專利名稱：環(huán)氧樹脂固體潤滑涂層材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體潤滑涂層材料及其制備方法，特別是一種含表面修飾氧化石墨的
環(huán)氧樹脂固體潤滑涂層材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在超高溫、低轉(zhuǎn)速、高載荷的惡劣工況下，固體潤滑技術(shù)能保證工件長期有效地潤 滑，已被廣泛應(yīng)用于航空、航天及武器系統(tǒng)等領(lǐng)域。高分子樹脂基固體潤滑涂層是以高分子 樹脂為粘結(jié)相、將石墨及二硫化鉬等作為固體潤滑劑分散于樹脂中，通過特定涂敷工藝將 其涂敷于機(jī)械傳動(dòng)摩擦構(gòu)件的表面，以減小摩擦副的摩擦系數(shù)與磨損。高分子樹脂基固體 潤滑涂層不僅有較低的摩擦系數(shù)和較高的承載能力，而且還可能具有較長的耐磨壽命和較 好的防腐性能、耐溫性能及動(dòng)密封性能。固體潤滑劑在高分子樹脂相中的分散性能，會(huì)直接 影響到涂層的摩擦磨損性能。但是在現(xiàn)有技術(shù)下高分子樹脂基固體潤滑涂層仍存在這樣的 不足固體潤滑劑在樹脂中分散性差，固體潤滑劑易沉淀，涂料保存期短，涂膜后易起疵點(diǎn) 等。因此，進(jìn)一步提高固體潤滑劑在高分子樹脂基體中的分散性具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種分散性良好、摩擦磨損性能優(yōu)異的含表面修飾氧 化石墨的環(huán)氧樹脂固體潤滑涂層材料。 本發(fā)明的目的之二在于提供該涂層材料的制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案 —種含表面修飾氧化石墨的環(huán)氧樹脂固體潤滑涂層材料，為A、 B雙組分的涂層材
料，其特征在于所述的B組分為固化劑，其質(zhì)量為A組分質(zhì)量的3 15% ;所述的A組分的
組成及質(zhì)量百分比為 固體潤滑劑 15 35%， 環(huán)氧樹脂 15 45%， 偶聯(lián)劑 1 5%， 有機(jī)溶劑 30 68%; 上述各組分質(zhì)量百分比之和為100%。 所述的固體潤滑劑組成及質(zhì)量百分比為 氧化石墨 55 100%， 二硫化鉬 0 45%， 所述的偶聯(lián)劑的組成及質(zhì)量百分比為 有機(jī)鉬酸酯 50 100%; 濕潤分散劑BYK142 0 50% ; 所述的有機(jī)溶劑為1，4-二甲苯、1，2-二甲苯中任一種或兩種與1-丁醇混合所得 復(fù)合型
溶齊U，其中二甲苯與1-丁醇的體積比為(65 90% ) : (10 35%)。 上述含有機(jī)鉬化物表面修飾氧化石墨的環(huán)氧樹脂固體潤滑涂層，其特征在于所述
的環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂E51或雙酚A型環(huán)氧樹脂E20。 上述含有機(jī)鉬化物表面修飾氧化石墨的環(huán)氧樹脂固體潤滑涂層，其特征在于所述 的B組分固化劑為二乙烯三胺或三乙烯四胺。 —種制備上述的含有機(jī)鉬化物表面修飾氧化石墨的環(huán)氧樹脂固體潤滑涂層的方 法，其特征在于該方法的具體步驟為 a.偶聯(lián)劑表面修飾固體潤滑劑按照固體潤滑劑中各組分的質(zhì)量百分比將偶 聯(lián)劑分成兩份，分別溶于有機(jī)溶劑中，再分別對(duì)應(yīng)加入氧化石墨和二硫化鉬，各超聲振蕩 30 60分鐘，配制成懸浮液；其中用于氧化石墨的偶聯(lián)劑處理時(shí)有機(jī)溶劑質(zhì)量為氧化石墨 質(zhì)量的1-2. 5倍，用于二硫化鉬的偶聯(lián)劑處理時(shí)有機(jī)溶劑用量為二硫化鉬質(zhì)量的0. 8-1. 5 倍；然后將上述兩種懸浮液混合，再超聲振蕩20 40分鐘，得到偶聯(lián)劑表面修飾的固體潤 滑劑懸浮液； b.將環(huán)氧樹脂在60 8(TC下恒溫30 90min，恒溫后加入占環(huán)氧樹脂總質(zhì)量O 45%的有機(jī)溶劑； c.將步驟a所得偶聯(lián)劑表面修飾的固體潤滑劑懸浮液與步驟b所得環(huán)氧樹脂充分 混合，使有機(jī)鉬化物表面修飾的固體潤滑劑均勻分散在環(huán)氧樹脂中，得到所需的含偶聯(lián)劑 表面修飾氧化石墨的環(huán)氧樹脂固體潤滑涂層材料的A組分； 在使用時(shí)，根據(jù)權(quán)利要求1的比例將作為B組分的固化劑和步驟c得到的A組分
充分混合均勻，刷涂或者氣流噴涂于工件表面，80 18(TC下固化0. 5 8h。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下突出特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)一是本發(fā)明采用氧化
石墨代替普通石墨作為固體潤滑劑，由于氧化石墨在溶劑中易剝離成具有較大層間通道空
間的單層或多層片狀結(jié)構(gòu)，為聚合物分子進(jìn)入石墨層間提供了足夠的空間，并且氧化石墨 表面帶有大量羧基、羥基等含氧活性官能基團(tuán)，能與聚合物分子發(fā)生相互作用，極大地提高 了石墨與聚合物分子間的相容性；二是本發(fā)明采用新型有機(jī)鉬酸酯偶聯(lián)劑對(duì)固體潤滑劑進(jìn) 行表面處理，能夠增加固體潤滑劑表面與樹脂的相親性，明顯改善固體潤滑劑在樹脂溶液 中的分散性；三是本發(fā)明提供了一種制備高分散性高分子基納米復(fù)合材料和高分子樹脂基 固體潤滑涂層材料的方法和途徑，克服了石墨固體潤滑劑在樹脂溶液中分散性差的問題， 解決了高分子樹脂基固體潤滑涂料濃度不均勻、厚度控制較難、涂層有疵點(diǎn)等技術(shù)難題。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例一 1.在三口燒瓶中加入濃度為98X的濃硫酸460ml，冷卻至0 6。C，攪拌下加入 粒徑為2 ii m的膠體石墨粉20g，接著稱取30g高錳酸鉀，緩緩加入到燒瓶中，反應(yīng)2h后，升 溫至35t:，繼續(xù)反應(yīng)30min，往體系中緩緩加入460ml去離子水，繼續(xù)攪拌15min后，將產(chǎn) 物轉(zhuǎn)移至大燒杯，用2500ml去離子水稀釋并加入濃度為5%的過氧化氫200ml，靜置，傾去 上層清液，經(jīng)過濾、多次洗滌至濾液無硫酸根殘留，烘干、研碎、過篩，得到氧化石墨，備用。 (此氧化石墨制備方法是在Hummers法基礎(chǔ)上稍做改進(jìn)而來，原Hummers法出自參考文獻(xiàn) Willams Hummers, JR Richarde Offeman. Preparation of Graphitic Oxide. Journal of
4the American Chemical Society[J] 1958，80(6) :1339.) 2.將O. 55g有機(jī)鉬酸酯溶于由7gl，4-二甲苯和3. 2g正丁醇組成的復(fù)合溶劑中， 加入4. lg氧化石墨，超聲振蕩60min ;另取O. 45g有機(jī)鉬酸酯，溶于3. 5g二甲苯和1. 6g正 丁醇組成的復(fù)合溶劑中，加入二硫化鉬3. 4g，超聲振蕩30min ;將以上所得兩種懸浮液相混 合，超聲振蕩20min，得有機(jī)鉬化物表面修飾的固體潤滑劑懸浮液。 3.取7. 5g雙酚A型環(huán)氧樹脂E20在80。C下恒溫60min后，加入由14g二甲苯和 5. 7g正丁醇組成的復(fù)合溶劑，得到低粘度環(huán)氧樹脂。 4.將上述有機(jī)鉬化物表面修飾的固體潤滑劑懸浮液加入到低粘度環(huán)氧樹脂中，采 用強(qiáng)力攪拌、超聲分散等方法使氧化石墨復(fù)合固體潤滑劑均勻分散，得所需的含有機(jī)鉬化 物表面修飾氧化石墨的環(huán)氧樹脂固體潤滑涂料A組分。 在使用時(shí)固化劑二乙烯三胺為B組分，取1. 5gB組分與上述A組分機(jī)械攪拌充分 混合均勻，刷涂或者噴涂于工件表面，8(TC下固化8h，得含有機(jī)鉬化物表面修飾氧化石墨的 環(huán)氧樹脂固體潤滑涂層。試樣涂層按GB 1720-79測(cè)試涂層附著力為2級(jí)；GB/T 1732-93測(cè)試涂層抗沖擊
強(qiáng)度為45cm，涂層無裂紋，無剝落。 實(shí)施例二 1.同實(shí)施例一步驟l。 2.將lg有機(jī)鉬酸酯溶于由10gl，4-二甲苯和5g正丁醇組成的復(fù)合溶劑中，加入 7. 5g氧化石墨，超聲振蕩60min，得到有機(jī)鉬化物表面修飾的固體潤滑劑懸浮液。
3.取22. 5g雙酚A型環(huán)氧樹脂E51在6(TC下恒溫90min后，加入由2. 8g二甲苯 和1. 2g正丁醇組成的復(fù)合溶劑，得到低粘度環(huán)氧樹脂。 4.將上述有機(jī)鉬化物表面修飾的固體潤滑劑懸浮液加入到低粘度環(huán)氧樹脂中，采 用強(qiáng)力攪拌、超聲分散等方法使氧化石墨固體潤滑劑均勻分散，得所需含有機(jī)鉬化物表面 修飾氧化石墨的環(huán)氧樹脂固體潤滑涂料A組分。 使用時(shí)，將固化劑三乙烯四胺為B組分，取7. 5gB組分與上述A組分機(jī)械攪拌充分 混合均勻，刷涂或者噴涂于工件表面，18(TC下固化0. 5h，得含有機(jī)鉬化物表面修飾氧化石 墨的環(huán)氧樹脂固體潤滑涂層。試樣涂層按GB 1720-79測(cè)試涂層附著力為1 2級(jí)；GB/T 1732-93測(cè)試涂層抗
沖擊強(qiáng)度為46cm，涂層無裂紋，無剝落。 實(shí)施例三 1.同實(shí)施例一步驟l。 2.將0.88g有機(jī)鉬酸酯溶于由7gl，4-二甲苯和3g正丁醇組成的復(fù)合溶劑中，加 入6. 5g氧化石墨，超聲振蕩30min ;另取0. 62g有機(jī)鉬酸酯，溶于3. 5g 二甲苯和1. 5g正 丁醇組成的復(fù)合溶劑中，加入二硫化鉬4. 5g，超聲振蕩30min ;將以上所得兩種懸浮液相混 合，超聲振蕩40min，得有機(jī)鉬化物表面修飾的固體潤滑劑懸浮液。 3.取22. 5g雙酚A型環(huán)氧樹脂E51，在6(TC下恒溫90min后得到低粘度環(huán)氧樹脂。
4.將上述有機(jī)鉬化物表面修飾的固體潤滑劑懸浮液加入到低粘度環(huán)氧樹脂中，采 用強(qiáng)力攪拌、超聲分散等方法使氧化石墨復(fù)合固體潤滑劑均勻分散，得含有機(jī)鉬化物表面 修飾氧化石墨的環(huán)氧樹脂固體潤滑涂料A組分。
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使用時(shí)，將固化劑二乙烯三胺為B組分，取7. 5gB組分與上述A組分機(jī)械攪拌充分 混合均勻，刷涂或者噴涂于工件表面，12(TC下固化0. 5h，得到含有機(jī)鉬化物表面修飾氧化 石墨的環(huán)氧樹脂固體潤滑涂層。 試樣涂層按GB 1720-79測(cè)試涂層附著力為1級(jí)；GB/T 1732-93測(cè)試涂層抗沖擊
強(qiáng)度為50cm，涂層無裂紋，無剝落。 實(shí)施列四 1.同實(shí)施例一步驟l。 2.將0. 9g有機(jī)鉬酸酯和0. 6g濕潤分散劑BYK142溶于由7gl，2- 二甲苯和3. 5g 正丁醇組成的復(fù)合溶劑中，加入10. 5g氧化石墨，超聲振蕩60min ;另取0. 6g有機(jī)鉬酸酯和
0. 4g濕潤分散劑BYK142，溶于7g 二甲苯和3. 5g正丁醇組成的復(fù)合溶劑中，加入二硫化鉬 7g，超聲振蕩30min ;將以上所得兩種懸浮液相混合，超聲振蕩20min，得有機(jī)鉬化物表面修 飾的固體潤滑劑懸浮液。 3.取7. 5g雙酚A型環(huán)氧樹脂E51在6(TC下恒溫90min，得到低粘度環(huán)氧樹脂；
4.將上述有機(jī)鉬化物表面修飾的固體潤滑劑懸浮液加入到低粘度環(huán)氧樹脂中，采 用強(qiáng)力攪拌、超聲分散等方法使氧化石墨復(fù)合固體潤滑劑均勻分散，得所需含有機(jī)鉬化物 表面修飾氧化石墨的環(huán)氧樹脂固體潤滑涂料A組分。 使用時(shí)，將固化劑三乙烯四胺為B組分，取1. 5gB組分與上述A組分機(jī)械攪拌充分 混合均勻，刷涂或者噴涂于工件表面，8(TC下固化8h，得到含有機(jī)鉬化物表面修飾氧化石墨 的環(huán)氧樹脂固體潤滑涂層。試樣涂層按GB 1720-79測(cè)試涂層附著力為2級(jí)；GB/T 1732-93測(cè)試涂層抗沖擊
強(qiáng)度為45cm，涂層無裂紋，無剝落。 實(shí)施例五 1.同實(shí)施例一步驟1 ; 2.將lg有機(jī)鉬酸酯溶于由6gl，2-二甲苯、6gl，4-二甲苯和5. 5g正丁醇組成的 復(fù)合溶劑中，加入7g氧化石墨，超聲振蕩60min ;另取0. 5g有機(jī)鉬酸酯溶于由0. 7gl，2-二 甲苯、化1，4- 二甲苯和0. 8g正丁醇組成的復(fù)合溶劑中，加入二硫化鉬3g，超聲振蕩60min ; 將以上所得兩種懸浮液相混合，超聲振蕩30min，得到有機(jī)鉬化物表面修飾的固體潤滑劑懸浮液。 3.取12. 5雙酚A型環(huán)氧樹脂E20在80。C下恒溫60min后，加入由4. 2g二甲苯和
1. 8g正丁醇組成的復(fù)合溶劑，得到低粘度環(huán)氧樹脂溶液； 4.將上述有機(jī)鉬化物表面修飾的固體潤滑劑懸浮液加入到低粘度環(huán)氧樹脂溶液 中，采用強(qiáng)力攪拌、超聲分散等方法使氧化石墨固體潤滑劑均勻分散，得所需含有機(jī)鉬化物 表面修飾氧化石墨的環(huán)氧樹脂固體潤滑涂料A組分； 固化劑二乙烯三胺為B組分，取1. 5gB組分與上述A組分機(jī)械攪拌充分混合均勻， 刷涂或者噴涂于工件表面，12(TC下固化2h，得到含有機(jī)鉬化物表面修飾氧化石墨的環(huán)氧樹 脂固體潤滑涂層。 試樣涂層按GB 1720-79測(cè)試涂層附著力為1級(jí)；GB/T 1732-93測(cè)試涂層抗沖擊 強(qiáng)度為50cm，涂層無裂紋，無剝落。
權(quán)利要求
一種含表面修飾氧化石墨的環(huán)氧樹脂固體潤滑涂層材料，為A、B雙組分的涂層材料，其特征在于所述的B組分為固化劑，其質(zhì)量為A組分質(zhì)量的3～15％；所述的A組分的組成及質(zhì)量百分比為固體潤滑劑15～35％，環(huán)氧樹脂 15～45％，偶聯(lián)劑1～5％，有機(jī)溶劑 30～68％；上述各組分質(zhì)量百分比之和為100％。所述的固體潤滑劑組成及質(zhì)量百分比為氧化石墨 55～100％，二硫化鉬 0～45％，所述的偶聯(lián)劑的組成及質(zhì)量百分比為有機(jī)鉬酸酯50～100％；濕潤分散劑BYK142 0～50％；所述的有機(jī)溶劑為1，4-二甲苯、1，2-二甲苯中任一種或兩種與1-丁醇混合所得復(fù)合型溶劑，其中二甲苯與1-丁醇的體積比為(65～90％)∶(10～35％)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述含有機(jī)鉬化物表面修飾氧化石墨的環(huán)氧樹脂固體潤滑涂層，其 特征在于所述的環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂E51或雙酚A型環(huán)氧樹脂E20。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述含有機(jī)鉬化物表面修飾氧化石墨的環(huán)氧樹脂固體潤滑涂層，其 特征在于所述的B組分固化劑為二乙烯三胺或三乙烯四胺。
4. 一種制備根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有機(jī)鉬化物表面修飾氧化石墨的環(huán)氧樹脂固體 潤滑涂層的方法，其特征在于該方法的具體步驟為a. 偶聯(lián)劑表面修飾固體潤滑劑按照固體潤滑劑中各組分的質(zhì)量百分比將偶聯(lián)劑分 成兩份，分別溶于有機(jī)溶劑中，再分別對(duì)應(yīng)加入氧化石墨和二硫化鉬，各超聲振蕩30 60 分鐘，配制成懸浮液；其中用于氧化石墨的偶聯(lián)劑處理時(shí)有機(jī)溶劑質(zhì)量為氧化石墨質(zhì)量的 1-2. 5倍，用于二硫化鉬的偶聯(lián)劑處理時(shí)有機(jī)溶劑用量為二硫化鉬質(zhì)量的0. 8-1. 5倍；然后 將上述兩種懸浮液混合，再超聲振蕩20 40分鐘，得到偶聯(lián)劑表面修飾的固體潤滑劑懸浮 液；b. 將環(huán)氧樹脂在60 8(TC下恒溫30 90min，恒溫后加入占環(huán)氧樹脂總質(zhì)量0 45%的有機(jī)溶劑；c. 將步驟a所得偶聯(lián)劑表面修飾的固體潤滑劑懸浮液與步驟b所得環(huán)氧樹脂充分混 合，使有機(jī)鉬化物表面修飾的固體潤滑劑均勻分散在環(huán)氧樹脂中，得到所需的含偶聯(lián)劑表 面修飾氧化石墨的環(huán)氧樹脂固體潤滑涂層材料的A組分；在使用時(shí)，根據(jù)權(quán)利要求1的比例將作為B組分的固化劑和步驟c得到的A組分充分 混合均勻，刷涂或者氣流噴涂于工件表面，80 18(TC下固化0. 5 8h。
全文摘要
本發(fā)明涉及的一種含表面修飾氧化石墨的環(huán)氧樹脂固體潤滑涂層材料及其制備方法。該材料為A、B雙組分的涂層材料，其特征在于所述的B組分為固化劑，其質(zhì)量為A組分質(zhì)量的3～15％；所述的A組分的組成及質(zhì)量百分比為固體潤滑劑20～35％，環(huán)氧樹脂25～45％，偶聯(lián)劑1～5％，有機(jī)溶劑25～55％。本發(fā)明提供了一種制備高分散性高分子基納米復(fù)合材料和高分子樹脂基固體潤滑涂層材料的方法和途徑，克服了石墨固體潤滑劑在樹脂溶液中分散性差的問題，解決了高分子樹脂基固體潤滑涂料濃度不均勻、厚度控制較難、涂層有疵點(diǎn)等技術(shù)難題。
文檔編號(hào)C09D7/12GK101717604SQ20091019823
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日
發(fā)明者劉海彬, 葉小燕, 王嫻嫻, 邵先立, 郭強(qiáng) 申請(qǐng)人:上海大學(xué)