[发明专利]一种石墨烯-类水滑石复合物及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯‑类水滑石复合物及其制备方法与应用。该石墨烯‑类水滑石复合物，是有机改性类水滑石与石墨烯的复合物。首次制备了有机改性类水滑石‑石墨烯复合材料，将其用作柴油机油添加剂，使柴油机油的摩擦性能大大提高，并且，进一步的提高了其稳定性。另外，本发明的有机改性类水滑石‑石墨烯复合材料的制备方法中，首次采用一步水热法制备有机改性类水滑石，方法简单实用，制备的材料质量好，产率高。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯-类水滑石复合物及其制备方法与应用，特别涉及一种石墨烯-类水滑石复合物及其制备方法与其在作为柴油机油添加剂中的应用。

背景技术

众所周知，工程机械是高能耗、排放差、污染重的典型机械，例如，在相同工况和工作时间内，一台20t挖掘机的废气排放量近似于30辆小型汽车的废气的排放量。工程机械在运行过程中因摩擦磨损所消耗的能量占机械总能量的20％-25％，其中缸套和活塞环之间的摩擦损失占总摩擦损失的45-55％，气阀机构消耗占7-15％，连杆轴承消耗占20-30％。边界和混合润滑在相互运动机件中的比例越来越大，因此减摩剂在提高燃料经济性、设备稳定性、机件寿命方面的作用愈加明显。

工程机械用主要润滑剂包括内燃机油、润滑脂、齿轮油、液压油等，其中以内燃机用柴油机油用量最大。柴油机油在高压缩比下工作，极易氧化变质失效，由此引发的柴油机故障占发动机故障的50-80％。金属磨屑对机油氧化具有催化作用，其中以铜的影响最大。同时机油氧化变质产生的有机酸，将对机件产生腐蚀，以铅青铜材质的腐蚀最为严重。机油氧化受工作的温度的影响较大，温度上升变质加快，工作温度每上升10℃，机油氧化速度加快1倍。因此机油添加剂对润滑油减摩、抗磨、工作温度、防腐性能的提升效果是决定机油使用效能的关键。目前机油添加剂开发多倾向油溶性有机材料，该类材料随润滑时间延长不断消耗，不能够为摩擦表面提供修复和物理防护作用。加之柴油发动机材料以含铜金属为主，腐蚀防护是润滑过程的关键，因此开发兼具减摩抗磨、防腐和磨损表面修复性能的润滑油添加剂是提高其能效和寿命的关键。

石墨烯是单层碳原子以sp²杂化形成的二维纳米材料，作为强度材料，石墨烯的韧性极好，弹性模量为1.0TPa；其微观强度可达130GPa，是传统钢材的100多倍。10层以内的石墨烯微片，由于其层间弱的范德华力，在摩擦剪切作用下片层之间易滑移，具有低的摩擦系数，可作为优良的减摩、抗磨材料，其性能优于传统的石墨、二硫化钼和硼酸等层状固体润滑材料。专利201210303393.4中公开了一种石墨烯/MoS₂纳米自润滑复合材料及其制备方法，专利201510155973.7中公开了一种石墨烯-类富勒烯二硫化钼复合润滑油添加剂及其制备方法，但传统层状硫化钼作为润滑油添加剂易对发动机金属表面产生腐蚀，且随着排放法规的严格，无硫、磷机油的开发更为重要。关于将石墨烯与类水滑石复合作为柴油机油添加剂的研究，目前未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，含石墨烯润滑添加剂的制备多以石墨烯粉体为原料，由于10层以内石墨烯片层厚度小于5nm，因此颗粒的团聚是限制其性能发挥的重要因素，添加剂中石墨烯颗粒的分散稳定性将决定其摩擦学性能。对石墨烯颗粒进行表面有机改性是提高其在有机润滑介质中稳定性的常规途径，但由于石墨烯表面几乎无可进行化学反应的官能团，表面共价键功能化条件苛刻，不易进行温和的有机共价键改性；以非共价键改性形成的表面改性剂分子易在摩擦作用过程中分解消耗。

为解决该技术问题，本发明的目的是提供一种石墨烯-类水滑石复合物及其制备方法。

经研究，类水滑石是一种层状双金属或多金属氢氧化物，易实现表面有机改性和层间有机柱撑改性，且颗粒粒径可控。

发明人研究表明，类水滑石层间弱的范德华力，使其可作为减摩抗磨添加材料，具有优异的减摩抗磨性能，是一种新型的润滑介质添加材料，其可对磨损凹坑进行填充，同时在摩擦热作用下可在摩擦副表面形成陶瓷保护层，是一种原位修复性摩擦改进剂。