SI24472A - Fluoro-polimerni nanokompoziti s prilagojenimi tornimi lastnostmi - Google Patents

Fluoro-polimerni nanokompoziti s prilagojenimi tornimi lastnostmi Download PDF

Info

Publication number
SI24472A
SI24472A SI201300282A SI201300282A SI24472A SI 24472 A SI24472 A SI 24472A SI 201300282 A SI201300282 A SI 201300282A SI 201300282 A SI201300282 A SI 201300282A SI 24472 A SI24472 A SI 24472A
Authority
SI
Slovenia
Prior art keywords
mos
pvdf
nanotubes
fluoro
friction
Prior art date
Application number
SI201300282A
Other languages
English (en)
Inventor
Maja Remškar
Janez Jelenc
Andrej Kržan
Original Assignee
Institut "Jožef Stefan"
Center Odličnosti Polimerni Materiali In Tehnologije, Polimat
Center Odličnosti Namaste, Zavod Za Raziskave In Razvoj Naprednih Nekovinskih Materialov S Tehnologijami Prihodnosti
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut "Jožef Stefan", Center Odličnosti Polimerni Materiali In Tehnologije, Polimat, Center Odličnosti Namaste, Zavod Za Raziskave In Razvoj Naprednih Nekovinskih Materialov S Tehnologijami Prihodnosti filed Critical Institut "Jožef Stefan"
Priority to SI201300282A priority Critical patent/SI24472A/sl
Priority to PCT/SI2014/000052 priority patent/WO2015041612A1/en
Publication of SI24472A publication Critical patent/SI24472A/sl

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/22—Expanded, porous or hollow particles
    • C08K7/24—Expanded, porous or hollow particles inorganic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/005—Reinforced macromolecular compounds with nanosized materials, e.g. nanoparticles, nanofibres, nanotubes, nanowires, nanorods or nanolayered materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/01—Use of inorganic substances as compounding ingredients characterized by their specific function
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2327/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers
    • C08J2327/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08J2327/12—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2327/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers
    • C08J2327/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08J2327/12—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • C08J2327/16—Homopolymers or copolymers of vinylidene fluoride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/30—Sulfur-, selenium- or tellurium-containing compounds
    • C08K2003/3009—Sulfides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/011—Nanostructured additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/30—Sulfur-, selenium- or tellurium-containing compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Abstract

Izum opisuje tridimenzionalne in tankoplastne oblike fluoro - polimernih nanokompozitov s prilagojenimi lastnostmi trenja, ki vsebujejo nanomateriale na osnovi anorganskih nanocevk kot dodatke za zmanjševanje trenja. Izraz nanomateriali na osnovi nanocevk, pomeni nanomateriale, ki se pojavljajo v valjasti geometriji, ali so izpeljani iz valjaste geometrije z mehanskimi ali kemijskimi metodami. Natančneje, ta izum opisuje postopek za uravnavanje tornih lastnosti polimerov na osnovi PVDF z nanocevkami na osnovi MoS2 kot anorganskim dodatkom za zniževanje trenja. Trenje nanomaterialov na osnovi PVDF/nanocevk MoS2 je znatno nižje v primerjavi s prevleko PVDF brez omenjenih dodatkov.

Description

Fluoro-polimemi nanokompoziti s prilagojenimi tornimi lastnostmi
Izum razkriva fluoro-polimeme nanokompozite s prilagojenimi lastnostmi trenja v tridimenzionalni in tankoplastni morfologiji, ki vsebujejo anorganske nanomateriale kot dodatke za zmanjševanje trenja. Določneje, izum razkriva polimere na osnovi polivinilidenfluorida (PVDF), ki vsebujejo nanomateriale na osnovi MoS2, in metodo za prilagajanje drsnih lastnosti polimerov na osnovi PVDF.
PODROČJE IZUMA
Predloženi izum se nanaša v splošnem na področje polimernih nanokompozitov in podrobneje na metode prilagajanja fizikalnih lastnosti termoplastnih visokozmogljivih fluoro-polimerov, predvsem tornih lastnosti polimerov na osnovi poliviniliden fluorida, z uporabo nanocevk na osnovi MoS2.
STANJE TEHNIKE NA PODROČJU IZUMA
Polivinilidenfluorid (PVDF) je visoko inerten termoplastični fluoro-polimer z visoko toplotno stabilnostjo do 175 °C. Uporaben je za številne aplikacije, ki so odvisne od njegove posamezne faze kristalizacije, kot so cevovodi, izolatorji za elektrovode, za vezivne materiale za kompozitne elektrode za litij- ionske baterije, za membrane v biomedicini, za komponente za farmacevtsko in živilsko predelovalno industrijo, kot piezoelektričen in piroelektričen material, itd. PVDF najdemo v petih kristalnih oblikah ( α, β, γ, δ, ε) in pri treh od teh ( β, γ, δ) je močno polama struktura orientirana na tak način, da je PVDF piezoelektričen ( A. Lovinger, Macromolecules 1982, 15, 40-44). PVDF ima relativno visok PVDF - PVDF koeficient trenja v območju 0.250.45, kar omejuje njegovo uporabo v samo-mazalnih prevlekah ali v prevlekah, ki so podvržene močnemu trenju ali v uporabi kot zaščitni premazi. Anorgansko trdno mazivo molibden disulfid (MoS2) je znano mazivo, ki se v veliki meri uporablja že desetletja. Njegove učinkovite mazavne lastnosti izvirajo iz lahkega medsebojnega drsenja plasti MoS2 vzdolž bazalnih (001) ravnin in površinske inertnosti bazalnih (001) ravnin MoS2. MoS2 v običajni obliki ploščatih lističev, kijih je možno sintetizirati ali izkoriščati naravni mineral, se pogosto uporablja kot suho mazivo ali dodatek oljem ali mastem. Na žalost so trdni robovi kristalnih lusk nagnjeni k oksidaciji, kar zmanjšuje učinkovitost mazanja, zlasti v vlažnem okolju. Tanki lističi z visoko aktivno površino in s sorazmerno nizkim številom nenasičenih vezi na robovih so zato zaželjeni. Standardna uporaba ploščic MoS2 kot dodatek za zmanjšanje trenja in nedavna odkritja novih morfologij MoS2 so omogočili pripravo novih nanokompozitnih filmov na osnovi PVDF, ki vsebujejo nanocevke MoS2 ali razslojene nanocevke MoS2 za samo-mazalne in zaščitne prevleke.
Ukrivljene, samo-zaključene oblike MoS2, kot so nanocevke in fulerenom podobni delci z nanočebulasto morfologijo (Margulis L, Salitra G, Tenne R, Talianker M: Nested fullerene-like structures.Nature 1993, 365: 113-114) omogočajo odpravo robov. Te oblike so intenzivno raziskovali v zvezi z njihovo posebno primernostjo za novo generacijo maziv. Pod mehanskimi obremenitvami se ti nanodelci počasi deformirajo in razslojujejo v nano-luske, ki se prenašajo na podlago (učinek tretjega telesa)), ter zagotavljajo učinkovito mazanje, dokler niso povsem razslojeni ( Chhowalla M, Amaratunga GAJ: Ultra low friction and wear MoS2 nanoparticle thin films. Nature 2000,.407:.164-167).
Različne morfologije in kombinacije nanocevk in nano čebulic MoS2, ki so bile sintetizirane iz iz M6CyHz, 8.2 < y + z < 10, kjer je M prehodna kovina ( Mo, W, Ta, Nb ), C je halkogen (S, Se, Te), H je halogen (I), so bile razkrite v US 8.007.756 B2.
Spontano delno razslojevanje sten MoS2 nanocevk v sintetiziranem materialu (Remškar M , Viršek M, Mrzel A: The MoS2 nanotube hybrids. Appl Phys Lett 2009,95: 133122-1-133122-3) in tanke stene nanocevk MoS2 (M. Remškar, A. Mrzel, M. Viršek, M. Godec, M. Krause, A. Kolitsch, A. Singh in A. Seabaugh, Nanoscale Res. Lett. 6, 26 ( 2011)) omogočajo nizko porabo energije pri utekanju v procesu trenja.
Luščenje MoS2 nanocevk lahko dosežemo s kemičnimi sredstvi preko interkalacije visoko reaktivnih molekul, kot je butil litij ( Višič et al., Nanoscale Research Letters 2011 , 6:593 ) ali na mehanski način med procesom drsenja.
• ·
Kompoziti PVDF/M0S2 so bili opisani v: a ) US 5.024.882, kjer je bil MoS2 dodan v PVDF v obliki praškastih delcev < 40 pm za uporabo v kompozitih za drsne ležaje. Opisan je bil proces izdelave materiala; b) US 2011 / 0045309 Al, kjer je bil MoS2 brez navedbe oblike, uporabljen kot suho mazivo ali v kombinaciji s PVDF za prilagajanje koeficienta trenja kovinskega obdelovanca, c ) US 5.976.190, kjer je bil MoS2 brez navedbe oblike, vgrajen v vmesno plast med vpenjalno cevjo in cevjo narejeno iz lahke kovine, ki obe sestavljata ortopedsko vpenjalno povezavo, d) US 6.106.936, kjer je MoS2 opisan samo kot kovinska spojina s plastovito strukturo, ki se uporablja kot komponenta maziva za drsne ležaje, e) US 6.528.143 BI , kjer je MoS2 brez navedbe oblike, sestavina plastične prevleke na kovinski podlagi; f ) US20130071623 Al, kjer je MoS2 brez navedbe oblike, trdno mazivo dispergirano znotraj polimera.
V vseh zgoraj naštetih PVDF/MoS2 kompozitih so uporabljali standardne ploščice MoS2 makro ali mikro razsežnosti.
Kompoziti PVDF/MoS2, kjer so MoS2 opisali kot nanocevke, so opisani v: g) US 20080248201 in US20080249221 Al, kjer je PVDF naveden posredno kot eden izmed polivinilidenskih halogenidov, in MoS2 kot možno nano-polnilo med široko paleto materialov za premaze z nizkim trenjem, vendar brez podatkov za to posebno kombinacijo, h) US20060233692 Al, kjer je opisana metoda, s katero je mogoče podlago iz kovinske zmesi direktno prekriti z nanocevkami, med katerimi so navedene tudi nanocevke MoS2 in potem nanesti polimerno prevleko. PVDF je opisan kot polimerno vezivo za ogljikove nanocevke.
Nanokompoziti PVDF/MoS2, kjer je MoS2 v cilindrični obliki nanocevk ali v obliki razslojenih nanocevk MoS2, in vmešan v PVDF pred pripravo prevleke, in bi bili testirani glede mazavnih lastnosti, še niso bili opisani.
Testiranje trenja ob uporabi polialfaolefinskega olja (PAO), ki so mu bile dodane nanocevke MoS2, je pokazalo bistveno zmanjšano trenje in izboljšanje obrabnih lastnosti v pogojih mejnega mazanja na jeklenem kontaktu. Koeficient trenja seje zmanjšal za več kot 2 -krat, medtem ko je bila obraba manjša kar za 5 do 9 -krat ( M. Kalin, J. Kogovšek, M. Remškar, Wear 280/281, 36• · (2012), doi: 10.1016/j.wear.2012.01.011). Izboljšanje glede na bazično olje je bilo večje za grobe površine , kjer seje koeficient trenja zmanjšal za največ 65 % , v primerjavi s približno 40 % znižanjem na gladkih jeklenih površinah pod pogoji mejnega mazanja. Trenje je bilo v glavnem neodvisno od hrapavosti površine (J. Kogovšek, M. Remškar, A. Mrzel, M.Kalin, Tribology International 61 (2013) 40-47).
Vmešavanje nanocevk MoS2 v izotaktični polipropilen (iPP) je zmanjšalo koeficient trenja za 15 % in obrabo za več kot 50% ( M. Naffakh, M. Remskar, et al., J. Mater.Chem. 22 , 17002-17010 (2012)). To je edini polimerni kompozit na osnovi nanocevk MoS2 nanocevk, o katerem so poročali do sedaj.
BISTVO IZUMA
Izum opisuje tridimenzionalne in tankoplastne oblike fluoro - polimernih nanokompozitov s prilagojenimi lastnostmi trenja, ki vsebujejo nanomateriale na osnovi anorganskih nanocevk kot dodatke za zmanjševanje trenja. Izraz nanomateriali na osnovi nanocevk, pomeni nanomateriale, ki se pojavljajo v valjasti geometriji, ali so izpeljani iz valjaste geometrije z mehanskimi ali kemijskimi metodami. Natančneje, ta izum opisuje postopek za uravnavanje tornih lastnosti polimerov na osnovi PVDF z nanocevkami na osnovi MoS2 kot anorganskim dodatkom za zniževanje trenja. Trenje nanomaterialov na osnovi PVDF/nanocevk MoS2 je znatno nižje v primerjavi s prevleko PVDF brez omenjenih dodatkov.
PODROBEN OPIS IZUMA
Naloga predloženega izuma je izdelava tridimenzionalnih in tankoplastnih oblik fluoropolimemih nanokompozitov s prilagojenimi tornimi lastnostmi, ki vsebujejo nanomateriale na osnovi anorganskih nanocevk kot dodatke za zmanjševanje trenja.
Po izumu je naloga rešena s postopkom za prilagajanje koeficienta trenja PVDF in polimerov na osnovi PVDF, z vgrajevanjem MoS2.
S postopkom v smislu izuma, so nanomateriali na osnovi nanocevk MoS2 dodani v PVDF v obliki raztopine v primernem topilu ali v PVDF v obliki taline, in dodatno homogenizirami z mehanskim mešanjem.
Fluoro polimerni nanokompoziti s prilagojenimi tornimi lastnostmi po izumu vsebujejo fluorotermoplastični polimerni material, nanomateriale na osnovi nanocevk MoS2 kot dodatek za nizko trenje, in dodatke, kot so zaviralci aglomeracije ali sedimentacije. Fluorotermoplastični material je lahko polimer ali kopolimer na osnovi polivinilidenfluorida, pri čemer je fluorotermoplastičen material homogena polimerna zmes, ki vsebuje od 99 - 5 % polimerov ali kopolimerov na osnovi polivinilidenfluorida. Delež nanomaterialov na osnovi nanocevk MoS2 je v območju od 0,1 ut. % do 50 ut. % glede na delež fluorotermoplastičnega polimernega materiala in so nanocevke MoS2 v nanomaterialih na osnovi nanocevk MoS2 lahko delno razslojene ali popolnoma razslojene.
Nanokompozitne tanke plasti so lahko pripravljene z različnimi tehnikami, ki se uporabljajo za mešanice polimer-nanodelci v tekočem ali plastificiranem stanju. Dve izmed njih sta: a) nalivanje raztopine na ustrezno podlago in vlečenje filma s pomočjo skalpela; b) nanos premaza na ustrezno vrtečo podlago. Filmi so se sušili na različnih režimih ogrevanja z ali brez uporabe atmosfere z nadzorovano sestavo.
Z uporabo opisanih načinov nanosa smo pripravili PVDF/MoS2 na osnovi nanocevk v obliki filmov in premazov z debelino med 10 pm in 500 pm. Kontrolirano kristalno strukturo in morfologijo nanokompozitov lahko pripravimo z uporabo različnih pomožnih dodatkov v vlogi inhibitorjev aglomeracije in sedimentacije nanomaterialov na osnovi nanocevk MoS2 in s spreminjanjem pogojev nanosa in sušenja.
Testirali smo fizikalne in kemijske lastnosti tako pripravljenih nanokompozitov, zlasti njihovo kristalno strukturo, površinsko morfologijo, porazdelitev nanomaterialov na osnovi nanocevk MoS2 znotraj polimerov na osnovi PVDF, in debelino nanokompozitnih filmov.
Tome lastnosti tako pripravljenih nanokompozitnih prevlek so bile testirane v konfiguracijah ravno-na-ravnem (angl. flat-on-flat) in kroglica na disku (angl. ball-on-disc). Trenje na nanokompozitih PVDF/M0S2 na osnovi nanocevk je bilo znatno zmanjšano v primerjavi s prevlekami PVDF brez dodatkov na osnovi nanocevk M0S2.
KRATEK OPIS SLIK
SLIKA 1 prikazuje rentgenski uklonski spekter na PVDF/M0S2 filmih z 0 ut. % (oznaka - 0 ) , 1 ut. % (oznaka - 1 ), in 2 ut. % (oznaka - 2) nanocevk M0S2. Uklonski vrhovi, ki ustrezajo M0S2, so označeni z * . Drugi vrhovi ustrezajo PVDF.
SLIKA2 je optični posnetek narejen v presevnem načinu in prikazuje homogeno porazdelitev nanocevk M0S2 znotraj filma PVDF, ki vsebuje 0,5 ut.% nanocevk MoS2.
SLIKA3 je vrstični elektronsko mikroskopski posnetek zgornje površine filma iz PVDF/nanocevke M0S2, ki vsebuje 2 ut.% nanocevk M0S2 in kaže porozno strukturo.
SLIKA4 je vrstični elektronsko mikroskopski posnetek spodnje površine (na stiku s stekleno podlago) filma iz PVDF/ nanocevke M0S2, ki vsebuje 1 ut.% nanocevk M0S2.
SLIKA5 kaže rezultate testiranja trenja v geometriji ravno-na-ravnem na nanokompozitnih filmih PVDF/M0S2 z (a) 0 ut.% , (b) 1 ut.%, in (c) 2 ut. % nanocevk MoS2, in s poliranim neijavnim jeklom AISI 316 kot kontaktnim materialom.
SLIKA6 kaže rezultate testiranja trenja v geometriji kroglica-na-disku na nanokompozitnih filmih PVDF/M0S2 z (a) 0 ut. %, (b) 2 ut. % , in (c) 16,7 ut. % nanocevk M0S2, in s kroglico iz nerjavnega jekla AISI 316.
Naslednji primeri so prikazani za pojasnitev izuma, vendar ga ne omejujejo.
PRIMER 1:
PVDF smo dodali dimetilformamidu (DMF) v 20 ut. % in ga raztapljali 24 ur pri nizki hitrosti mešanja in segrevanja do 50 stopinj C. Homogeno raztopino PVDF/DMF smo mešali z magnetnim mešalom 15 minut preden smo dodali nanocevke. Nanocevke MoS2 v 0,5 ut.% , 1 ut.% in 2 ut.% glede na težo PVDF smo dodali v raztopino PVDF/DMF in mešali z magnetnim mešalom dodatnih 30 minut. Nato je bila tako izdelana disperzija sonificirana 30 minut v ultrazvočni kopeli pri 40 kHz in 200 W. Dobili smo homogeno disperzijo nanocevk v polimerni raztopini.
Disperzijo smo nalili na stekleno ploščo in potegnili film s skalpelom z debelino filma 300 pm, s pomočjo filmskega aplikatoija (Erichsen ). Filme smo sušili pri 22 ° C in 50 % relativni vlagi 24 ur. Po sušenju smo filme odstranili s steklene plošče. Površina filma, ki je bila izpostavljena zraku med sušenjem, smo označili kot zgornjo površino. Površino filma, ki se je formirala na mejni ploskvi film/steklo smo označili kot spodnjo površino.
Rentgensko difrakcijo (XRD) smo izvedli pri sobni temperaturi z D4 Endeavor difraktometrom (Bruker AXS) z uporabo kvarčnega monokromatoija Cu Kal vira sevanja (λ = 0,1541 nm) in detektorjem energijske disperzije Sol - X. Kotno območje 2Θ je bilo izbrano od 6 ° do 73 ° z velikostjo koraka 0,04° in 4 s časom zajema signala. Kristalna struktura filma PVDF/MoS2 nanocevke, karakterizirana z rentgensko difrakcijo je predstavljena na SLIKA 1 in potrjuje prisotnost MoS2 v filmu. Vrhovi, ki pripadajo MoS2, so označeni z zvezdico (* ). Drugi vrhovi ustrezajo γ-fazi PVDF. Vrh pri 16,8° ustreza podvojeni osnovni celici γ - faze PVDF.
Homogena porazdelitev nanocevk MoS2 v PVDF, ki vsebuje 0,5 ut. % nanocevk MoS2, je prikazana na optičnem mikroskopskem posnetku posnetem v odbojnem načinu na SLIKA2.
Morfologijo nanokompozitov PVDF/M0S2 smo proučevali z vrstičnim elektronskim mikroskopom FE- SEM, Supra 35 VP, Carl Zeiss. Zgornja površina filmov PVDF/M0S2 nanocevke, je bila porozna in sestavljena iz kroglic, kot prikazuje SLIKA3. Nanocevke MoS2 niso vidne, ker so pokrite s PVDF. Spodnja površina filma PVDF/M0S2 nanocevke, pokaže nanocevke MoS2, ki so prekrite s tanjšo plastjo PVDF kot na zgornji površini. Nanocevke MoS2 na spodnji površini so postale vidne, ko smo uporabili višje pospeševalne napetosti v vrstični elektronski preiskavi, kot je prikazano na SLIKA4.
Debeline filmov PVDF in PVDF/MoS2 in površinske hrapavosti so bile izmeijene z Profilometrom (Form Talysurf Series, Taylor - Hobson Ltd ), z resolucijo: v smeri x -,25 pm , v smeri y -1 pm, in v smeri z- 3 nm. Čisti PVDF filmi so bili debeli 18,7 pm ± 1 pm. Filmi PVDF/MoS2, ki so vsebovali 1 ut. % nanocevk MoS2; so bili debeli 22,3 pm ± 1 pm. Filmi PVDF/MoS2, ki so vsebovali 2 ut. % nanocevk MoS2> so bili debeli 30 pm ± 1 pm.
Zgornjo površino čistega PVDF filma in filmov PVDF/MoS2 nanocevke, smo pritrdili na nosilec tribometra z ogljikovim lepilnim trakom. Spodnja površina filmov iz PVDF in PVDF/MoS2 nanocevke, je bila v kontaktu s poliranim nerjavnim jeklom AISI 316. Tome poskuse smo izvedli s pomočjo tribometra CF- 800XS (RDM Test Equipment). Obremenitev na nosilec trenja je bila 223g. Izračunan kontaktni tlak je bil 83 kPa. Drsenje filmov iz PVDF in PVDF/MoS2 nanocevke, po nerjavnem jeklu AISI 316 je bilo v recipročnem načinu. Trenje smo merili samo v smeri naprej. Relativna hitrost je bila 300 mm/min. Vsaka pot je bila dolga 300 mm. Trenje je bilo merjeno pri normalnih sobnih pogojih: relativna vlažnost v območju 43-52 % in v temperaturnem območju: 20-25 0 C. Testi trenja so bili izvedeni v geometriji ravno-na-ravnem za nanokompozitne filme PVDF/MoS2 z 0%, 1 ut. % in 2 ut. % nanocevk MoS2. Rezultati so predstavljeni na SLIKA5. Prisotnost nanocevk MoS2 v PVDF filmov je odpravila pojav vrhov povezanih z utekanjem, ki so značilni za čiste filme PVDF. Prisotnost nanocevk MoS2 je zmanjšala koeficient trenja. Po 40 m drsne razdalje je bil koeficient trenja za kontakt čisti PVDF/AISI 316 0.42; za kontakt PVDF/ 1 ut. % nanocevk MoS2/AISI 316 je bil 0.31 in za kontakt PVDF/2 ut. % nanocevk MoS2/AISI 316 je bil 0.11. 1 ut. % nanocevk MoS2 v PVDF je
zmanjšal trenje za več kot 20 % glede na čisti PVDF. 2 ut. % nanocevk MoS2 v PVDF sta zmanjšala trenje za več kot 70 % .
Rezultati testiranja trenja v geometriji ravno-na-ravnem, grafično predstavljeni na SLIKA5, kažejo, da MoS2 nanocevke dodane PVDF, kot je opisano v izumu, močno zmanjšajo trenje na kontaktu PVDF/ nanocevke MoS2 - AISI316.
PRIMER 2
PVDF smo dodali dimetilformamidu (DMF) v 20 ut. % in ga raztapljali 24 ur z rahlim mehanskim mešanjem. Nato smo homogeno raztopino PVDF/DMF mešali z magnetnim mešalom 15 minut. Potem smo dodali nanocevke MoS2 v 2 ut. % in 16,7 ut. % glede na težo PVDF, v raztopino PVDF/DMF in mešali z magnetnim mešalom dodatnih 15 minut. Nato je bila tako izdelana disperzija sonificirana lh 45' v ultrazvočni kopeli pri 40 kHz in 200 W.
Prevleke PVDF in prevleke na osnovi PVDF/ nanocevke MoS2> so bile pripravljene s kapljanjem raztopine neposredno na diske AISI 316 polirane do aritmetične povprečne hrapavosti Ra 2 mikrometra. Prevleke smo sušili pri 22 °C in pri relativni vlažnosti 50%, dokler niso dosegli konstantne mase.
Tako narejene prevleke iz čistega PVDF na diskih AISI 316 so bile debele 50 pm. Prevleke PVDF/MoS2, ki so vsebovale 2 ut. % nanocevk MoS2, na diskih AISI 316, so bile debele 50 pm. Prevleke PVDF/MoS2, ki so vsebovale 16,7 ut. % nanocevk MoS2; so bile debele 60 pm.
Testiranje trenja smo opravili s standardno ležajno kroglico s premerom 6 mm, izdelano iz nerjavnega jekla AISI 316, ki je tvorila kontakt s površino premazov iz PVDF in PVDF/ nanocevke MoS2. Aritmetična povprečna površinska hrapavost kroglice Ra je bila 200 nm, obremenitev nanjo je bila 1 N, polmer krožnice je bil 5,2 mm, kontaktni tlak je bil 0,2 MPa in hitrost kroglice glede na disk je bila 1 cm/s.
Rezultati testiranja trenja v geometriji kroglica-na-disku, grafično predstavljeni na SLIKA6, kažejo, da nanocevke MoS2 dodane PVDF, kot je opisano v izumu, zmanjšajo trenje na stiku med kompozitom PVDF/ nanocevke MoS2, in AISI 316. Prevleka iz PVDF/ nanocevke MoS2 z 2 ut. % nanocevk MoS2 je pokazala zmanjšano trenje za 7 % glede na čisto prevleko PVDF. Prevleka iz PVDF/ nanocevke MoS2 z 16,7 ut. % nanocevk MoS2 je pokazala 73 % zmanjšano trenje glede na čisto prevleko PVDF, na prvih 12 m drsenja. Po 12 m drsenja se je koeficient trenja postopoma povečal na 0.43 in počasi približal 0.47 pri 77 m drsenja.
Rezultati preskusov trenja, pridobljeni v geometriji kroglica-na-disku, so pokazali, da nanocevke MoS2 dodane PVDF, kot je opisano v izumu, močno zmanjšajo trenje na stiku med kompozitom PVDF/ nanocevke MoS2, in AISI 316.

Claims (11)

  1. PATENTNI ZAHTEVKI
    1. Fluoro-polimemi nanokompoziti s prilagojenimi tornimi lastnostmi za prilagajanje koeficienta trenja polivinilidenfluorida (PVDF), ki vsebujejo fluorotermoplastični polimerni material, nanomateriale na osnovi nanocevk MoS2 kot dodatek za nizko trenje, in dodatke, kot so zaviralci aglomeracije ali sedimentacije.
  2. 2. Fluoro-polimemi nanokompoziti po zahtevku 1, kjer je fluorotermoplastični material polimer na osnovi polivinilidenfluorida (PVDF).
  3. 3. Fluoro-polimemi nanokompoziti po zahtevku 1, kjer je fluorotermoplastični material kopolimer na osnovi polivinilidenfluorida.
  4. 4. Fluoro-polimemi nanokompoziti po zahtevku 1, kjer je fluorotermoplastični material homogena polimerna zmes, ki vsebuje 99 -5 % polimerov ali kopolimerov na osnovi polivinilidenfluorida.
  5. 5. Fluoro-polimemi nanokompoziti po zahtevku 3, kjer je kopolimer na osnovi polivinilidenfluorida, raztopljen v dimetilformamidu (DMF).
  6. 6. Fluoro-polimemi nanokompoziti po zahtevku 1, kjer so nanocevke MoS2 v nanomaterialih na osnovi nanocevk MoS2, delno razslojene.
  7. 7. Fluoro-polimemi nanokompoziti po zahtevku 6, kjer so nanocevke MoS2 v nanomaterialih na osnovi nanocevk MoS2, popolnoma razslojene.
  8. 8. Fluoro-polimemi nanokompoziti po zahtevku 1, kjer je delež nanomaterialov na osnovi nanocevk MoS2, v območju od 0,1 ut. % do 50 ut. % glede na delež fluorotermoplastičnega polimernega materiala.
  9. 9. Filmi, prevleke in tri-dimenzionalni nanokompoziti izdelani iz fluoro-polimemih nanokompozitov po zahtevku 1.
  10. 10. Filmi, prevleke in tri-dimenzionalni nanokompoziti po zahtevku 9, pripravljeni z nalivanjem raztopine, s procesiranjem prevlek na vrtečih podlagah ali narejenih iz taline.
  11. 11. Filmi in prevleke po zahtevku 9, za uporabo za zmanjšanje trenja.
SI201300282A 2013-09-19 2013-09-19 Fluoro-polimerni nanokompoziti s prilagojenimi tornimi lastnostmi SI24472A (sl)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI201300282A SI24472A (sl) 2013-09-19 2013-09-19 Fluoro-polimerni nanokompoziti s prilagojenimi tornimi lastnostmi
PCT/SI2014/000052 WO2015041612A1 (en) 2013-09-19 2014-09-19 Method for adjusting the friction coefficient of polyvinylidene fluoride (pvdf)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI201300282A SI24472A (sl) 2013-09-19 2013-09-19 Fluoro-polimerni nanokompoziti s prilagojenimi tornimi lastnostmi

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SI24472A true SI24472A (sl) 2015-03-31

Family

ID=52007253

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SI201300282A SI24472A (sl) 2013-09-19 2013-09-19 Fluoro-polimerni nanokompoziti s prilagojenimi tornimi lastnostmi

Country Status (2)

Country Link
SI (1) SI24472A (sl)
WO (1) WO2015041612A1 (sl)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105185901B (zh) * 2015-08-06 2017-11-14 天津理工大学 一种基于二硫化钼的复合阻变存储器件及其制备方法
US11221039B2 (en) * 2017-01-09 2022-01-11 Hamilton Sundstrand Corporation Bearing assembly with surface layer

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3815264A1 (de) 1988-05-05 1989-11-16 Kolbenschmidt Ag Werkstoff fuer verbundlager und verfahren zu seiner herstellung
DE19524968A1 (de) 1995-07-08 1997-01-16 Glyco Metall Werke Gleitlagerwerkstoff und dessen Verwendung
DE19603353A1 (de) 1996-01-31 1997-08-07 Glyco Metall Werke Schichtwerkstoff für Gleitelemente, Verwendung und Verfahren zu seiner Herstellung
EP0841043A3 (de) 1996-11-06 2000-04-12 Otto Bock Orthopädische Industrie Besitz- und Verwaltungs-Kommanditgesellschaft Orthopädische Klemmverbindung
US20060233692A1 (en) 2004-04-26 2006-10-19 Mainstream Engineering Corp. Nanotube/metal substrate composites and methods for producing such composites
US8322754B2 (en) 2006-12-01 2012-12-04 Tenaris Connections Limited Nanocomposite coatings for threaded connections
WO2008121081A2 (en) 2007-03-30 2008-10-09 Institut 'jozef Stefan' A process for the synthesis of nanotubes and fullerene-like nanostructures of transition metals dichalcogenides, quasi one-dimensional structures of transition metals and oxides of transition metals
US20080248201A1 (en) 2007-04-06 2008-10-09 Naturalnano Research, Inc. Polymeric coatings including nanoparticle filler
US20080249221A1 (en) 2007-04-06 2008-10-09 Naturalnano Research, Inc. Polymeric adhesive including nanoparticle filler
US20110045309A1 (en) 2008-03-13 2011-02-24 Ewald Doerken Ag Method for adjusting the friction coefficient of a metallic workpiece

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015041612A1 (en) 2015-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ratoi et al. Mechanism of action of WS 2 lubricant nanoadditives in high-pressure contacts
Wu et al. CuO nanosheets produced in graphene oxide solution: An excellent anti-wear additive for self-lubricating polymer composites
Hou et al. Microstructures and tribological properties of PEEK-based nanocomposite coatings incorporating inorganic fullerene-like nanoparticles
CN112830461B (zh) 一种润滑剂用紫磷纳米片及其制备方法与应用
Sorrentino et al. Nanosheets of MoS2‐oleylamine as hybrid filler for self‐lubricating polymer composites: thermal, tribological, and mechanical properties
Kumari et al. Octadecanethiol-grafted molybdenum disulfide nanosheets as oil-dispersible additive for reduction of friction and wear
Azam et al. A novel organoclay reinforced UHMWPE nanocomposite coating for tribological applications
Corni et al. Electrophoretic deposition of PEEK-nano alumina composite coatings on stainless steel
BRPI0917387B1 (pt) membro deslizante com múltiplas camadas e guia de cremalheira em aparelho de direção tipo engrenagem de cremalheira para automóveis que utiliza o mesmo
Shen et al. Cathodic electrophoretic deposition of magnesium nitrate modified graphene coating as a macro-scale solid lubricant
Ouyang et al. Fabrication and high-temperature tribological properties of self-lubricating NiCr–BaMoO4 composites
Zhang et al. MoS2 lubricating film meets supramolecular gel: a novel composite lubricating system for space applications
De Riccardis et al. Study of polymer particles suspensions for electrophoretic deposition
US11926803B2 (en) Solid lubricant and method of making the same
Zhang et al. Tribological performance of CuS–ZnO nanocomposite film: The effect of CuS doping
Yang et al. Fabrication of self-healing and hydrophilic coatings from liquid-like graphene@ SiO2 hybrids
SI24472A (sl) Fluoro-polimerni nanokompoziti s prilagojenimi tornimi lastnostmi
Xu et al. The effect of Si content on the structure and tribological performance of MoS2/Si coatings
JP2020513298A (ja) コーティング方法およびその製品
Moskalewicz et al. Improvement of the Ti-6Al-4V Alloy’s tribological properties and electrochemical corrosion resistance by nanocomposite TiN/PEEK708 coatings
Moskalewicz et al. Effect of the processing and heat treatment route on the microstructure of MoS2/polyetheretherketone coatings obtained by electrophoretic deposition
Hu et al. In-situ research on formation mechanisms of transfer films of a Polyimide-MoS2 composite in vacuum
Khoda et al. Dip coating from density mismatching mixture
US10439214B2 (en) Coated lithium-nickel composite oxide particles and method for producing coated lithium-nickel composite oxide particles
Peng et al. Strain‐Induced Surface Micro/Nanosphere Structure: A New Technique to Design Mechanically Robust Superhydrophobic Surfaces with Rose Petal‐Like Morphology

Legal Events

Date Code Title Description
OO00 Grant of patent

Effective date: 20150409

KO00 Lapse of patent

Effective date: 20200723