[發明專利]金屬離子注入制備低摩擦丁腈橡膠表面的方法

在審

• 申請號: 202011362659.3
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112376032A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 張俊彥;賈倩;張斌;楊生榮;高凱雄
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C23C14/48
• 分類號: C23C14/48;C08J7/12;C08L9/02
• 代理公司: 蘭州智和專利代理事務所(普通合伙) 62201
• 代理人: 張英荷

本發明提供了一種金屬離子注入制備低摩擦丁腈橡膠表面的方法，是采用Mevva?V.Ru真空電弧離子源，在丁腈橡膠表面進行了金屬離子（Mg、Al、Fe）注入處理，獲得具有低摩擦性能的丁腈橡膠表面。改性后丁腈橡膠表面摩擦系數從0.8降低到0.2左右。本發明采用獨特的真空電弧離子源，在丁腈橡膠表面注入金屬離子，獲得具有低摩擦性能的表面改性丁腈橡膠，可作為密封部件防止流體泄漏和污染物進入機械設備。

技術領域

本發明涉及一種表面改性降低丁腈橡膠摩擦系數的方法，尤其涉及一種金屬離子注入制備低摩擦丁腈橡膠表面的方法，屬于聚合物表面改性領域。

背景技術

丁腈橡膠是由丁二烯和丙烯腈經乳液聚合法制得的，具有極好的耐油性，較高的耐磨性，較好的耐熱性，較強的粘接力，以及良好的耐水性和氣密性，被廣泛用于汽車工業和航天領域。在許多情況下，丁腈橡膠作為密封件以防止潤滑劑的泄漏和污染物進入工作腔。然而，橡膠動密封件遭受高摩擦并引起嚴重的磨損，最終導致密封失效。因此，對其進行簡單處理獲得具有優異摩擦學性能的產品是提高可靠性服役的關鍵。

表面改性和組分改性是目前常用的降低摩擦和提高耐磨壽命的手段。專利ZL201410363636.2 提供了一種自潤滑耐磨丁腈橡膠的制備方法，包括如下步驟：（1）在丁腈橡膠混煉過程中，加入橡膠基礎配方2~6wt%的減磨填料，混煉25~30min后，再在150℃下硫化10min，得到橡膠半成品；（2）在橡膠半成品的表面噴涂、固化固體潤滑涂層材料，以降低摩擦系數，減少磨損，延長橡膠使用壽命。

發明內容

本發明的目的是提供一種金屬離子注入改性制備低摩擦丁腈橡膠表面的方法。

一、金屬離子注入制備低摩擦丁腈橡膠表面

本發明金屬離子注入制備低摩擦丁腈橡膠表面的方法，是采用Mevva-V.Ru真空電弧離子源，在丁腈橡膠表面進行了金屬離子（Mg、Al、Fe）注入處理，獲得具有低摩擦性能的丁腈橡膠表面。具體表面金屬離子注入處理如下：

（1）將丁腈橡膠在40~60℃的肥皂去離子水中超聲清洗去除表面污染物；重復3~5次，每次清洗5~10 min；再于沸騰的去離子水中沖洗，去除表面肥皂及石蠟殘留；然后放入烘箱，于40~60 ℃烘干15~20 min，取出后冷卻至室溫備用；

（2）將上述清潔處理的丁腈橡膠放入真空腔體中，抽真空至1×10^-6 Pa；真空腔中預先安置了Mg、Al、Fe靶材作為離子注入材料；

（3）打開電弧電源，調節電流20~50 A，占空比57.5%，產生束電流密度為0.25~0.5 A/100cm²·s；

（4）調節并控制加速電壓-20 kV，以Mg、Al、Fe為靶材作為離子注入材料；采用真空電弧離子源注入金屬離子100~280 s；待腔體冷卻后取出，即得低摩擦丁腈橡膠。

上述真空電弧離子源采用Mevva-V.Ru真空電弧離子源。電弧電源采用直流脈沖弧電源。

通過上述對丁腈橡膠表面注入金屬離子獲得的低摩擦丁腈橡膠結構見圖1。

二、表面金屬離子注入方法表面改性后的丁腈橡膠性能

測試方法：在摩擦試驗機上檢測金屬離子注入后丁腈橡膠的摩擦性能。選擇直徑為?4mm 的GCr15鋼球作為對偶球。具體參數如下：摩擦載荷為5N，線速度為75 mm/s，旋轉半徑為4mm，濕度25 %，測試時間為90min。

測試結果：丁腈橡膠的摩擦系數從0.6降低至0.2左右，說明表面注入金屬離子后的丁腈橡膠具有低摩擦高耐磨性能。