[發(fā)明專利]一種含潤滑劑的碳納米管納米微囊填充的高分子基復(fù)合材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310059964.2
• 申請日: 2023-01-16
• 公開（公告）號: CN116272704A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 關(guān)集俱;高超;徐正亞;楊蘭玉;馮勇
• 申請（專利權(quán)）人: 常熟理工學(xué)院
• 主分類號: B01J13/02
• 分類號: B01J13/02;C10M105/72;B01J13/04;B82Y40/00;B82Y30/00;C10N40/02;C10N50/00
• 代理公司: 常州佰業(yè)騰飛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32231
• 代理人: 李嘉寧

本發(fā)明屬于高分子基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種具有更高機(jī)械強(qiáng)度，且在摩擦?xí)r可以釋放液體潤滑劑的高分子基復(fù)合材料。所述高分子基復(fù)合材料由含油的碳納米管微囊和高分子材料經(jīng)固化后制得，其制備方法為：首先，將潤滑劑填充到碳納米管的空腔內(nèi)得到內(nèi)部負(fù)載潤滑劑的納米微囊，其中碳納米管80～90份、潤滑劑10～20份；其次，將納米微囊添加到高分子材料中混合均勻，添加時(shí)納米微囊1～10份、高分子材料99～10份；最后將混合物放入模具中進(jìn)行冷壓再放入烘箱進(jìn)行固化即可得所述高分子基復(fù)合材料。與普通高分子材料相比，所述高分子基復(fù)合材料具有更高的力學(xué)強(qiáng)度，同時(shí)具有自潤滑性能，所述高分子基復(fù)合材料可被用于軸承等零件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有更高機(jī)械強(qiáng)度，且在摩擦?xí)r可以釋放液體潤滑劑的高分子基復(fù)合材料。具體涉及一種可用于自潤滑軸承、襯套等摩擦部件的高分基復(fù)合材料。

背景技術(shù)

高分子材料的摩擦系數(shù)低、熱穩(wěn)定性好，在機(jī)械、材料和航空等領(lǐng)域，其常被用來制造軸承、襯套等摩擦元件。但常見高分子的線膨脹系數(shù)大，耐蠕變性差，因此，常利用石墨、MoS2、碳纖維、玻璃纖維等對其進(jìn)行改性，以滿足使用要求。碳納米管(CNTs)具有較高的強(qiáng)度，其拉伸強(qiáng)度可達(dá)到200GPa，是一種理想的高分子材料復(fù)合材料增強(qiáng)相。高硬度、纖維化的CNTs在固化過程中能夠更緊密地纏繞在高分子材料晶系中，增強(qiáng)高分子材料材料的力學(xué)性能。高分子材料/CNTs復(fù)合材料的摩擦性能也優(yōu)于純高分子材料，這是因?yàn)槟Σ吝^程中剝落的CNTs可作為第三體分布在摩擦界面上，隔離了摩擦副界面的粗糙接觸，起到一定的自潤滑作用。

CNTs具有特殊的空腔結(jié)構(gòu)，空腔內(nèi)徑在5～50nm之間，在合適條件下，可以將其他物質(zhì)引入CNTs的空腔中，以改善其導(dǎo)電性能、磁性能、摩擦性能等。發(fā)明人提出將各種潤滑劑填充進(jìn)CNTs的空腔內(nèi)以制備納米微囊，這種方法可在CNTs分子內(nèi)部引入更多的潤滑成分，更好的改善其潤滑特性。將這種納米微囊作為高分子材料的填充劑，高分子材料固化過程中CNTs可對其中的潤滑劑形成保護(hù)，使得高分子材料內(nèi)部含液態(tài)潤滑劑。摩擦過程中，高分子材料內(nèi)的納米微囊可釋放其中的潤滑劑，進(jìn)而有效改善高分子材料的潤滑性能。納米微囊還可以更好的分在在高分子材料中，增強(qiáng)CNTs與高分子材料材料的結(jié)合性能，進(jìn)一步提高其力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

為了提高聚四氟乙烯(PTFE)的力學(xué)性能并改善其摩擦學(xué)性能，本發(fā)明提出利用內(nèi)部空腔負(fù)載潤滑劑硫化異丁烯(T321)的碳納米管(CNTs@T321納米微囊)作為PTFE的增強(qiáng)相，摩擦?xí)r納米微囊還可釋放出T321使PTFE具有更好的自潤滑性能。本發(fā)明首先利用潤滑劑硫化異丁烯(T321)制備CNTs@T321納米微囊，再利用納米微囊填充PTFE制備復(fù)合材料。對比普通CNTS，研究納米微囊的填充對PTFE力學(xué)和摩擦學(xué)性能的影響，分析PTFE中的納米微囊在摩擦過程中釋放T321并形成自潤滑層的機(jī)理，實(shí)現(xiàn)提高PTFE力學(xué)強(qiáng)度的同時(shí)進(jìn)一步改善其自潤滑性能。本發(fā)明的研究為這種新型PTFE復(fù)合材料運(yùn)用于自潤滑軸承時(shí)的配方選擇、制備工藝等奠定基礎(chǔ)。

根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種CNTs@T321納米微囊，所述微囊由潤滑劑填充到碳納米管的空腔內(nèi)得到內(nèi)部負(fù)載潤滑劑的納米微囊。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，所述潤滑劑為硫化異丁烯(T321)，所述碳納米管為多壁碳納米管，進(jìn)一步優(yōu)選為經(jīng)酸化預(yù)處理的多壁碳納米管。

根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種CNTs@T321納米微囊的制備方法，包括如下步驟：