基于多官能团大分子构筑的高温润滑剂的设计、制备与使役行为研究

With rapid advances in aircrafts, seafaring and heavy industry, etc., the demand for the lubricating material to operate at high temperature conditions is increasing. Therefore, it is of significant value and urgency that developing novel lubricating materials at high temperatures. In this paper, based on the construction of macromolecule with different functional groups, a series of new compounds and materials of poly(ionic liquid)s, ionic liquid and aryl phosphates will be covalently attached to functionalized carbon nanotubes, graphene nanosheets and other carbon nanomaterials.The novel compounds will be studied in the high-temperature lubrication domain. The main work in this project include: Reseach on the law of mutual influence and structure combination of each functional groups of polymer chain, phosphates, ionic liquid, carbon nanotubes, graphene nanosheets etc.; A study of the principle of synthesis technology and route; Research on the fundamental problems about the mechanism of lubrication, the graceful degradation and material invalidation of the high-temperature lubricants under various harsh conditions. This above works will provide new theory and method for the design of high-temperature lubricants, and will creat a performance breakthrough of high-temperature lubricants.

当前日益发展的航空航天业、船舶业以及重型加工业等现代工业机械对高温润滑可靠性愈发严格的要求使得新型高性能高温润滑剂的研究具有重要的价值和紧迫性。本项目拟基于多官能团化学键合制备大分子新材料原理，设计制备结构新颖的多元醇酯、芳基磷酸酯、离子液体与碳纳米管或石墨烯等碳纳米材料的化学键合物等新化合物、新材料并将其应用在高温润滑领域，研究聚合碳链、离子液体、磷酸酯、碳纳米管或石墨烯等典型官能团在化学键合后各种性能相互影响规律及最佳协同作用实现的组合规律；研究其合成工艺原理与路线；研究其作为高温润滑剂在不同工况下(包括不同载荷，剪切力和摩擦副等)的润滑原理、功能退化与材料失效破坏机制等基础性技术问题。项目研究可望取得高温润滑剂设计制备新原理新方法，实现润滑剂高温润滑性能的突破。

航空、舰船、冶金、建材等重要工业及高技术产业装备对高温润滑可靠性愈发严格的要求使得新型高性能高温润滑材料的研究具有重要的价值和紧迫性。本项目基于多官能团化学键合制备大分子新材料原理，设计制备结构新颖的离子液体、芳基磷酸酯与碳纳米管或石墨烯等碳纳米材料的化学键合物等新化合物、新材料并将其应用在高温润滑领域。依据项目任务书，本项目完成了以下几方面的研究目标。1）针对离子液体作为高温润滑剂的研究背景，通过原位制备离子液体新方法，开展双三氟甲璜酰亚胺锂（LITFSI）与多元醇酯类油、蓖麻油等按照不同摩尔比混合溶解制备离子液体润滑剂。采用核磁共振谱法等多种分析手段对其结构进行鉴定。研究离子液体在高温下的减摩抗磨特性。上述研究结果表明原位生成离子液体的热稳定性显著提升，在高温150-300 oC能够大幅度降低钢/钢摩擦副的摩擦系数和磨损量，表现出优异的高温润滑特性；2）针对作为高温润滑剂的研究背景，开展多元醇酯、芳基磷酸酯与氧化石墨烯或碳纳米管等通过化学键合形成的大分子多官能团化合物的相关工作。采用各种光谱和能谱法对键合物的结构进行鉴定；研究所制备材料的物理化学性能及高温润滑性能。研究结果表明通过在氧化石墨烯和碳纳米管表面修饰树状聚合物磷酸酯，所制备的碳纳米键合物可以在聚醚基础油中形成非常稳定的分散体系，并且在升高温度时（100-150 oC）显著降低基础油的摩擦系数和磨损量；3）针对传统固体润滑材料MoS2和WS2热稳定性和润滑性良好但在液体润滑剂中难于分散的背景，通过设计制备表面修饰MoS2纳米材料或者降低它们的颗粒尺寸用于增强固体颗粒在润滑介质中的分散稳定性。研究它们在各种不同摩擦参数下的性能特征及行为规律。测试结果表明，通过上述两种途径制备的MoS2纳米颗粒均可在聚α-烯烃（PAO）润滑油长时间稳定存在，并且具有非常优异的高温减摩抗磨性能。以上项目研究成果为当前高端装备行业亟待解决的高温润滑难题提供基础性研究积累以及相关领域产品开发的技术储备。