[发明专利]一种石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯液晶润滑剂及其制备与应用

说明书

本发明涉及一种石墨烯/4‑正戊基‑4‑氰基联苯液晶润滑剂及其制备与应用。本发明以石墨烯为添加剂，通过水浴加热条件下超声处理，将石墨烯均匀分散在4‑正戊基‑4‑氰基联苯液晶中，制成石墨烯/4‑正戊基‑4‑氰基联苯液晶润滑剂，其中石墨烯的有效添加浓度为0.05wt％‑0.25wt％。本发明还提供石墨烯/4‑正戊基‑4‑氰基联苯液晶润滑剂的制备方法与应用，使用方法是使用之前在40‑50℃下预热润滑剂和摩擦区域，涂覆润滑剂后立即开始摩擦，摩擦系数和钢球磨损直径均有大幅度降低，实现石墨烯/4‑正戊基‑4‑氰基联苯液晶悬浮液的超低润滑。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯/联苯类液晶润滑剂及其制备应用，尤其涉及一种石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯悬浮液作为润滑剂的应用，属于润滑技术领域。

技术背景

机械零部件之间的摩擦和磨损广泛存在于机械系统中，摩擦会消耗大量的能量，磨损则会导致零部件过早失效，为提高机械设备的使用效率和寿命必须降低零部件之间的摩擦和磨损。润滑技术是解决摩擦磨损、延长设备使用寿命的关键技术。为了达到降低能耗减少磨损的目的，要求在两个运动平面之间存在高载荷能力和低剪切阻力的润滑介质。

从结构上看，液晶恰能同时满足这两个条件:当两表面相对运动速率较低(低剪切速率)时，来自两固体摩擦副的压力是巨大的，但在垂直于运动表面方向上，液晶分子排列的长程取向使之呈现固体的抗压性能，从而能支撑摩擦副，阻止其相互靠近；在高剪切速率下，它又呈现出低粘度的液体流动性，而能获得低的剪切阻力。因此理论上，液晶有望作为一种性能优越的新型润滑介质。然而，在实际应用过程中由于液晶对温度比较敏感，用作润滑剂时润滑效果受环境温度影响很大，例如:当环境温度低于液晶熔点(22℃)时，润滑剂表现为晶体状态，摩擦系数比较高，此时不适合用作润滑剂；当环境温度高于液晶的清亮点(35℃)时，液晶由各相异性的液晶态转变为各相同性的液态，此时用作润滑剂相比液晶态时抗磨性能下降。

中国专利文件CN 103013107 A公开了一种液晶聚合物作为高聚物高温润滑剂的用途，此发明将热致型液晶聚合物作为高聚物高温润滑剂使用，明显改善了高聚物的加工流动性能，减少了资源损耗。但是此发明单纯使用液晶聚合物作为润滑剂，实验条件仅限高温。目前尚未有低温下使用的液晶聚合物材料的报道。

4-正戊基-4-氰基联苯(4-Cyano-4'-pentylbiphenyl)，分子式为C₁₈H₁₉N，简写为5CB，现有技术中主要用于配制TN、STN型混合液晶,作显示材料。在摩擦学领域5CB液晶可作润滑添加剂，例如，5CB添加剂能够改善蓖麻油的润滑性能，但尚不能达到或超过矿物油的润滑性能。参见钱善华等，液晶添加剂4-正戊基-4-氰基联苯混合后对蓖麻油润滑性能的影响，《材料保护》2013年第10期。目前尚未见5CB液晶作为基础润滑油的应用报道。

石墨烯作为润滑油添加剂的应用在摩擦学领域备受关注，但由于石墨烯具有较大的比表面积，容易团聚在一起，难溶于水以及其它常用的有机溶剂，更难与其它材料掺混形成复合材料。解决石墨烯难分散问题的方法目前有两种，一是使用分散剂，二是通过对石墨烯进行改性，然而，这两种方法都会不同程度的引入杂质，而且不易确定杂质含量及杂质对润滑性能的影响程度，限制了石墨烯的应用。

因此，为了弥补现有液晶润滑剂的不足，提高其润滑效果，充分发挥液晶在润滑领域的应用，本发明旨在提出一种添加石墨烯的联苯类液晶润滑剂。

发明内容

针对现有液晶润滑剂的不足，本发明提供一种石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯(G/5CB悬浮液)液晶润滑剂及其制备方法。

本发明还提供一种石墨烯/4-正戊基-4-氰基联苯悬浮液作为润滑剂的应用。预热处理G/5CB悬浮液及摩擦区域后，开始摩擦进行3-5min后，摩擦系数降至最小值(约0.01)。

术语说明：

4-正戊基-4-氰基联苯，简写5CB，结构式如下：