自黏附硅橡胶表面水凝胶润滑层的原位生长及其性能研究

在水体环境中,水凝胶润滑薄膜与基底之间可逆以及便捷的结合是润滑材料领域的挑战之一.本研究中将自黏附硅橡胶与具有润滑功能的水凝胶相结合,获得了一种具有可逆湿黏附功能的水凝胶润滑材料.在低交联度聚二甲基硅氧烷(PDMS)表面/亚表面填埋引发剂二苯甲酮,通过表面光引发聚合的方式使其表面生长具有润滑功能的水凝胶-聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)[P(AA-co-AAm)].研究结果表明:水凝胶与硅橡胶基材在交界处形成连接致密的一体结构.当丙烯酸与丙烯酰胺摩尔比为1:1时,水凝胶表现出优异的摩擦学性能,并且力学强度较高.PDMS的模量随着固化剂含量增加而升高,而摩擦系数则呈现相反的趋势;当PDMS硅烷预聚体与固化剂质量比例为30:1时具有较好的机械性能、黏附性能以及较低的摩擦系数.所制备的可黏附水凝胶使得水润滑材料具有水下可黏附特性,该体系与金属、陶瓷以及聚合物等多种基底表面均具有良好的黏附性能,多次重复黏附测试后,黏附强度基本保持不变.该方法解决了水凝胶润滑材料与基底的结合问题,有望为医疗器械表面的润滑改性提供一种新思路.

两种油溶性离子液体与进口添加剂的摩擦学性能对比

目的对比研究合成的油溶性离子液体(IL)N/P、P/P与传统极压抗磨添加剂IR 349、IR 353和FM 3606对85W/90 GL-5齿轮油摩擦学性能的影响。方法以IL和传统极压抗磨剂为添加剂,加剂量为1%,在85W/90基础上制备5种润滑剂,空白样85W/90作为对照,通过同步热分析仪测试其热分解温度,采用点面往复摩擦形式在SRV-Ⅳ摩擦机上对其减摩抗磨性能进行研究,采用四球摩擦机测试其极压承载能力。通过环境扫描电子显微镜(ESEM)、三维轮廓扫描仪、X射线光电子能谱仪(XPS)对各润滑剂润滑后对应的磨斑进行微观形貌表征并对其元素组成进行分析。结果IL的加入在很大程度上提高了85W/90的热分解温度。在50℃条件下,含有IL添加剂的齿轮油表现出更为优异的减摩抗磨性能,在150℃条件下,含IL添加剂的齿轮油与含传统极压抗磨剂的齿轮油抗磨性能相当,而前者减摩性能更为优异。极压承载能力测试表明,所合成的IL在一定程度上改善了85W/90的油膜强度。根据XPS分析结果推测,IL添加剂在外界应力(热应力、机械应力)下分解后,与金属表面反应并生成具有良好润滑效果的边界薄膜。结论2种油溶性IL可明显改善齿轮油的摩擦学性能,可部分替代一系列进口添加剂,为后续进一步发展绿色、高性能润滑添加剂提供了一定思路,但IL的润滑机制仍值得深入探讨。

油溶性有机减摩抗磨添加剂的研究进展

随着科学技术的不断进步,摩擦学研究发展迅速,一些新型的润滑领域相继出现,伴随而生一些新型润滑技术和材料,使得机械运行稳定性和寿命逐渐增加。机械运转关键润滑部件(如轴承、齿轮、涡轮等)的稳定性对设备的长效和可靠运行起到了决定性作用,其中,满足润滑部件长效运行的关键技术在于润滑油的品质和优良的润滑稳定性。全配方润滑油中基础油的质量是根本,润滑添加剂对润滑油综合性能具有重要影响,而减摩抗磨添加剂是润滑油中最重要的添加剂。综述了近10年润滑油常用的有机减摩抗磨添加剂的研究进展,根据减摩抗磨添加剂的类别,详细综述了磷系减摩抗磨添加剂、硫系减摩抗磨添加剂、硼系减摩抗磨添加剂、含氮杂环化合物及其衍生物减摩抗磨添加剂、离子液体减摩抗磨添加剂,并对其发展状况和减摩抗磨机理进行了探究。最后对上述几类减摩抗磨添加剂存在的问题进行了简要分析,并对其未来发展趋势进行了展望,对减摩抗磨添加剂的发展方向和面临的问题提出了几点建议和意见。

N/P无卤素离子液体润滑剂的链长与摩擦学性能的关系

合成了不同链长的N/P无卤素离子液体(NPILs:缩写为NP-11114,NP-11116,NP-11118)润滑剂,以聚α-烯烃(PAO 10)和卤素离子液体1-辛基3-甲基咪唑六氟磷酸盐(L-P 108)作为参照样,评价NPILs、PAO 10及L-P 108之间黏温性能、热稳定性以及室温和高温条件下的钢/钢摩擦副润滑剂的性能差异,探索了NPILs阳离子链长变化对其物理化学性质和摩擦学性能的影响规律.结果表明:NPILs的黏度高于PAO 10和L-P 108,热分解温度低于PAO 10和L-P108,NPILs黏度和热分解温度随着链长的增加而增加.作为钢/钢摩擦副的润滑剂时,NPILs室温状态下减摩性能不及L-P108,但是NP-11118的抗磨性能优于L-P108;高温状态下,NPILs的减摩抗磨性能均优于L-P 108.在常温和高温下NPILs相比PAO 10均具有优异的减摩抗磨性能,而且摩擦学性能随着烷基链长的增加而提高.通过对磨斑表面进行扫描电镜分析证明这类离子液体具有优异的抗磨性能,通过EDS和XPS对磨斑表面的元素进行分析结果表明这类离子液体优异的摩擦学性能归因于离子液体结构中包含的N、P元素与金属基底发生摩擦化学反应所形成的具有优异减摩抗磨特性的摩擦化学反应膜.

四种油溶性离子液体复合锂基润滑脂理化性能和摩擦学性能

合成4种不同结构的油溶性离子液体(N/P协同(a)、N/S协同(b)、P/P协同(c)、P/S协同(d))并按比例分别溶解在PAO10中作为基础油添加剂,制备4种新型油溶性离子液体润滑脂GA、GB、GC和GD。系统研究了油溶性离子液体分子结构差异,对所制润滑脂的热稳定性、滴点、锥入度以及摩擦学性能的影响。结果表明:以PAO10为基础油时,P/S协同多库酯季鏻盐离子液体的(d)对所制润滑脂GD的热稳定性、锥入度和减摩抗磨性能及P B、P D性能明显提高,滴点几乎没有变化,其中以季鏻盐为阳离子、以多库酯盐为阴离子的油溶性离子液体,所制备的离子液体复合锂基润滑脂(GD)的综合性能最佳。

脲基功能化的咪唑无卤素离子液体对复合锂基润滑脂摩擦学性能的影响

合成了两种脲基功能化的咪唑无卤素离子液体DOSS-1和DOSS-4.采用SRV-V微动摩擦磨损试验机和Bruker-NPFLEX表面非接触光学三维轮廓仪,考察这两种离子液体作为2号复合锂基润滑脂(G)的减摩抗磨添加剂的摩擦学性能.摩擦测试结果表明:这两种功能化咪唑离子液体添加到2号复合锂基润滑脂(G)中均表现出优异的减摩抗磨性能.在添加量同等条件下,长链的DOSS-4表现出优于DOSS-1的减摩抗磨性能.当添加质量分数为3%时,DOSS-4和DOSS-1的减摩抗磨性能最佳.利用表面轮廓和扫描电镜进一步分析了磨斑表面的形貌,同时结合X射线光电子能谱仪(XPS)进一步分析了磨斑表面主要化学元素组成,阐明其摩擦机理.该离子液体能够显著地降低摩擦磨损是因其在摩擦副表面形成了含N元素和S元素的化学反应膜.

季铵盐聚离子液体作为水基润滑添加剂的摩擦学性能研究

合成了含季铵阳离子的聚离子液体PPM-Cl,采用阴离子交换得到三种具有不同烷基链长羧酸根阴离子的聚离子液体PPM-Ba,PPM-Ha,PPM-Oa.发现聚离子液体PPM-Ba,PPM-Ha,PPM-Oa能够提升水基润滑剂的黏度.将聚离子液体PPM-Ba,PPM-Ha,PPM-Oa作为润滑添加剂溶于去离子水得到一系列水基润滑剂,采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机考察了水基润滑剂的摩擦磨损性能并与含有商业增黏剂APE30的水基润滑剂进行了比较.结果发现,聚离子液体PPM-Ba,PPM-Ha,PPM-Oa对水基润滑剂的增黏效果优于商业增黏剂APE30,聚离子液体PPM-Ba,PPM-Ha,PPM-Oa作为润滑添加剂均体现出优异的减摩抗磨性能.其中,阴离子链长较长的聚离子液体PPM-Oa能够明显提升水基润滑剂的抗腐蚀性能,同时使水基润滑剂具有优异的减摩抗磨性能.利用非接触表面光学三维轮廓仪和扫描电子显微镜分析摩擦副的磨斑区域的表面形貌,发现含聚离子液体的水基润滑剂在摩擦过程中能够减缓对摩擦副表面的腐蚀并抑制黏着磨损.利用X射线光电子能谱仪分析摩擦副磨斑区域的表面化学状态,发现摩擦过程中聚离子液体在摩擦副表面形成吸附膜并与金属摩擦副发生复杂的摩擦化学反应,生成摩擦化学反应膜,发挥了优异的减摩抗磨作用.

新型离子液体作为甘油润滑添加剂的摩擦性能

目的改善甘油作为润滑剂的摩擦学性能。方法合成一种含脲基新型无卤素的功能化咪唑离子液体(M-16-DOSS)并作为甘油的润滑添加剂。通过核磁共振和高分辨四级杆飞行时间质谱对M-16-DOSS的结构进行表征。采用同步热分析仪测试甘油润滑体系的热稳定性。采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机评价了甘油润滑体系的摩擦磨损性能,通过三维轮廓仪对磨损体积和磨斑形貌进行了表征。采用EDS和XPS分析了磨斑表面元素和元素化学形态。结果合成的功能化咪唑盐离子液体结构正确、纯度合格。M-16-DOSS与甘油具有良好的相容性且能够提高甘油的热稳定性。M-16-DOSS作为甘油的润滑添加剂可显著改善甘油的摩擦学性能,添加量达到1.5%时,摩擦系数下降到0.1,磨损体积下降80%。结论在摩擦过程中发生了摩擦化学反应,通过硫氮的协同作用与铁和氧等元素形成了化学反应保护膜,有效地阻止了摩擦副之间的直接接触和碰撞,提高了甘油的减摩抗磨性能。

磺酸醇胺离子液体作为水润滑添加剂的摩擦学机制研究

合成了不含卤素的磺酸醇胺离子液体(S-IL),并将其作为水基润滑添加剂进行研究.与商用的水基润滑添加剂聚合蓖麻油酸酯(L4)进行对比,共同考察了他们在不同金属摩擦对偶上的摩擦学性能.通过对磨斑表面的XPS测试探究了S-IL分别在钢/钢、钢/铜、钢/铝、钢/钛和钢/镁摩擦副上的润滑机理.结果表明:所合成的磺酸醇胺离子液体在水体系中具有良好的溶解性,同时表现出一定的抗腐蚀性能.相比于商用水基添加剂,S-IL具有优异的减摩作用和极压性能,这主要归因于离子液体分子结构中极性基团(-SOO-)在金属摩擦副表面的物理/化学吸附,以及其分子结构中含有的活性元素S和N与金属摩擦副基底发生摩擦化学反应所形成的摩擦化学反应膜.

一种油溶性季铵盐离子液体作为PAO基础油添加剂的摩擦学研究

合成了新型季铵盐磷酸酯油溶性离子液体(N_(88816)P_(4)),采用热重分析仪(TGA)分析其热稳定性.采用SRVV微动摩擦磨损试验机和Bruker-NPFLEX表面非接触光学三维轮廓仪考察该离子液体作为聚α-烯烃(PAO 10)基础油减摩抗磨添加剂及其与商业添加剂二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)复配后的摩擦学性能.结果表明:N_(88816)P_(4)具有优异的油溶性能,与ZDDP具有良好的配伍性.在室温和高温(100℃)条件下,N_(88816)P_(4)均可显著改善PAO 10的减摩抗磨性能.相较于与ZDDP复配,N_(88816)P_(4)单独作为PAO 10添加剂表现出更优异的减摩抗磨性能.铜片腐蚀试验结果表明,N_(88816)P_(4)几乎没有腐蚀性,且与ZDDP复配后能够明显抑制ZDDP的腐蚀.利用扫描电子显微镜(SEM)对磨斑表面形貌进行进一步分析,同时结合能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)对磨斑表面主要化学元素进行分析,证明N_(88816)P_(4)能够与金属基底发生复杂的摩擦化学反应,由于其在摩擦副表面形成了含N和P元素的化学反应膜,从而起到优异的减摩抗磨作用.

碳酸钙纳米颗粒复合超分子凝胶润滑剂的摩擦学性能研究

采用碳酸钙纳米颗粒与全氟聚醚型超分子凝胶复合得到了一种新型的纳米颗粒复合超分子凝胶润滑剂.超分子凝胶具有错综复杂的网络结构,有效地提高了碳酸钙纳米颗粒在全氟聚醚润滑油中的分散稳定性.此外,碳酸钙纳米颗粒作为添加剂极大地提高了超分子凝胶的润滑性能,使其表现出较好的耐高温性能,以及较高的承载力.采用差式扫描量热仪、热重分析仪和流变分析仪对该复合润滑剂的热力学性能进行表征,结果显示该复合润滑剂具有很好的热稳定性以及较好的力学性能.最后,通过X射线光电子能谱(XPS)对其摩擦机理进行表征,结果表明碳酸钙纳米颗粒复合超分子凝胶润滑剂优异的摩擦学性能可归因于碳酸钙纳米颗粒在摩擦副表面形成了易剪切的薄膜,以及小尺寸的纳米粒子在摩擦过程中对摩擦表面进行的自修复效应.

磷基无卤素油溶性离子液体润滑添加剂的摩擦学特性

以磷酸二异辛酯(EDHPA)作为阴离子,双季磷盐为阳离子合成一种新型的无卤素离子液体并作为PAO 10的润滑添加剂与市售T306做比较。通过SRV-Ⅴ摩擦磨损试验机考察其摩擦学性能,通过扫描电子显微镜对磨损形貌进行表征,通过非接触式三维轮廓仪对磨损体积进行测量,通过ECR对摩擦过程中摩擦膜变化进行分析,通过XPS元素分析对磨斑表面化学元素和变化进行分析。结果表明合成的新型无卤素离子液体作为PAO 10的添加剂时具有优异的摩擦学性能,同时极大程度的提高了PAO 10的极压承载能力。新型离子液体在摩擦过程中发生摩擦化学反应,其中较长的烷基链与极性元素P在摩擦时生成致密且厚的边界润滑膜,提高了PAO 10体系的减摩抗磨性能和极压承载性能。

油溶性离子液体与T321及二氧化硅的协同润滑性能研究

为改善PAO10体系的润滑性能,合成了一种油溶性离子液体并与T321及二氧化硅进行对比。通过同步热能;通过非接触式三维轮廓仪和扫描电子显微镜对磨斑形貌和磨损体积进行了表征;通过EDS和XPS元素分析对磨斑表面化学成分和化学变化进行分析。结果表明合成的油溶性离子液体可以显著提高PAO10体系的热稳定性,且无论在常温还是高温下,都具有优异的减摩抗磨性能,并极大地提高了PAO10体系的极压承载性能。通过实验结果推测极性元素P、S在摩擦过程中发生摩擦化学反应,生成的摩擦化学膜有效地抑制摩擦副之间的直接接触,提高了PAO10体系的减摩抗磨性能。

对甲苯酚-AOT双组份超分子凝胶的制备及摩擦学性能研究

本文中报道了一类制备方法简单且成本较低的双组份超分子凝胶,其具有良好的减摩抗磨性能.双组份凝胶的两种凝胶因子选择的是对甲苯酚(p-cresol)和琥珀酸二(2-乙基己基)酯磺酸钠(AOT),它们在基础油中共同作用形成凝胶,将该双组份凝胶因子简称为p-cresol-AOT.该双组份凝胶因子具有很强的自组装能力,可以凝胶化多种润滑油,包括矿物润滑油、合成润滑油和全配方商品润滑油等.本文中通过氢谱核磁共振、红外光谱和RS6000旋转流变仪对凝胶的自组装机理和流变学进行研究,结果显示凝胶因子通过分子间非共价键作用发生超分子自组装.采用微动摩擦磨损试验机(SRV-IV)对超分子凝胶润滑剂进行摩擦学评价,结果显示,p-cresol-AOT在不同的基础润滑油中形成的凝胶均能提高该基础油的耐极压,减摩和抗磨性能.该凝胶润滑剂之所以具备良好的润滑性能主要归结于凝胶因子起到了润滑添加剂的作用,在摩擦过程中形成有效的边界保护膜从而减少了摩擦副的直接接触,起到了良好的润滑保护作用.

MDPB的制备及其在5M盐酸中对X70钢的缓蚀作用

合成2-甲基溴化十二烷基的吡啶(简称MDPB),通过1HNMR,13CNMR和FTIR表征了其化学结构.通过失重法,极化曲线法(Tafel),交流阻抗法(EIS)评价了MDPB在5M盐酸中对X70钢的缓蚀性能.结果表明MDPB对X70钢在5M盐酸中的腐蚀表现出了很好的缓蚀性能,MDPB在X70表面的吸附遵守Langmuir吸附等温线.缓蚀率随MDPB的浓度的增加而增加,在MDPB的浓度为10μM时,缓蚀率高达98.18%.X70钢的阴极和阳极Tafel曲线表明MDPB是混合型的缓蚀剂.吸附过程的ΔG0ads为负值,说明MDPB在X70钢表面的吸附是自发过程.ΔH0ads和ΔS0ads的值暗示了MDPB在X70钢表面的吸附过程是放热且熵增的过程.

超分子凝胶润滑材料的研究进展

开发高性能润滑材料对于降低摩擦磨损带来的能量损失,以及避免严重的机械故障和关节损伤均具有重要意义.超分子凝胶润滑材料可以实现对液体润滑剂的高效捕获,因其良好的触变性能,解决了传统润滑材料易爬移、泄漏及润滑效率低等问题.超分子凝胶润滑材料具有性能动态可调和可逆相转变等特点,使其具有发展为智能润滑材料的天然优势.通过功能化设计可以赋予超分子凝胶润滑材料减摩、抗磨、抗腐蚀、自修复及高承载能力等特性,在机械润滑和生物润滑领域均表现出潜在的应用前景.本文综述了基于不同液体润滑剂(润滑油、水及离子液体)的超分子凝胶润滑材料的发展现状,并讨论了其在不同润滑领域的发展前景.