一种自约束润滑组合物复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种自约束润滑组合物复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 人们的日常生活中无时无刻不充满着摩擦现象，它的存在既能给人们生活带来便 利，也能带来危害。如果没有摩擦，人们不可能在路面行走，也不能抓住任何物体;但也正因 为摩擦的存在，带来了机械设备磨损，能源消耗增加不利后果。据2008年中国工程院统计报 告显示当年的摩擦磨损约占我国(^的！. 5%，因此，减少摩擦、降低磨损，合理提高摩擦部件 的润滑性能显得非常重要。其中润滑剂对于润滑部件的长效润滑起着至关重要的作用，人 们一直在努力寻求更为高效，更为绿色的润滑材料。自约束润滑剂作为一种新型的润滑材 料，因其简单的制备过程和低的生产成本，优异的触变性能及高效的润滑性能，已经得到了 广泛关注（J. Mater. Chem. 21 (2011) 13399-1340; ACS Appl. Mater. Interfaces 6 (2014) 15783-15794;Tribol Lett (2016) DOI 10.1007/sll249-015-0634-y; Tribol. Inter. 95 (2016) 55-65); Advanced Materials Interfaces, (2015)D0I: 10.1002/ admi.201500489)。这类新型的润滑材料在外观上类似传统的润滑酯，由一定质量百分数的 超分子凝胶因子及余量的基础润滑油经过简单的加热搅拌溶解，然后冷却静置而成。由于 这类材料在外力触变或者加热时迅速变成液相，当静止或者冷却时又能快速形成凝胶态， 而有望作为一种新型的半固态润滑剂在特殊的工况条件下代替传统润滑油脂作为齿轮、轴 承等部件的润滑材料。
[0003] 影响润滑部件润滑性能的另一个关键因素是摩擦副表面的微结构（Surface Topography: Metrology and Properties · 2013 ; 1:015001 ·)。事实上，表面越光滑不一定 就会产生非常低的摩擦;干摩擦过程中，越光滑的表面更容易产生粘着磨损。为了解决在实 际工况中存在的这些问题，通过表面微造型技术(又称表面织构技术），在摩擦副表面加工 出细微的形貌使材料的摩擦学性能得以改善。该方法在提高轴承承载能力，降低摩擦，减小 磨粒磨损延长工件的使用寿命等方面表现出了很大的潜力，已经得到了越来越多的关注。 (Tribol. Inter. 2015;92:136-45.)〇
[0004] 含油轴承作为一类重要的多孔质轴承，自发明以来已经在很多的行业得到了广泛 的应用。随着科技的发展，很多的润滑部件正逐渐的向精密化，微型化，智能化等方面发展， 因此对于浸油轴承的需要也越来越多，要求也越来越高。事实上，传统的半固态润滑酯由于 黏度较大、流动性能较差很难浸润在多孔质轴承中形成这类含油轴承，而普通的润滑油虽 然容易浸润但是黏度较小而很难在浸油轴承的微孔中长期稳定存在。这些缺点都限制了此 类含油轴承的大规模制备及其长效使用性能。如果我们能够制备一种合适的润滑剂，将其 能够长期稳定含浸在多孔轴承的微孔中，就能够有效的解决上述问题，从而极大的提高浸 油轴承的使用寿命，产生客观的经济效益。我们设想，是否能够在激光刻蚀的表面的微孔 中，含浸我们课题组发明的这类新型的自约束润滑剂，利用激光刻蚀微孔作为微型储油器 的特点，构建一种新型的复合自润滑材料作为新型的含油轴承。由于自约束润滑剂特殊的 物理化学性能，能够在摩擦热的作用下，由半固态胶转变为液态，容易从微孔中渗出并在摩 擦副表面形成连续润滑油膜，在停止摩擦之后，又能够再次冷凝并储存在织构化结构微孔 中，从而可以有效的避免润滑剂的泄露，爬移造成润滑失效或环境污染。
[0005] 文献及专利调研表明激光表面刻蚀微孔含浸自约束润滑剂还没有报道。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种自约束润滑组合物复合材料及其制备方法。
[0007] -种自约束润滑组合物复合材料，其特征在于该复合材料是将自约束润滑剂含浸 到由激光表面刻蚀形成的微孔中得到;所述自约束润滑剂是由3wt. _5wt. %的超分子凝胶因 子A或B与余量的基础润滑剂油组成;所述超分子凝胶因子A、B的结构式如下：
[0008] 所述基础润滑剂油为合成润滑油聚α烯烃、合成润滑油多烷基环戊烷、合成双酯类 润滑油或石蜡基矿物油。
[0009] 所述基础润滑剂油为 PA04、PA010、PA040、MACS、A51、500Sr^SU50BS。
[0010] 如上所述自约束润滑组合物复合材料的制备方法，其特征在于将织构化的基底浸 泡在80-120°C的自约束润滑剂中，浸泡10-40分钟左右，然后真空抽气10-50分钟之后真空 自然冷却，即得自约束润滑组合物复合材料。
[0011] 自约束润滑组合物复合材料能够替代一些含油轴承在某些工业部件中发挥自润 滑性能。本发明所述的自约束润滑组合物复合材料在不同条件(变载，变频，变温，长磨）的 摩擦测试条件下，均表现出了优异于参比自润滑材料的摩擦学性能。此处所述的参比自润 滑材料是指在激光表面刻蚀的微孔中含浸普通的基础润滑油PA010所得。通过一系列的摩 擦实验对照，证明本发明所述的自约束润滑组合物复合材料的确表现出了优异的减摩抗磨 性能和稳定的长效润滑性能，能够在一些特殊的润滑工况下，替代含油轴承而发挥其潜在 的应用价值。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明制备的激光刻蚀表面微孔的结构形貌照片，其中a、b、c图分别代表不 同的放大倍数，图d代表织构化微孔深度均一，大约在20微米。
[0013] 图2为本发明制备的激光刻蚀表面微孔含浸自约束润滑剂前后的光学照片(a，b) 与三维轮廓图片(al，bl)。为了进行摩擦学性能的对比，我们将普通的基础润滑油PA010也 含浸到激光刻蚀的表面微孔中作为对照，图c，cl分别代表激光刻蚀表面微孔含浸基础油 PA010的自润滑复合材料的光学照片及表面三维轮廓。激光刻蚀表面微孔含浸自约束润滑 剂或者PA010基础油以后，样品表面的三维轮廓明显平整，大量的表面微孔基本上已经被均 匀填充，说明自约束润滑剂或者基础油已经成功含浸到激光刻蚀的表面微孔内。
[0014] 图3为本发明激光刻蚀表面微孔含浸自约束润滑剂或者基础油PA010的简单制备 示意图。图3中黑色的物质即代表本发明所述的自约束润滑剂或者用于参比的润滑剂 ΡΑΟΙΟο
[0015] 图4为本发明制备的含浸自约束润滑剂和含浸基础油PA010后所得复合材料在不 同的摩擦测试条件下的干摩擦性能对比。含浸自约束润滑剂摩擦系数较低，摩损较轻。在图 4al，bl，cl中，箭头所示自约束润滑组合物均分别代表含浸自约束润滑剂的自润滑复合材 料在变载，变频，变温条件的摩擦曲线，箭头所示参比均分别代表含浸基础润滑油PA010作 为对照样品的自润滑复合材料在变载，变频，变温条件的摩擦曲线，图4a3，b3，c3均分别代 表含浸自约束润滑剂的自润滑复合材料在变载，变频，变温条件的表面磨损SEM照片，图 4a2，b2，c2均分别代表含浸基础润滑油PA010作为对照样品的自润滑复合材料在变载，变 频，变温条件的的表面磨损SEM照片。从图中能够明显的观察到，无论是变载，变频，还是变 温的摩擦条件下，含浸自约束润滑剂的自润滑复合材料均表现出了更好的减摩与抗磨性 能。
[0016]图5为本发明制备的含浸自约束润滑剂和含浸基础油PA010所得复合材料在恒定 载荷，恒定振幅，恒定频率条件下的长时间干摩擦磨损性能比较。在图5a中，箭头所示自约 束润滑组合物代表含浸自约束润滑剂的自润滑复合材料在如图所述的固体摩擦条件下的 摩擦曲线，箭头所示参比代表含浸基础润滑油PA010作为对照样品的自润滑复合材料在如 图所述的固体摩擦条件下的摩擦曲线，图5b为相应的磨斑表面的磨损体积，从图中能够明 显的观察到，在给定的摩擦条件下，含浸自约束润滑剂的自润滑复合材料均表现出了更好 的减摩与抗磨性能。
【具体实施方式】
[0017]实施例！自约束润滑剂 将质量分数3wt.-5wt.%的超分子凝胶因子A或者B与常见的基础润滑油如:ΡΑ0系列 (PA04, PA010, PA040)，多烷基环戊烷(MCAS)，双酯A51，矿物油500SN等其他基础润滑油加 热搅拌，直到包含凝胶因子的基础油混合物完全透明，然后自然冷却大约1-5分钟即得到结 构稳定的自约束润滑剂。
[0018]为了更好的理解自约束润滑剂的组成，我们以实施例表1进行说明。
[0019]表1自约束润滑剂的组成
这里提到的超分子凝胶因子分别为A:多羟基凝胶因子，B:两性磺酸凝胶因子，这里 所报道的凝胶因子分别根据文献报道制备（ACS Appl. Mater. Interfaces 2014，6， 15783 - 15794; Tribol. Inter. 95 (20