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基本信息
- 項目名稱：
- 水基分散納米石墨親水改性及切削液制備研究
- 小類：
- 能源化工
- 簡介：
- 著眼于納米石墨的親水改性，旨在組方一種含有納米石墨添加劑的水基切削液，以發(fā)揮納米石墨的超潤滑特性，彌補目前水基切削液冷卻效果好，但潤滑效果不佳的缺陷。試驗先對納米石墨進(jìn)行親水改性，然后將改性成功的納米石墨液作為切削液添加劑加入到市售切削液中，對改性效果及切削液潤滑性能進(jìn)行了系列表征，效果良好。
- 詳細(xì)介紹：
- 納米石墨是一種近年來研究較多的無機非金屬納米材料, 它一方面具有普通石墨優(yōu)良的自潤滑性和化學(xué)穩(wěn)定性,另一方面還具有納米材料的體積效應(yīng)、表面界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等，因而在潤滑領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，尤其是在超高溫及邊界潤滑等條件苛刻的情況下，具有明顯優(yōu)勢。但石墨的非親水性極大地限制了其應(yīng)用于水基潤滑添加劑中的研究與開發(fā)。切削液是金屬加工潤滑劑中需求量最大的品種，廣泛應(yīng)用于機械制造領(lǐng)域。按產(chǎn)品形態(tài)劃分，切削液可分為油基與水基兩大類。水基切削液具有優(yōu)良的冷卻、清洗和防銹性能,且成本較低,無污染,符合可持續(xù)發(fā)展的社會要求。因此水基切削液越來越受到人們重視，但存在潤滑性能差的不足，限制了水基切削液的廣泛應(yīng)用。 本文作者著眼于納米石墨的親水改性，采用自由基乳液聚合方法利用丙烯酸甲酯對納米石墨進(jìn)行水基分散試驗，對工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，并將改性后的納米石墨分散液作為添加劑加入水基切削液中，從而提高水基切削液的潤滑效果，彌補目前水基切削液冷卻效果好、潤滑效果不佳的缺陷。對改性后的納米石墨乳液進(jìn)行了紫外、電子掃描電鏡等表征，對切削液進(jìn)行了四球機、表面張力等表征，效果良好。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 著眼于納米石墨的親水改性，旨在組方一種含有納米石墨添加劑的水基切削液，以發(fā)揮納米石墨的超潤滑特性，彌補目前水基切削液冷卻效果好，但潤滑效果不佳的缺陷。實驗利用乳液聚合方法通過丙烯酸甲酯以及一些表面活性劑對納米石墨進(jìn)行包覆改性，實現(xiàn)其水基穩(wěn)定分散，并通過與切削液組分復(fù)配，組方新型水基切削液。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處
- 1．石墨的非親水性極大地限制了其應(yīng)用于水基潤滑添加劑中的研究與開發(fā)，實驗利用乳液聚合的改性方式，使納米石墨實現(xiàn)其水基穩(wěn)定分散，極具新穎性且效果良好； 2．發(fā)揮石墨的超潤滑特性，用于制備水基切削液，解決目前水基切削液冷卻效果好而潤滑效果不佳的不足，具有創(chuàng)新性； 3．進(jìn)行紫外測定吸光度、電鏡分析微觀形貌、四球摩擦實驗考查摩擦系數(shù)及表面張力測定等表征手段，獲得相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 1. 實現(xiàn)納米石墨的水基分散，極大的擴大了石墨的應(yīng)用范圍，有利于充分發(fā)揮石墨高潤滑、超穩(wěn)定的特性； 2. 將改性后的納米石墨分散液作為添加劑加入到水基切削液中，提高了其潤滑效果，為水基切削液的改良提供了指導(dǎo)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 本文著眼于納米石墨的親水改性及組方新型水基切削液，采用自由基乳液聚合方法合成了納米石墨/聚丙烯酸甲酯復(fù)合乳液，并將該復(fù)合乳液作為添加劑加入到經(jīng)稀釋后的市售水基切削液中，以提高水基切削液的潤滑性能。運用紫外及可見光分光光度計和掃描電子顯微鏡（SEM）等手段對乳液進(jìn)行了表征，結(jié)果表明：運用丙烯酸甲酯對納米石墨進(jìn)行聚合包覆的改性方法初步實現(xiàn)了納米石墨在水基液中的穩(wěn)定分散，并確定最佳聚合條件為：5 h，70℃。采用四球摩擦磨損試驗機和表面張力儀對復(fù)合乳液及復(fù)合切削液的潤滑性能進(jìn)行了評估，結(jié)果表明：改性后的納米石墨液表面張力減小、潤濕性增強，同時添加納米石墨的切削液的摩擦系數(shù)降低、磨斑直徑變小、PB值增大，水基切削液的潤滑性能獲得明顯改善。
獲獎情況
- 1. 相關(guān)文章《納米石墨/聚丙烯酸甲酯復(fù)合乳液的合成工藝研究》，已被《化工新型材料》雜志錄用，并將于2011年第7期刊登； 2. 相關(guān)文章《納米石墨在液態(tài)介質(zhì)中分散行為的研究進(jìn)展》，已于2010年1月發(fā)表在《化工時刊》第24卷第1期； 3. 相關(guān)專利《一種納米石墨水基切削液添加劑及其制備方法》，已于2011年3月28日申請發(fā)明專利，申請?zhí)枮?01110075068.2
鑒定結(jié)果
- 在清華大學(xué)摩擦學(xué)國家重點實驗室進(jìn)行了四球機及表面張力試驗，獲得相關(guān)數(shù)據(jù)并得到一份清華大學(xué)認(rèn)可的試驗報告單。
參考文獻(xiàn)
- [1]黃友艷,伍明華.納米石墨的制備、應(yīng)用和表面修飾研究進(jìn)展[J].化工時刊, 2006,20(8):48～53. [2](日)一瀨升,尾崎義治.趙修建,張聯(lián)盟譯.超微顆粒導(dǎo)論[M].武漢:武漢工業(yè)大學(xué)出版社,1991:5～18. [3]Tarasov S,KolubaevA,Belyaev S. Study of friction reduction by nanocopper additives to motor oil[J].Wear,2002,252:63～69. [4]官文超,劉益鋒,黃明星.納米石墨/聚丙烯酸乙酯復(fù)合乳液的合成及其潤滑性能研究[J].潤滑與密封,2005(3):9～10. [5]張二水.切削液的技術(shù)進(jìn)步及發(fā)展趨勢[J].石油商技,2009,27(1):28～33. [6]趙小艷,何清玉.合成水基切削液的研制[J].合成潤滑材料,2010,37(1):6～8. [7]陳強,王宗廷,劉煜等.納米石墨在液態(tài)介質(zhì)中分散行為的研究進(jìn)展[J].化工時刊, 2010,24(1):62～65.
同類課題研究水平概述
- 1、納米石墨親水改性的研究進(jìn)展 水是常用的分散介質(zhì),要充分發(fā)揮納米石墨的功用離不開水。而石墨為非極性的固體物質(zhì),具有天然疏水性。圍繞這一主題人們進(jìn)行了不懈的探索。 張慧娟等以水、乙醇以及乙醇-水溶液等極性液體為分散介質(zhì),研究了pH值、分散介質(zhì)、分散劑對納米石墨分散性能的影響。結(jié)果表明,在pH值為10～11時,體系的Zeta電位絕對值最大,此時體系最穩(wěn)定。陳云等采用沉降法研究了微細(xì)鱗片石墨在水介質(zhì)中的分散行為。研究結(jié)果表明:傳統(tǒng)表面活性劑對微細(xì)鱗片石墨分散效果不佳,加入分散劑使顆粒表面Zeta電位絕對值變大,提高了懸浮液的穩(wěn)定性。 綜上可知,用于納米石墨親水改性的比較好的分散劑有羥甲基纖維素鈉、聚丙烯酸鈉等,但以上方法存在一個共同問題就是不能保證石墨在水基中的長期穩(wěn)定分散，表面活性劑不能穩(wěn)定發(fā)揮作用，沒有從根本上改變石墨的表面性質(zhì)，實現(xiàn)其水基穩(wěn)定分散。 2、切削液的研究現(xiàn)狀 切削液是指用于金屬切削加工的冷卻潤滑液。其作為機械加工重要的配套材料, 是大多數(shù)加工中不可缺少的生產(chǎn)要素之一, 主要通過冷卻、潤滑、清洗和防銹等作用, 改善工件表面質(zhì)量, 提高加工精度, 延長刀具壽命, 提高工件表面的防蝕能力。切削液是金屬加工潤滑劑中需求量最大的品種，廣泛應(yīng)用于機械制造領(lǐng)域。按產(chǎn)品形態(tài)劃分，切削液可分為油基與水基兩大類。水基金屬切削液于上世紀(jì)40 年代問世, 由于其具有油基液難以比擬的冷卻特性及低廉的成本而得到了迅速發(fā)展。 水基金屬切削液在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)走過了從乳化液向合成液、再向微乳化液發(fā)展的過程。微乳化液已得到了前所未有的發(fā)展和應(yīng)用。在我國, 切削液目前仍以乳化液為主, 機械行業(yè)在上世紀(jì)80 年代出現(xiàn)了研制生產(chǎn)和應(yīng)用合成液的熱潮, 從90 年代才比較普遍地注重微乳化液的研制和應(yīng)用。因起步較晚, 微乳化液性能沒有國外的優(yōu)異。近年來, 隨著人們環(huán)保及職業(yè)安全意識的增強, 各國出臺了一系列法規(guī)、條例對化學(xué)液的使用進(jìn)行規(guī)范和限制, 迫使綠色切削液成為水基金屬切削液發(fā)展的必然趨勢。 目前，水基切削液存在冷卻效果好、潤滑效果不佳的缺陷，因此，如何提高水基切削液的潤滑能力成為水基切削液發(fā)展的瓶頸。本作品就是基于這一點，利用石墨的超潤滑特性對水基切削液進(jìn)行改善，圍繞提高水基切削液潤滑效果做出了探索。
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