一种高性能柔性减磨涂料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能柔性减磨涂料的制备方法，主要包括如下步骤：(1)对纳米石墨片进行氟化与改性；(2)所得改性氟化石墨分散于溶剂中，改性氟化石墨的OH基团与异氰酸酯反应生成氨基甲酸酯基；然后再次加入异氰酸酯与聚醚多元醇，得到聚氨酯接枝改性氟化石墨溶液；(3)使用四氟乙烯和全氟环烯醚共聚反应得到可溶性聚四氟乙烯溶液；然后，与聚氨酯接枝改性氟化石墨溶液混合，即得高性能柔性减磨涂料。所得高性能柔性减磨涂料能够应用于金属结构、橡胶结构、塑料结构等表面结构形成涂层，摩擦系数低，导热率高，耐候性好，柔韧性好。 1

A high performance flexible antiwear coating and its preparation method

The invention discloses a preparation method of high performance flexible wear reducing coating, which mainly includes the following steps: (1) fluorination and modification of graphite nanoscale; (2) the modified graphite fluorinated graphite is dispersed in the solvent, the OH group of the modified graphite fluoride is reacted with the isocyanate to produce carbamate ester group, and then the isocyanate is added again. Polyether polyols were obtained by graft modification of polyurethane fluorinated graphite solution; (3) a soluble polytetrafluoroethylene solution was obtained by copolymerization of tetrafluoroethylene and perfluorocarbene ether, and then mixed with modified fluorinated graphite solution grafted with polyurethane to obtain high performance flexible wear reducing coatings. The high performance flexible wear reducing coating can be applied to the surface structure of metal structure, rubber structure and plastic structure to form coating. The coating has low friction coefficient, high thermal conductivity, good weatherability and good flexibility. One

【技术实现步骤摘要】
一种高性能柔性减磨涂料及其制备方法
本专利技术涉及一种高性能柔性减磨涂料及其制备方法，属于高分子精细化工

技术介绍
统计表明全球的能量消耗约有1/3-1/2源自摩擦，而磨损导致的机械部件失效则占到70％以上，此外，过度的摩擦会导致接触部位温度急剧升高而超出材料的承受范围而产生灾难性后果。在绝大部分场合，降低摩擦能耗和磨损是人们永恒追求的目标。润滑涂层的使用是解决工程应用中摩擦磨损最常用的也是最有效的方法之一。润滑涂层材料要求具有良好的润滑性、耐磨性、化学稳定性，此外，润滑涂层最好具有良好的导热能力，从而能够及时将摩擦热导出而防止材料的急剧温升。现有的润滑涂层大部分是基于石墨、二硫化钼和聚四氟乙烯的材料。二硫化钼粘接固体润滑膜的应用较多，但是其粘接膜的摩擦系数相对较高，耐温性也较差，MoS2干膜的突出缺点是在大气(特别在潮湿大气)中容易氧化而发生润滑失效；石墨基润滑材料具有高的承载能力，干摩擦状况下适用于低速、重载荷情况，但是其对金属会产生电化学腐蚀，在橡胶减磨领域应用也较少；聚四氟乙烯减磨材料在低负荷下性能优异，摩擦系数低,动静摩擦系数差值小，聚四氟乙烯基涂层还具有低表面能的特点，耐温性也较好，但是其耐磨性能较差，因而自身磨耗较大，承载能力比二硫化钼基涂层和石墨基涂层低，一般使用粘接剂粘接或者添加填料提高其硬度而提高其耐磨性，但是会降低其润滑性能。此外，聚四氟乙烯不溶不熔，其在树脂中的分散性极差，因而，制备的综合涂层稳定性较差。由于二硫化钼、石墨和聚四氟乙烯这些材料都存在一些固有的缺点而应用范围有限，在航空航天等高精尖领域这些材料的性能还不能够很好的满足要求，因而开发高性能的减磨涂层具有非常重要的科学意义和工程意义。氟化石墨作为填料加入高分子涂料可以明显提高涂料的耐磨性能，进而降低涂料的磨耗。然而，氟化石墨改性的涂料一般较脆，因而抗形变能力较差，此外，氟化石墨作为无机片状填料，与有机高分子基体的相容性较差，作为润滑减摩填料，其在有机高分子中的分散也存在较大困难。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种高性能柔性减磨涂料，摩擦系数低，导热率高，耐候性好，柔韧性好。本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：一种高性能柔性减磨涂料，其制备方法主要包括如下步骤：(1)纳米石墨片的氟化与改性：对纳米石墨片先进行氟化，所得氟化石墨与碱液共沸，即得改性氟化石墨；(2)制备聚氨酯接枝改性氟化石墨：将步骤(1)所得改性氟化石墨分散于溶剂中，加入异氰酸酯和催化剂，在催化作用下，改性氟化石墨的OH基团与异氰酸酯反应生成氨基甲酸酯基；然后，在所得溶液中再次加入异氰酸酯与聚醚多元醇，得到聚氨酯接枝改性氟化石墨溶液；(3)使用四氟乙烯和全氟环烯醚在溶剂中、聚合引发剂作用下进行共聚反应，得到可溶性聚四氟乙烯溶液；然后，可溶性聚四氟乙烯溶液与步骤(2)所得聚氨酯接枝改性氟化石墨溶液混合，即得高性能柔性减磨涂料。按上述方案，步骤(1)所述氟化的具体步骤为：使用纳米石墨片与氟气在SbCl5的催化作用下进行氟化，通过催化剂的量、反应温度、反应时间、压力等条件控制氟化反应程度，经过简单洗涤纯化后，即得到氟化石墨。其中，催化剂SbCl5与纳米石墨片的质量比例为0.01-0.2；氟化反应时间为1-5h，反应温度为100-300℃，氟气压力为0.2-3.0MPa；洗涤纯化方法为：使用5-100倍质量的蒸馏水超声洗涤、离心、去清液三次以上。按上述方案，所述的纳米石墨片平均粒径为50-300nm。按上述方案，步骤(1)所选用碱液可以为KOH溶液，优选KOH质量分数为5％以上的水溶液。按上述方案，步骤(1)中碱液质量与氟化石墨的质量比为2-50。按上述方案，步骤(2)中，选用的溶剂为甲苯或正庚烷，溶剂与改性氟化石墨的质量比为10-500；选用的异氰酸酯为TDI、MDI和IPDI等中的一种或一种以上的混合物，第一次加入的异氰酸酯的量为改性氟化石墨质量的0.1％-1.5％，第二次加入的异氰酸酯质量为第一次的4-10倍；聚醚多元醇选自聚乙二醇400，聚乙二醇600，聚丙二醇400，聚丙二醇600，聚丙二醇1000等中的一种或一种以上的混合物，加入的聚醚多元醇质量为两次加入异氰酸酯质量和的0.8-2.0倍。按上述方案，步骤(3)中，全氟环烯醚与四氟乙烯的质量比为0.05-0.30；聚合引发剂为过氧苯甲酰、偶氮二异丁腈、过氧化氢异丙苯等中的一种或一种以上的混合物，聚合引发剂用量为四氟乙烯和全氟环烯醚总质量的0.05-3.0％；溶剂选自甲苯、正庚烷、全氟正庚烷等中的一种或一种以上的混合物，溶剂与四氟乙烯和全氟环烯醚总质量比为1-20；共聚反应温度为70-150℃，反应时间为1-12h。按上述方案，步骤(3)中，可溶性聚四氟乙烯溶液与聚氨酯接枝改性氟化石墨溶液的质量比为0.1-10。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：第一，本专利技术采用结合了层状化合物和聚四氟乙烯结构优点的高导热氟化石墨纳米填料为主体，将其以异氰酸酯作为“桥梁”接枝至聚氨酯链段中，同时结合可溶性聚四氟乙烯的良好分散性，制备氟化石墨-聚氨酯-聚四氟乙烯的复合物共混涂料。由于改性氟化石墨使用化学键合的方式接入聚氨酯链段，同时采用可溶性的聚四氟乙烯，改性氟化石墨与聚四氟乙烯的协同作用可以使涂层具有更好的减摩效果，所制备的涂料形成的涂层具有导热系数高、附着力高，摩擦系数低，耐候性好，柔韧性好等优点，能够应用于金属结构、橡胶结构、塑料结构等表面结构的减摩降耗，润滑性能好，化学性质稳定和使用寿命长。第二，本专利技术所述高性能柔性减磨涂料耐候性好，相比与传统的二硫化钼和石墨润滑涂层适用范围广，不会存在较为苛刻环境下润滑性能失效的问题。第三，本专利技术中改性氟化石墨以异氰酸酯作为“桥梁”接枝至聚氨酯链段中，因而其分散性和稳定性得以明显提高，不存在传统氟化石墨润滑材料的氟化石墨团聚问题；而且，改性氟化石墨以化学键形式与高分子链段结合，不存在接触热阻，从而整体涂层的导热能力强，能够降低材料使用温度，提高使用寿命；第四，本专利技术使用可溶性聚四氟乙烯与聚氨酯材料形成均质的高分子共混物，从而从根本上解决了聚四氟乙烯的分散性难题。附图说明图1为本专利技术所述高性能柔性减磨涂料的制备过程示意图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术不仅仅局限于下面的实施例。实施例1一种高性能柔性减磨涂料，其制备方法具体报如下步骤：1)取1g平均粒径为100nm的石墨片，在氟化反应釜中使用SbCl5进行催化氟化，氟化条件为氟气压力0.5MPa，催化剂SbCl5用量为0.1g，氟化温度为250℃，氟化时间为2h；待氟化反应结束后，取出氟化石墨；所得氟化石墨使用50g蒸馏水反复洗涤、离心5次，干燥后与20g饱和氢氧化钾溶液共沸5h，得到改性氟化石墨，使用50g蒸馏水反复洗涤、离心5次，真空干燥后，备用；2)将改性氟化石墨分散至20g甲苯中，加入0.2gTDI，回流搅拌反应2h后，再次加入1gTDI和2g聚乙二醇600，继续回流搅拌5h，得到聚氨酯接枝改性氟化石墨溶液；3)取0.1g全氟环烯醚与0.9g四氟乙烯混合于4g正庚烷中，然后使用0.01g过氧苯甲酰引发在80℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能柔性减磨涂料的制备方法，其特征在于主要包括如下步骤：

【技术特征摘要】
1.一种高性能柔性减磨涂料的制备方法，其特征在于主要包括如下步骤：(1)对纳米石墨片先进行氟化，所得氟化石墨与碱液共沸，即得改性氟化石墨；(2)将步骤(1)所得改性氟化石墨分散于溶剂中，加入异氰酸酯和催化剂，在催化作用下，改性氟化石墨的OH基团与异氰酸酯反应生成氨基甲酸酯基；然后，在所得溶液中再次加入异氰酸酯与聚醚多元醇，得到聚氨酯接枝改性氟化石墨溶液；(3)四氟乙烯和全氟环烯醚在溶剂中、聚合引发剂作用下进行共聚反应，得到可溶性聚四氟乙烯溶液；然后，可溶性聚四氟乙烯溶液与步骤(2)所得聚氨酯接枝改性氟化石墨溶液混合，即得高性能柔性减磨涂料。2.根据权利要求1所述的一种高性能柔性减磨涂料的制备方法，其特征在于步骤(1)所述氟化的具体步骤为：使用纳米石墨片与氟气在催化剂SbCl5的作用下进行氟化反应，即得到氟化石墨。3.根据权利要求2所述的一种高性能柔性减磨涂料的制备方法，其特征在于所述催化剂SbCl5与纳米石墨片的质量比为0.01-0.2；氟化反应时间为1-5h，反应温度为100-300℃，氟气压力为0.2-3.0MPa。4.根据权利要求1所述的一种高性能柔性减磨涂料的制备方法，其特征在于步骤(1)中碱液质量与氟化石墨的质量比为2-50，且碱液为质量分数为5％以上的无机碱水溶液。5.根据权利要求1所述的一种高性能柔性减磨涂料的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄驰，胡铭杰，廖俊，
申请(专利权)人：湖北航泰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42