用油相容性聚合物刷润滑制造技术

提出了用于降低边界润滑条件下硬接触中的摩擦和磨损的聚合物刷基表面改性策略，尤其是用于非水性环境。使用表面引发的原子转移自由基聚合反应(SI-ATRP)以合成三种不同的油相容性的甲基丙烯酸烷基酯基疏水性聚合物刷。本研究给出了聚合动力学、借助傅立叶变换红外光谱法(FTIR)进行化学表征并在原子力显微镜(AFM)下观察表面形貌。锚定聚合物的润滑性能借助球-盘法宏观评价，并通过侧向力显微法(AFM/LFM)以纳牛顿级评价，且在接触压力高达460MPa下显示出显著降低的摩擦。已显示，表面接枝聚合物的摩擦响应强烈依赖于所述聚合物与所选润滑流体的相容性。其良好的摩擦性能也用制表业润滑剂所证实。这些结果的确使得本发明专利技术成为制表业应用(如在摆轮枢轴或擒纵机构处)的合适候选，从而提高运动的效率和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用油相容性聚合物刷润滑专利
本专利技术涉及一种低摩擦组件，更具体地涉及一种两个单独或全部覆盖有合适的聚合物刷的零件的组件。专利技术背景机械零件的相对运动，如滑动或滚动不可避免地导致摩擦和磨损。取决于接触参数，可定义被混合方式所分开的两种主要的润滑方式。一方面，在流体动力润滑方式(即在较高速度或较低载荷下)中，相对的表面完全被润滑膜隔离。另一方面，在边界方式(即在较低速度或较高载荷下)中，润滑膜丧失其完整性且在微凸体之间发生接触。就宏观而言，边界方式的特征在于摩擦系数值显著增大且通常具有较高的磨损速率。专利技术简述本专利技术的目的是克服这些缺点，从而提供一种新型聚合物表面改性策略以降低硬接触中的摩擦和磨损，尤其是对非水性环境而言。因此，本专利技术涉及用于降低第一基材对第二基材的摩擦系数和磨损的低摩擦设备，其特征在于至少一个基材覆盖有包含聚合物刷的涂层，所述聚合物刷被捕集的溶剂溶胀。有利地，由基材生长出聚甲基丙烯酸烷基酯聚合物刷(与“在表面上沉积”相对)。该涂层显著地降低了边界方式(即低速或高载荷)中的摩擦系数。实际上，使用耐溶剂且与简单且廉价的润滑剂如十六烷相容的聚合物覆盖层获得了稳定且低的摩擦系数(降低5倍)。根据本专利技术的其他特征：-聚合物刷由疏水性甲基丙烯酸烷基酯如甲基丙烯酸十二烷基酯(P12MA)制备；-聚合物刷具有至少250nm的干厚度以提高耐磨性；-通过使用预锚定引发剂分子使聚合物刷接枝在所述至少一个基材上；-溶剂选自如下组：包括酯类润滑剂、烷烃类润滑剂、烷基-芳族化合物润滑剂、醚-醇润滑剂、植物油、动物油、多元醇或离子液体；-溶剂粘度小于200cst以改善摩擦系数；-基材由金属和/或非金属材料如硅基材料制成；-两个基材均被覆盖；-至少一个基材为齿轮和/或和/或枢轴和/或轴承座和/或擒纵机构。提出了尤其是用于非水性环境的基于聚合物刷的表面改性策略以降低边界润滑条件下硬接触中的摩擦和磨损。使用表面引发的原子转移自由基聚合(SI-ATRP)以合成三种不同的油相容性的疏水性甲基丙烯酸烷基酯基聚合物刷。本申请给出了聚合动力学、借助傅立叶变换红外光谱法(FTIR)进行化学表征并在原子力显微镜(AFM)下观察表面形貌。锚定聚合物的润滑性能借助球-盘法宏观评价，并通过侧向力显微法(AFM/LFM)以纳牛顿表示，且在接触压力高达460MPa下显示出显著降低的摩擦。已显示，表面接枝聚合物的摩擦响应强烈依赖于所述聚合物与所选润滑流体的相容性。其良好的摩擦性能也由制表业润滑剂所证实。这些结果的确使得本专利技术成为制表业应用(如在摆轮枢轴或擒纵机构处)的合适候选，从而提高运动的效率和可靠性。附图简介在阅读参照以非限制性方式给出的附图的下文详述后，将更清楚地理解本专利技术的其他特征和优点，在所述附图中：-图1为显示三种聚合物刷的厚度与其聚合时间之间关系的图；-图2显示了三种不同的根据本专利技术制备的聚合物的表面形貌；-图3为通过傅立叶变换红外光谱法获得的三种不同的根据本专利技术合成的聚合物的谱图；-图4为显示摩擦力与载荷之间关系的图，其通过对四个润滑基材(3个具有聚合物，1个为裸露表面)使用原子力显微镜而获得；-图5为显示摩擦力与载荷之间关系的图，其通过对四个非润滑基材和1个润滑基材使用原子力显微镜而获得；-图6为作为所用溶剂的函数的摩擦与粘附之间的图表对比(AFM测量)；-图6b为在对3种测试聚合物和裸露表面使用不同液体而获得的摩擦系数的图表对比；-图7显示了刷-刷宏观摩擦学测量，载荷为3N(p平均＝310MPa，p最大＝460MPa)，半径为1.8mm，于十六烷中，Si晶片+PLMA250nm(干厚度)，Si球+PLMA(干厚度为约250nm)，对每一速率约20转；-图8为聚合物刷辅助润滑的示意图。在较低速度下，聚合物刷防止微凸体-微凸体接触并使润滑剂局限在接触区域中。描绘了在不同速度下观察到的具有不同表面官能度的两个滑动体的快照。A)用表面处于良溶剂中的聚合物刷官能化的表面；B)用存在于不良溶剂中的聚合物刷官能化的表面。坍塌的刷—坍塌的刷微凸体接触在较低速度下循环。C)处于润滑流体中的裸露表面。微凸体接触在较低速度下循环；-图9为在牛顿级摩擦试验后P12MA官能化的硅晶片(干厚度为250nm)的光学显微镜照片。宽的垂直带状物为在3.6m的累积滑动轨迹后的磨损轨迹。水平线为用镊子产生的划痕以显示下层晶片表面。在磨损区域边缘处的干涉色变对应于聚合物的厚度；-图10为在牛顿级摩擦试验后P12MA官能化的硅晶片(干厚度为250nm)的磨损轨迹的AFM截面。在干态下以接触模式成像；-图10b、10c、10d可视为在不同润滑剂中不同P12MA厚度的耐久性测试对比。其显示了根据滑动距离的摩擦系数；-图11-16为显示就不同酯类润滑剂而言，与裸露表面相比的润滑剂溶胀构型的有利影响的图；-图17-30为显示就不同烷烃类润滑剂而言，与裸露表面相比的润滑剂溶胀构型的有利影响的图；-图31为线性聚合物刷(A)和支化聚合物刷(B)的示意图；-图32-35为显示就不同植物油或动物油而言，与裸露表面相比的润滑剂溶胀构型的有利影响的图。优选实施方案的详细描述原样使用二甲基氯硅烷(Aldrich-FineChemicals，98％)、10-十一碳烯-1-醇(Aldrich-FineChemicals，98％)、2-溴-2-甲基丙酰溴(AcrosOrganics，98％)和六水合氯铂酸(ABCRDeutschland，99.9％)以合成引发剂。将单体—甲基丙烯酸己酯(Aldrich-FineChemicals，98％)、甲基丙烯酸十二烷基酯(AcrosOrganics，96％)和甲基丙烯酸十八烷基酯(TCIDeutschlandGmbH，>95％)用戊烷稀释并使其通过氧化铝柱而由MEHQ引发剂纯化。4,4'-二壬基-2,2'-联吡啶(Aldrich-FineChemicals，97％)、苯甲醚(AcrosOrganics，99％)和溴化铜(II)(Sigma-Aldrich，99％)原样使用。溴化铜(Aldrich-FineChemicals，5N)通过在使用前在冰醋酸中洗涤、用甲醇和二乙醚洗涤过夜并真空干燥而纯化。引发剂分子的合成按照下文方案进行。添加10.7ml处于50ml无水THF(98％，SigmaAldrich)中的10-十一碳烯-1-醇和9ml(60mmol)三乙胺(99.5％，SigmaAldrich)，随后滴加7ml处于20ml无水THF中的溴代异丁酸酯。将该混合物在氩气下搅拌24小时并用100ml己烷稀释(己烷存在于上部)，用100ml的2MHCl(将42ml37％HCl添加至208mlH2O中)洗涤2次并用100ml超纯水洗涤4次。将有机相在硫酸镁上干燥60分钟，经由纸过滤，然后在130毫巴和40℃下浓缩。未反应的羟基封端的烯烃通过使其通过硅胶60柱而移除。将无色油状产物在真空下旋转浓缩，并在Ar下在4℃下储存直至需要时。在第二反应步骤中，将2.54g2-溴-2-甲基丙酸10-十一碳烯-1-基酯添加至约10mg铂催化剂和7.93ml二甲基氯硅烷中。将所述化合物在Ar下在黑暗中搅拌过夜，然后经二氧化硅塞过滤。在真空下除去过量的未反应硅烷。最终本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.09 EP 11165241.8;2011.10.18 EP 11185621.7;1.用于降低第一基材对第二基材的摩擦系数和磨损的低摩擦装置，其特征在于至少一个基材被涂层所覆盖，所述涂层包含被捕集的溶剂所溶胀的支化聚合物刷，所述聚合物刷由疏水性甲基丙烯酸烷基酯制备，所述溶剂选自酯类润滑剂、烷烃类润滑剂、烷基-芳族化合物润滑剂、醚-醇润滑剂、植物油、动物油、多元醇或离子液体，且其中所述聚合物刷具有至少250nm的干厚度以改善耐磨性。2.根据权利要求1的装置，其特征在于聚合物刷由甲基丙烯酸十二烷基酯(P12MA)制备。3.根据权利要求1的装置，其特征在于通过使用预锚定引发剂分子将聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·M·别莱茨基，E·M·贝内蒂，N·D·斯潘塞，
申请(专利权)人：斯沃奇集团研究和开发有限公司，
类型：
国别省市：