一种有机/无机杂化双壁自润滑微胶囊、制备方法及包含该微胶囊的自润滑复合材料技术

本发明专利技术涉及一种有机/无机杂化双壁自润滑微胶囊、制备方法及包含该微胶囊的自润滑复合材料。该微胶囊的囊壁包括内壁和包覆在内壁外的外壁，所述内壁由聚砜制成，所述外壁由二氧化硅制成。制备方法则包括如下步骤：(1)、制备聚砜包覆自润滑剂的自润滑微胶囊；(2)、利用多巴胺对所述自润滑微胶囊表面进行改性，得到表面经过改性的自润滑微胶囊；(3)、在所述表面经过改性的自润滑微胶囊外层包覆二氧化硅，制得有机/无机杂化双壁自润滑微胶囊。本发明专利技术提供的微胶囊为聚砜/二氧化硅双壁结构，力学性能好，软化温度高，同时包覆的自润滑剂含量达32.5质量％～51.0质量％，含该微胶囊的复合材料的耐摩擦性能优异，有较好的自润滑效果。

Organic / inorganic hybrid double wall self lubricating microcapsule, preparation method and self-lubricating composite material containing the microcapsule

The invention relates to an organic / inorganic hybrid double wall self lubricating microcapsule, a preparation method and a self-lubricating composite material containing the microcapsule. The capsule wall of the microcapsule comprises an inner wall and an outer wall wrapped outside the inner wall, wherein the inner wall is made of polysulfone, and the outer wall is made of silica. The preparation method comprises the following steps: (1), preparation of polysulfone microcapsules coated self lubrication lubricant; (2) of the self-lubricating microcapsule surface was modified by dopamine, surface modified self lubricating microcapsule; (3), on the surface after modification self lubricating microcapsules coated with silica, preparation of organic / inorganic hybrid double wall self-lubricating microcapsules. The micro capsule provided by the invention is Polysulfone / SiO2 double wall structure, good mechanical properties, high softening temperature, and coated lubricant content up to 32.5 wt.% to 51 wt.%, containing the microcapsule composite material has excellent performance of abrasion, good self-lubricating effect.

【技术实现步骤摘要】
一种有机/无机杂化双壁自润滑微胶囊、制备方法及包含该微胶囊的自润滑复合材料
本专利技术涉及化工材料
，尤其涉及一种有机/无机杂化双壁自润滑微胶囊、制备方法及包含该自润滑微胶囊的自润滑复合材料。
技术介绍
新材料是科技进步的基石，高尖端
的发展离不开新材料的开发与应用。树脂基复合材料因其轻质、高比强度、高比刚度、耐腐蚀、低噪音等优异性能被广泛应用于航空航天、电子科技、石油化工等重要领域。然而，树脂基复合材料在使用过程中不可避免会产生摩擦磨损，尤其作为机械设备的关键耐磨零部件如轴承、齿轮、活塞等使用时，摩擦磨损不仅会造成大量资源浪费，零部件失效，还可造成严重经济损失。为节约能源，提高生产效率，延长材料使用寿命，就需要解决诸多领域的摩擦、磨损与润滑防护问题。开发具有自润滑功能的树脂基复合材料是解决这一问题的有效途径。自润滑材料是指在工作过程中无需外加润滑剂，靠自身即可提供持续润滑的一类功能材料，其自润滑作用是通过材料在摩擦过程中，作为材料主要组成部分之一的润滑剂可在摩擦界面形成具有低摩擦、高承载、长寿命的自润滑转移膜，从而达到减摩、耐磨的目的。树脂基复合材料的自润滑目前大多采用以下两种方式来实现：一是在树脂基体中添加固体润滑剂，例如短碳纤维、碳纳米管、石墨烯、微纳米粒子等，尽管固体润滑剂有很多优良性能，并在很大程度上突破了传统润滑剂的使用极限，但是固体润滑剂的摩擦系数一般比液体润滑剂的大50-100倍，即使近几年研究较热门、润滑性能较好的纳米粒子、碳纳米管等也存在着用量大、不易分散、价格高等不足，而且固体润滑剂不具备液体润滑剂的自行修补性；二是多孔自润滑复合材料，这类材料在树脂基体中有发达的孔结构，孔道内预先植入润滑剂，在摩擦过程中可通过润滑剂在孔道中连续不断的流出来实现自润滑功能，但该方法目前存在多孔结构的造孔困难、孔洞无序、摩擦过程中润滑油容易被甩出等问题，限制了多孔自润滑树脂基复合材料性能的提高和应用。微胶囊型(固-液型)自润滑复合材料是一种新型的自润滑材料。自润滑微胶囊是将液体润滑剂包裹在天然或合成的高分子成膜材料中形成的具有“核-壳”结构的颗粒材料。微胶囊型自润滑复合材料是在材料内部添加自润滑微胶囊，摩擦磨损过程中微胶囊破裂释放出的润滑剂在摩擦界面形成边界润滑膜，从而起到减摩耐磨的作用，满足复合材料在不同环境下的自润滑需求。北京航空航天大学的朱立群等(朱立群,张玮.含润滑油微胶囊复合镀铜机理和镀层性能.物理化学学报,2004,20(8):795-800.)制备了聚乙烯醇包覆润滑油微胶囊，将制备的微胶囊通过与铜离子复合电沉积制得了含有微胶囊的复合镀铜层，对涂层的摩擦性能进行了研究。中山大学的章明秋等(GuoQB,LauKT,ZhengBF,etal.ImpartingUltra-LowFrictionandWearRatetoEpoxybytheIncorporationofMicroencapsulatedLubricant.MacromolecularMaterials&Engineering,2009,294(1):20-24.；GuoQB,LauKT,RongMZ,etal.Optimizationoftribologicalandmechanicalpropertiesofepoxythroughhybridfilling.Wear,2010,269(1-2):13-20.)以三聚氰胺-甲醛树脂(PMF)包裹润滑油的微胶囊，将其添加到环氧树脂中制备了自润滑复合材料，并对其进行了摩擦性能测试。浙江工业大学的马国伟等(马国伟,许雪峰,金清波,等.二烃基五硫化物-三聚氰胺-甲醛树脂微胶囊的制备及其摩擦性能.复合材料学报,2013,30(2):37-43.)制备了PMF包裹二烃基五硫化物及硬脂酸丁酯等润滑剂的微胶囊，将微胶囊产品添加到聚乙二醇基础液中，研究了其摩擦磨损性能。湖南科技大学的彭涛等(彭涛.脲醛树脂微胶囊的制备及其摩擦磨损性能研究.湖南科技大学,2015.)制备了脲醛树脂包覆四氯乙烯的微胶囊，并应用于环氧树脂基体中，研究表明复合材料摩擦系数发生了无规律不稳定的变化，磨损率有所降低。Khun等(KhunNW,SunDW,HuangMX,etal.Wearresistantepoxycompositeswithdiisocyanate-basedself-healingfunctionality.Wear,2014,313(1-2):19-28.；KhunNW,ZhangH,SunDW,etal.Tribologicalbehaviorsofbinaryandternaryepoxycompositesfunctionalizedwithdifferentmicrocapsulesandreinforcedbyshortcarbonfibers.Wear,2016,350-351:89-98.；KhunNW,ZhangH,YueCY,etal.Self-LubricatingandWearResistantEpoxyCompositesIncorporatedwithMicroencapsulatedWax.JournalofAppliedMechanics,2014,81(7):071004.；KhunNW,ZhangH,YangJ.L,etal.Tribologicalperformanceofsiliconecompositecoatingsfilledwithwax-containingmicrocapsules[J].Wear,2012,(296):575-582.；KhunNW,ZhangH,TangXZ,etal.ShortCarbonFiber-ReinforcedEpoxyTribomaterialsSelf-LubricatedbyWaxContainingMicrocapsules.JournalofAppliedMechanics,2014,81(12):121004-1-7.)研究了一系列微胶囊型自润滑材料，他们分别以聚脲(PU)、脲醛树脂(PUF)为壁材，以己二异氰酸酯(HDI)、石蜡等为芯材制备自修复微胶囊，分别对环氧树脂基及硅橡胶基自润滑复合材料的摩擦学性能进行研究。PedroBandeira等(BandeiraP,MonteiroJ,BaptistaAM,etal.TribologicalPerformanceofPTFE-basedCoatingModifiedwithMicroencapsulated[HMIM][NTf2]IonicLiquid.TribologyLetters,2015,59(1):1-15.)制备了聚砜(PSF)为壁材、离子液体1-己基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐为芯材的微胶囊，将微胶囊产品添加到聚四氟乙烯涂层中，并考察了其摩擦磨损性能，结果表明，微胶囊的加入使其摩擦系数降低了12％，磨损率降低了70％。此外，有的文献资料(YangM,ZhuX,RenG,etal.TribologicalBehaviorsofPolyurethaneCompositeCoatingsFilledwithI本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机/无机杂化双壁自润滑微胶囊，包括囊壁和被囊壁包裹的自润滑剂，其特征在于，所述囊壁包括内壁和包覆在内壁外的外壁，所述内壁由聚砜制成，所述外壁由二氧化硅制成。

【技术特征摘要】
1.一种有机/无机杂化双壁自润滑微胶囊，包括囊壁和被囊壁包裹的自润滑剂，其特征在于，所述囊壁包括内壁和包覆在内壁外的外壁，所述内壁由聚砜制成，所述外壁由二氧化硅制成。2.根据权利要求1所述的微胶囊，其特征在于，所述自润滑微胶囊的粒径为30～500μm；和/或所述囊壁的厚度为2～50μm。3.根据权利要求1所述的微胶囊，其特征在于，所述自润滑剂选自由润滑油、聚乙二醇、离子液体、石蜡和硬脂酸丁酯组成的组；和/或所述自润滑剂在所述微胶囊中的含量为32.5质量％～51.0质量％。4.一种权利要求1至3任一项所述有机/无机杂化双壁自润滑微胶囊的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)、制备聚砜包覆自润滑剂的自润滑微胶囊；(2)、利用多巴胺对所述自润滑微胶囊表面进行改性，得到表面经过改性的自润滑微胶囊；(3)、在所述表面经过改性的自润滑微胶囊的外层包覆二氧化硅，制得有机/无机杂化双壁自润滑微胶囊。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)按照如下方式进行：(11)、将聚砜和芯材溶于有机溶剂中，搅拌得到油相；优选地，聚砜、芯材和有机溶剂的质量比为1：(1～2)：(20～40)；(12)、配制分散剂水溶液作为水相；优选地，所述分散剂水溶液的浓度为0.5～3质量％；(13)、将油相分散至水相中，待有机溶剂挥发后，得到聚砜包覆自润滑剂的自润滑微胶囊。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤(13)中，所述将油相分散至水相中按照如下方式进行：将油相在搅拌速度为250～500rpm、温度为30～36℃的条件下以1～2mL/min的速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海燕，汪怀远，朱艳吉，马英杰，李志科，闫超，崔业翔，李爽，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23