一种基于溶胶-凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于溶胶

【技术实现步骤摘要】
一种基于溶胶
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凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及材料表面抗磨减摩涂层
，特别涉及一种基于溶胶
‑
凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]我国经济发展要完成“高能耗、高排放、高污染”的粗放型经济发展模式向“低消耗、低排放、高效率”的绿色低碳经济发展模式的转变，节能减排势在必行。现代工业体系中使用到大量的橡胶密封装置，用以防止工作介质泄漏及外界灰尘和异物侵入，而密封元件作为高压储存容器中极其重要的关键部件，往往是密封装置的一个薄弱环节，容易发生微动摩擦磨损，不仅会影响机械设备的安全稳定运行，还会造成能量的损失和浪费。因此，解决橡胶密封件的磨损能耗问题是橡胶密封装置研究的重中之重。
[0003]在橡胶表面制备具有低摩擦的涂层是一种良好的解决方案，目前虽然已有专利或论文制备了低摩擦的橡胶表面复合涂层，例如专利202110538479.4公开了一种超低摩擦的多层复合碳基润滑涂层及其构筑方法，提出通过磁控溅射技术在橡胶表面形成多层复合碳薄膜；吴彦明等在《On the adhesion and wear resistance of DLC films deposited on nitrile butadiene rubber_A Ti
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C interlayer》中提到了一种采用双目标磁控溅射法制备的具有优异的耐磨性和低摩擦系数的掺钛碳(Ti
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C)薄膜。但是上述专利和试验技术制备门槛高、工艺复杂、价格昂贵、需要大型设备，不适合大规模的工业化生产。
[0004]溶胶
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凝胶法作为低温或温和条件下合成无机化合物或无机材料的重要方法，能够使组分的扩散在纳米范围内，实现分子水平上的均匀掺杂，在软化学合成中占有重要地位，被广泛应用于制备玻璃、陶瓷、薄膜、纤维、复合材料等方面。石墨，因其片层结构本身具有良好的自润滑性，可以显著降低涂层与金属对摩时的摩擦系数和磨损率，提高复合涂层的摩擦学性能，被广泛应用于冶金、化工、机械设备、新能源汽车、核电、电子信息、航空航天和国防等行业。然而天然石墨与有机硅溶胶亲和力不强，直接将未经改性处理后的石墨加入到复合涂层中会导致其分散性较差，片层容易团聚，由此引发的界面问题导致涂料成膜后形成大量孔隙和裂纹，从而难以起到增强涂层致密性和耐磨性的作用，限制了其在耐磨减磨涂层中的进一步应用。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术的目的是提供一种基于溶胶
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凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层及其制备方法，利用硅烷偶联剂对石墨进行表面改性处理，提高石墨材料在有机硅溶胶中的分散性和界面相容性，同时利用石墨片层的自润滑特性，提升整个复合涂层的结构致密性和摩擦学性能，用于改善因橡胶密封件摩擦磨损而产生的能耗问题。
[0006]本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。
[0007]本专利技术提供一种基于溶胶
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凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层及其
制备方法，所述有机硅/石墨复合涂层通过溶胶
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凝胶法将复合涂料成型于橡胶表面，复合涂料包括有机硅前体溶胶与其中掺杂的改性石墨。本专利技术方法将通过对石墨片层进行改性处理，提高了其在有机硅溶胶中的分散性，增强了复合材料涂层的结构强度；由于石墨的片层结构本身具有良好的自润滑性，显著降低了涂层与金属对摩时的摩擦系数和磨损率，提高了复合涂层的摩擦学性能。
[0008]优选的，所述有机硅前体溶胶主要原料为硅酸四乙酯TEOS和三乙氧基甲基硅烷MTES；
[0009]优选的，所述改性石墨是由目数为5000目的石墨材料经KH
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550改性制成。
[0010]具体制备方法包括以下步骤：
[0011]步骤S10，将TEOS、MTES、无水乙醇和去离子水按照第一预设比例均匀混合后，连续搅拌，在室温下陈化后备用，得到前体溶胶，记为1号溶液；
[0012]步骤S11，将无水乙醇、去离子水、KH
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550、HCl按照第二预设比例混合均匀后，将石墨材料加入该溶液中形成混合悬浮液；
[0013]步骤S12，将混合悬浮液超声后，水浴加热搅拌，得到含改性石墨的悬浮液；
[0014]步骤S13，将无水乙醇与高速离心机配合使用，将含改性石墨的悬浮液反复洗涤，随后将洗涤好的溶液在真空干燥箱中烘干，得到改性石墨材料；
[0015]步骤S14，将40～160mg改性石墨材料加入10ml无水乙醇溶液中，超声处理制成含有4～16mg/ml改性石墨材料的无水乙醇溶液，记为2号溶液；
[0016]步骤S15，将1号溶液和2号溶液混合后，配置得到含改性石墨材料的复合有机硅溶胶；
[0017]步骤S16，按照第三预设比例向复合有机硅溶胶内加入HCl后，磁力搅拌；
[0018]步骤S17，将搅拌后的复合有机硅溶胶转移进真空干燥器中保存，直至内部无气泡冒出，得到有机硅/石墨复合涂料；
[0019]步骤S18，通过涂覆方法将有机硅/石墨复合涂料涂覆于橡胶表面，得到橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层。
[0020]优选的，在步骤S10中，第一预设比例为：TEOS：MTES：无水乙醇：去离子水的体积比为1～10:1～10:2.5～10:0.5～5，混合条件为搅拌转速为300～500rpm，搅拌时间为30～60min，陈化时间为3～4天。
[0021]优选的，在步骤S11中，第二预设比例为：无水乙醇：去离子水：KH
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550：HCl的体积比为9～20:1～5:2.5～5:0.1～1，石墨材料的质量为0.5～2g。
[0022]优选的，在步骤S12中，超声的时间为30～60min，水浴温度为60～80℃，搅拌转速为300～500rpm，搅拌时间为4～6h。
[0023]优选的，在步骤S13中，高速离心机转速为2000～5000rpm，洗涤持续时间为3～5min，洗涤次数三次，真空干燥箱温度为60～90℃，干燥时间为12～24h。
[0024]优选的，在步骤S14中，无水乙醇溶液为10～20ml，超声时间为10～24h；所述改性石墨材料的加入量为40～160mg，无水乙醇溶液为10ml；所述改性石墨材料的无水乙醇溶液的浓度为4～16mg/ml。
[0025]优选的，在步骤S16中，第三预设比例为复合有机硅溶胶：HCl的体积比为1：0.01～0.1，搅拌转速为300～500rpm，磁力搅拌时间为30～60min。
[0026]优选的，步骤S17中，所述真空干燥器中保存时间为10～20min。
[0027]涂覆方法包括以下步骤：
[0028]步骤S20，将橡胶试样用无水乙醇和去离子水超声洗涤；
[0029]步骤S21，将洗涤后的橡胶试样分散浸泡于多巴胺溶液和Tris溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于溶胶
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凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层的制备方法，其特征在于，所述有机硅/石墨复合涂层通过溶胶
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凝胶法将复合涂料成型于橡胶表面，复合涂料包括有机硅前体溶胶与其中掺杂的改性石墨；所述有机硅前体溶胶主要原料为硅酸四乙酯TEOS和三乙氧基甲基硅烷MTES；所述改性石墨是由目数为5000目的石墨材料经KH
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550改性制成。2.根据权利要求1所述基于溶胶
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凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层的制备方法，其特征在于，具体制备方法包括以下步骤：步骤S10，将TEOS、MTES、无水乙醇和去离子水按照第一预设比例均匀混合后，连续搅拌，在室温下陈化后备用，得到前体溶胶，记为1号溶液；步骤S11，将无水乙醇、去离子水、KH
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550、HCl按照第二预设比例混合均匀后，将石墨材料加入该溶液中形成混合悬浮液；步骤S12，将混合悬浮液超声后，水浴加热搅拌，得到含改性石墨的悬浮液；步骤S13，将无水乙醇与高速离心机配合使用，将含改性石墨的悬浮液反复洗涤，随后将洗涤好的溶液在真空干燥箱中烘干，得到改性石墨材料；步骤S14，将改性石墨材料加入无水乙醇溶液中，超声处理制成含有改性石墨材料的无水乙醇溶液，记为2号溶液；步骤S15，将1号溶液和2号溶液混合后，配置得到含改性石墨材料的复合有机硅溶胶；步骤S16，按照第三预设比例向复合有机硅溶胶内加入HCl后，磁力搅拌；步骤S17，将搅拌后的复合有机硅溶胶转移进真空干燥器中保存，直至内部无气泡冒出，得到有机硅/石墨复合涂料；步骤S18，通过涂覆方法将有机硅/石墨复合涂料涂覆于橡胶表面，得到橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层。3.根据权利要求2所述基于溶胶
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凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层的制备方法，其特征在于，在步骤S10中，第一预设比例为：TEOS：MTES：无水乙醇：去离子水的体积比为1～10:1～10:2.5～10:0.5～5，混合条件为搅拌转速为300～500rpm，搅拌时间为30～60min，陈化时间为3～4天。4.根据权利要求2所述基于溶胶
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凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层的制备方法，其特征在于，在步骤S11中，第二预设比例为：无水乙醇：去离子水：KH
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550：HCl的体积比为9～20:1～5:2.5～5:0.1～1，石墨材料的质量为0.5～2g；在步骤S12中，超声的时间为30～60min，水浴温度为60～80℃，搅拌转速为300～500rpm，搅拌时间为4～6h。5.根据权利要求2所述基于溶胶
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凝胶法的橡胶表...

【专利技术属性】
技术研发人员：周池楼，刘先晖，段祺耀，陈嘉辉，邓波，李运泉，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：