一种固体润滑复合材料及制作方法

摘要

一种固体润滑复合材料及制作方法，所述的润滑复合材料的原料含有碳纳米管、氧化硼、聚四氟乙烯。将碳纳米管在球磨机中研磨，使其成为段状结构，往段状结构的碳纳米物质中加入乙醇和表面分散剂，用超声波处理，制得碳纳米液体。按照重量百分比取氧化硼粉，聚四氟乙烯粉，碳纳米液体，将三种物质混合高速搅拌，碳纳米液体分散于氧化硼的聚四氟乙烯粉体中，制得混合物；将混合物模压成型，脱模制得成品固体润滑复合材料。本发明将碳纳米管与具有自润滑性的聚四氟乙烯结合制备固体润滑复合材料。低摩擦系数，自润滑性，耐磨性等技术指标大幅度提高并且可导热导电减少和消除因摩擦产生的静电。可以以较低成本，连续批量生产。

权利要求

1.一种固体润滑复合材料的制作方法，所述的润滑复合材料的原料含有碳纳米管、聚四氟乙烯材料、氧化硼，所述的碳纳米管是小段状结构，氧化硼、聚四氟乙烯分别是粉状结构，其特征在于，其制作方法采用以下工艺步骤：a、将碳纳米管在球磨机中研磨30～60分钟，使其成为段状结构，往段状结构的碳纳米物质中加入体积百分数为90％的乙醇和体积百分数为0.1％～0.15％的表面分散剂烷基酚聚氧乙烯醚超声波处理60min，制得碳纳米液体；

b、将氧化硼粉过300～350目筛，聚四氟乙烯过200目筛，筛下粉备用；

c、按照重量百分比取1％～3％氧化硼粉，93％～96％聚四氟乙烯粉，碳纳米液体

1％～5％，将三种物质混合高速搅拌10min，碳纳米液体分散于氧化硼和聚四氟乙烯粉体中，制得混合物；

d、将混合物模压成型，压力280～300兆帕，保压10min，制得半成品；

e、将半成品加热升温，加热升温速率：18～20℃/min，升温至360～380℃后恒温

120min，炉外空冷降温到室温，降温到室温后脱模，制得成品固体润滑复合材料。

说明书

一种固体润滑复合材料及制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种固体润滑复合材料，特别是涉及冶金矿山，体育运动，机械设备等领域使用的一种含有碳纳米管原料的固体润滑复合材料及制作方法。

背景技术

[0002] 目前工程中广泛使用的固体润滑剂，如石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯，固体润滑摩擦系数高，润滑性能不理想。

[0003] 碳纳米管可以看成是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管，具有无缝中空的管状结构，其管体由六边形碳原子网格围成，两端则通常可视作两个半球形的大富勒烯分子。单壁碳纳米管的直径较细，一般为几纳米到十几个纳米。到目前为止，所发现的最细的单壁碳纳米管直径仅为0.4纳米，多壁碳纳米管由于具有多层管壁，其直径相对较大，一般为几十纳米。碳纳米管的长度较长，随各种制备方法的不同而不同，一般可达几十到上百微米，目前，见过的报道，最长的碳纳米管其长度可达几个毫米，日本报道有人制备2.5厘米长的。但生产的大部分碳纳米管长度仍处在微米量级。

[0004] 碳纳米管的光滑特性人们了解很少，只是有人以纳米摩擦学的研究方式，分子动力学模拟为主要手段探讨了碳纳米管在金刚石基底、氢基底以及在平铺了氢的金刚石基底上滑动的摩擦性能，主要研究内容和得到的结论认为碳纳米管在金刚石基底滑动时出现了超滑现象。其产生的主要原因是当碳纳米管在金刚石基底上滑动时，由于上表面(碳纳米管)的晶格方向与下表面(金刚石)的晶格方向为非相称接触，因为微观状态下，上、下表面间的晶格随着滑移而导致的相对位置变化产生跃动现象。但这只是微观状态下的模拟探讨。

[0005] 近来美国Kentucky大学通过研究发现，液体流过含人造碳纳米管的隔膜时发现纳米管表面摩擦系数极低。就一般工程中广泛使用的固体润滑剂，如石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯固体润滑摩擦系数是都达不到的。

[0006] 经检索，含有碳纳米管，氧化硼的固体润滑复合材料还未见有报道。

发明内容

[0007] 本发明的发明目的一是提供一种以碳纳米管、氧化硼、聚四氟乙烯为原料组分的固体润滑复合材料，二是提供一种固体润滑复合材料的制作方法，来填补现有技术的空白。

[0008] 实现上述发明目的采用以下技术方案：

[0009] 一种固体润滑复合材料，所述的润滑复合材料的原料含有碳纳米管、氧化硼、聚四氟乙烯材料，各组分的重量百分比含量是：碳纳米管1％～5％，氧化硼1％～3％，聚四氟乙烯93％～96％

[0010] 一种固体润滑复合材料的制作方法，其制作步骤是：

[0011] a、将碳纳米管在球磨机中研磨30～60分钟，使其成为段状结构，往段状结构的碳纳米物质中加入体积百分数为90％的乙醇和体积百分数为0.1％～0.15％表面分散剂烷基酚聚氧乙烯醚，用超声波处理60min，制得碳纳米液体；

[0012] b、将氧化硼粉过300～350目筛，聚四氟乙烯过200目筛，筛下粉备用；

[0013] C、按照重量百分比取1％～3％氧化硼粉，93％～96％聚四氟乙烯粉，碳纳米液体1％～5％，将三种物质混合高速搅拌10min，碳纳米液体分散于氧化硼的聚四氟乙烯粉体中，制得混合物；

[0014] d、将混合物模压成型，压力280～300兆帕，保压10min，制得半成品；

[0015] e、将半成品加热升温速率18～20min，360～380℃恒温120min，空冷降温到室温，脱模制得成品固体润滑复合材料。

[0016] 本发明的显著优点在于：

[0017] 由于碳纳米管的理论静摩擦系数低(为0.001)，具有超固体润滑的性能，本发明将它与具有自润滑性的聚四氟乙烯结合制备固体润滑复合材料。同现有技术比较，氧化硼具有很好的润滑作用，其摩擦系数低于0.1，氧化硼的润滑作用主要源于其层状晶体结构，并且氧化硼是一种玻璃态结构的材料，在潮湿空气中可以与水分子自发发生化学反应生成有润滑作用的硼酸，在氧化硼表面上不断生成自润滑层，使氧化硼表面具有很好的自润滑特性。将它与具有自润滑性的聚四氟乙烯和碳纳米管结合，有效的提高新材料的润滑性能。尤其使用在有潮湿空气中，其摩擦系数降低明显。经实验测试表明复合材料的摩擦系数和耐磨性都优于聚四氟乙烯。该复合材料突出优点是：具有低摩擦，高耐磨系数，导热性，导电性，自润滑等优异的综合性能，如其摩擦性能低于聚四氟乙烯，耐磨性能高于聚四氟乙烯。

[0018] 本发明可广泛应用于、冶金矿山，体育运动，机械设备等各种行业。本发明的制作方法赋于了复合材料以碳纳米管优异的特性，使以聚四氟乙烯、氧化硼为基础的复合材料具有低摩擦系数，自润滑性，耐磨性等技术指标大幅度提高，并且可导热导电，减少和消除因摩擦产生的静电。本发明工艺简单，可以以较低成本，连续批量生产，适合于工业化生产。

具体实施方式

[0019] 下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

[0020] 本发明是一种固体润滑复合材料，它以碳纳米管、氧化硼、聚四氟乙烯为原料，各组分的重量百分比含量是：碳纳米管1％～5％，氧化硼1％～3％，聚四氟乙烯93％～96％[0021] 本发明的碳纳米管的组分含量可根据应用的需求在重量1％～5％之间调节，氧化硼组分含量在重量1％～3％之间调节。改性后金属表面性质表现出以定向碳纳米管膜的性质为主的性质。

[0022] 本发明的制作方法是：

[0023] 碳纳米管是在纳米聚团床中用含铁催化剂催化化学气相沉积法批量制备的碳纳米管，通过球磨，溶剂溶解、超声波和高速搅拌处理，将碳纳米管分散于含有氧化硼的聚四氟乙烯粉体中。将该粉体模压成型，定型热处理。具体实施例

[0024] 实施例1：

[0025] 用清华纳米聚团床中用含铁催化剂催化化学气相沉积法批量制备的碳纳米管，将其用高能球磨研磨1小时，得到碳纳米管段状物质，往碳纳米管段状物质中加入体积百分