containing a repairing agent. Among them, the modified PTFE is core/shell structure particle, PTFE particle is core, wear-resistant polymer or two-dimensional material is shell; the microcapsule is composed of core and wall, and the wall is two-dimensional material such as urea-formaldehyde resin, polyvinylpyrrolidone polymer or graphene, and the core is dibutyl phthalate and methylpropylene. Reagents such as enoic acid glycidyl ester and linseed oil. On the one hand, the material improves the poor compatibility, low mechanical strength and easy wear of PTFE with heterogeneous materials. On the other hand, the introduction of microcapsules makes PTFE lubricating materials have self-repairing control function, enhances the friction reduction and wear resistance of the materials, and improves the service life of the lubricating materials.

【技术实现步骤摘要】
一种自修复型自润滑材料及其制备方法
本专利技术属于自润滑复合材料
,尤其涉及一种自修复型自润滑材料、制备方法及应用。
技术介绍
聚四氟乙烯是一种重要的工程塑料,自1938年被美国科学家首次合成以来,PTFE的应用得到了很大发展。机械设备中普遍存在摩擦、磨损现象,摩擦磨损造成了巨大的能源浪费和经济损失。PTFE具有极低的摩擦因数和优良的耐化学腐蚀性和高温稳定性,常用作固体自润滑材料。PTFE由四氟乙烯聚合而成,C-C主键完全被F原子包裹,构成流线型圆柱结构,这种棒状的分子之间引力极小,分子间容易滑动,从而在摩擦部件表面形成转移膜,摩擦部件之间的接触表现为转移膜与PTFE复合材料之间的接触,减少了接触面的剪切应力,降低了摩擦因数,从而起到自润滑的作用。PTFE的摩擦学特性和优良的理化性质使其在无油自润滑领域中占有重要的地位,然而特殊的组成及结构同时也使其具有诸多缺点,如机械性能较差、与其他材料的相容性低、易磨损等,极大地限制了它在行业的广泛应用。此外,随着近年来工业的不断发展,各类苛刻工况条件对PTFE润滑材料性能提出了更高的要求。为了提高PTFE材料的综合性能,大量研究采用填充、共混及表面改性等方法对PTFE进行改性。许多类型的微填充剂可以降低PTFE的磨损率,目前广泛使用的微填充剂有石墨、碳、玻璃纤维、铜等。釆用各种填料或增强物对PTFE进行填充改性己经取得了很多成果。目前这些工作仍然存在一些问题,主要表现在以下两个方面:一是界面粘结问题。由于PTFE自身的不粘性,复合材料中填料或增强体与基体的界面粘结较差。尽管很多研究尝试采用多种方法来改进复合材料的界面粘结问题,然而这些研究仅仅集中在对填料或增强体进行表面处理,改性效果有限。二是磨损问题。虽然引入填料或增强体与PTFE复合,在不同程度上改善了耐磨性,但磨损一旦发生便不可逆转,如何提高材料的使用寿命还需更深入研究探索。
技术实现思路
针对PTFE基固体自润滑当前存在的一些问题(粘接性差、易磨损等),本专利技术首先制备PTFE核壳结构纳米粒子及含修复剂的微胶囊,然后将两者按照一定配比制备块体润滑材料及薄膜润滑材料,一种具有自修复功能的固体自润滑材料,包括改性后的PTFE和含修复剂的微胶囊,所述改性后的PTFE为核壳结构,以PTFE纳米粒子为核,以耐磨聚合物或二维材料为壳;所述微胶囊以液态修复剂为囊芯,以聚合物或二维材料为囊壁。进一步,所述耐磨聚合物为如下材料中的一种或多种:聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、丙烯酸树脂、聚丙烯酰胺、聚甲醛。进一步,所述二维材料为如下材料中的一种或多种:石墨烯、二硫化钼、六方氮化硼、二硫化钨、二硫化钛、二硒化钼、碲化锑及碲化铋。进一步,所述液态修复剂为如下材料中的一种或多种:邻苯二甲酸二丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、亚麻籽油、桐油。进一步,所述微胶囊囊壁为如下材料中的一种或多种:聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、脲醛树脂、环氧树脂、聚苯乙烯、聚甲醛。进一步,所述微胶囊囊壁厚度为20nm-50μm。进一步,所述PTFE核壳结构中,壳的厚度为10-300nm,PTFE纳米粒子的质量分数为10-90wt%,更优选PTFE纳米粒子的质量分数为75-85wt.%。进一步,所述微胶囊的质量占材料总重量的0.1-70wt%,更有选微胶囊的量占材料总重量的10-35wt%。进一步,所述微胶囊中二维材料的质量占微胶囊重量的0.1-60wt%,更有选二维材料的量占微胶囊重量的15-35wt%。上述固体自润滑材料的制备方法包括如下步骤:(1)PTFE核壳结构纳米粒子制备1)按PTFE核壳结构粒子组成配比称取一定量的PTFE浓缩分散液,加入去离子水配置成PTFE分散液A;2)200-1200rmp机械搅拌作用下向分散液A中滴加一定量聚合物单体,缓慢升温至65-78℃,加入10ml过硫酸钾(0.74mmol)溶液;3)氮气氛围下反应6-24h,反应结束后反复离心、洗涤,在80-90℃下干燥2-12h,得到PTFE核壳结构纳米粒子。优选地,步骤1)中,PTFE核壳结构中,PTFE的质量分数为10-90wt.%,更优选地,PTFE的质量分数为75-85wt.%;优选地,步骤1)中,PTFE核壳结构中,壳的厚度为10-300nm;优选地,步骤2)中,壳原料为如下材料中的一种或多种:聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、丙烯酸树脂、聚丙烯酰胺、聚甲醛等。(2)用原位聚合法或皮克林乳液法制备含液态修复剂的微胶囊,包括:1)按照微胶囊组成配比,在含表面活性剂的水溶液中加入一定量液态修复剂,200-1500rmp转速下搅拌0.5-2h,形成稳定的微乳液B;2)向微乳液B中加入间苯二酚、氯化铵及1-3滴正辛醇消泡剂,调节pH为2.5-4.5,加入一定量囊壁原料,缓慢加热至50-70℃,反应2-6h;3)反应结束后过滤洗涤,并常温干燥1-3天得到微胶囊。优选地,步骤1)中,微胶囊囊壁厚度为20nm-50μm。优选地,步骤1)中,表面活性剂为如下材料中的一种或多种:明胶、阿拉伯树胶、聚乙烯醇(PVA)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二氨基硫酸钠(SDS)、苯乙烯马来酸配共聚物(SMA)、乙烯马来酸配共聚物(EMA)等。优选地,步骤1)中,液态修复剂为如下材料中的一种或多种:邻苯二甲酸二丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、亚麻籽油、桐油等。优选地,步骤2)中,微胶囊囊壁为如下材料中的一种或多种:聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、脲醛树脂、环氧树脂、聚苯乙烯、聚甲醛等。皮克林乳液法制备微胶囊1)按照微胶囊组成配比,将一定量的二维材料分散液与液态修复剂混合2)800-2000rmp转速下离心混合4-60min后过滤,常温干燥10-28h得到微胶囊。优选地,步骤1)中,二维材料为如下材料中的一种或多种:石墨烯,二硫化钼,六方氮化硼,二硫化钨、二硫化钛、二硒化钼、碲化锑及碲化铋等。优选地,步骤1)中,液态修复剂为如下材料中的一种或多种:邻苯二甲酸二丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、亚麻籽油、桐油等。优选地,步骤1)中,二维材料的质量占微胶囊重量的0.1-60wt.%,更有选地,二维材料的量占微胶囊重量的15-35wt.%。优选地,步骤2)中,微胶囊粒径为100nm-50μm,囊壁厚度为50nm-15μm(3)PTFE核壳结构纳米粒子与微胶囊的复合1)按照复合材料组成配比,将一定量的PTFE核壳结构纳米粒子与微胶囊混合,2-10MP、100-160℃模压成型得到块体复合材料2)按照复合材料组成配比,将一定量的PTFE核壳结构纳米粒子与微胶囊混合于溶剂中,采用旋涂法制备复合材料薄膜。优选地,步骤1)、2)中,微胶囊质的量占材料总重量的0.1-70wt.%,更有选地,微胶囊的量占材料总重量的10-35wt.%。本专利技术的有益效果:本专利技术提出采用种子乳液法对PTFE进行核壳表面改性,在此基础上将微胶囊型自修复体系引入PTFE基体中,实现润滑材料的自修复,提高设备的使用寿命。附图说明图1为PTFE核壳结构改性前后的SEM图。图2为本专利技术PTFE改性后的TEM图。图3为本专利技术微胶囊的SEM图。图4为本专利技术自修复型自润滑复合材料照片。图5为本专利技术自修复型自润滑复合材料摩擦系数曲线图。图6为本专利技术复合材料修复前后材料本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种具有自修复功能的固体自润滑材料,其特征在于,包括改性后的PTFE和含修复剂的微胶囊,所述改性后的PTFE为核壳结构粒子,以PTFE粒子为核,以耐磨聚合物或二维材料为壳;所述微胶囊以液态修复剂为囊芯,以聚合物或二维材料为囊壁。

【技术特征摘要】
1.一种具有自修复功能的固体自润滑材料,其特征在于,包括改性后的PTFE和含修复剂的微胶囊,所述改性后的PTFE为核壳结构粒子,以PTFE粒子为核,以耐磨聚合物或二维材料为壳;所述微胶囊以液态修复剂为囊芯,以聚合物或二维材料为囊壁。2.根据权利要求1所述的固体自润滑材料,其特征在于,所述耐磨聚合物为如下材料中的一种或多种:聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、丙烯酸树脂、聚丙烯酰胺、聚甲醛。3.根据权利要求1所述的固体自润滑材料,其特征在于,所述二维材料为如下材料中的一种或多种:石墨烯、二硫化钼、六方氮化硼、二硫化钨、二硫化钛、二硒化钼、碲化锑及碲化铋。4.根据权利要求1所述的固体自润滑材料,其特征在于,所述液态修复剂为如下材料中的一种或多种:邻苯二甲酸二丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、亚麻籽油、桐油。5.根据权利要求1所述的固体自润滑材料,其特征在于,所述微胶囊囊壁为如下材料中的一种或多种:聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、脲醛树脂、环氧树脂、聚苯乙烯、聚甲醛。6.根据权利要求1所述的固体自润滑材料,其特征在于,所述微胶囊囊壁厚度为20nm-50μm。7.根据权利要求1所述的固体自润滑材料,其特征在于,所述PTFE核壳结构中,壳的厚度为10-300nm,PTFE粒子的质量分数为10-90wt%。8.根据权利要求1所述的固体自润滑材料,其特...

【专利技术属性】
技术研发人员:张琳解国新温诗铸雒建斌
申请(专利权)人:清华大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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