用于降低橡胶表面摩擦系数和磨耗的二硫化钼纳米涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了用于降低橡胶表面摩擦系数和磨耗的二硫化钼纳米涂层及其制备方法。涂层原料包括以下组分：氟橡胶5～15％，二硫化钼0.5～3％，表面改性剂0.5～2％，交联剂0.1～1％，有机溶剂80～93％。本发明专利技术二维层状二硫化钼在进行表面改性后，与氟橡胶、交联剂一起配制成二硫化钼/氟橡胶分散液，涂覆在硫化胶表面，烘干，二硫化钼通过自组装方式在硫化胶表面形成低摩擦系数且低磨耗的纳米涂层。本发明专利技术在动密封或机械运动过程中，二硫化钼纳米涂层能减少硫化胶与金属接触时的摩擦力，降低橡胶磨耗，纳米涂层可以涂覆在氟橡胶、氢化丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、天然橡胶等多种硫化胶表面，均能达到减摩效果。

Molybdenum disulfide nano-coating for reducing friction coefficient and wear of rubber surface and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
用于降低橡胶表面摩擦系数和磨耗的二硫化钼纳米涂层及其制备方法
本专利技术涉及一种二硫化钼纳米涂层，更具体地涉及一种基于自组装成型，用于降低橡胶表面摩擦系数和磨耗的二硫化钼纳米涂层及其制备方法。
技术介绍
氟橡胶是一种主链上含有大量C-F键的特种合成橡胶，具有优异的耐高温、耐化学介质、耐候和低气体透过率等特性，在汽车、机械、化工、能源、电子、军工等领域有广泛应用。其中，在机械密封领域，氟橡胶常被用作各类油封产品，由于氟橡胶与金属轴杆之间长时间的相对运动，导致橡胶表面的磨损，橡胶与金属之间的摩擦系数增大，进而可能会导致橡胶密封失效。因此，为了延长氟橡胶密封制品的使用寿命，如何减小氟橡胶与金属之间的摩擦系数和降低磨耗，一直是氟橡胶密封材料的重要研究方向。目前，改善氟橡胶摩擦性能的主要方法是采用机械共混法在氟橡胶基体中添加各种减摩填料，如二硫化钼、石墨、石墨烯、聚四氟乙烯微粉以及芳纶短纤维等。减摩填料可在氟橡胶表面形成润滑层，降低材料的表面能，从而降低氟橡胶的摩擦系数及磨耗。但是，大量添加的减摩填料会明显损害氟橡胶的力学性能和加工性能。中国专利技术专利201510396542.X通过对氟橡胶中添加耐高温润滑性优异的氟醚油，实现橡胶材料低摩擦化，获得耐介质、耐高低温、成型工艺等综合性能优异的动密封氟橡胶材料。该专利技术的涉及的低摩擦氟橡胶，采用氟橡胶—双酚或过氧化物硫化体系，质量组成至少包括：氟橡胶100份，补强填料25～45份，耐磨助剂0～20份，氟醚油5～15份，吸酸剂5～15份。该低摩擦氟橡胶，摩擦系数小、耐介质性能好、综合力学性能优异。适用于橡胶与金属光滑表面相对运动的场合，适用于动密封
，特别适用于高速旋转密封
然而，该专利技术主要是通过氟硅油不断迁移至氟橡胶表面形成润滑膜，以降低橡胶的摩擦系数，一方面氟硅油用量不能太高，否则会显著降低氟橡胶的力学性能；另一方面，氟硅油不断迁移至橡胶表面，随着时间的延长，在氟橡胶基体中的氟硅油含量不断减少，其降低摩擦系数的效果会有所削弱。该技术改善氟橡胶的摩擦性能是通过大量添加与基体相容性一般的氟硅油来实现，对氟橡胶的力学性能和加工性能会造成不良影响，因此该方法有较大的局限性。中国专利技术专利201410484202.8报道了一种高耐磨二硫化钼/丁苯橡胶/丁吡橡胶纳米复合材料：包括丁苯橡胶(以干胶计)90，丁吡橡胶(以干胶计)10，二硫化钼2～10，氧化锌5，硬脂酸2，防老剂3，促进剂1.5，交联剂2.8。该专利技术首先通过超声法剥离二硫化钼制备出二硫化钼悬浮液，再与丁苯橡胶乳液和少量丁吡橡胶乳液进行复合，制得二硫化钼/丁苯橡胶/丁吡橡胶复合材料，表现出优异的力学性能和耐磨性能，在轮胎、输送带、密封件及鞋底等材料中具有广阔的应用前景。但是该技术只适合部分以胶乳形式存在的橡胶品种，如丁苯胶乳、天然胶乳、丁腈胶乳等，对于氟橡胶等以干胶形式存在的橡胶不适用，而且二硫化钼存在于整个橡胶基体中，因而其用量较高，要达到2～10phr才具有较好的耐磨性能，但直接加入过多的二硫化钼将影响材料的力学性能。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种与基体附着力强，基于自组装成型的超薄的用于降低橡胶表面摩擦系数和磨耗的二硫化钼纳米涂层及其制备方法，该涂层在显著降低橡胶表面摩擦系数和磨耗的同时对橡胶材料的力学性能和形状尺寸基本没有影响。本专利技术通过配制改性二硫化钼/氟橡胶分散液，然后通过自组装方式在硫化橡胶基材表面制备低摩擦系数和低磨耗的二硫化钼纳米涂层，而非通过大量添加减摩填料来改善硫化橡胶的摩擦和磨损性能。同时本专利技术涂层中纳米减摩填料的用量少，涂层厚度薄而且可控，与硫化橡胶基体的附着力强，对橡胶材料的力学性能和形状尺寸基本没有影响，能够实现橡胶材料表面的金属光泽，适用于多种橡胶如氟橡胶、丙烯酸酯橡胶、氯丁橡胶、氢化丁腈橡胶、乙丙橡胶、天然橡胶表面的涂覆，达到显著的减摩效果。该技术方法简便易行，成本较低，可广泛应用于机械、汽车、电子、石化等领域。本专利技术目的通过以下技术方案实现：用于降低橡胶表面摩擦系数和磨耗的二硫化钼纳米涂层，以质量百分比计，所述的涂层原料包括以下组分：所述的表面改性剂为L-半胱氨酸、2-巯基苯胺、4-氨基-6-羟基-2-巯基嘧啶、2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑中的一种或多种。为进一步实现本专利技术目的，优选地，所述氟橡胶为偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯共聚物、四氟乙烯-丙烯共聚物中的一种或多种。优选地，所述的二维层状二硫化钼的粒径为0.1～50μm。优选地，交联剂为2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷、过氧化二异丙苯、过氧化2,4-二氯苯甲酰、过氧化二苯甲酰中的一种或多种。优选地，所述的有机溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N'-二甲基甲酰胺、丙酮、丁酮、环己酮中的一种或多种。所述的用于降低橡胶表面摩擦系数和磨耗的二硫化钼纳米涂层的制备方法，包括如下步骤：(1)制备改性二硫化钼分散液将二维层状二硫化钼和表面改性剂加入到有机溶剂中，搅拌均匀，超声分散使二硫化钼剥离，制得表面改性二硫化钼分散液；(2)配制二硫化钼/氟橡胶分散液将氟橡胶和交联剂加入到有机溶剂中，搅拌均匀，使氟橡胶和交联剂完全溶解，配成均匀的氟橡胶溶液；将二硫化钼分散液和氟橡胶溶液混合，搅拌均匀，超声分散，制得二硫化钼/氟橡胶分散液；(3)二硫化钼纳米涂层的制备依次采用浸涂法或喷涂法将二硫化钼/氟橡胶分散液涂覆在硫化橡胶基材表面，干燥，冷却，在硫化橡胶基材表面形成二硫化钼纳米涂层。优选地，所述的硫化橡胶基材为氟橡胶、丙烯酸酯橡胶、氯丁橡胶、氢化丁腈橡胶、乙丙橡胶、天然橡胶中一种或几种，均采用过氧化物硫化。优选地，步骤1)所述搅拌为机械搅拌，搅拌的时间为1～2h，搅拌的转速为300～800r/min；步骤1)所述的超声分散的时间为1～3h，超声分散的功率300～800W；步骤2)两个搅拌均为机械搅拌，第一次搅拌的时间为1～2h，第二次搅拌的时间为1～2h；两次搅拌的转速均为300～800r/min；步骤2)的超声分散的时间为1～2h，超声分散的功率300～800W。优选地，步骤3)依次采用浸涂法或喷涂法将二硫化钼/氟橡胶分散液涂覆在硫化橡胶基材表面，干燥，冷却的重复次数为1～8次。优选地，步骤3)所述的浸涂法是将硫化橡胶在二硫化钼/氟橡胶分散液中浸渍3～60秒；步骤3)所述的干燥是在烘箱中悬挂烘干，温度为100～200℃，时间为20～60min；步骤3)所述的冷却的时间为10～20min，冷却至常温。现有技术中均没有涉及采用浸涂或喷涂方法在橡胶表面通过自组装成型低摩擦系数和低磨耗纳米涂层的相关报道。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)减摩填料二硫化钼的用量低，降低摩擦系数和磨耗效果好，摩擦和磨损性能可以调控。现有技术中，减摩填料一般直接加入橡胶基体中，因此二硫化钼的用量较高，一般为10～30％，而本专利技术采用的是在硫化橡胶基材表面涂覆二硫化钼涂层，因此，二硫化钼实际用量仅为0.5～2％，远远低于现有减摩填料的用量。此外，通过改变二硫化钼的用量和涂覆次数，摩擦和磨损性能可以通在较大范围内调整；2)二硫化钼纳米涂层与硫化橡胶基材的附着力好，不易发生脱层剥落。由于本专利技术采用含有氨基和巯基官能团的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于降低橡胶表面摩擦系数和磨耗的二硫化钼纳米涂层，其特征在于，以质量百分比计，所述的涂层原料包括以下组分：

【技术特征摘要】
1.用于降低橡胶表面摩擦系数和磨耗的二硫化钼纳米涂层，其特征在于，以质量百分比计，所述的涂层原料包括以下组分：所述的表面改性剂为L-半胱氨酸、2-巯基苯胺、4-氨基-6-羟基-2-巯基嘧啶、2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的用于降低橡胶表面摩擦系数和磨耗的二硫化钼纳米涂层，其特征在于：所述氟橡胶为偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯共聚物、四氟乙烯-丙烯共聚物中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种用于降低橡胶表面摩擦系数和磨耗的二硫化钼纳米涂层，其特征在于：所述的二维层状二硫化钼的粒径为0.1～50μm。4.根据权利要求1所述的一种用于降低橡胶表面摩擦系数和磨耗的二硫化钼纳米涂层，其特征在于：交联剂为2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷、过氧化二异丙苯、过氧化2,4-二氯苯甲酰、过氧化二苯甲酰中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的用于降低橡胶表面摩擦系数和磨耗的二硫化钼纳米涂层，其特征在于：所述的有机溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N'-二甲基甲酰胺、丙酮、丁酮、环己酮中的一种或多种。6.权利要求1-5任一项所述的用于降低橡胶表面摩擦系数和磨耗的二硫化钼纳米涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)制备改性二硫化钼分散液将二维层状二硫化钼和表面改性剂加入到有机溶剂中，搅拌均匀，超声分散使二硫化钼剥离，制得表面改性二硫化钼分散液；(2)配制二硫化钼/氟橡胶分散液将氟橡胶和交联剂加入到有机溶剂中，搅拌均匀，使氟橡胶和交联剂完全溶解，配成均匀的氟橡胶溶液；将二硫化钼分散液和氟橡胶溶液混合，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭建华，陈旭明，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44