一种石墨烯/4 -正戊基-4-氰基联苯液晶润滑剂及其制备与应用制造技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯/4‑正戊基‑4‑氰基联苯液晶润滑剂及其制备与应用。本发明专利技术以石墨烯为添加剂，通过水浴加热条件下超声处理，将石墨烯均匀分散在4‑正戊基‑4‑氰基联苯液晶中，制成石墨烯/4‑正戊基‑4‑氰基联苯液晶润滑剂，其中石墨烯的有效添加浓度为0.05wt％‑0.25wt％。本发明专利技术还提供石墨烯/4‑正戊基‑4‑氰基联苯液晶润滑剂的制备方法与应用，使用方法是使用之前在40‑50℃下预热润滑剂和摩擦区域，涂覆润滑剂后立即开始摩擦，摩擦系数和钢球磨损直径均有大幅度降低，实现石墨烯/4‑正戊基‑4‑氰基联苯液晶悬浮液的超低润滑。

A graphene /4 - pentyl -4- cyanobiphenyl liquid crystal lubricant and its preparation and Application

The invention relates to a graphene/4_n-amyl_4_cyanobiphenyl liquid crystal lubricant and its preparation and application. The present invention takes graphene as additive and disperses graphene evenly in 4_n-amyl_4_cyanobiphenyl liquid crystal by ultrasonic treatment under water bath heating condition to prepare graphene/4_n-amyl_4_cyanobiphenyl liquid crystal lubricant, in which the effective adding concentration of graphene is 0.05wt% 0.25wt%. The invention also provides a preparation method and application of graphene/4_n-pentyl_4_cyanobiphenyl liquid crystal lubricant. The method of use is to preheat the lubricant and the friction region at 40_50 C before use, immediately start friction after coating the lubricant, friction coefficient and ball wear diameter are greatly reduced, and graphene/4_n-biphenyl liquid crystal lubricant is realized. Ultra low lubrication of amyl group 4 cyanoacrylate biphenyl liquid crystal suspension.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯液晶润滑剂及其制备与应用
本专利技术涉及一种石墨烯/联苯类液晶润滑剂及其制备应用，尤其涉及一种石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯悬浮液作为润滑剂的应用，属于润滑
技术背景机械零部件之间的摩擦和磨损广泛存在于机械系统中，摩擦会消耗大量的能量，磨损则会导致零部件过早失效，为提高机械设备的使用效率和寿命必须降低零部件之间的摩擦和磨损。润滑技术是解决摩擦磨损、延长设备使用寿命的关键技术。为了达到降低能耗减少磨损的目的，要求在两个运动平面之间存在高载荷能力和低剪切阻力的润滑介质。从结构上看，液晶恰能同时满足这两个条件:当两表面相对运动速率较低(低剪切速率)时，来自两固体摩擦副的压力是巨大的，但在垂直于运动表面方向上，液晶分子排列的长程取向使之呈现固体的抗压性能，从而能支撑摩擦副，阻止其相互靠近；在高剪切速率下，它又呈现出低粘度的液体流动性，而能获得低的剪切阻力。因此理论上，液晶有望作为一种性能优越的新型润滑介质。然而，在实际应用过程中由于液晶对温度比较敏感，用作润滑剂时润滑效果受环境温度影响很大，例如:当环境温度低于液晶熔点(22℃)时，润滑剂表现为晶体状态，摩擦系数比较高，此时不适合用作润滑剂；当环境温度高于液晶的清亮点(35℃)时，液晶由各相异性的液晶态转变为各相同性的液态，此时用作润滑剂相比液晶态时抗磨性能下降。中国专利文件CN103013107A公开了一种液晶聚合物作为高聚物高温润滑剂的用途，此专利技术将热致型液晶聚合物作为高聚物高温润滑剂使用，明显改善了高聚物的加工流动性能，减少了资源损耗。但是此专利技术单纯使用液晶聚合物作为润滑剂，实验条件仅限高温。目前尚未有低温下使用的液晶聚合物材料的报道。4-正戊基-4-氰基联苯(4-Cyano-4'-pentylbiphenyl)，分子式为C18H19N，简写为5CB，现有技术中主要用于配制TN、STN型混合液晶,作显示材料。在摩擦学领域5CB液晶可作润滑添加剂，例如，5CB添加剂能够改善蓖麻油的润滑性能，但尚不能达到或超过矿物油的润滑性能。参见钱善华等，液晶添加剂4-正戊基-4-氰基联苯混合后对蓖麻油润滑性能的影响，《材料保护》2013年第10期。目前尚未见5CB液晶作为基础润滑油的应用报道。石墨烯作为润滑油添加剂的应用在摩擦学领域备受关注，但由于石墨烯具有较大的比表面积，容易团聚在一起，难溶于水以及其它常用的有机溶剂，更难与其它材料掺混形成复合材料。解决石墨烯难分散问题的方法目前有两种，一是使用分散剂，二是通过对石墨烯进行改性，然而，这两种方法都会不同程度的引入杂质，而且不易确定杂质含量及杂质对润滑性能的影响程度，限制了石墨烯的应用。因此，为了弥补现有液晶润滑剂的不足，提高其润滑效果，充分发挥液晶在润滑领域的应用，本专利技术旨在提出一种添加石墨烯的联苯类液晶润滑剂。
技术实现思路
针对现有液晶润滑剂的不足，本专利技术提供一种石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯(G/5CB悬浮液)液晶润滑剂及其制备方法。本专利技术还提供一种石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯悬浮液作为润滑剂的应用。预热处理G/5CB悬浮液及摩擦区域后，开始摩擦进行3-5min后，摩擦系数降至最小值(约0.01)。术语说明：4-正戊基-4-氰基联苯，简写5CB，结构式如下：石墨烯，简写G，碳原子组合结构如下：石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯，简写为G/5CB，是石墨烯分散到4-正戊基-4-氰基联苯中的一种液晶润滑剂。室温/常温：本专利技术中的室温或常温具有相同的含义，为23-27℃。本专利技术的技术方案如下：一种石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯液晶润滑剂，以石墨烯为添加剂，通过水浴加热条件下超声处理，将石墨烯均匀分散在4-正戊基-4-氰基联苯液晶中，制成石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯悬浮液。根据本专利技术，优选的，所述石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯液晶润滑剂中，石墨烯的有效添加浓度在0.05wt％至0.25wt％之间；最优选石墨烯添加浓度为0.15wt％。根据本专利技术，优选的，所述水浴加热超声处理是在40-50℃水浴加热条件下超声分散。一种石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯液晶润滑剂的制备方法，步骤如下：(1)石墨烯加入乙醇溶剂中，配成浓度为0.2-0.8mg/ml的石墨烯分散液，超声分散3-5min；(2)取石墨烯分散液与4-正戊基-4-氰基联苯液晶混合，石墨烯添加浓度在0.05wt％至0.25wt％之间，在40-50℃水浴加热条件下将混合溶液超声处理，使石墨烯均匀分散在4-正戊基-4-氰基联苯液晶中；(3)将步骤(2)分散均匀的悬浮液在40-50℃真空干燥，使乙醇蒸发完全，得石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯悬浮液。根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述的石墨烯，片径为0.2～1μm，厚度为0.5～3nm。步骤(2)中所述的4-正戊基-4-氰基联苯液晶，纯度为99.7％。均可市购获得。根据本专利技术优选的，步骤(2)中的超声分散条件是20-30KHz超声分散10-15min。根据本专利技术，一种石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯悬浮液作为润滑剂的应用，其中，使用前将所述石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯悬浮液及摩擦区域进行预热，预热温度高于4-正戊基-4-氰基联苯液晶清亮点5-15℃。根据本专利技术所述的石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯悬浮液作为润滑剂的应用，其中，优选的，预热时间为1-2min。当预热后的石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯悬浮液涂覆到预热的摩擦区域上摩擦开始后，常温下进行即可。无需继续预热。根据本专利技术所述的石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯悬浮液作为润滑剂的应用，优选的，所述石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯悬浮液预热温度为40-50℃并用玻璃棒持续搅拌1-2min，同时摩擦区域也预热到40-50℃。润滑剂涂覆到摩擦区域后停止预热立即开始摩擦。根据本专利技术所述的石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯悬浮液作为润滑剂的应用，按上述预热处理G/5CB悬浮液及摩擦区域后，开始摩擦进行3-5min后，摩擦系数降至最小值(约0.01)。本专利技术意外发现，预热能使石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯液晶悬浮液获得更低的摩擦系数、更高的抗磨性能，同时预热还解决了低温时液晶摩擦系数过大以及高温时磨损率升高的问题，极大改善了液晶用作润滑剂时的温度敏感性问题。本专利技术的方法中，首先，5CB液晶分子能够与石墨烯产生π-π相互作用，有利于5CB液晶分子在石墨烯表面吸附，使石墨烯表面吸附更多的5CB分子，这在一定程度上抑制了石墨烯的团聚；其次，预热处理后5CB粘度降低，分子排列由有序到无序，同时分子热运动加剧、石墨烯布朗运动剧烈，促进了石墨烯在5CB中的分散；最后，摩擦实验开始后，石墨烯借助剪切力的作用均匀分布于摩擦区域，并且吸附在摩擦副表面形成吸附膜。本专利技术中的5CB液晶用作润滑剂涂覆在金属表面上时不易挥发、不会腐蚀金属，具备作为润滑剂的重要特征；同时，具有优良力学性能及片状结构的石墨烯易于进入摩擦区域并容易吸附在摩擦表面形成完整的物理减摩层，适合作为润滑添加剂。根据本专利技术所述的石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯悬浮液作为润滑剂的应用，使用方法包括：步骤1：对金属摩擦副表面进行超声清洗并干燥；步骤2：将所述石墨烯/4-正戊基-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯/4‑正戊基‑4‑氰基联苯液晶润滑剂，其特征在于以石墨烯为添加剂，通过水浴加热条件下超声处理，将石墨烯均匀分散在4‑正戊基‑4‑氰基联苯液晶中，制成石墨烯/4‑正戊基‑4‑氰基联苯悬浮液。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯液晶润滑剂，其特征在于以石墨烯为添加剂，通过水浴加热条件下超声处理，将石墨烯均匀分散在4-正戊基-4-氰基联苯液晶中，制成石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯悬浮液。2.如权利要求1所述的石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯液晶润滑剂，其特征在于所述石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯液晶润滑剂中，石墨烯的有效添加浓度在0.05wt％至0.25wt％之间；优选石墨烯添加浓度为0.15wt％。3.权利要求1或2所述的石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯液晶润滑剂的制备方法，步骤如下：(1)石墨烯加入乙醇溶剂中，配成浓度为0.2-0.8mg/ml的石墨烯分散液，超声分散3-5min；(2)取石墨烯分散液与4-正戊基-4-氰基联苯液晶混合，在40-50℃水浴加热条件下将混合溶液进行超声处理，使石墨烯均匀分散在4-正戊基-4-氰基联苯液晶中；(3)将步骤(2)分散均匀的悬浮液在40-50℃真空干燥，使乙醇蒸发完全，得石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯悬浮液。4.如权利要求3所述的石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯液晶润滑剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的石墨烯，片径为0.2～1μm，厚度为0.5～3nm。5.如权利要求3所述的石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯液晶润滑剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的超声分散条件是20-30KHz超声分散10-15min。6.权利要求1或2所述的石墨烯/4-正戊基-4-氰基联...

【专利技术属性】
技术研发人员：许崇海，李智亮，张静婕，肖光春，陈照强，衣明东，陈辉，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37