一种二硫化钼/硫化锌杂化润滑添加剂的制备和应用的制作方法

1.本发明涉及一种二硫化钼/硫化锌杂化润滑添加剂的制备和应用，属于纳米材料和固体润滑技术领域。


背景技术：

2.摩擦磨损是造成材料失效，导致资源浪费的主要原因之一。因而发展新的高性能润滑材料，用于降低运动部件的摩擦磨损显得尤为迫切。聚酰亚胺（pi）因其优异的热稳定性、机械性能以及出色的抗溶剂和抗辐射性能，而日益成为工业生产生活中重要的工程材料，被广泛应用于汽车、航天及交通运输等领域。然而，单一组分的pi材料难以满足工程材料对摩擦磨损性能的要求。大量的研究报道表明，对聚酰亚胺进行填充可以有效改善其摩擦学性能，进一步拓宽聚酰亚胺的应用范围。
3.二硫化钼（mos2）作为一种二维层状材料，其层与层之间以微弱的范德华力连接，在受到外力剪切作用时容易产生相对运动和滑移。基于这样的特点，mos2成为一种极其重要的固体润滑添加剂。然而，mos2在摩擦过程中会自发氧化并吸收空气中的水分，从而导致润滑和耐磨寿命的大幅缩短。硫化锌（zns）作为一种用途较为广泛的金属硫化物，在减摩抗磨领域也获得了一定的应用。因此使用二硫化钼/硫化锌杂化体作为pi树脂基体的润滑添加剂，可以发挥二硫化钼的润滑作用和硫化锌的增强作用，实现pi复合材料摩擦学性能的有效增强。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种二硫化钼/硫化锌杂化润滑添加剂的制备方法和应用。
5.一、二硫化钼/硫化锌润滑杂化添加剂的制备以na2moo4、ch4n2s、(ch3cooh)2zn、(nh2)2co和na2s作为前驱体，加入去离子水中搅拌均匀，所得混合溶液转移至水热釜中，在200~230℃下水热反应12~24h；所得产物经过滤、洗涤、干燥，得到二硫化钼/硫化锌（mos2/zns）杂化润滑添加剂。
6.前驱体中，na2moo4在混合溶液中的浓度为0.01~0.04g/ml。
7.na2moo4和ch4n2s的质量比为1: 2；na2moo4和(ch3cooh)2zn的质量比为1:0.2~1:5。通过控制na2moo4和(ch3cooh)2zn的质量比，调整mos2/zns中mos2和zns的质量配比，以获取不同的减磨润滑性能。
8.(ch3cooh)2zn、(nh2)2co和na2s的质量配比定为4: 2: 1。
9.干燥是在45~60℃条件下真空干燥6~12h。
10.图1 为mos
2 (a
‑
c)、zns (d
‑
f)、mos2/zns (g
‑
i) 的扫描电镜形貌。图2为mos
2 (a
‑
b)、zns (c
‑
d)、 mos2/zns (e) 的透射电镜形貌及mos2/zns的高分辨透射电镜照片(f)。图1、2的微观结构显示，上述制备的二硫化钼/硫化锌杂化体结构中，zns纳米颗粒被片状mos2所包覆，可以充分发挥二者的协同增强作用。当二硫化钼/硫化锌杂化体被应用为聚酰亚胺材料润滑添加剂时，zns纳米颗粒可以提高聚酰亚胺基体的承载能力，而mos2可以通过层间
滑移为聚酰亚胺提供润滑作用，二者联合使用有望极大提升聚酰亚胺基体的摩擦学性能。
11.二、聚酰亚胺润滑复合材料的制备采用热压成型工艺制备聚酰亚胺复合材料：将pi粉末与mos2/zns杂化润滑添加剂按一定配比（控制mos2/zns质量分数为0.5~4wt%，优选1.5~2 wt%）球磨混合均匀，然后放入模具中进行热压处理，得到pi/mos2/zns复合材料。
12.热压过程分为三个步骤：（1）初始加热阶段：室温~180
o
c，加热速率为10
o
c/min；（2） 180
o
c~300
o
c阶段，用5mpa压力进行加压和脱气；（3）300
o
c~350
o
c阶段，保持压力10mpa，保温15min。
13.三、二硫化钼/硫化锌润滑添加剂对pi复合材料热性能和摩擦学性能的影响1、热稳定性能测试方法：采用热重分析仪和差示扫描量热仪对pi复合材料的热分解曲线和玻璃化转变温度进行探测。
14.图3为pi及其复合材料的热重曲线和微分热重曲线。由图3中可以看出，pi/mos2/zns的最大热分解温度由纯pi的582
o
c提升至606
o
c，表明mos2/zns的引入可以有效抑制pi树脂基体的分解。
15.图4为pi及其复合材料差示扫描量热曲线。如图4所示，mos2/zns可以显著提高pi树脂基体的玻璃化转变温度。
16.综上所述，mos2/zns杂化体可以有效提升pi树脂基体的热稳定性能和模量，抑制pi树脂基体在摩擦过程中的热软化和降解。
17.2、摩擦磨损性能测试方法：采用mst
‑
3001型摩擦试验机评价聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损性能，并使用xam
‑
800非接触式光学轮廓仪测得聚酰亚胺复合材料的磨损量。
18.图5为pi/mos2/zns复合材料的摩擦系数（a）和磨损率（b）随填料含量的变化曲线。如图5所示，mos2/zns杂化体可以显著降低聚酰亚胺复合材料的摩擦系数和磨损率，这主要源于mos2/zns杂化体对聚酰亚胺复合材料的协同增强效应。在pi/mos2/zns复合材料摩擦过程中，mos2纳米片促进摩擦转移膜的生成，同时zns纳米粒子提升复合材料的承载能力，二者共同促进pi/mos2/zns复合材料摩擦学性能的显著提升。
19.综上所述，本发明制备的二硫化钼/硫化锌润滑添加剂具有以下优势：1、本发明采用一步水热反应完成了二硫化钼/硫化锌杂化体的制备，不使用有机溶剂，具有反应操作简单、条件可控、绿色环保等优点；2、本发明可以通过调整前驱体的比例，有效控制二硫化钼/硫化锌杂化体中二硫化钼和硫化锌的含量，进而控制聚酰亚胺复合材料的减磨润滑性能；3、本发明制备的二硫化钼/硫化锌杂化体作为润滑添加剂引入聚酰亚胺树脂基体中，显著提升了聚酰亚胺树脂材料的摩擦学性能，极大地拓展了聚酰亚胺复合材料在摩擦学领域的应用范围。
附图说明
20.图1 为mos
2 (a
‑
c)、zns (d
‑
f)、mos2/zns (g
‑
i) 的扫描电镜形貌。
21.图2为mos
2 (a
‑
b)、zns (c
‑
d)、 mos2/zns (e) 的透射电镜形貌及mos2/zns的高分
辨透射电镜照片(f)。
22.图3为纯聚酰亚胺及其复合材料的热重曲线 (a) 和微分热重曲线 (b)。
23.图4为纯聚酰亚胺及其复合材料的差示扫描量热曲线。
24.图5为pi/mos2/zns复合材料的摩擦系数 (a) 和磨损率(b) 随填料含量的变化。
具体实施方式
25.下面通过具体实施例对二硫化钼/硫化锌润滑添加剂的制备方法和应用进一步说明。
26.实施例1称取0.6 g na2moo4、1.3 g ch4n2s、0.31 g (ch3cooh)2zn、0.15 g (nh2)2co和0.38 g na2s作为前驱体，加入30 ml去离子水中搅拌均匀，所得混合溶液转移至水热釜中，在215
o
c条件下反应24h；然后将产物过滤、洗涤、干燥（在60
o
c条件下真空干燥12h），得到二硫化钼/硫化锌（mos2/zns）润滑添加剂；将pi粉末与mos2/zns杂化材料按一定配比球磨混合均匀后放入模具中进行热压处理（热压处理工艺同前述），得pi/mos2/zns复合材料。当mos2/zns质量分数为1.5 wt%，pi/mos2/zns复合材料的摩擦系数降低了15.9%，磨损率降低了34.3%。
27.实施例2称取0.6 g na2moo4、1.3 g ch4n2s、0.62 g (ch3cooh)2zn、0.3 g (nh2)2co和0.76 g na2s作为前驱体，加入30 ml去离子水中搅拌均匀，所得混合溶液转移至水热釜中，在215
o
c条件下反应24h；然后将产物过滤、洗涤、干燥（在60
o
c条件下真空干燥12h），得到二硫化钼/硫化锌（mos2/zns）润滑添加剂；将pi粉末与mos2/zns杂化材料按一定配比球磨混合均匀后放入模具中进行热压处理（热压处理工艺同前述），得pi/mos2/zns复合材料。当mos2/zns质量分数为1.5 wt%，pi/mos2/zns复合材料的摩擦系数降低了11.2%, 磨损率降低了26.8%。
28.实施例3称取0.6 g na2moo4、1.3 g ch4n2s、0.93 g (ch3cooh)2zn、0.45 g (nh2)2co和1.14 g na2s作为前驱体，加入50 ml去离子水中搅拌均匀，所得混合溶液转移至水热釜中，在215
o
c条件下反应24h；然后将产物过滤、洗涤、干燥（在60
o
c条件下真空干燥12h），得到二硫化钼/硫化锌（mos2/zns）润滑添加剂；将pi粉末与mos2/zns杂化材料按一定配比球磨混合均匀后放入模具中进行热压处理（热压处理工艺同前述），得pi/mos2/zns复合材料。当mos2/zns质量分数为1.5 wt%，pi/mos2/zns复合材料的摩擦系数降低了12.3%, 磨损率降低了31.7%。
29.实施例4称取0.6 g na2moo4、1.3 g ch4n2s、0.31 g (ch3cooh)2zn、0.15 g (nh2)2co和0.38 g na2s作为前驱体，加入50 ml去离子水中搅拌均匀，所得混合溶液转移至水热釜中，在230
o
c条件下反应24h；然后将产物过滤、洗涤、干燥（在60
o
c条件下真空干燥12h），得到二硫化钼/硫化锌（mos2/zns）润滑添加剂；将pi粉末与mos2/zns杂化材料按一定配比球磨混合均匀后放入模具中进行热压处理（热压处理工艺同前述），得pi/mos2/zns复合材料。当mos2/zns质量分数为1.5 wt%，pi/
mos2/zns复合材料的摩擦系数降低了14.6%磨损率降低了33.4%。