[发明专利]一种改性石墨烯复合纳米涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种改性石墨烯复合纳米涂层及其制备方法和应用。该涂层包括：成膜树脂、固化剂、有机溶剂、分散剂、纳米润滑填料。制备方法包括：氧化石墨烯悬浊液配制，改性石墨烯制备，树脂溶液配制，石墨烯复合纳米涂层制备。该改性石墨烯纳米复合涂层具有极高的耐磨性，大大提升了输油管螺纹接头的抗粘扣能力。制备工艺简单，固化快，成本低，施工方便，对环境无污染。

技术领域

本发明属于复合涂料及其制备和应用领域，特别涉及一种改性石墨烯复合纳米涂层及其制备方法和应用。

背景技术

在石油开采作业中，输油管主要负责将原油从地下储油层输送到地表储油设备中，其质量的稳定性与可靠性直接关系到整个开采过程成功与否。输油管主要是通过螺纹相互连接，而在上扣卸扣过程中巨大的扭矩会使螺纹表面产生极高的接触压力，超过螺纹材料的屈服极限，产生塑性形变，导致两个螺纹接触面发生冷焊现象。而螺纹接触面的相对运动又会导致冷焊部位被撕裂，造成螺纹的损伤或失效，这种失效形式一般被称为粘扣失效。粘扣失效是螺纹管的主要失效形式，一旦出现会使输油管密封性降低，最终导致脱扣和漏油等事故的发生。

目前工业上用来改善螺纹粘扣问题的手段主要是对螺纹进行镀铜和磷化处理。这种方法的生产效率低，生产成本高，很难实现大规模生产。除此之外，镀铜和磷化工艺所产生的废液对环境有着很大的危害，不符合绿色生产的观念。因此，如何能够简单高效绿色地提高油套管螺纹的抗粘扣能力，成为了目前一个亟待解决的问题。

纳米有机润滑填料摩擦系数低，在轻载荷下有着很好的减摩的效果，但由于其表面能低，与基体材料的结合力弱，因而导致其耐磨性较差，在较大载荷下磨损率高，因此纳米有机润滑填料需要与其他耐磨材料相互作用，产生协同效果，提升其耐磨性能。

石墨烯是一种片层状结构的二维碳纳米材料，具有一系列优良的物理化学性能，是一种理想的减摩耐磨材料，可以与纳米有机润滑填料产生协同作用，提升涂层的减摩耐磨性能。但是由于石墨烯本身具有较大的比表面积，表面能较高，因此极易在涂层中产生团聚，进而极大地影响了涂层的力学以及摩擦学性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种改性石墨烯复合纳米涂层及其制备方法和应用，以克服现有技术中树脂涂层减摩效果差和耐磨性差的缺陷。

本发明对石墨烯进行了表面改性，并制备了改性石墨烯纳米复合涂层。在不降低涂层减摩性的同时，有效地提升复合涂层的耐磨性，达到保护输油管螺纹头，提高其抗粘扣性能的目的。

本发明的一种改性石墨烯复合纳米涂层，所述涂层按照质量百分比包括：5％～30％成膜树脂、5％～30％固化剂、20％～70％有机溶剂、0.1％～5％分散剂和1％～20％纳米润滑填料。

所述成膜树脂为聚酯树脂、氨基树脂、丙烯酸树脂、聚醛树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂中的一种或任意几种。

所述固化剂为胺类固化剂。

所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲苯、丙酮、正丁醇、甲酸异丁酯、二异丙醚中的一种或几种。

所述纳米润滑填料包括纳米无机润滑填料和纳米有机润滑填料。

所述纳米无机润滑填料为改性石墨烯，其片层厚度为10nm～500nm，粒径为100nm～1μm，质量百分比为0.1％～5％。

所述纳米有机润滑填料为纳米聚四氟乙烯、纳米聚丙烯、纳米聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或任意几种，粒径为10nm～500nm，质量百分比为0.9％～15％。

本发明的一种改性石墨烯复合纳米涂层的制备方法，包括：

(1)将氧化石墨烯用改性剂进行改性和还原，得到改性石墨烯，其中氧化石墨烯与改性剂的比例为10mg～1g:1mL～100mL；