[发明专利]一种高化学活性纳米颗粒填充环氧树脂基多元自润滑纳米复合材料

说明书

本发明公开了一种高化学活性纳米颗粒填充环氧树脂基多元自润滑纳米复合材料。该多元自润滑复合材料是将具有高反应活性纳米颗粒和短切碳纤维在环氧树脂基体中经高速搅拌均匀分散后，低温固化制备而成。在柴油润滑条件下，该材料中的短切碳纤维有助于摩擦界面上生成的转移膜发生石墨化反应，显著降低材料的摩擦系数。高化学活性纳米颗粒的加入，与碳纤维协同促进摩擦界面摩擦化学反应的发生，有助于对偶表面上高性能转移膜的形成，使复合材料在摩擦过程中更快地达到稳定阶段，使复合材料的磨损率达到数量级上的降低。该复合材料作为边界润滑条件下频繁起停的发动机燃油泵等运动机构的滑动摩擦部件具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料领域，涉及一种高化学活性纳米颗粒填充环氧树脂基多元自润滑纳米复合材料，具体的讲是一种碳纤维、高化学活性纳米颗粒复合填充的环氧树脂基自润滑纳米复合材料，该复合材料可应用于边界润滑条件下频繁起停的发动机燃油泵等运动机构的滑动摩擦部件。

背景技术

随着现代工业的迅猛发展及机械设备运行工况的日趋苛刻，混合润滑甚至边界润滑在机械运动部件的实际运行中频繁发生。在边界润滑条件下，润滑介质的承载能力被削弱，摩擦副之间的直接接触加剧，导致摩擦副材料产生越来越严重的磨损，因此，提高摩擦副材料在此条件下的耐磨性显得十分重要。特别是对于不能采用外加润滑装置、频繁起停的发动机燃油泵，摩擦副材料在边界润滑条件下的磨损直接影响着机械系统的整体性能。

另外，在倡导绿色能源、节能减排的大背景下，降低柴油中的硫、氮、氧化物的含量成为国际发展趋势。很多欧洲国家于2005年将低硫燃油的含硫量降至10ppm，我国也在2016年底开始逐渐推行柴油国V标准，即含硫量10ppm。然而，在推广了低硫燃油后，对于燃油泵而言，减少柴油中的硫、氮、氧化物使得柴油的润滑性能下降，很多国家出现了柴油机高压油泵和喷油器的磨损失效事故，燃油泵失效的现象也频繁发生。

对于摩擦副材料在低硫燃油下失效的问题，国内外研究人员试图从两方面着手解决：一是提高低硫燃油本身的润滑性能；二是通过设计摩擦副材料的组分来避免其在边界条件下的失效。其中，提高燃油润滑性能的研究思路被国内外学者广泛应用，可以在一定程度上提高燃油的润滑性。然而，低硫燃油润滑条件下金属-金属摩擦副的润滑问题并没有从根本上解决。从而，设计具有优异润滑性能的聚合物基复合材料成为解决燃油润滑条件下运动部件失效的重要途径。

环氧树脂作为自润滑基体材料具有热稳定性好、耐化学性高、绝缘性好、高强度、收缩率低、粘接性好等优异性能。然而，纯环氧树脂易发生粘着磨损，不适合单独作为自润滑材料使用。中国专利CN106433033A、CN101348600A、CN103160077A分别研究了环氧树脂基复合材料作为自润滑材料在干摩擦及油润滑条件下的摩擦磨损行为。然而，在燃油润滑条件下环氧树脂基复合材料的摩擦学性能缺乏深入研究。燃油泵中摩擦失效主要是因为低硫燃油中的减摩抗磨成分（氮，硫等）减少，因此，在聚合物树脂中添加具有高化学活性纳米颗粒，通过在摩擦对偶表面形成具有优良摩擦学性能的转移膜来提高材料润滑性，用聚合物-金属摩擦副代替金属-金属摩擦副可以有效的防止机械咬合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高化学活性纳米颗粒填充环氧树脂基多元自润滑纳米复合材料。

本发明通过在环氧树脂基体中添加具有高化学活性的纳米颗粒，制备在边界润滑条件下具有优良摩擦学性能的自润滑纳米复合材料，该复合材料在摩擦过程中具有高化学活性的纳米颗粒从聚合物基体中释放，更容易与转移到对偶表面的环氧树脂链段发生化学反应形成结合强度较高且承载能力较强的转移膜，转移膜的生成可以减少摩擦副的直接接触进而降低摩擦磨损。

一种高化学活性纳米颗粒填充环氧树脂基多元自润滑纳米复合材料，其特征在于该复合材料通过以下方法制备得到：

A）将环氧树脂（EP）和高化学活性纳米颗粒在真空条件下搅拌混合；

B）在步骤A）所得混合液体中加入增强纤维在真空条件下搅拌混合，然后加入固化剂继续搅拌混合；