【摘 要】
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摩擦和磨损是导致机械故障和能源损耗的主要原因,严重的磨损已成为制约机械装备高效运行的主要障碍。向润滑体系中加入适量纳米润滑添加剂是改善摩擦磨损最有效手段之一。碳微球因其球形结构、优异的力学以及化学稳定性,已成为润滑油添加剂的首选碳材料。然而,强大的分子间作用力使得碳微球在基础油中容易团聚,在长期工作过程中易造成磨粒磨损,从而影响机械装备使用寿命。为满足日益苛刻的润滑要求,复合润滑添加剂的开发已成为
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摩擦和磨损是导致机械故障和能源损耗的主要原因,严重的磨损已成为制约机械装备高效运行的主要障碍。向润滑体系中加入适量纳米润滑添加剂是改善摩擦磨损最有效手段之一。碳微球因其球形结构、优异的力学以及化学稳定性,已成为润滑油添加剂的首选碳材料。然而,强大的分子间作用力使得碳微球在基础油中容易团聚,在长期工作过程中易造成磨粒磨损,从而影响机械装备使用寿命。为满足日益苛刻的润滑要求,复合润滑添加剂的开发已成为重要的研究方向。基于此,本论文提出将碳微球与聚合物复合,构筑复合润滑剂的新思路。首先对碳微球进行功能化改性,提高水热碳微球的反应活性,在此基础上,在碳微球表面分别引入聚苯乙烯微球、二维共价有机聚合物纳米片,对材料的形貌、组成进行了表征,并分析了复合纳米颗粒的结构与摩擦磨损性能之间的关系。采用水热法制备碳微球,随后选择硅烷偶联剂KH570对碳微球进行功能化改性,以提升其反应活性,随后通过反相乳液聚合法制备出碳微球/聚苯乙烯。当碳微球/聚苯乙烯在基础油中的添加量为0.2-wt%时,摩擦磨损性能最佳。当载荷为30N,转速为400r/min时,添加碳微球/聚苯乙烯复合纳米颗粒体系的摩擦系数为0.114,磨损率为0.92×10-6 mm3/（N·m）,相比基础油润滑条件下降低了 11.9%和52.6%。选择硅烷偶联剂KH550为改性剂,对碳微球进行氨基功能化改性,在碳微球表面引入氨基作为后续反应生长位点。将基元分子三聚氰胺、三聚氯氰以及功能化碳微球的混合溶液经溶剂热反应得到具有核壳结构的碳微球/二维共价有机聚合物。当载荷为30N,转速为400r/min时,添加碳微球/二维共价有机聚合物体系的摩擦系数为0.099,磨损率为1.11×10-6 mm3/（N·m）,相比基础油润滑条件下降低了 21.1%和38.2%。良好的摩擦磨损性能可归功于碳微球的球轴承作用以及二维共价有机聚合物良好油溶性以及吸附性的协同作用。选择多氨基聚合物聚乙烯亚胺为改性增强组分,经溶剂热反应,在功能化碳微球表面复合二维共价有机聚合物纳米片,制备出碳微球/聚乙烯亚胺/二维共价有机聚合物。当载荷为30N,转速为400r/min时,添加碳微球/聚乙烯亚胺/二维共价有机聚合物复合纳米颗粒体系的摩擦系数为0.097,磨损率为0.62×10-6 mm3/（N·m）,相比基础油润滑条件下降低了 24.8%和65.3%。碳微球作为内部的核起到三维支撑作用,聚乙烯亚胺层作为缓冲层及反应平台,二维共价有机聚合物层发挥其优异的低剪切及良好吸附性的特点,在摩擦表面形成保护膜,从而有效减少磨损损失。
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