本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)油領(lǐng)域，具體涉及一種基于石墨烯的片狀機(jī)油添加劑，其能夠顯著提高和改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)油的性能，進(jìn)而能夠降低燃油消耗和尾氣排放。
背景技術(shù)：
眾所周知，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)的零部件之間均存在摩擦損耗，這也是造成汽車發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢的主要原因，為此人們采用包括液體油潤滑和固體潤滑等多種方式減少摩擦損耗。但磨損仍然每年給國家造成幾百億元的經(jīng)濟(jì)損失。如何降低摩擦、減少磨損、延長發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命是科研技術(shù)人員不斷追求的目標(biāo)。
為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)油的潤滑性能，通常是在基礎(chǔ)油中加入各種抗磨減磨的添加劑。目前抗磨減磨添加劑主要有兩大類。一類是油溶性添加劑，如極性基團(tuán)的油性劑、脂肪酸、含磷化合物、有機(jī)鉬化物等。一類是固體添加劑，例如具有特殊片層結(jié)構(gòu)的石墨、二硫化鉬，二硫化鎢、氮化硼等。尤其是近期以來，人們發(fā)現(xiàn)石墨烯作為固體添加劑相對(duì)于傳統(tǒng)的石墨能夠極大的提高發(fā)動(dòng)機(jī)油的性能：美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)，單層碳原子材料有超強(qiáng)的抗磨能力，可持續(xù)超過6500個(gè)磨損周期，與傳統(tǒng)石墨添加劑制成的發(fā)動(dòng)機(jī)油相比，其潤滑性能提高了6.5倍。
然而結(jié)構(gòu)完整的石墨烯是由不含任何不穩(wěn)定鍵的苯六元環(huán)組合而成的二維晶體，化學(xué)穩(wěn)定性高，其表面呈惰性狀態(tài)，與其它介質(zhì)(如溶劑等)相互作用較弱，且石墨烯的片層之間存在較強(qiáng)的范德華力，容易產(chǎn)生團(tuán)聚，使其難溶于水以及其它常用的有機(jī)溶劑，如果將其直接添加在發(fā)動(dòng)機(jī)油中，在儲(chǔ)運(yùn)或者使用過程中會(huì)產(chǎn)生沉淀或分層現(xiàn)象，使得減磨抗極壓性能降低，進(jìn)而對(duì)機(jī)器或者設(shè)備產(chǎn)生不良影響，因而大大限制了石墨烯的進(jìn)一步研究與應(yīng)用。為此，現(xiàn)有技術(shù)中通常是對(duì)石墨烯進(jìn)行表面改性增強(qiáng)其與發(fā)動(dòng)機(jī)油的相容性后再將其添加到發(fā)動(dòng)機(jī)油中，例如cn101812351a中公開了一種基于單層或幾層石墨稀的發(fā)動(dòng)機(jī)油添加劑，其首先對(duì)石墨烯進(jìn)行表面處理，然后和分散劑一起加入基礎(chǔ)油中以提高基礎(chǔ)油的潤滑性能。cn104031716a公開了一種包含有石墨烯的發(fā)動(dòng)機(jī)油，所述石墨烯為改質(zhì)石墨烯，經(jīng)改質(zhì)后與發(fā)動(dòng)機(jī)油具有良好的相容性。
然而對(duì)石墨烯進(jìn)行改性的工藝一般比較復(fù)雜，并且經(jīng)改性后的石墨烯成本較高，導(dǎo)致采用其作為添加劑的發(fā)動(dòng)機(jī)油成本提高，進(jìn)而影響了其進(jìn)一步的生產(chǎn)和使用，并且經(jīng)過改性的石墨烯在長期的存儲(chǔ)和使用之后，仍然難以避免的產(chǎn)生分層和沉降的現(xiàn)象。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)技術(shù)背景中所闡述的基于現(xiàn)有的石墨烯發(fā)動(dòng)機(jī)油添加劑存在的諸多不足（改性工藝復(fù)雜，易于分層和沉降)，提出一種制備工藝簡單，成本低廉且潤滑性能良好的基于石墨烯的片狀發(fā)動(dòng)機(jī)油添加劑。
該機(jī)油添加劑呈片狀，包括主要成分和輔助添加劑，其主要成分為石墨烯，輔助添加劑為可溶于有機(jī)溶劑的高分子材料。
優(yōu)選地，所述輔助添加劑選自雙環(huán)單萜酮、脂環(huán)烴、酚化高分子材料中的一種或幾種。
優(yōu)選地，主要成分石墨烯所占的比例為75wt%~95wt%。輔助添加劑所占比例為5wt%~25wt%，進(jìn)一步優(yōu)選為8wt%-17wt%。
優(yōu)選地，每片機(jī)油添加劑的直徑為10~24mm，厚度為5~12mm，質(zhì)量為50~400mg。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種基于石墨烯的片狀發(fā)動(dòng)機(jī)油添加劑的制備方法，該方法包括以下步驟：(1)將石墨烯及輔助添加劑溶解在有機(jī)溶劑中，經(jīng)攪拌、混合制備成添加劑混懸液。(2)將步驟(1)得到的混懸液過濾、干燥制得含石墨烯的粉體。(3)將步驟(2)得到的粉體按照常規(guī)片劑的制備工藝壓片制得添加片劑。優(yōu)選地，所述的有機(jī)溶劑為無水乙醇。
本發(fā)明提供的基于石墨烯的片狀機(jī)油添加劑具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1．本發(fā)明的基于石墨烯的添加劑呈片狀，制備工藝簡單，只需將石墨烯溶于有機(jī)溶劑制成片劑即可，其無需經(jīng)過復(fù)雜的石墨烯表面改性工藝，制備成本低廉。
2．與傳統(tǒng)的將經(jīng)改性的石墨烯作為添加劑加入到發(fā)動(dòng)機(jī)油中之后再進(jìn)行使用和運(yùn)輸不同，本發(fā)明的片狀添加劑無需提前加入到發(fā)動(dòng)機(jī)油中，且制成片狀制劑后其性能穩(wěn)定，便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，可以根據(jù)不同的應(yīng)用場合，在使用發(fā)動(dòng)機(jī)油的過程中直接向其中加入該片狀添加劑，大大降低了發(fā)動(dòng)機(jī)油的保存和運(yùn)輸成本。
3．本發(fā)明所選的輔助添加劑選自雙環(huán)單萜酮、脂環(huán)烴、酚化高分子材料中的一種或幾種，上述輔助添加劑能夠與發(fā)動(dòng)機(jī)油的基礎(chǔ)油具有良好的相容性，且對(duì)石墨烯具有良好的分散性能，當(dāng)片狀機(jī)油添加劑添加到潤滑油中之后，輔助添加劑的存在能夠使片狀制能夠迅速溶解于潤滑油中（經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，不需要到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的工作溫度，60度的油溫，加上攪拌，即可在2分鐘內(nèi)完全分散開），并使其中的石墨烯良好的分散而不至于產(chǎn)生沉降或分層現(xiàn)象，顯著的提高了潤滑油的潤滑性能，經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，與國內(nèi)外的其他品牌的潤滑油相比較，加入該添加劑的潤滑油不但可以降低磨損，提升發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能、延長發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命、還可以節(jié)省7-8%的燃油、減少尾氣排放量，節(jié)油量遠(yuǎn)高于其他品牌的潤滑油。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容：
實(shí)施例1：
（1）基于石墨烯的片狀發(fā)動(dòng)機(jī)油添加劑的制備：將雙環(huán)單萜酮2g溶解于1l乙醇，加入石墨烯20g，經(jīng)超聲攪拌、混合制備成添加劑混懸液。將得到的混懸液經(jīng)離心機(jī)過濾、于80℃干燥2小時(shí)后制得含石墨烯的粉體。將得到的粉體按照常規(guī)片劑的制備工藝壓片制得添加片劑。
（2）基于石墨烯的片狀發(fā)動(dòng)機(jī)油添加劑的應(yīng)用：將上述添加劑在攪拌的條件下添加至油溫為60℃發(fā)動(dòng)機(jī)油中，片劑于2分鐘內(nèi)完全分散，對(duì)采用上述添加劑的車輛進(jìn)行了歷時(shí)8小時(shí)共計(jì)650公里的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)采用該添加劑的車輛動(dòng)力性能提升6%，節(jié)油量達(dá)到7%，達(dá)到了節(jié)能減排的效果
實(shí)施例2：
（1）基于石墨烯的片狀發(fā)動(dòng)機(jī)油添加劑的制備：將脂環(huán)烴3g溶解于1l乙醇，加入石墨烯27g，經(jīng)超聲攪拌、混合制備成添加劑混懸液。將得到的混懸液經(jīng)離心機(jī)過濾、于60℃干燥3小時(shí)后制得含石墨烯的粉體。將得到的粉體按照常規(guī)片劑的制備工藝壓片制得添加片劑。
（2）基于石墨烯的片狀發(fā)動(dòng)機(jī)油添加劑的應(yīng)用：將上述添加劑在攪拌的條件下添加至油溫為60℃發(fā)動(dòng)機(jī)油中，片劑于2分鐘內(nèi)完全分散，對(duì)采用上述添加劑的車輛進(jìn)行了歷時(shí)10小時(shí)共計(jì)850公里的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)采用該添加劑的車輛動(dòng)力性能提升5%，節(jié)油量達(dá)到7%，達(dá)到了節(jié)能減排的效果。
實(shí)施例3：
（1）基于石墨烯的片狀發(fā)動(dòng)機(jī)油添加劑的制備：將酚化高分子材料2.5g溶解于1l乙醇，加入石墨烯30g，經(jīng)超聲攪拌、混合制備成添加劑混懸液。將得到的混懸液經(jīng)離心機(jī)過濾、于60℃干燥3小時(shí)后制得含石墨烯的粉體。將得到的粉體按照常規(guī)片劑的制備工藝壓片制得添加片劑。
（2）基于石墨烯的片狀發(fā)動(dòng)機(jī)油添加劑的應(yīng)用：將上述添加劑在攪拌的條件下添加至油溫為60℃發(fā)動(dòng)機(jī)油中，片劑于2分鐘內(nèi)完全分散，對(duì)采用上述添加劑的車輛進(jìn)行了歷時(shí)20小時(shí)共計(jì)2100公里的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)采用該添加劑的車輛動(dòng)力性能提升6%，節(jié)油量達(dá)到8%，達(dá)到了節(jié)能減排的效果。