纳米高岭土在润滑添加剂领域的应用
2020-12-18 17:42:23
一、天然矿物作为润滑添加剂的优点
采用无机固体纳米粒子作为润滑添加剂改善润滑油抗摩擦性能已经成为一种新兴的现代技术手段，具有良好的应用前景。工业上除了采用合成的无机纳米颗粒外，还精加工一些天然矿物颗粒，如蛇纹石、膨润土、凹凸棒土、云母、叶腊石和石墨等也用作润滑添加剂，降低滑动副和滚动副机械表面的摩擦和磨损。上述天然矿物均为典型的层状硅酸盐矿物，与化学方法制备的纳米颗粒添加剂相比，具有以下特点：
1、有害元素含量低，不污染环境。制备工艺简单，加工成本低。
2、与某些贵金属添加剂相比，自然资源丰富、价格低廉。
3、微观的层状结构和细小的颗粒尺寸有利于颗粒在摩擦工件表面的粘附、覆盖和抗摩擦自修复膜形成，阻止摩擦工件的直接接触，降低摩擦、减少磨损。
作为一种典型的硅酸盐矿物，高岭土已经应用于造纸、水泥、陶瓷原料、橡胶填料等行业。目前将其作为润滑添加剂方面的研究，前期多以与有机添加剂混合应用或者处于微米级颗粒应用为主。随着纳米材料技术的兴起，纳米高岭土作为润滑添加剂性能、成本优势逐渐显现。
二、纳米高岭土的抗摩擦机理
当润滑油中添加纳米高岭土时，在纳米颗粒尺寸效应和颗粒表面有机链的作用下粘附在摩擦副表面，并填充在摩擦副表面的沟壑和裂缝中，对摩擦副表面进行有效修复；在持续、激烈的摩擦引起的瞬间高温高压环境和高速旋转产生的剪切力作用下，高岭土纳米颗粒与摩擦副表面发生摩擦化学反应；最后在摩擦副表面上生成一层或多层富含Fe、Si、Al、C、O等元素化合物的动态摩擦保护自修复膜，阻止摩擦副直接接触，从而降低摩擦、减小磨损，提高摩擦副的抗摩擦性能。
与一些片状的固体润滑剂一样（例如石墨、二硫化钼等），纳米高岭土在摩擦过程中容易碎裂形成更下的薄片。随着摩擦的持续，颗粒越来越小，是的高岭土颗粒更容易填充在摩擦副表面的沟壑和裂缝中对摩擦表面进行更为有效的修复。另外，随着纳米颗粒的破碎，颗粒薄片表面出现大量不饱和键，如Si-O、Si-O-Si等，不仅更有利于细小颗粒在摩擦面的粘附，也增大了O2的释放能力，促进摩擦副表面上摩擦化学反应的发生，加快自修复膜的生成速度，从而改善摩擦副的抗摩擦性能。
小结：我国拥有丰富的高岭土资源，高岭土矿产资源排名世界前列，已探明267处矿产地，探明储量29.10亿吨。由于我国对矿产资源利用管理不够完善，高岭土加工行业同其它非矿资源行业一样存在无序竞争，众多企业拼价格导致的资源贬值问题很严重。如何寻求技术上的突破，将高岭土资源运用到高端领域，增加附加值是一个非常值得探讨的课题。相信，纳米高岭土在润滑添加剂的应用会成为这个大课题中的一项重要分支。当前，我国在高岭土加工设备、高岭土改性技术等领域都取得了长足的进步。高岭土粉体物性检测、化学分析检测等高端仪器设备企业也日渐成长。相信这些进步都将为高岭土深加工行业的发展提供有效的支持。
( ：敬之)