CN115651459A - 一种润滑涂料、润滑涂层及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种润滑涂料、润滑涂层及其制备方法和应用，涉及润滑涂料领域。该润滑涂料的制备方法包括：将乙烯基三乙氧基硅烷溶解于二甲苯与乙酸丁酯的混合溶剂中，得到混合液；将聚四氟乙烯颗粒分散于混合液中，混合均匀，再将溶剂烘干，得到聚四氟乙烯粉末；对聚四氟乙烯粉末进行大气等离子体处理，使乙烯基三乙氧基硅烷修饰于聚四氟乙烯颗粒表面，得到改性聚四氟乙烯颗粒；将改性聚四氟乙烯颗粒与聚酰胺‑酰亚胺树脂、氟化石墨、二甲苯和N，N‑二甲基甲酰胺混合均匀，得到润滑涂料。采用大气等离子体改性处理的PTFE能够与聚酰胺‑酰亚胺形成化学键合，增加两相的相容性，也使涂层内聚强度增加，为涂层带来优异的耐湿热性能与耐磨损性。

Description

一种润滑涂料、润滑涂层及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及润滑涂料领域，具体涉及一种润滑涂料、润滑涂层及其制备方法和应用。

背景技术

空间站舱内活动件长期处于舱内的湿热环境中，机构在轨服役寿命长，累计开关次数多。主轴活动件需满足机构的运转寿命需求，与低摩擦力矩的技术要求。因此需要对开关机构主轴活动件进行润滑处理。

粘结MoS₂基固体润滑涂层常被用于空间飞行器活动件润滑处理。但MoS₂对水汽较为敏感，在水汽存在下，不仅摩擦系数较高，还易与水汽发生反应，难以用于舱内长期服役的需求。聚四氟乙烯(PTFE)具有非常优异的化学稳定性与低摩擦系数，但由于其表面能非常低，不易被粘结剂所粘结，制备的润滑涂层内聚能不高，造成涂层耐磨寿命有限。

中国专利文献CN1646610A公开了一种处理含氟聚合物颗粒的方法和其产品，能够通过高能处理(大气等离子体处理、X-射线辐射等)，使大分子(聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等)附着于含氟聚合物颗粒表面，使含氟聚合物颗粒在多种可得极性载体措施中更为相容。通过该方法制备的含氟聚合物颗粒的膜对铝板具有良好的附着力，但膜耐磨寿命难以满足舱门主轴的寿命要求。

中国专利文献CN110183589A公开了采用等离子辐照处理，使聚四氟乙烯(PTFE)表面带有碳碳双键，然后与苄氯进行碳碳双键聚合反应，采用二乙烯三胺进行胺化，得到聚四氟乙烯-苄氯-二乙烯三胺；再使用获得的聚四氟乙烯-苄氯-二乙烯三胺制备了一种聚酯树脂/聚四氟乙烯-苄氯-二乙烯三胺-氧化石墨/磷化镍复合摩擦材料，然而聚酯耐水解稳定性不足，不能满足长期湿热环境中的润滑需求。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中PTFE基固体润滑涂层内聚能不高，涂层长期耐湿热与润滑耐磨寿命有限的缺陷，从而提供一种润滑涂料、润滑涂层及其制备方法和应用。

第一方面，本发明提供一种润滑涂料的制备方法，包括以下步骤：

将乙烯基三乙氧基硅烷溶解于二甲苯与乙酸丁酯的混合溶剂中，得到混合液；

将聚四氟乙烯颗粒分散于所述混合液中，混合均匀，再将溶剂烘干，得到聚四氟乙烯粉末；

对所述聚四氟乙烯粉末进行大气等离子体处理，使乙烯基三乙氧基硅烷修饰于聚四氟乙烯颗粒表面，得到改性聚四氟乙烯颗粒；

将所述改性聚四氟乙烯颗粒与聚酰胺-酰亚胺树脂、氟化石墨、二甲苯和N，N-二甲基甲酰胺混合均匀，得到所述润滑涂料。

进一步地，在所述大气等离子体处理的步骤中，将所述聚四氟乙烯粉末置于等离子体处理器中进行辐照处理，所述等离子体处理器的两电极距离为5～8cm，辐照功率为13.65MHz，辐照处理温度为室温，辐照处理时间为2～5min。

进一步地，乙烯基三乙氧基硅烷和混合溶剂的质量比为0.5～3∶7～9.5。

进一步地，聚四氟乙烯颗粒和混合液的质量比为1～4∶6～10。

进一步地，所述改性聚四氟乙烯颗粒与聚酰胺-酰亚胺树脂、氟化石墨、二甲苯、N，N-二甲基甲酰胺的质量比为1～1.5∶1～2∶1～1.5∶3∶3。

进一步地，所述聚四氟乙烯颗粒的次级粒径低于1微米。

进一步地，所述聚酰胺-酰亚胺树脂的固体份含量为30wt％。

进一步地，所述氟化石墨的粒径低于3微米。

进一步地，二甲苯与乙酸丁酯的体积比为1∶1。

第二方面，本发明提供所述的制备方法得到的润滑涂料。

第三方面，本发明提供一种润滑涂层，由所述的制备方法得到的润滑涂料或者所述的润滑涂料形成。

第四方面，本发明提供所述的润滑涂层的制备方法，包括：将所述润滑涂料喷涂在待处理表面，在200℃下固化1h，形成所述润滑涂层。

进一步地，所述润滑涂层的厚度为8～25μm。

第五方面，本发明提供所述的制备方法得到的润滑涂料，或者所述的润滑涂料，或者所述的润滑涂层，或者所述的制备方法得到的润滑涂层在空间站舱内活动件润滑处理中的应用。

第六方面，本发明提供过一种空间站舱内活动件的润滑处理方法，包括以下步骤：

(1)对所述空间站舱内活动件的表面进行喷砂处理；

(2)在喷砂处理后的空间站舱内活动件的表面喷涂所述的制备方法得到的润滑涂料或者所述的润滑涂料，固化。

进一步地，所述固化为在200℃下固化1h。

进一步地，其特征在于，所述空间站舱内活动件为不锈钢材质。

所述空间站舱内活动件为空间站舱内开关机构主轴。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的润滑涂料中，聚四氟乙烯(PTFE)具有优异的化学稳定性，在水汽存在的环境中，不仅能够保持良好的稳定性，也具有低摩擦系数，采用大气等离子体改性处理的PTFE在粘结固体润滑涂层中，能够与聚酰胺-酰亚胺形成化学键合，增加两相的相容性，也使涂层内聚强度增加，为涂层带来优异的耐湿热性能与耐磨损性，可用于空间站舱内长期处于湿热环境中的活动件润滑处理，例如可以用于空间站舱内开关机构主轴的润滑处理。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

原料和仪器来源：

聚酰胺-酰亚胺树脂，按照专利202210040761.4的实施例2进行制备(固体份含量为30wt％，其余70wt％为溶剂)；

聚四氟乙烯，美国3M，TF9207，次级粒径低于1微米；

氟化石墨，上海氟瑞精细化学有限公司，含量99.0％，粒径低于3微米；

乙烯基三乙氧基硅烷，南京经天纬化工有限公司，纯度≥97％；

N，N-二甲基甲酰胺，二甲苯，乙酸丁酯，试剂级，市售。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用原料或仪器，均为可以通过市购获得的常规产品，包括但不限于本申请实施例中采用的原料或仪器。

实施例1

本实施例提供一种润滑涂料，其制备方法如下：

将50g乙烯基三乙氧基硅烷溶解于950g二甲苯与乙酸丁酯(体积比1∶1)的混合溶剂中，得到混合液；

将100g聚四氟乙烯颗粒分散于制得的1000g混合液中，混合均匀，将混合液在70℃的烘箱中放置4h，得到聚四氟乙烯粉末；

将聚四氟乙烯粉末置于等离子体处理器中进行辐照处理，等离子体处理器的两电极距离为7cm，辐照功率为13.65MHz，辐照处理温度为室温，辐照处理时间为5min，使乙烯基三乙氧基硅烷修饰于聚四氟乙烯颗粒表面，得到改性聚四氟乙烯颗粒；

将150g改性聚四氟乙烯颗粒与100g聚酰胺-酰亚胺树脂、150g氟化石墨、300g二甲苯和300gN，N-二甲基甲酰胺混合均匀，得到润滑涂料。

实施例2

本实施例提供一种润滑涂料，其制备方法如下：

将270g乙烯基三乙氧基硅烷溶解于630g二甲苯与乙酸丁酯(体积比1∶1)的混合溶剂中，得到混合液；

将100g聚四氟乙烯颗粒分散于制得的1000g混合液中，混合均匀，将混合液在70℃的烘箱中放置4h，得到聚四氟乙烯粉末；

将聚四氟乙烯粉末置于等离子体处理器中进行辐照处理，等离子体处理器的两电极距离为5cm，辐照功率为13.65MHz，辐照处理温度为室温，辐照处理时间为2min，使乙烯基二乙氧基硅烷修饰于聚四氟乙烯颗粒表面，得到改性聚四氟乙烯颗粒；

将100g改性聚四氟乙烯颗粒与200g聚酰胺-酰亚胺树脂、100g氟化石墨、300g二甲苯和300gN，N-二甲基甲酰胺混合均匀，得到润滑涂料。

实施例3

本实施例提供一种润滑涂料，其制备方法如下：

将180g乙烯基三乙氧基硅烷溶解于420g二甲苯与乙酸丁酯(体积比1：1)的混合溶剂中，得到混合液；

将400g聚四氟乙烯颗粒分散于制得的600g混合液中，混合均匀，将混合液在70℃的烘箱中放置4h，得到聚四氟乙烯粉末；

将聚四氟乙烯粉末置于等离子体处理器中进行辐照处理，等离子体处理器的两电极距离为8cm，辐照功率为13.65MHz，辐照处理温度为室温，辐照处理时间为5min，使乙烯基三乙氧基硅烷修饰于聚四氟乙烯颗粒表面，得到改性聚四氟乙烯颗粒；

将150g改性聚四氟乙烯颗粒与100g聚酰胺-酰亚胺树脂、150g氟化石墨、300g二甲苯和300gN，N-二甲基甲酰胺混合均匀，得到润滑涂料。

实施例4

本实施例提供一种在9Cr18不锈钢空间站舱内开关机构主轴表面制备润滑涂层的方法：

(1)采用箱式喷砂机将不锈钢主轴在0.6MPa下进行喷砂处理；

(2)在喷砂处理后的主轴表面喷涂实施例1制备得到的润滑涂料，在200℃下固化1h，形成厚度10±3μm的润滑涂层。

实验例

采用实施例4提供的方法在9Cr18试环表面制备润滑涂层，采用真空球盘摩擦试验机进行真空摩擦系数与真空耐磨寿命测试。测试时，真空度压力优于5×10^-3Pa，G10级Φ8mm的9Cr18钢球与涂有复合涂层的圆盘进行单向滑动摩擦，法向载荷为2N，运转速率为0.3768m/s。将同批次的涂层试样在80℃，95RH％恒温恒湿箱中连续贮存30天，再次测试涂层的真空摩擦系数与真空耐磨寿命。真空摩擦系数升高不大于20％，真空耐磨寿命降低不大于20％。

采用实施例4提供的方法在9Cr18不锈钢空间站舱内开关机构主轴表面制备润滑涂层，然后在80℃，95RH％恒温恒湿箱中连续贮存30天，能够满足开关机构开关2000次，涂层不被磨穿。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种润滑涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将乙烯基三乙氧基硅烷溶解于二甲苯与乙酸丁酯的混合溶剂中，得到混合液；

将聚四氟乙烯颗粒分散于所述混合液中，混合均匀，再将溶剂烘干，得到聚四氟乙烯粉末；

对所述聚四氟乙烯粉末进行大气等离子体处理，使乙烯基三乙氧基硅烷修饰于聚四氟乙烯颗粒表面，得到改性聚四氟乙烯颗粒；

将所述改性聚四氟乙烯颗粒与聚酰胺-酰亚胺树脂、氟化石墨、二甲苯和N，N-二甲基甲酰胺混合均匀，得到所述润滑涂料。

2.根据权利要求1所述的润滑涂料的制备方法，其特征在于，在所述大气等离子体处理的步骤中，将所述聚四氟乙烯粉末置于等离子体处理器中进行辐照处理，所述等离子体处理器的两电极距离为5～8cm，辐照功率为13.65MHz，辐照处理温度为室温，辐照处理时间为2～5min。

3.根据权利要求1所述的润滑涂料的制备方法，其特征在于，

乙烯基三乙氧基硅烷和混合溶剂的质量比为0.5～3∶7～9.5；

聚四氟乙烯颗粒和混合液的质量比为1～4∶6～10；

所述改性聚四氟乙烯颗粒与聚酰胺-酰亚胺树脂、氟化石墨、二甲苯、N，N-二甲基甲酰胺的质量比为1～1.5∶1～2∶1～1.5∶3∶3；

所述聚四氟乙烯颗粒的次级粒径低于1微米；

所述聚酰胺-酰亚胺树脂的固体份含量为30wt％；

所述氟化石墨的粒径低于3微米；

二甲苯与乙酸丁酯的体积比为1∶1。

4.由权利要求1～3任一项所述的制备方法得到的润滑涂料。

5.一种润滑涂层，其特征在于，由权利要求1～3任一项所述的制备方法得到的润滑涂料或者权利要求4所述的润滑涂料形成。

6.权利要求5所述的润滑涂层的制备方法，其特征在于，包括：将所述润滑涂料喷涂在待处理表面，在200℃下固化1h，形成所述润滑涂层，优选的，所述润滑涂层的厚度为8～25μm。

7.权利要求1～3任一项所述的制备方法得到的润滑涂料，或者权利要求4所述的润滑涂料，或者权利要求5所述的润滑涂层，或者权利要求6所述的制备方法得到的润滑涂层在空间站舱内活动件润滑处理中的应用。

8.一种空间站舱内活动件的润滑处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对所述空间站舱内活动件的表面进行喷砂处理；

(2)在喷砂处理后的空间站舱内活动件的表面喷涂权利要求1～3任一项所述的制备方法得到的润滑涂料或者权利要求4所述的润滑涂料，固化。

9.根据权利要求8所述的空间站舱内活动件的润滑处理方法，其特征在于，所述固化为在200℃下固化1h。

10.根据权利要求8所述的空间站舱内活动件的润滑处理方法，其特征在于，所述空间站舱内活动件为不锈钢材质；所述空间站舱内活动件为空间站舱内开关机构主轴。