CN102154053A - 一种纳米石墨水基切削液添加剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种添加剂及其制备方法，特别公开了一种纳米石墨水基切削液添加剂及其制备方法。该纳米石墨水基切削液添加剂，其特征在于：由以下重量百分比的组分制成：纳米石墨0.01-0.10%、十二烷基苯磺酸钠0.15-1.20%、碳酸氢钠0.10-0.15%、过硫酸钾0.10-0.15%、丙烯酸甲酯15-20%、OP-10 1.50-2.15%、其余为水。本发明纳米石墨水基切削液添加剂及其制备方法的有益效果是：实现了纳米石墨在水基介质中的稳定分散；将纳米石墨作为水基切削液添加剂，能够显著改善机械零部件的摩擦磨损行为，提高水基切削液的润滑性能。

Description

一种纳米石墨水基切削液添加剂及其制备方法

       

（一）        技术领域

本发明涉及一种添加剂及其制备方法，特别涉及一种纳米石墨水基切削液添加剂及其制备方法。

（二）        背景技术

纳米石墨是一种近年来研究较多的无机非金属纳米材料 ，它一方面具有普通石墨优良的导电、导热、自润滑性和化学稳定性，另一方面还具有纳米材料的体积效应、表面界面效应、量子尺寸效应等，因而在润滑领域得到高度重视，但纳米石墨比表面积大，极易在聚合物基体及分散介质中团聚，从而降低了体系的性能，阻碍了它的广泛应用。目前，水基切削液较油基切削液而言，具有优良的冷却、清洗和防锈性能，且成本较低，无污染，符合可持续发展的社会要求但润滑性能差，因而应用范围受到限制。

（三）        发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种能在水基介质中稳定分散且润滑性能高的纳米石墨水基切削液添加剂及其制备方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种纳米石墨水基切削液添加剂，其特征在于：由以下重量百分比的组分制成：

纳米石墨              0.01-0.10%

十二烷基苯磺酸钠      0.15-1.20%

碳酸氢钠              0.10-0.15%

过硫酸钾              0.10-0.15%

丙烯酸甲酯            15-20%

OP-10                 1.50-2.15%

其余为水。

该发明纳米石墨水基切削液添加剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（a）超声分散预处理：按所述重量百分比取纳米石墨、十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠、OP-10及水在超声波处理器上进行超声分散5-15分钟；

（b）纳米石墨水基分散液的制备：将步骤（a）所得处理液与丙烯酸甲酯和引发剂过硫酸钾混合均匀，在65-75℃条件下反应4-6小时；

（c）离心提纯：将步骤（b）所得纳米石墨水基分散液在离心机上以2000-3000r/min条件下离心25-35分钟，取上清液，即可获得用作水基切削液添加剂的纳米石墨分散液。

本发明纳米石墨水基切削液添加剂及其制备方法的有益效果是：实现了纳米石墨在水基介质中的稳定分散；将纳米石墨作为水基切削液添加剂，能够显著改善机械零部件的摩擦磨损行为，提高水基切削液的润滑性能，从而改善目前水基切削液冷却、清洗和防锈效果好但润滑性能不佳的缺陷。

（四）      附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为70℃，5h样品放大35倍的SEM图；

图2为70℃，5h样品放大1000倍的SEM图；

图3为70℃，5h样品放大1800倍的SEM图；

图4为70℃，5h样品放大3000倍的SEM图。

（五）        具体实施方式

实施例1：

纳米石墨水基切削液添加剂，由以下重量的组分制成：

纳米石墨0.05千克、十二烷基苯磺酸钠0.7千克、碳酸氢钠0.125千克、过硫酸钾0.125千克、丙烯酸甲酯18千克、OP-10 1.8千克、水79.2千克。

该纳米石墨水基切削液添加剂的制备方法，采用如下步骤：

（a）超声分散预处理：按上述重量取纳米石墨、十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠、OP-10及水在超声波处理器上进行超声分散12分钟；

（b）纳米石墨水基分散液的制备：将步骤（a）所得处理液与丙烯酸甲酯和引发剂过硫酸钾混合均匀，在65℃条件下反应6小时；

（c）离心提纯：将步骤（b）所得纳米石墨水基分散液在离心机上以2000r/min条件下离心35分钟，取上清液，即可获得用作水基切削液添加剂的纳米石墨分散液。

实施例2：

该纳米石墨水基切削液添加剂，由以下重量的组分制成：

纳米石墨0.01千克、十二烷基苯磺酸钠1.2千克、碳酸氢钠0.1千克、过硫酸钾0.1千克、丙烯酸甲酯20千克、OP-10 1.5千克、水77.09千克。其余与实施例1相同。

实施例3：

纳米石墨0.1千克、十二烷基苯磺酸钠0.15千克、碳酸氢钠0.15千克、过硫酸钾0.15千克、丙烯酸甲酯15千克、OP-10 2.15千克、水82.3千克。其余与实施例1相同。

实施例4：

该纳米石墨水基切削液添加剂的制备方法，采用如下步骤：

（a）超声分散预处理：在实验室条件下，采用超声分散的方法使纳米石墨液均匀分散，其中所用原料是10目的纳米石墨（固定碳含量：99.95%，产地：青岛华泰润滑密封公司），称取纳米石墨粉0.081千克、十二烷基苯磺酸钠0.81千克、碳酸氢钠0.138千克、OP-10 1.62千克和水80.988千克混合后在超声波处理器（FS-250，上海生析超声仪器有限公司）上超声分散10分钟。

（b）纳米石墨水基分散液的制备：取步骤（a）所得处理液，加入经减压蒸馏精制后的丙烯酸甲酯16.25千克，机械搅拌乳化30分钟，再用0.113千克过硫酸钾引发，在氮气保护气氛中反应，反应时间为5小时，反应温度为70℃，得到均匀的深蓝色复合乳液。

（c）离心提纯：取步骤（b）所得复合乳液在电动离心机（800，江苏省金坛市医疗仪器厂）上，以3000r/min条件下离心30分钟，取上清液。

（d）分散形貌的微观结构评价：用扫描电子显微镜SEM（S-4800，日本日立公司）对步骤（c）所得上清液进行分散形貌的微观结构表征，见附图1-4。

图1-4中，从a到d放大倍数依次增大，依次为×35，×1000，×1800，×3000倍。由图a可以明显看出纳米石墨的分布状态，黑色的石墨球外均匀的包覆上了乳白色聚丙烯酸甲酯，使石墨颗粒实现了很好的分散。由于其外有表面活性剂，亲油端与石墨表面锚合，亲水端暴露在外，实现了石墨在水基中的稳定分散并有效的避免了表面能极强的纳米颗粒之间的团聚。图c为图d的局部放大图，从图c可以清楚的看到，片状物质为纳米石墨薄片，周围共聚物均匀的附着在纳米石墨薄片的表面，形成了致密的膜状复合物质。图d聚焦单个纳米石墨片，可以看出材料分散均匀，聚合后纳米石墨薄片保持原有的片状结构，其润滑性能未遭到破坏，为纳米石墨水基切削液制备的尝试提供了参考和依据。

（e）切削液配制：在仟代QDW618合成切削液中添加质量分数为1%的纳米石墨水基切削液添加剂，机械搅拌，调配成切削液。

（f）摩擦学性能评价：采用济南试验机厂生产的MQ-800型四球摩擦磨损试验机（测定最大无卡咬负荷P_B值和磨斑直径WSD）和MPV-200摩擦磨损试验机（测定摩擦系数）进行摩擦学试验，以QDW618合成切削液作为参比液，参照GB/T3142标准测定润滑剂的摩擦学参数。摩擦学试验结果如表1所示。

表1 纳米石墨切削液摩擦学试验结果

切削液	最大无卡咬负荷PB/N	磨斑直径D/mm	摩擦系数
				参比液	718.0	0.41	0.103
纳米石墨液	801.2	0.37	0.069

实验结果表明：与参比液相比，切削液中添加本发明的纳米石墨添加剂时，切削液的承载能力、减摩抗磨能力及润滑能力都有所增强。

Claims (2)

1.一种纳米石墨水基切削液添加剂，其特征在于：由以下重量百分比的组分制成：

纳米石墨              0.01-0.10%

        十二烷基苯磺酸钠      0.15-1.20%

        碳酸氢钠              0.10-0.15%

        过硫酸钾              0.10-0.15%

        丙烯酸甲酯            15-20%

        OP-10                 1.50-2.15%

其余为水。

2.根据权利要求1所述的纳米石墨水基切削液添加剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（a）超声分散预处理：按所述重量百分比取纳米石墨、十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠、OP-10及水在超声波处理器上进行超声分散5-15分钟；

（b）纳米石墨水基分散液的制备：将步骤（a）所得处理液与丙烯酸甲酯和引发剂过硫酸钾混合均匀，在65-75℃条件下反应4-6小时；

（c）离心提纯：将步骤（b）所得纳米石墨水基分散液在离心机上以2000-3000r/min条件下离心25-35分钟，取上清液，即可获得用作水基切削液添加剂的纳米石墨分散液。

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