[发明专利]用于降低橡胶表面摩擦系数和磨耗的二硫化钼纳米涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了用于降低橡胶表面摩擦系数和磨耗的二硫化钼纳米涂层及其制备方法。涂层原料包括以下组分：氟橡胶5～15％，二硫化钼0.5～3％，表面改性剂0.5～2％，交联剂0.1～1％，有机溶剂80～93％。本发明二维层状二硫化钼在进行表面改性后，与氟橡胶、交联剂一起配制成二硫化钼/氟橡胶分散液，涂覆在硫化胶表面，烘干，二硫化钼通过自组装方式在硫化胶表面形成低摩擦系数且低磨耗的纳米涂层。本发明在动密封或机械运动过程中，二硫化钼纳米涂层能减少硫化胶与金属接触时的摩擦力，降低橡胶磨耗，纳米涂层可以涂覆在氟橡胶、氢化丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、天然橡胶等多种硫化胶表面，均能达到减摩效果。

技术领域

本发明涉及一种二硫化钼纳米涂层，更具体地涉及一种基于自组装成型，用于降低橡胶表面摩擦系数和磨耗的二硫化钼纳米涂层及其制备方法。

背景技术

氟橡胶是一种主链上含有大量C-F键的特种合成橡胶，具有优异的耐高温、耐化学介质、耐候和低气体透过率等特性，在汽车、机械、化工、能源、电子、军工等领域有广泛应用。其中，在机械密封领域，氟橡胶常被用作各类油封产品，由于氟橡胶与金属轴杆之间长时间的相对运动，导致橡胶表面的磨损，橡胶与金属之间的摩擦系数增大，进而可能会导致橡胶密封失效。因此，为了延长氟橡胶密封制品的使用寿命，如何减小氟橡胶与金属之间的摩擦系数和降低磨耗，一直是氟橡胶密封材料的重要研究方向。

目前，改善氟橡胶摩擦性能的主要方法是采用机械共混法在氟橡胶基体中添加各种减摩填料，如二硫化钼、石墨、石墨烯、聚四氟乙烯微粉以及芳纶短纤维等。减摩填料可在氟橡胶表面形成润滑层，降低材料的表面能，从而降低氟橡胶的摩擦系数及磨耗。但是，大量添加的减摩填料会明显损害氟橡胶的力学性能和加工性能。

中国发明专利201510396542.X通过对氟橡胶中添加耐高温润滑性优异的氟醚油，实现橡胶材料低摩擦化，获得耐介质、耐高低温、成型工艺等综合性能优异的动密封氟橡胶材料。该发明的涉及的低摩擦氟橡胶，采用氟橡胶—双酚或过氧化物硫化体系，质量组成至少包括：氟橡胶100份，补强填料25～45份，耐磨助剂0～20份，氟醚油5～15份，吸酸剂5～15份。该低摩擦氟橡胶，摩擦系数小、耐介质性能好、综合力学性能优异。适用于橡胶与金属光滑表面相对运动的场合，适用于动密封技术领域，特别适用于高速旋转密封技术领域。然而，该发明主要是通过氟硅油不断迁移至氟橡胶表面形成润滑膜，以降低橡胶的摩擦系数，一方面氟硅油用量不能太高，否则会显著降低氟橡胶的力学性能；另一方面，氟硅油不断迁移至橡胶表面，随着时间的延长，在氟橡胶基体中的氟硅油含量不断减少，其降低摩擦系数的效果会有所削弱。该技术改善氟橡胶的摩擦性能是通过大量添加与基体相容性一般的氟硅油来实现，对氟橡胶的力学性能和加工性能会造成不良影响，因此该方法有较大的局限性。

中国发明专利201410484202.8报道了一种高耐磨二硫化钼/丁苯橡胶/丁吡橡胶纳米复合材料：包括丁苯橡胶(以干胶计)90，丁吡橡胶(以干胶计)10，二硫化钼2～10，氧化锌5，硬脂酸2，防老剂3，促进剂1.5，交联剂2.8。该发明首先通过超声法剥离二硫化钼制备出二硫化钼悬浮液，再与丁苯橡胶乳液和少量丁吡橡胶乳液进行复合，制得二硫化钼/丁苯橡胶/丁吡橡胶复合材料，表现出优异的力学性能和耐磨性能，在轮胎、输送带、密封件及鞋底等材料中具有广阔的应用前景。但是该技术只适合部分以胶乳形式存在的橡胶品种，如丁苯胶乳、天然胶乳、丁腈胶乳等，对于氟橡胶等以干胶形式存在的橡胶不适用，而且二硫化钼存在于整个橡胶基体中，因而其用量较高，要达到2～10phr才具有较好的耐磨性能，但直接加入过多的二硫化钼将影响材料的力学性能。

发明内容

本发明旨在提供一种与基体附着力强，基于自组装成型的超薄的用于降低橡胶表面摩擦系数和磨耗的二硫化钼纳米涂层及其制备方法，该涂层在显著降低橡胶表面摩擦系数和磨耗的同时对橡胶材料的力学性能和形状尺寸基本没有影响。