[發明專利]一種高化學活性納米顆粒填充環氧樹脂基多元自潤滑納米復合材料

有效

• 申請號: 201810987414.6
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN109294165B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 張嘎;郭麗和;趙福燕;李貴濤;張利剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K9/06;C08K3/22;C08K7/06;C08K3/28
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 周瑞華

本發明公開了一種高化學活性納米顆粒填充環氧樹脂基多元自潤滑納米復合材料。該多元自潤滑復合材料是將具有高反應活性納米顆粒和短切碳纖維在環氧樹脂基體中經高速攪拌均勻分散后，低溫固化制備而成。在柴油潤滑條件下，該材料中的短切碳纖維有助于摩擦界面上生成的轉移膜發生石墨化反應，顯著降低材料的摩擦系數。高化學活性納米顆粒的加入，與碳纖維協同促進摩擦界面摩擦化學反應的發生，有助于對偶表面上高性能轉移膜的形成，使復合材料在摩擦過程中更快地達到穩定階段，使復合材料的磨損率達到數量級上的降低。該復合材料作為邊界潤滑條件下頻繁起停的發動機燃油泵等運動機構的滑動摩擦部件具有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于復合材料領域，涉及一種高化學活性納米顆粒填充環氧樹脂基多元自潤滑納米復合材料，具體的講是一種碳纖維、高化學活性納米顆粒復合填充的環氧樹脂基自潤滑納米復合材料，該復合材料可應用于邊界潤滑條件下頻繁起停的發動機燃油泵等運動機構的滑動摩擦部件。

背景技術

隨著現代工業的迅猛發展及機械設備運行工況的日趨苛刻，混合潤滑甚至邊界潤滑在機械運動部件的實際運行中頻繁發生。在邊界潤滑條件下，潤滑介質的承載能力被削弱，摩擦副之間的直接接觸加劇，導致摩擦副材料產生越來越嚴重的磨損，因此，提高摩擦副材料在此條件下的耐磨性顯得十分重要。特別是對于不能采用外加潤滑裝置、頻繁起停的發動機燃油泵，摩擦副材料在邊界潤滑條件下的磨損直接影響著機械系統的整體性能。

另外，在倡導綠色能源、節能減排的大背景下，降低柴油中的硫、氮、氧化物的含量成為國際發展趨勢。很多歐洲國家于2005年將低硫燃油的含硫量降至10ppm，我國也在2016年底開始逐漸推行柴油國V標準，即含硫量10ppm。然而，在推廣了低硫燃油后，對于燃油泵而言，減少柴油中的硫、氮、氧化物使得柴油的潤滑性能下降，很多國家出現了柴油機高壓油泵和噴油器的磨損失效事故，燃油泵失效的現象也頻繁發生。

對于摩擦副材料在低硫燃油下失效的問題，國內外研究人員試圖從兩方面著手解決：一是提高低硫燃油本身的潤滑性能；二是通過設計摩擦副材料的組分來避免其在邊界條件下的失效。其中，提高燃油潤滑性能的研究思路被國內外學者廣泛應用，可以在一定程度上提高燃油的潤滑性。然而，低硫燃油潤滑條件下金屬-金屬摩擦副的潤滑問題并沒有從根本上解決。從而，設計具有優異潤滑性能的聚合物基復合材料成為解決燃油潤滑條件下運動部件失效的重要途徑。

環氧樹脂作為自潤滑基體材料具有熱穩定性好、耐化學性高、絕緣性好、高強度、收縮率低、粘接性好等優異性能。然而，純環氧樹脂易發生粘著磨損，不適合單獨作為自潤滑材料使用。中國專利CN106433033A、CN101348600A、CN103160077A分別研究了環氧樹脂基復合材料作為自潤滑材料在干摩擦及油潤滑條件下的摩擦磨損行為。然而，在燃油潤滑條件下環氧樹脂基復合材料的摩擦學性能缺乏深入研究。燃油泵中摩擦失效主要是因為低硫燃油中的減摩抗磨成分（氮，硫等）減少，因此，在聚合物樹脂中添加具有高化學活性納米顆粒，通過在摩擦對偶表面形成具有優良摩擦學性能的轉移膜來提高材料潤滑性，用聚合物-金屬摩擦副代替金屬-金屬摩擦副可以有效的防止機械咬合。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高化學活性納米顆粒填充環氧樹脂基多元自潤滑納米復合材料。

本發明通過在環氧樹脂基體中添加具有高化學活性的納米顆粒，制備在邊界潤滑條件下具有優良摩擦學性能的自潤滑納米復合材料，該復合材料在摩擦過程中具有高化學活性的納米顆粒從聚合物基體中釋放，更容易與轉移到對偶表面的環氧樹脂鏈段發生化學反應形成結合強度較高且承載能力較強的轉移膜，轉移膜的生成可以減少摩擦副的直接接觸進而降低摩擦磨損。

一種高化學活性納米顆粒填充環氧樹脂基多元自潤滑納米復合材料，其特征在于該復合材料通過以下方法制備得到：

A）將環氧樹脂（EP）和高化學活性納米顆粒在真空條件下攪拌混合；

B）在步驟A）所得混合液體中加入增強纖維在真空條件下攪拌混合，然后加入固化劑繼續攪拌混合；