[發明專利]一種石墨烯/4-正戊基-4-氰基聯苯液晶潤滑劑及其制備與應用

有效

• 申請號: 201810578116.1
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108690679B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 許崇海;李智亮;張靜婕;肖光春;陳照強;衣明東;陳輝
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: C10M141/06
• 分類號: C10M141/06;C10M169/04;C10N30/06
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 陳桂玲

本發明涉及一種石墨烯/4?正戊基?4?氰基聯苯液晶潤滑劑及其制備與應用。本發明以石墨烯為添加劑，通過水浴加熱條件下超聲處理，將石墨烯均勻分散在4?正戊基?4?氰基聯苯液晶中，制成石墨烯/4?正戊基?4?氰基聯苯液晶潤滑劑，其中石墨烯的有效添加濃度為0.05wt％?0.25wt％。本發明還提供石墨烯/4?正戊基?4?氰基聯苯液晶潤滑劑的制備方法與應用，使用方法是使用之前在40?50℃下預熱潤滑劑和摩擦區域，涂覆潤滑劑后立即開始摩擦，摩擦系數和鋼球磨損直徑均有大幅度降低，實現石墨烯/4?正戊基?4?氰基聯苯液晶懸浮液的超低潤滑。

技術領域

本發明涉及一種石墨烯/聯苯類液晶潤滑劑及其制備應用，尤其涉及一種石墨烯/4-正戊基-4-氰基聯苯懸浮液作為潤滑劑的應用，屬于潤滑技術領域。

技術背景

機械零部件之間的摩擦和磨損廣泛存在于機械系統中，摩擦會消耗大量的能量，磨損則會導致零部件過早失效，為提高機械設備的使用效率和壽命必須降低零部件之間的摩擦和磨損。潤滑技術是解決摩擦磨損、延長設備使用壽命的關鍵技術。為了達到降低能耗減少磨損的目的，要求在兩個運動平面之間存在高載荷能力和低剪切阻力的潤滑介質。

從結構上看，液晶恰能同時滿足這兩個條件:當兩表面相對運動速率較低(低剪切速率)時，來自兩固體摩擦副的壓力是巨大的，但在垂直于運動表面方向上，液晶分子排列的長程取向使之呈現固體的抗壓性能，從而能支撐摩擦副，阻止其相互靠近；在高剪切速率下，它又呈現出低粘度的液體流動性，而能獲得低的剪切阻力。因此理論上，液晶有望作為一種性能優越的新型潤滑介質。然而，在實際應用過程中由于液晶對溫度比較敏感，用作潤滑劑時潤滑效果受環境溫度影響很大，例如:當環境溫度低于液晶熔點(22℃)時，潤滑劑表現為晶體狀態，摩擦系數比較高，此時不適合用作潤滑劑；當環境溫度高于液晶的清亮點(35℃)時，液晶由各相異性的液晶態轉變為各相同性的液態，此時用作潤滑劑相比液晶態時抗磨性能下降。

中國專利文件CN 103013107 A公開了一種液晶聚合物作為高聚物高溫潤滑劑的用途，此發明將熱致型液晶聚合物作為高聚物高溫潤滑劑使用，明顯改善了高聚物的加工流動性能，減少了資源損耗。但是此發明單純使用液晶聚合物作為潤滑劑，實驗條件僅限高溫。目前尚未有低溫下使用的液晶聚合物材料的報道。

4-正戊基-4-氰基聯苯(4-Cyano-4'-pentylbiphenyl)，分子式為C₁₈H₁₉N，簡寫為5CB，現有技術中主要用于配制TN、STN型混合液晶,作顯示材料。在摩擦學領域5CB液晶可作潤滑添加劑，例如，5CB添加劑能夠改善蓖麻油的潤滑性能，但尚不能達到或超過礦物油的潤滑性能。參見錢善華等，液晶添加劑4-正戊基-4-氰基聯苯混合后對蓖麻油潤滑性能的影響，《材料保護》2013年第10期。目前尚未見5CB液晶作為基礎潤滑油的應用報道。

石墨烯作為潤滑油添加劑的應用在摩擦學領域備受關注，但由于石墨烯具有較大的比表面積，容易團聚在一起，難溶于水以及其它常用的有機溶劑，更難與其它材料摻混形成復合材料。解決石墨烯難分散問題的方法目前有兩種，一是使用分散劑，二是通過對石墨烯進行改性，然而，這兩種方法都會不同程度的引入雜質，而且不易確定雜質含量及雜質對潤滑性能的影響程度，限制了石墨烯的應用。

因此，為了彌補現有液晶潤滑劑的不足，提高其潤滑效果，充分發揮液晶在潤滑領域的應用，本發明旨在提出一種添加石墨烯的聯苯類液晶潤滑劑。

發明內容

針對現有液晶潤滑劑的不足，本發明提供一種石墨烯/4-正戊基-4-氰基聯苯(G/5CB懸浮液)液晶潤滑劑及其制備方法。

本發明還提供一種石墨烯/4-正戊基-4-氰基聯苯懸浮液作為潤滑劑的應用。預熱處理G/5CB懸浮液及摩擦區域后，開始摩擦進行3-5min后，摩擦系數降至最小值(約0.01)。

術語說明：

4-正戊基-4-氰基聯苯，簡寫5CB，結構式如下：