[发明专利]一种石墨烯复合材料的制备方法及其在润滑油中的应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯复合材料的制备方法及其在润滑油中的应用，涉及复合材料技术领域，本发明制备的石墨烯复合材料与润滑油中的烃类基团具有良好的相容性，能够促使石墨烯均匀且稳定地分散于润滑油中，以解决常规石墨烯所存在的分散性差的问题，防止润滑油在制备时或者储存后出现石墨烯沉降的现象；并且可以明显提高润滑油的减摩抗磨性能，优化润滑油的润滑效果，从而有效延长器件的使用寿命。

技术领域：

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种石墨烯复合材料的制备方法及其在润滑油中的应用。

背景技术：

石墨烯，是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。由于只有一层碳原子的厚度，是迄今发现的最薄也是最硬的材料。然而石墨烯由于其层间强烈的分子间范德华力，使其极易发生团聚或者堆叠。此外，由于石墨烯完美的碳六方晶格结构，使其既不能在水中分散，也不能在有机溶剂中分散，严重限制了其使用。

石墨烯润滑油是以润滑油作为载体，石墨烯微粒可以填充于摩擦副的表面损伤部位，对摩擦副起到修补，将金属摩擦替换为石墨烯之间的摩擦，减小摩擦系数，而且石墨烯镶嵌于摩擦副表面，对摩擦副可以起到很好的保护作用，有效延长器件的使用寿命。

基于石墨烯分散性差的问题，本领域通常采用添加分散剂的方式来促进石墨烯在润滑油中的均匀分散，但分散剂多属于表面活性剂，在混合时容易起泡，并且经静置后还是会出现石墨烯沉降的问题，从而影响润滑油的使用性能。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种石墨烯复合材料的制备方法，先通过插层聚合法制备插层改性石墨，再采用研磨剥片机制备石墨烯复合材料，得到的石墨烯复合材料能够均匀且稳定地分散于润滑油中，从而优化润滑油的减摩抗磨性能。

本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

一种石墨烯复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：

(1)将N-羟甲基丙烯酰胺加热至75-80℃保温，待N-羟甲基丙烯酰胺完全熔融后加入三氟丙酸，再滴加浓硫酸，加热反应液，在回流状态下进行反应，反应结束后加水搅拌，过滤沉淀，水洗后烘干，得到单体；

(2)将步骤(1)制备的单体加热至65-70℃保温，待单体完全熔融后加入石墨粉，并在65-70℃下进行超声处理，得到混合料；

(3)向步骤(2)制备的混合料中加入引发剂，加热至105-110℃进行聚合反应，得到插层改性石墨；

(4)向剥片机中加入步骤(3)制备的插层改性石墨，研磨，得到石墨烯复合材料。

所述N-羟甲基丙烯酰胺、三氟丙酸的摩尔比为1-1.05:1。

所述浓硫酸的浓度为98wt％，用量为N-羟甲基丙烯酰胺和三氟丙酸总量的2-5wt％。

上述单体的反应方程式如下：

N-羟甲基丙烯酰胺与三氟丙酸发生酯化反应，其中浓硫酸作为脱水剂，促进酯化反应的正向进行。

所述单体、石墨粉的质量比为5-15:10-30。

所述超声处理的超声频率为20KHz，超声功率为300-900W。

所述引发剂的用量为单体用量的2-5wt％。

所述引发剂为过氧化二异丙苯。

上述单体在引发剂作用下发生聚合反应，反应方程式如下：

n为20-200的自然数。