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气相原位聚合制备固体润滑膜的方法技术

技术编号:15194706 阅读:147 留言:0更新日期:2017-04-20 17:07
本发明专利技术涉及一种气相原位聚合制备固体润滑膜的方法。通过通入不同组分的气相单体在摩擦工件表面沉积,发生原位聚合反应来生成固体润滑膜,起到减磨耐磨作用。将两种液态单体邻苯二甲酸酐(PA)和对苯二胺(PPD)在单独的加热装置中分别加热成为气态,再按摩尔比:1:( 0.3~3)分别通过输气管道向高温常压非敞开式容器中的摩擦工件表面连续喷气。其中PA加热温度为270℃~320℃,PPD加热温度为250℃~300℃。高温非密闭容器环境温度为400℃~600℃,得到的固体润滑膜可以在高温环境下长时间可持续的工作,使摩擦表面的摩擦系数及比磨损率大大降低。

Method for preparing solid lubricating film by gas phase in-situ polymerization

The invention relates to a method for preparing solid lubricating film by in situ polymerization in gas phase. Through the introduction of different components of the gas phase of the monomer on the surface of the friction surface of the workpiece, the in-situ polymerization reaction to generate a solid lubricant film, play a role in reducing wear. Two kinds of liquid monomeric two benzene anhydride (PA) and two of benzene amine (PPD) in the heating apparatus separate respectively heating into a gaseous state, and mol ratio: 1: (0.3~3) respectively through the pipeline to open high temperature atmospheric pressure non friction surface continuous jet in a container. The heating temperature of PA is 270 ~320, and the heating temperature of PPD is ~300. The ambient temperature of the high temperature non hermetic container is 400 DEG C ~600 DEG C, and the solid lubricating film can work continuously for a long time under the high temperature environment, and the friction coefficient and the specific wear rate of the friction surface are greatly reduced.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种固体润滑膜的制备方法,特别是一种通过不同组份气相单体在高温下原位聚合来生成固体润滑膜的方法。
技术介绍
近年来,随着汽车、航空、航天等高新工业的飞速发展,对材料在高温条件下的摩擦学性能要求越来越高。国内常见机油最高使用温度一般为200℃,而国外同类产品最高使用温度也不到400℃。因此在对磨工件表面涂覆高温固体润滑涂层是一种最为常见的解决方案。在高温条件下,摩擦器件的摩擦环境远比常温下恶劣,高温试验条件下摩擦表面涂覆的高温固体润滑涂层很容易就被消耗,难以补充,摩擦器件得不到稳定而持续的润滑保护,一旦被磨损便不能起到减磨耐磨的作用,需要对整个部件进行更换,提高了维护成本。传统的液体润滑油可以更换补充,但最高使用温度只有200℃左右,无法用于高温环境下的润滑。因此有人提出了气相润滑材料,气体便于输送,通过使气体在摩擦副表面反应或沉积,形成具有润滑作用的物质而起到持续的润滑效果。目前报告较多的气相沉积固体润滑膜主要是磷酸盐类材料,这类固体润滑膜的优点在于气体材料可以不断补充,润滑效果可以持续。而其缺点在于当温度较高时沉积膜分解迅速,发挥固体润滑功效的时间短暂,沉积膜的分子量不高,其润滑功能较低,包括沉积碳在内的分解产物的分子量更低,其润滑功效更加有限。基于上述分析得出,如果气体材料在高温摩擦过程中能够在摩擦表面上沉积并且发生原位聚合,生成较高分子量的固体润滑膜,发挥较强的润滑功能,这种润滑膜被高温降解后的降解产物也同样具有润滑功效,并且后续气相组份不断在摩擦表面继续沉积聚合,形成循环。这样形成的原位聚合膜要比单纯的气相沉积膜寿命长,固体润滑效果大大增强。所以,研发出一种可以通过不同气相单体组份高温下发生原位聚合反应来生成固体润滑膜的新型高温固体润滑方法是有必要的。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述问题,提供了一种在高温下通过体系内不同气相单体组份在摩擦工件表面沉积,发生原位聚合反应来生成固体润滑膜,起到减磨耐磨作用的方法。为了实现上述目的,本专利技术采用的反应机理为:将两种气相单体通入高温常压非敞开式容器中,在容器中摩擦对偶件的摩擦表面上原位聚合生成固体润滑膜,得到高温下对摩擦对偶件的摩擦表面长时间、可不断补充的固体润滑效果。上述的两种气相组份,分别采用邻苯二甲酸酐(PA),沸点为:284℃,其化学式如下:以及对苯二胺(PPD),沸点为:267℃,其化学式如下:PA与PPD按摩尔比1:1反应生成N-对苯氨基邻苯二甲酰亚胺,反应式如下:PA与PPD按摩尔比2:1反应生成N-对苯二邻苯二甲酰亚胺,反应式如下:PA与PPD摩尔比1:1时也可能发生聚合反应生成芳酰胺低聚物,反应式如下:根据上述反应机理,本专利技术采用如下技术方案:一种气相高温原位聚合制备固体润滑膜的方法,其特征在于将气化后的邻苯二甲酸酐(PA)和对苯二胺(PPD)按1:(0.3~3)的摩尔比,对温度为400℃~600℃摩擦工件表面连续喷气,上述两种气相单体在摩擦工件表面发生原位聚合反应,生成固态聚合物,同时高温碳化,沉积在摩擦工件表面,形成固体润滑膜。根据权利要求1的气相高温原位聚合制备固体润滑膜的方法,其特征在于所述的邻苯二甲酸酐(PA)和对苯二胺(PPD)两种液态单体的气化温度分别为:270℃~320℃和250℃~300℃。上述的两种液态单体通过不断补充和控制气化后气体的按比例输送到高温常压非敞开式容器中的摩擦工件表面,不断产生耐高温固体润滑膜。该方法通过体系内不同气相单体组份在摩擦工件表面沉积,发生原位聚合反应来生成固体润滑膜,从而起到减磨耐磨作用。与现有的摩擦磨损试验方法相比,本专利技术具有以下特点:1.本专利技术针对高温工作环境下的摩擦表面的润滑,采用了通入气相润滑材料沉积在摩擦表面形成固体润滑膜的方法,润滑效果持续时间较长,同时润滑材料可以不断补充。2.该方法通入两种不同组份的气相单体,通过两种单体之间的原位聚合反应,生成高分子固体润滑膜,这种润滑膜在高温下不易分解,寿命较长。其分解产物也同样具有润滑效果,同时不断补充新的单体与之反应,固体润滑膜可以循环再生。附图说明图1为有润滑与无润滑摩擦副平均摩擦系数随温度变化曲线。图2为有润滑与无润滑摩擦副比磨损率随温度变化曲线。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施例作进一步详细说明。实施例1两种液态单体邻苯二甲酸酐(PA)和对苯二胺(PPD)在单独的加热装置中分别加热成为气态,再按摩尔比:1:3分别通过输气管道向高温常压非敞开式容器中的摩擦工件表面连续喷气。其中PA加热温度为270℃,PPD加热温度为250℃。上述高温常压非敞开式容器,其体系温度为400℃。在此温度下,上述两种气相单体在摩擦工件表面发生原位聚合反应生成固态聚合物,沉积在摩擦工件表面形成固体润滑膜。实施例2两种液态单体邻苯二甲酸酐(PA)和对苯二胺(PPD)在单独的加热装置中分别加热成为气态,再按摩尔比:1:1分别通过输气管道向高温常压非敞开式容器中的摩擦工件表面连续喷气。其中PA加热温度为295℃,PPD加热温度为275℃。上述高温常压非敞开式容器,其体系温度为500℃。在此温度下,上述两种气相单体在摩擦工件表面发生原位聚合反应生成固态聚合物,沉积在摩擦工件表面形成固体润滑膜。实施例3两种液态单体邻苯二甲酸酐(PA)和对苯二胺(PPD)在单独的加热装置中分别加热成为气态,再按摩尔比:1:0.5分别通过输气管道向高温常压非敞开式容器中的摩擦工件表面连续喷气。其中PA加热温度为320℃,PPD加热温度为300℃。上述高温常压非敞开式容器,其体系温度为600℃。在此温度下,上述两种气相单体在摩擦工件表面发生原位聚合反应生成固态聚合物,沉积在摩擦工件表面形成固体润滑膜。实施例4两种液态单体邻苯二甲酸酐(PA)和对苯二胺(PPD)在单独的加热装置中分别加热成为气态,再按摩尔比:1:0.3分别通过输气管道向高温常压非敞开式容器中的摩擦工件表面连续喷气。其中PA加热温度为320℃,PPD加热温度为300℃。上述高温常压非敞开式容器,其体系温度为600℃。在此温度下,上述两种气相单体在摩擦工件表面发生原位聚合反应生成固态聚合物,沉积在摩擦工件表面形成固体润滑膜。对上述实施例所制备的固体润滑膜进行400℃至600℃下平均摩擦系数以及比磨损率测试,并与无润滑条件进行对比,测试结果如图1,图2所示。分析得出,在400℃到600℃下,通入高温原位聚合气体单体,固体润滑的状态下系统的摩擦系数与磨损率都比未润滑状态明显降低。说明PA/PPD体系高温原位聚合生成固体润滑膜在高温下有着良好的减摩耐磨效果。该体系在600℃下达到最好的润滑效果。本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种气相高温原位聚合制备固体润滑膜的方法,其特征在于将气化后的邻苯二甲酸酐(PA)和对苯二胺(PPD)按1 :( 0.3~3)的摩尔比,对温度为400℃~600℃摩擦工件表面连续喷气,上述两种气相单体在摩擦工件表面发生原位聚合反应,生成固态聚合物,同时高温碳化,沉积在摩擦工件表面,形成固体润滑膜。

【技术特征摘要】
1.一种气相高温原位聚合制备固体润滑膜的方法,其特征在于将气化后的邻苯二甲酸酐(PA)和对苯二胺(PPD)按1:(0.3~3)的摩尔比,对温度为400℃~600℃摩擦工件表面连续喷气,上述两种气相单体在摩擦工件表面发生原位聚合反应,生成固态...

【专利技术属性】
技术研发人员:郭强毕宸洋张龙杨奇轩刘海彬曹志强
申请(专利权)人:上海大学
类型:发明
国别省市:上海;31

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