一种复合自润滑微胶囊填料、制备方法及应用

本发明涉及一种复合自润滑微胶囊填料、制备方法及应用，属于润滑材料。

背景技术：

1、随着工业的发展，机械设备材料在使用过程中由于接触运动引起的摩擦和磨损导致的失效仍然是一大问题，因此摩擦润滑领域对高性能润滑材料的需求日益增加，以不断降低设备材料的摩擦磨损系数，提高设备使用寿命。传统的外润滑方法是直接将润滑剂添加到两个摩擦表面的界面上，这种方法在一定条件下存在局限性，且在特定工况下的润滑效果不佳，容易引起设备故障和损坏。

2、在极端恶劣的条件下，例如高温，潮湿、真空以及重载，高速，强氧化和腐蚀环境，液体润滑剂不再适用，此时可以使用环氧树脂聚合物涂层保护相对运动的接触表面。然而相比液体润滑，单纯的环氧树脂聚合物固体润滑涂层耐磨性差、摩擦系数高，减磨降摩性能有限。现有技术中，通过在聚合物基体中填充含液体润滑剂微胶囊的方法，实现了液体润滑剂与聚合物固体润滑基体相结合，这种复合润滑剂中的微胶囊会在摩擦剪切作用发生碎裂，液体润滑剂会从破裂的微胶囊中泄露出来，形成固液协同润滑，从而提高基材的降摩性能。

技术实现思路

1、本发明提出了一种含基础油和热致液晶的复合自润滑微胶囊填料及其制备方法与应用。

2、上述复合自润滑微胶囊填料中含有一定质量比例的填充润滑油pao6的微胶囊、填充液晶5cb的微胶囊和石墨烯。在摩擦作用下，液晶5cb和润滑油pao6从磨损的微胶囊中溢出。石墨烯的六边形结构可以基于强π键的堆叠相互作用，诱导含有氰基联苯基团和烷基尾部的液晶5cb在石墨烯表面进行高度有序堆积。此外，石墨烯六边形晶格的对边距（2.42 å）和液晶5cb的烷基尾部c-c键的键长（1.52 å）在尺寸上非常匹配，同样促进了液晶5cb排列的有序度。上述液晶5cb在石墨烯表面的有序堆积能够减少石墨烯的褶皱，抑制石墨烯的团聚，从而使石墨烯的润滑性能够充分发挥；另一方面，石墨烯也能够均衡填料对所填充聚合物润滑基材力学性能的改变，最大限度保持甚至增强聚合物润滑基材的机械性能。综上，液晶5cb微胶囊、润滑油pao6微胶囊和石墨烯组成的复合自润滑填料可以产生良好的协同效用，该填料应用于聚合物润滑基材可以得到性能优异的复合润滑剂。

3、具体技术方案如下：

4、本发明提供了一种复合自润滑微胶囊填料，包括微胶囊和二维材料；所述微胶囊为多种包裹单一芯材的微胶囊，或者包裹复合芯材的微胶囊；所述多种包裹单一芯材的微胶囊包括包裹单一润滑剂的微胶囊和包裹单一液晶的微胶囊；所述包裹复合芯材的微胶囊为包裹润滑剂和液晶复合芯材的微胶囊；

5、所述液晶用于与所述二维材料能产生尺寸协同效应，使所述液晶能在二维材料平面上进行有序排列。

6、可选地，所述润滑剂包括聚α烯烃、硅油等矿物油，或者亚麻油、桐油等生物油；

7、所述液晶为热致液晶，选自液晶5cb、液晶6cb和液晶7cb中的一种或几种；

8、所述微胶囊壳材为脲醛树脂；

9、所述二维材料为石墨烯及其衍生物。

10、可选地，所述复合自润滑微胶囊填料中，包裹单一润滑剂的微胶囊、包裹单一液晶的微胶囊和石墨烯的质量比为（50~150）：（1~5）：（2~8）。

11、优选地，所述复合自润滑微胶囊填料中，包裹单一润滑剂的微胶囊、包裹单一液晶的微胶囊及石墨烯的质量比为（75~125）：（1~3）：（3~5）。

12、本发明还提供了一种制备复合自润滑微胶囊填料的方法，该方法包括如下步骤：

13、步骤1，制备微胶囊：将制备微胶囊壳材的单体原料配成溶液，加入乳化剂进行乳化后再加入单一微胶囊芯材，原位聚合得到包裹单一芯材的微胶囊；

14、步骤2，将经步骤1制备得到的不同包裹单一芯材的微胶囊混合后，再与石墨烯混合，得到复合自润滑微胶囊填料。

15、可选地，步骤1的具体步骤为：

16、步骤101，将脲、间苯二酚、氯化铵和水配成溶液，加入聚乙烯醇进行乳化，调节ph至酸性；

17、步骤102，将单一芯材加至步骤1-1得到的反应液中，加热至70℃；

18、步骤103，向步骤1-2得到的反应液中加入甲醛，保持70℃反应得到微胶囊；

19、所述单一芯材为润滑剂或液晶；

20、所述润滑剂为聚α烯烃、硅油、亚麻油或桐油；

21、所述液晶选自热致液晶，包括液晶5cb、液晶6cb和液晶7cb等；

22、优选地，步骤102的具体步骤为：

23、步骤102，将将单一芯材与邻苯二甲酸二丁酯混合后，加至步骤101得到的反应液中，加热至70℃。

24、本发明还提供了一种复合自润滑微胶囊填料的应用，所述应用具体为：

25、将复合自润滑微胶囊填料添加至聚合物润滑基材中得到复合润滑剂，所述复合自润滑微胶囊填料中，包裹单一润滑剂的微胶囊、包裹单一液晶的微胶囊和石墨烯占复合润滑剂的质量比分别为5%~20%、0.1%~0.5%和0.2%~0.8%。

26、优选地，所述复合自润滑微胶囊填料中，包裹单一润滑剂的微胶囊、包裹单一液晶的微胶囊和石墨烯占复合润滑剂的质量比分别为7.5%~12.5%、0.1%~0.3%和0.3%~0.5%

27、可选地，所述聚合物润滑基材为环氧树脂。

28、本发明提供的技术方案与现有技术相比至少具有如下有益效果：

29、本发明利用微胶囊技术包覆液体润滑剂，并与石墨烯一同添加到聚合物基体（环氧树脂）中得到复合润滑剂材料。该复合润滑剂材料受到外部力作用时，微胶囊内的液体润滑剂pao6及液晶5cb会被释放出来，形成起到液体润滑作用的润滑层，从而减少摩擦并阻止直接表面接触。此外，微胶囊的存在还可以在磨损过程中不断释放新的润滑剂，使材料持续保持自润滑性能，微胶囊破裂留下的空腔可以收集磨屑减小磨粒磨损。而石墨烯的加入不仅可以进一步改善摩擦学性能，还可以均衡微胶囊对环氧树脂材料力学性能的改变，通过微胶囊与石墨烯的协同作用，在改善环氧树脂材料润滑性能的同时，能最大限度的保持甚至增强其机械性能。

30、在多种单一芯材微胶囊和石墨烯的最优添加配比下，复合润滑剂材料的磨损率比纯环氧树脂降低了96.10%，表现出优异的耐磨性。

技术特征：

1.一种复合自润滑微胶囊填料，其特征在于，包括微胶囊和二维材料；所述微胶囊为多种包裹单一芯材的微胶囊，或者包裹复合芯材的微胶囊；所述多种包裹单一芯材的微胶囊包括包裹单一润滑剂的微胶囊和包裹单一液晶的微胶囊；所述包裹复合芯材的微胶囊为包裹润滑剂和液晶复合芯材的微胶囊；

2.根据权利要求1所述的复合自润滑微胶囊填料，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的复合自润滑微胶囊填料，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的复合自润滑微胶囊填料，其特征在于，

5.一种制备权利要求3或4所述复合自润滑微胶囊填料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤1的具体步骤为：

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤102的具体步骤为：

8.一种权利要求3或4所述的复合自润滑微胶囊填料的应用，其特征在于，所述应用具体为：

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述复合自润滑剂填料中，包裹单一润滑剂的微胶囊、包裹单一液晶的微胶囊和石墨烯占复合润滑剂的质量比分别为7.5%~12.5%、0.1%~0.3%和0.3%~0.5%。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述聚合物润滑基材为环氧树脂。

技术总结本发明提供一种复合自润滑微胶囊填料及其制备方法与应用，属于润滑材料技术领域。该复合自润滑微胶囊填料中包括：微胶囊和以石墨烯（Gr）为代表的二维材料，所述微胶囊包括多种包裹单一芯材的微胶囊或包裹复合芯材的微胶囊；所述微胶囊采用原位聚合法制备，微胶囊的芯材包括润滑剂和液晶。所述液晶与所述二维材料能产生尺寸协同效应，使所述液晶能在二维材料平面上进行有序排列。包裹单一润滑剂和单一液晶的微胶囊与石墨烯以（50~150）：（1~5）：（2~8）的比例进行混合得到复合自润滑微胶囊填料。该复合自润滑微胶囊填料可以产生良好的协同效用，应用于聚合物润滑基材可以得到性能优异的复合润滑剂。技术研发人员：乔小溪,刘文文,张晓昊受保护的技术使用者：北京科技大学技术研发日：技术公布日：2024/12/12