本發(fā)明涉及一種復(fù)合自潤(rùn)滑微膠囊填料、制備方法及應(yīng)用，屬于潤(rùn)滑材料。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備材料在使用過(guò)程中由于接觸運(yùn)動(dòng)引起的摩擦和磨損導(dǎo)致的失效仍然是一大問(wèn)題，因此摩擦潤(rùn)滑領(lǐng)域?qū)Ω咝阅軡?rùn)滑材料的需求日益增加，以不斷降低設(shè)備材料的摩擦磨損系數(shù)，提高設(shè)備使用壽命。傳統(tǒng)的外潤(rùn)滑方法是直接將潤(rùn)滑劑添加到兩個(gè)摩擦表面的界面上，這種方法在一定條件下存在局限性，且在特定工況下的潤(rùn)滑效果不佳，容易引起設(shè)備故障和損壞。

2、在極端惡劣的條件下，例如高溫，潮濕、真空以及重載，高速，強(qiáng)氧化和腐蝕環(huán)境，液體潤(rùn)滑劑不再適用，此時(shí)可以使用環(huán)氧樹脂聚合物涂層保護(hù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的接觸表面。然而相比液體潤(rùn)滑，單純的環(huán)氧樹脂聚合物固體潤(rùn)滑涂層耐磨性差、摩擦系數(shù)高，減磨降摩性能有限?，F(xiàn)有技術(shù)中，通過(guò)在聚合物基體中填充含液體潤(rùn)滑劑微膠囊的方法，實(shí)現(xiàn)了液體潤(rùn)滑劑與聚合物固體潤(rùn)滑基體相結(jié)合，這種復(fù)合潤(rùn)滑劑中的微膠囊會(huì)在摩擦剪切作用發(fā)生碎裂，液體潤(rùn)滑劑會(huì)從破裂的微膠囊中泄露出來(lái)，形成固液協(xié)同潤(rùn)滑，從而提高基材的降摩性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出了一種含基礎(chǔ)油和熱致液晶的復(fù)合自潤(rùn)滑微膠囊填料及其制備方法與應(yīng)用。

2、上述復(fù)合自潤(rùn)滑微膠囊填料中含有一定質(zhì)量比例的填充潤(rùn)滑油pao6的微膠囊、填充液晶5cb的微膠囊和石墨烯。在摩擦作用下，液晶5cb和潤(rùn)滑油pao6從磨損的微膠囊中溢出。石墨烯的六邊形結(jié)構(gòu)可以基于強(qiáng)π鍵的堆疊相互作用，誘導(dǎo)含有氰基聯(lián)苯基團(tuán)和烷基尾部的液晶5cb在石墨烯表面進(jìn)行高度有序堆積。此外，石墨烯六邊形晶格的對(duì)邊距（2.42??）和液晶5cb的烷基尾部c-c鍵的鍵長(zhǎng)（1.52??）在尺寸上非常匹配，同樣促進(jìn)了液晶5cb排列的有序度。上述液晶5cb在石墨烯表面的有序堆積能夠減少石墨烯的褶皺，抑制石墨烯的團(tuán)聚，從而使石墨烯的潤(rùn)滑性能夠充分發(fā)揮；另一方面，石墨烯也能夠均衡填料對(duì)所填充聚合物潤(rùn)滑基材力學(xué)性能的改變，最大限度保持甚至增強(qiáng)聚合物潤(rùn)滑基材的機(jī)械性能。綜上，液晶5cb微膠囊、潤(rùn)滑油pao6微膠囊和石墨烯組成的復(fù)合自潤(rùn)滑填料可以產(chǎn)生良好的協(xié)同效用，該填料應(yīng)用于聚合物潤(rùn)滑基材可以得到性能優(yōu)異的復(fù)合潤(rùn)滑劑。

3、具體技術(shù)方案如下：

4、本發(fā)明提供了一種復(fù)合自潤(rùn)滑微膠囊填料，包括微膠囊和二維材料；所述微膠囊為多種包裹單一芯材的微膠囊，或者包裹復(fù)合芯材的微膠囊；所述多種包裹單一芯材的微膠囊包括包裹單一潤(rùn)滑劑的微膠囊和包裹單一液晶的微膠囊；所述包裹復(fù)合芯材的微膠囊為包裹潤(rùn)滑劑和液晶復(fù)合芯材的微膠囊；

5、所述液晶用于與所述二維材料能產(chǎn)生尺寸協(xié)同效應(yīng)，使所述液晶能在二維材料平面上進(jìn)行有序排列。

6、可選地，所述潤(rùn)滑劑包括聚α烯烴、硅油等礦物油，或者亞麻油、桐油等生物油；

7、所述液晶為熱致液晶，選自液晶5cb、液晶6cb和液晶7cb中的一種或幾種；

8、所述微膠囊殼材為脲醛樹脂；

9、所述二維材料為石墨烯及其衍生物。

10、可選地，所述復(fù)合自潤(rùn)滑微膠囊填料中，包裹單一潤(rùn)滑劑的微膠囊、包裹單一液晶的微膠囊和石墨烯的質(zhì)量比為（50~150）：（1~5）：（2~8）。

11、優(yōu)選地，所述復(fù)合自潤(rùn)滑微膠囊填料中，包裹單一潤(rùn)滑劑的微膠囊、包裹單一液晶的微膠囊及石墨烯的質(zhì)量比為（75~125）：（1~3）：（3~5）。

12、本發(fā)明還提供了一種制備復(fù)合自潤(rùn)滑微膠囊填料的方法，該方法包括如下步驟：

13、步驟1，制備微膠囊：將制備微膠囊殼材的單體原料配成溶液，加入乳化劑進(jìn)行乳化后再加入單一微膠囊芯材，原位聚合得到包裹單一芯材的微膠囊；

14、步驟2，將經(jīng)步驟1制備得到的不同包裹單一芯材的微膠囊混合后，再與石墨烯混合，得到復(fù)合自潤(rùn)滑微膠囊填料。

15、可選地，步驟1的具體步驟為：

16、步驟101，將脲、間苯二酚、氯化銨和水配成溶液，加入聚乙烯醇進(jìn)行乳化，調(diào)節(jié)ph至酸性；

17、步驟102，將單一芯材加至步驟1-1得到的反應(yīng)液中，加熱至70℃；

18、步驟103，向步驟1-2得到的反應(yīng)液中加入甲醛，保持70℃反應(yīng)得到微膠囊；

19、所述單一芯材為潤(rùn)滑劑或液晶；

20、所述潤(rùn)滑劑為聚α烯烴、硅油、亞麻油或桐油；

21、所述液晶選自熱致液晶，包括液晶5cb、液晶6cb和液晶7cb等；

22、優(yōu)選地，步驟102的具體步驟為：

23、步驟102，將將單一芯材與鄰苯二甲酸二丁酯混合后，加至步驟101得到的反應(yīng)液中，加熱至70℃。

24、本發(fā)明還提供了一種復(fù)合自潤(rùn)滑微膠囊填料的應(yīng)用，所述應(yīng)用具體為：

25、將復(fù)合自潤(rùn)滑微膠囊填料添加至聚合物潤(rùn)滑基材中得到復(fù)合潤(rùn)滑劑，所述復(fù)合自潤(rùn)滑微膠囊填料中，包裹單一潤(rùn)滑劑的微膠囊、包裹單一液晶的微膠囊和石墨烯占復(fù)合潤(rùn)滑劑的質(zhì)量比分別為5%~20%、0.1%~0.5%和0.2%~0.8%。

26、優(yōu)選地，所述復(fù)合自潤(rùn)滑微膠囊填料中，包裹單一潤(rùn)滑劑的微膠囊、包裹單一液晶的微膠囊和石墨烯占復(fù)合潤(rùn)滑劑的質(zhì)量比分別為7.5%~12.5%、0.1%~0.3%和0.3%~0.5%

27、可選地，所述聚合物潤(rùn)滑基材為環(huán)氧樹脂。

28、本發(fā)明提供的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比至少具有如下有益效果：

29、本發(fā)明利用微膠囊技術(shù)包覆液體潤(rùn)滑劑，并與石墨烯一同添加到聚合物基體（環(huán)氧樹脂）中得到復(fù)合潤(rùn)滑劑材料。該復(fù)合潤(rùn)滑劑材料受到外部力作用時(shí)，微膠囊內(nèi)的液體潤(rùn)滑劑pao6及液晶5cb會(huì)被釋放出來(lái)，形成起到液體潤(rùn)滑作用的潤(rùn)滑層，從而減少摩擦并阻止直接表面接觸。此外，微膠囊的存在還可以在磨損過(guò)程中不斷釋放新的潤(rùn)滑劑，使材料持續(xù)保持自潤(rùn)滑性能，微膠囊破裂留下的空腔可以收集磨屑減小磨粒磨損。而石墨烯的加入不僅可以進(jìn)一步改善摩擦學(xué)性能，還可以均衡微膠囊對(duì)環(huán)氧樹脂材料力學(xué)性能的改變，通過(guò)微膠囊與石墨烯的協(xié)同作用，在改善環(huán)氧樹脂材料潤(rùn)滑性能的同時(shí)，能最大限度的保持甚至增強(qiáng)其機(jī)械性能。

30、在多種單一芯材微膠囊和石墨烯的最優(yōu)添加配比下，復(fù)合潤(rùn)滑劑材料的磨損率比純環(huán)氧樹脂降低了96.10%，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性。

技術(shù)特征：

1.一種復(fù)合自潤(rùn)滑微膠囊填料，其特征在于，包括微膠囊和二維材料；所述微膠囊為多種包裹單一芯材的微膠囊，或者包裹復(fù)合芯材的微膠囊；所述多種包裹單一芯材的微膠囊包括包裹單一潤(rùn)滑劑的微膠囊和包裹單一液晶的微膠囊；所述包裹復(fù)合芯材的微膠囊為包裹潤(rùn)滑劑和液晶復(fù)合芯材的微膠囊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合自潤(rùn)滑微膠囊填料，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合自潤(rùn)滑微膠囊填料，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合自潤(rùn)滑微膠囊填料，其特征在于，

5.一種制備權(quán)利要求3或4所述復(fù)合自潤(rùn)滑微膠囊填料的方法，其特征在于，包括如下步驟：

6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟1的具體步驟為：

7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟102的具體步驟為：

8.一種權(quán)利要求3或4所述的復(fù)合自潤(rùn)滑微膠囊填料的應(yīng)用，其特征在于，所述應(yīng)用具體為：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，所述復(fù)合自潤(rùn)滑劑填料中，包裹單一潤(rùn)滑劑的微膠囊、包裹單一液晶的微膠囊和石墨烯占復(fù)合潤(rùn)滑劑的質(zhì)量比分別為7.5%~12.5%、0.1%~0.3%和0.3%~0.5%。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，所述聚合物潤(rùn)滑基材為環(huán)氧樹脂。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種復(fù)合自潤(rùn)滑微膠囊填料及其制備方法與應(yīng)用，屬于潤(rùn)滑材料技術(shù)領(lǐng)域。該復(fù)合自潤(rùn)滑微膠囊填料中包括：微膠囊和以石墨烯（Gr）為代表的二維材料，所述微膠囊包括多種包裹單一芯材的微膠囊或包裹復(fù)合芯材的微膠囊；所述微膠囊采用原位聚合法制備，微膠囊的芯材包括潤(rùn)滑劑和液晶。所述液晶與所述二維材料能產(chǎn)生尺寸協(xié)同效應(yīng)，使所述液晶能在二維材料平面上進(jìn)行有序排列。包裹單一潤(rùn)滑劑和單一液晶的微膠囊與石墨烯以（50~150）：（1~5）：（2~8）的比例進(jìn)行混合得到復(fù)合自潤(rùn)滑微膠囊填料。該復(fù)合自潤(rùn)滑微膠囊填料可以產(chǎn)生良好的協(xié)同效用，應(yīng)用于聚合物潤(rùn)滑基材可以得到性能優(yōu)異的復(fù)合潤(rùn)滑劑。

技術(shù)研發(fā)人員：喬小溪,劉文文,張曉昊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/12