CN101469288A

CN101469288A - 一种开式齿轮润滑剂组合物

Info

Publication number: CN101469288A
Application number: CN 200710078092
Authority: CN
Inventors: 王晓波; 赵改青; 张明; 刘维民
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 2007-12-25
Filing date: 2007-12-25
Publication date: 2009-07-01

Abstract

本发明公开了一种开式齿轮润滑剂组合物，包括如下组分和重量百分含量：纳米碳酸钙3～35％，稠化剂2～20％，防锈剂0.01～2％，余量为基础油。本发明采用纳米碳酸钙替代传统的含硫、磷有机化合物极压抗磨剂及石墨、二硫化钼等黑色固体润滑剂，不仅提高了润滑剂的极压抗磨性能，并使得润滑剂颜色浅、无毒无味、环境友好。本发明与传统产品相比具有润滑性能优异、浅色、无味、环境友好等特点，并可广泛用于开式齿轮传动机构的润滑。

Description

一种开式齿轮润滑剂组合物

技术领域

本发明涉及一种润滑剂组合物，特别是涉及一种用于开式齿轮传动系统的润滑剂组合物。

背景技术

开式齿轮与半封闭式齿轮是一种自工业革命以来就被广泛使用的传动装置，其适用于大载荷或长期在恶劣的、有冲击负荷的工况条件。由于具有经济、机械设计灵活等特点，其普遍应用于水泥、冶金和矿业等行业中特大型的旋转设备上，如磨碎机、回转窑、矿山电铲等。大型开式齿轮传动装置通常传递巨大的动力，其长寿命安全运行不仅取决于齿轮的设计及所使用的材料，更多的依赖于正确的装配、高效的润滑维护及优质的润滑剂。据统计：除了由于设计、制造、安装、操作和维护不当之外，齿轮损坏有近20％是由于润滑不良和润滑失效造成的。开式齿轮润滑剂是用于在暴露条件下运转齿轮的润滑，并延长其使用寿命。开式齿轮的齿面加工精度相对较低，粗糙度大，且大小齿轮是分别支撑，装配过程难于保证其平行度与中心距，加之其多在低速、重载和连续运转的运行状态下工作，这些因素都会给齿轮的咬合和接触带来不利的影响，从而对用于开式齿轮润滑的润滑剂提出了较高的要求。一个好的开式齿轮润滑剂应具有优异的减摩、抗磨、抗点蚀、抗极压性能以保护齿面不发生磨蚀。同时，开式齿轮工作于暴露场合，其所用的润滑剂直接与操作环境密切接触。随着人们对工作条件及环境保护要求的提高，对开式齿轮润滑剂的低毒、无味、环境友好特性也有越来越高的要求。

常见的开式齿轮润滑剂的产品主要有：沥青质开式齿轮油、精炼矿物油、润滑脂、合成型开式齿轮油/脂、胶粘润滑剂等。

沥青质及其溶剂稀释型的开式齿轮油是开式齿轮油中的传统油品，以沥青质为基础，添加一定的功能添加剂，使用前加热软化或加一些挥发性溶剂，使用时喷上或涂上，溶剂挥发后，即有一层塑性橡胶覆盖在齿面上，能阻止磨损、灰尘和水的损害。如申请号为93115761.7的发明公开了一种开式齿轮用磁性块状润滑油的配方及其制造方法，其特点是以沥青、机械油和二硫化钼粉末作为主要润滑剂，还添加磁性载体四氧化三铁、降凝剂、粘合剂环氧树酯、滑石粉等添加剂；申请号为200410049765.0的发明本发明公开了一种开式齿轮油组合物，其以石油沥青为基础油料与粘附剂、极压抗磨剂、重烷基苯溶剂和包括含氯甲烷、含氯乙烷和含氯乙烯在内的2#溶剂，经混合制得稀释型开式齿轮油，或不加入2#溶剂，制得普通开式齿轮油。上述含有沥青质的齿轮润滑剂通常含有一定量挥发性的溶剂，对设备操作人员及周围环境会造成严重影响，因而其在今后的使用会受到越来越多的限制。此外，沥青质润滑剂还存粘温性能较差，抗污染能力差、极易混进杂质而且污染颗粒极难沉降，难于更换等严重问题。

以高粘度矿物油、合成油等作为基础油，加入极压抗磨剂及其它添加剂而制成的开式齿轮油近年来也得到了广泛的应用。申请号为200510117587.5和200510117588.X的发明公开了一种新型开式齿轮油组合物，其组成主要为高分子聚合物类增粘剂，有机硫磷钼类油性剂，有机硫磷类极压抗磨剂。申请号为200610134612.5的发明公开了一种开式齿轮油组合物，其组成主要为合成基础油、聚合植物油、辅助增粘剂、极压剂、防锈剂。这类开式齿轮润滑剂的缺点是难以形成高粘度且粘温性优良的产品，而粘度不够高易造成润滑不良，漏油和严重飞溅、造成环境污染和浪费。同时，为保证油品的极压抗磨性，需加入大剂量的高性能极压抗磨剂，当前高效极压抗磨剂产品主要为硫化异丁烯、磷酸酯等有毒、有味的化学品，造成设备周围空间的空气及环境污染。

此外，润滑脂也作为开式齿轮润滑剂而应用。申请号为200610134611.0的发明公开了一种开式齿轮脂组合物，其基础油为高粘度合成油，稠化剂是复合磺酸钙，辅以极压剂、抗氧剂，稀释剂等组成。

众所周知，润滑油和润滑脂主要由基础油和添加剂组成。基础油是润滑油脂的主体，决定润滑油脂的流变特性，而添加剂是润滑油脂的精华，可对润滑油脂的性能进行大副度的提升，如加入性能优良的极压抗磨剂可以极大地提高油品的摩擦学性能。一个好的开式齿轮润滑剂应具有优异的减摩、抗磨、抗点蚀、抗极压性能以保护齿轮而不发生磨蚀，同时应具备环境友好的特征，而现有已公开技术与产品难以满足这些要求。

发明内容

本发明的目的在于克服了上述不足而提供一种开式齿轮润滑剂组合物，组合物在保证油品低挥发、低毒、无味的前提下实现油品的高极压抗磨性能。

一种开式齿轮润滑剂组合物，包括如下组分和含量，其中含量以重量百分数计：

纳米碳酸钙：3～35

稠化剂： 2～20

防锈剂： 0.01～2

基础油：余量

所述的稠化剂选自锂皂、复合锂皂、铝皂、复合铝皂以及有机膨润土中的一种；所述的防锈剂选自十二烯基丁二酸、石油磺酸盐、二壬基萘磺酸盐中的一种或两种以上的混合物。

所述的纳米碳酸钙，是指粒径为5～300纳米的碳酸钙颗粒，优选粒径为5～150纳米，表面经过有机物处理的纳米碳酸钙。众所周知，纳米碳酸钙是一种无味、无环境毒性、白色、价格低廉的粉体，广泛用作塑料、橡胶、涂料、纸制品等增强、增白的功能填料，而我们的研究发现，将纳米碳酸钙引入开式齿轮润滑剂的组成体系中将极大的提高开式齿轮润滑剂的极压、抗磨性能。与传统性能优异的含硫有机物(如硫化异丁烯)、含磷有机物(磷酸酯、膦酸酯、硫代磷酸酯等)极压抗磨剂相比，纳米碳酸钙具有无毒、无味、性能优异的特点。石墨、二硫化钼也常用于开式齿轮润滑剂配方中，但其颜色为黑色，非常容易污染操作环境，本发明所采用的纳米碳酸钙为白色，可克服这一缺点。

所述的稠化剂，是指锂皂、复合锂皂、铝皂、复合铝皂、有机膨润土中的一种。上述物质的作用是将基础油由牛顿型流体转变为具有一定非牛顿型流体特征的半流体润滑剂，以使本发明的开式齿轮润滑剂组合物可以有效附着于开式齿轮表面而不易流失。上述稠化剂须通过恰当的方法加入体系，才能实现良好的稠化效果，已有大量关于使用上述稠化剂稠化基础油的公开及成熟技术，因此有关此稠化剂的加入方法在此不再叙述。

所述的防锈剂是指十二烯基丁二酸、石油磺酸盐、二壬基萘磺酸盐中的一种或两种以上的混合物。上述物质的作用是使本发明的开式齿轮润滑剂组合物具有防锈性能。

所述的基础油可选用100℃运动粘度为5～300mm²/s的矿物油、精制矿物油、聚a烯烃、双酯、多元醇酯、聚醚、磷酸酯等合成基础油中的一种，优选精制矿物油或聚a烯烃。对于传统的开式齿轮油，通常需要高粘度的基础油以保证油品的润滑性能，而高粘度基础油价格昂贵，同时低温性能差、使用不便、传动效率低。本发明采用了稠化剂组份将开式齿轮润滑剂组合物由牛顿型流体转变为具有一定非牛顿型流体特征的半流体润滑剂，从而可采用相对低粘度的基础油。同时由于纳米碳酸钙组份的引入，即使采用较低粘度的基础油，也可实现高的极压抗磨性。本发明述的基础油100℃运动粘度优选15～40mm²/s。

本发明开式齿轮油具有如下优点；1)低温流动性好，摩擦系数小，传动效率高；2)浅色、清洁、无味、无毒，环境友好；3)优异的极压抗磨性，可有效防止齿轮过度磨损、擦伤、点蚀；4)适应性广，改变增粘剂的含量，可分别适应喷射和涂刷的要求。

在水泥厂水泥磨、回转窑等设备的开式齿轮机械的实际使用表明，本发明完全满足了设备的使用要求，表现为低温泵送性好；优良的粘附性；优异的极压抗磨性能；齿轮磨损状态正常；齿面温度正常。

具体实施方式

下面通过具体实施例详加说明，以便更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及性能。

实施例1

开式齿轮润滑剂组合物包括：纳米碳酸钙15％，稠化剂6％，防锈剂0.5％，余量为基础油。其中纳米碳酸钙的平均粒径为78纳米，稠化剂为十二羟基硬脂酸锂，防锈剂为二壬基萘磺酸钡，基础油为100℃运动粘度为38mm²/s的精制矿物油。

其制备过程为：将5.84份有机十二羟基硬脂酸加入到30份基础油中，加热至95℃溶解，将0.81份一水合氢氧化锂溶于2份热水中，然后加入到上述含十二羟基硬脂酸的基础油中，于100℃下搅拌皂化反应8小时，再加入20份基础油，升温至130～140℃，脱水充分后升温至210℃，然后加入15份纳米碳酸钙及剩余基础油，降温同时循环剪切，当温度降至100℃以下时加入0.5份二壬基萘磺酸钡，用均质机在50Mpa的压力下均质3遍，降至室温即可得到浅黄色半流体状的开式齿轮润滑剂产品。

为说明本发明的效果，同时提供对比例1的开式齿轮润滑剂组合物，其组成中不含纳米碳酸钙，其它成份及制备过程与实施例1相同。

采用SH/T 0202《润滑脂极压性能测定法(四球机法)》和SH/T 0204《润滑脂极压性能测定法(四球机法)》所规定的测试方法对实施例1和对比例1进行润滑剂能的测试，结果表明，实施例1的最大无卡咬负荷为980牛顿，烧结负荷为8000牛顿，磨斑直径为0.45毫米，而对比例1的最大无卡咬负荷为490牛顿，烧结负荷为1961牛顿，磨斑直径为0.59毫米，试验结果表明实施例1的开式齿轮润滑剂组合物具有更好的摩擦学性能。

实施例2

开式齿轮润滑剂组合物包括：纳米碳酸钙20％，稠化剂4％，防锈剂1.0％，余量为基础油料。其中纳米碳酸钙的平均粒径为120纳米，稠化剂为有机膨润土，防锈剂为十二烯基丁二酸，基础油为100℃运动粘度为40mm²/s的聚a烯烃合成油。

其制备过程为：在室温下将4份有机膨润土、20份纳米碳酸钙加入到75份基础油中，采用高压均质机在50Mpa的压力下均质3遍，以实现有机膨润土与纳米碳酸钙在基础油中的均匀分散，然后加入与有机膨润土等质量的丙酮，充分搅拌，采用高压均质机在50Mpa的压力下均质3遍，即可得到白色半流体状的开式齿轮润滑剂产品。

为说明本发明的效果，同时提供对比例2的开式齿轮润滑剂组合物，其组成中不含纳米碳酸钙，其它成份及制备过程与实施例2相同。

采用SH/T 0202《润滑脂极压性能测定法(四球机法)》和SH/T 0204《润滑脂极压性能测定法(四球机法)》所规定的测试方法对实施例2和对比例2进行润滑剂能的测试，结果表明，实施例2的最大无卡咬负荷为980牛顿，烧结负荷为7250牛顿，磨斑直径为0.48毫米，而对比例2的最大无卡咬负荷为490牛顿，烧结负荷为1961牛顿，磨斑直径为0.66毫米，试验结果表明实施例2的开式齿轮润滑剂组合物具有更好的摩擦学性能。

实施例3

开式齿轮润滑剂组合物包括：纳米碳酸钙18％，稠化剂5％，防锈剂0.5％，余量为基础油料。其中纳米碳酸钙的平均粒径为120纳米，稠化剂为硬脂酸铝皂，防锈剂为二壬基萘磺酸钡，基础油为100℃运动粘度为18mm²/s的合成酯类基础油。

其制备过程为：将1.67份异丙醇铝加入到30份基础油中，加热熔解，然后加入4.67份硬脂酸，加热至95℃～105℃下搅拌皂化反应2小时，再加入1份水，搅拌反应1小时，然后升温至150℃，加入18份纳米碳酸钙及剩余基础油，升温至200℃，然后降温同时循环剪切，当温度降至100℃以下时加0.5份二壬基萘磺酸钡，用均质机在50Mpa的压力下均质3遍，降至室温即可得到白色半流体状的开式齿轮润滑剂产品。

为说明本发明的效果，同时提供对比例3的开式齿轮润滑剂组合物，其组成中不含纳米碳酸钙，其它成份及制备过程与实施例3相同。

采用SH/T 0202《润滑脂极压性能测定法(四球机法)》和SH/T 0204《润滑脂极压性能测定法(四球机法)》所规定的测试方法对实施例3和对比例3进行润滑剂能的测试，结果表明，实施例3的最大无卡咬负荷为931牛顿，烧结负荷为4900牛顿，磨斑直径为0.52毫米，而对比例3的最大无卡咬负荷为490牛顿，烧结负荷为2450牛顿，磨斑直径为0.67毫米，试验结果表明实施例3的开式齿轮润滑剂组合物具有更好的摩擦学性能。

Claims

1、一种开式齿轮润滑剂组合物，包括如下组分和含量，其中含量以重量百分数计：

纳米碳酸钙：3～35

稠化剂：2～20

防锈剂：0.01～2

基础油：余量所述的稠化剂选自锂皂、复合锂皂、铝皂、复合铝皂以及有机膨润土中的一种；所述的防锈剂选自十二烯基丁二酸、石油磺酸盐、二壬基萘磺酸盐中的一种或两种以上的混合物。

2、如权利要求1所述的组合物，其特征在于纳米碳酸钙的粒径为5～300纳米。

3、如权利要求1或2所述的组合物，其特征在于纳米碳酸钙表面经过有机物处理，粒径为5～150纳米。

4、如权利要求1所述的组合物，其特征在于基础油选自100℃运动粘度为5～300mm²/s的矿物油、精制矿物油、聚a烯烃、双酯、多元醇酯、聚醚、磷酸酯中的一种。

5、如权利要求1或4所述的组合物，其特征在于基础油选自精制矿物油或聚a烯烃。