CN101586049A - 大载荷行车导轨干膜润滑剂 - Google Patents

大载荷行车导轨干膜润滑剂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大载荷行车导轨干膜润滑剂，属于单组份室温固化型干膜润滑剂。按重量份计，该干膜润滑剂的主要组成为：改性热塑性丙烯酸酯共聚体30～40份，偶联剂2～6份，纳米Al2O3 0.5～4份，固体润滑剂55～70份，溶剂350～500份，助剂6～8份。本发明提供的干膜润滑剂具有减摩抗磨优良，极压性能好，无腐蚀，使用施工运输安全，符合环保要求，价格较优廉，以及应用广等优点。

Description

大载荷行车导轨干膜润滑剂
技术领域
本发明涉及润滑剂，主要是一种钢铁厂大载荷行车导轨干膜润滑剂。
背景技术
钢铁厂行车起重机担负繁重的吊运任务，起重机吊装轨和其上的车轮工作特点：①大载荷，如轧钢厂冷、热轧机单辊重量有的高达50多吨，为保证产品质量，轧辊经常需要吊运进行维修或更换；②起动、制动频繁；③工况环境恶劣(有的在露天作业)。因此起重机导轨在使用中应按设计要求，定期进行润滑，以减少磨损，延长使用寿命。
以往多采用油脂润滑，由于油膜承载能力小(一般不大于1100N)，在大载荷下，油膜易被挤出，破坏，会很快丧失润滑能力，同时油脂易进入导轨因疲劳破坏形成的裂纹处。在轮压下，能形成很大的压力，引起油楔效应，使裂纹扩展，加速导轨的破坏；再者，油脂容易掉落，不但污染环境，如果掉在钢板上，会出现黑斑，影响钢板的质量；如掉在热轧工艺用的冷却水或乳化液中，会增加冷却水及乳化液处理的困难。
中国专利CN97125641、CN00104432和CN03140835公布的干膜润滑剂，其使用粘接成份为湿气固化型聚氨酯(PU)，只有在湿度大于65％情况下，才能固化成膜，在使用施工上受到一定的限制，使用的溶剂为易燃、易爆的溶剂(如丙酮、二甲苯、环己酮等)，给施工和运输带来安全问题。
中国专利CN95103904公布的常温固化防锈干膜润滑剂，其所用的粘接成份为聚酰胺酰亚胺树脂(PAI)，虽然耐热性好，摩擦学性能优良，但PAI吸水率(4～6％)高，水解性能差，影响其使用寿命，成膜后再升温固化才能发挥其优良的效果，使用的溶剂为二甲基甲酰胺与甲乙酮的混合溶剂，易燃、易爆，同样会带来安全问题。
中国专利CN200510057340公布的轨侧干膜润滑剂，其所用的粘接成份为传统的热塑性丙烯酸酯共聚体，玻璃化温度偏低(25～70℃)，受温度影响大，与基体金属粘接力较差，膜的硬度小，易变形脱落，承载能力小，耐磨性差。此轨侧干膜润滑剂使用的溶剂为1，1，1-三氯乙烷(TCA)，为2010年底禁用的破坏臭氧层物质，三氯乙烯为致癌物质，均不符合环保要求。
中国专利CN93118865公布的大承载干膜润滑剂，其所用的粘接成份为聚芳醚酮和聚苯硫醚，它们均需高温固化。
中国专利CN94116246公布的单组份长效干膜润滑剂，其所用的粘接成份为环氧树脂，同样需高温固化。同时使用的稀释剂(如丙酮、二甲苯、环己酮等)均易燃，易爆。
从以上相关专利看，它们虽然各具有特色，但不能完全满足大型设备、不易高温固化等特殊工况使用环境的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现用油脂润滑技术的不足，提供一种单组份、室温固化和高承载的钢铁厂大载荷行车导轨干膜润滑剂(以下简称RHM干膜润滑剂)，以满足特殊工况使用环境的要求。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明按重量份计，主要组成为：改性热塑性丙烯酸酯共聚体30～40份，偶联剂2～6份，纳米Al2O3 0.5～4份，固体润滑剂55～70份，溶剂350～500份，助剂6～8份。
所述的改性热塑性丙烯酸酯共聚体，玻璃化温度为50～90℃。其所采用的主要单体有甲基丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸二乙基乙酯、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸羟(乙)丙酯、丙烯酰胺、N-羟基丙烯酰胺、(甲基)二丙烯酸乙二醇酯、苯乙烯、醋酸乙烯、丙烯腈、双酚A缩水甘油醚中的一种，或多种。
所述的偶联剂，为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝钛及铝锆复合偶联剂。其中，硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂或环氧基硅烷偶联剂。
所述的固体润滑剂，采用鳞片石墨、MoS2、WS2中的两种组合润滑剂。其中，石墨与MoS2(石墨与WS2)按照重量比为1∶0.5～5∶1组合成固体润滑剂。
所述的纳米Al2O3，其粒径为20～40nm。
所述的溶剂，其主要成分为1-溴丙烷，加入1％稳定剂2，3-丁二酮调配而成。
所述的助剂，为触变防沉剂、极压抗磨剂、抗氧剂、防腐剂中的一种或多种。
所述的触变防沉剂，为聚酰胺蜡。
所述的极压抗磨剂为二烷基二硫代氨基甲酸钼(MOTDC)、二烷基二硫代磷酸锌(EDDPS)、复合硼酸盐(T361B)中的一种或多种。
所述的防腐剂为Sb2O3、LaF3、CeF3中的一种。
所述的抗氧剂，采用抗氧剂264(2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚)。
本发明RHM干膜润滑剂制造工艺包括：原材料检验、称量；树脂的溶胀、溶解及触变防沉剂溶解；纳米Al2O3、偶联剂，固体润滑剂、石墨与其它助剂高速分散，最后经砂磨均分，检验、包装等操作过程。这些工艺，专业人员可根据专业知识及本发明内容而实现。
本发明RHM干膜润滑剂摩擦因数和耐磨性试验是在MM200园盘试验机进行的。MM200两园盘的转速比为9∶10，如果改变两个园盘的直径尺寸，就可以产生不同的滑动与滚动的滑差，通过摩擦扭矩，可计算两个园盘摩擦副之间的摩擦因数。载荷用弹簧施加。下园盘模拟吊装轨，上园盘模拟轨上的滑轮，材料为45号钢，上、下园盘的直径分别为50.mm和46.7mm，形成3％的滑差，下园盘的转速为400转/分。在1500牛顿压力下，相当于1300MPa接触应力。
在试验时，上、下园盘用丙酮洗净、干燥后，将RHM干膜润滑剂涂敷在下园盘上，室温干燥后形成15-30μm一层润滑膜，当摩擦因数为0.25时，停止试验。摩擦因数和园盘运转时间是恒量润滑效果的两个指标。见图1：曲线1为传统热塑性丙烯酸酯共聚体为粘接成份MM200园盘试验；曲线2为改性热塑性丙烯酸酯共聚体为粘接成份MM200园盘试验。
本发明RHM干膜润滑剂，由多次实验，得出以下结论：
1.摩擦因数在0.10～0.25之间变化。
2.在1300MPa接触应力下，能连续运转24分钟，极压性能好，耐久性优良。
3.与传统的热塑性丙烯酸酯共聚体进行实验对比，耐久性可提高1倍。
本润滑剂经小试试验、摩擦试验后，于2008年9月18日至2009年3月18日在武汉钢铁公司下属的兴业钢铁炉料公司货场进行了现场试验，该货场行车最大荷载80吨，日常荷载40-50吨，平均每天作业时间6.5小时，喷涂RHM干膜润滑剂后每隔30天用钢轨型面仪对导轨进行检测，同时用扫描电镜放大十倍观察导轨侧面因磨损形成的凹凸皱折和斑痕形貌，检测完毕再喷涂RHM干膜润滑剂。结果见表1。
从表1所示检测结果可以看出，同使用普通润滑油脂导轨月均侧向磨损0.01mm、纵向月均磨损0.022mm相比较，RHM干膜润滑剂可以减少导轨侧向磨损20％，减少纵向磨损38.6％。从电镜扫描图上可以看出，使用RHM干膜润滑剂后，磨损片不平直，屑片前沿呈犬牙状曲线，说明具有更高的磨损韧度，当磨损掉片时，沿锯齿、犬牙状发展需消耗更多能量，故具有更强的抗磨能力。
本发明提供的RHM干膜润滑剂的主要技术指标列于表2。
本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
其一.所用的树脂为热塑性丙烯酸酯共聚树脂，由于其主链为碳-碳键，具有优良的光热和化学稳定性，作为溶剂型专用涂料得到很大发展，但存在着对基材粘接力较差的问题。作为润滑膜与基材金属粘接力(强度)大小对摩擦学性能，磨损大小及耐磨持久性会产生重要影响。如粘接强度高，膜的硬度大、缺陷少，摩擦因数就小，磨损少，承载能力大，耐腐性好，寿命长。
其二.固体滑润剂选用鳞片石墨、MoS2、WS2，粒径均小于5μm。其中：鳞片石墨除了要求粒径和纯度＞98.5％外，首选平面与棱面面积之比大的品种，在摩擦过程中有利平面取向，降低摩擦因数。石墨与MoS2有协同效应，石墨提供低的摩擦因数，MoS2提供高的抗极压性。WS2作为固体滑润剂优于MoS2，摩擦因数低(0.03-0.05)热稳定性好，在425℃开始氧化(MoS2在325℃开始氧化)，更适合高温、高载荷(极压强度21MPa)、耐腐性等各种苛刻条件的润滑。
其三.所用的溶剂为本发明配制的多功能专用溶剂-RHM溶剂。其特点是：
1.对树脂溶解能力强，溶液透明。
2.沸点：69-80℃，挥发性可调适中，有利膜的形成，膜缺陷少，内应力小。
3.凝固点：-70℃，在寒冷冬季可正常使用。
4.破坏臭氧层系数(ODS)为0.013～0.018，可替代破坏臭氧层的氯代烃(如CFC-113)溶剂。在大气中寿命仅为11-15天。
5.温室效应潜能指数(GWP)低，为CO2的1/10。
6.无闪点，给施工运输带来安全。
7.毒性纸：LD502900mg/Kg。暴露空气容许值(TLV)30ppm。
8.良好的稳定性，在密闭容器中，存储期为二年，对常见金属无腐蚀现象。
9.具有良好的清洗能力，有利于干膜润滑剂再涂覆时，对金属的粘接性。
其四.采用以下三种方法，对热塑性丙烯酸酯共聚体进行改性(以下简称改性树脂)，从而提高了润滑膜的粘接强度。
1.在保持传统热塑性丙烯酸酯共聚体良好性能的基础上，从本体上采用高极性单体直接合成。
高分子涂层与金属的粘接强度，除了分子间作用力外，其化学键往往起着决定作用。如树脂本体具有多官能基因，多反应点，可发生内、外交联，膜交联密度高，硬度高，就能达到提高膜的粘接强度目的。
在共聚单体中选用带羧基(-COOH)的单体，如(甲基)丙烯酸；带羟基的单体，如丙烯酸羟(乙)丙酯；带胺基(-NH2)的单体，如丙烯酰胺；N-羟基丙烯酰胺；带强极性齐聚体，如带环氧基团预聚体，碳胺杂环中间体等。以上原料或共聚体，在市场上可选择使用。
改性树脂的玻璃化温度(Tg)为50-90℃。
2.采用偶联剂提高润滑涂层与基材金属的附着力。这是化学键合的成功应用。
如硅烷偶联剂R′Si(OR)3与金属表面吸附水反应：
R′Si(OR)3+3H2O→R′Si(OH)3+3ROH。
R′Si(OH)3与金属(或无机物)表面发生化学反应，生成有机硅单分子层，以化学键牢固地粘附在基体金属表面；另一端有机反应基因(-R′)与粘接剂涂层发生相互反应。偶联剂把有机润滑膜和基体金属紧密地结合在一起。其结构如图2所示。基体金属表面吸附水是普通存在的，其水和硅烷反应，这样就限制了水对粘接强度的影响。采用钛酸酯偶联剂，铝钛及铝锆复合偶联剂也能起到相似的的效果。
3.采用纳米Al2O3(20-40nm)提高润滑涂层与基材金属的附着力。
纳米Al2O3比表面大(10±5m2/g)，表面能高与树脂中氧起键合作用，结合力强；同时又与基本金属原子间产生很强的离子键力。常作为结构材料的弥散相，以增强基体材料的强度、硬度等性质，当弥散相含量一定时，粒子越小则粒子数越高，而粒子间距小，因此对提高材料的强度也就越有利。
经表面修饰改性的纳米Al2O3，能均匀地分散在润滑膜中，即使树脂磨损，也能在金属表面富集完整的润滑膜，虽然摩擦因数有所增加(控制在0.25以下)，但纳米Al2O3的硬质量，可大大提高润滑膜的耐磨性和抗极压性。
其五.应用广。可广泛应用于机械制造中的液压、气动、制动、传动、紧固件等系统，还可用于火车、轻轨的轨道润滑，在航天航空领域也有一定的使用前景。
总之，本发明提供的RHM干膜润滑剂具有减摩抗磨优良，极压性能好，无腐蚀，使用施工运输安全，符合环保要求，价格较优廉，以及应用广等优点。
附图说明
图1是对传统和改性后的热塑性丙烯酸酯共聚体进行试验的比较示意图。
图2是偶联剂把有机润滑膜和基体金属紧密地结合在一起的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：RHM干膜润滑剂的制备
1.配方(重量份)：改性树脂(玻璃化温度Tg为75℃)30份；环氧型硅烷偶联剂2.5份；纳米Al2O3(已修饰)2.0份；固体润滑剂：石墨48份，MOS212份；触变防沉剂(聚酰胺蜡)1.2份；三氧化二锑(Sb2O3)1.8份；LaF31.5份；抗氧剂(264)1.0份；极压抗磨剂(复合硼酸盐T361B)1.5份；RHM专用溶剂400份。
2.工艺操作步骤：
1)在溶解分散釜中加2/3RHM专用溶剂，加入改性树脂和触变防沉剂，常温下静置溶胀3～5h。搅拌溶解3～4h，呈透明液体。
2)加入Al2O3、Sb2O3、LaF3、264、T361B，高速分散10～20min后补加1/3的RHM专用溶剂。
3)分次加入石墨，高速分散，得悬浮液。石墨选用鳞片石墨。
4)上述悬浮液泵入砂磨机进行再分散，经检验合格后，装桶，即为成品。
实施例2-9：RHM干膜润滑剂的制备
1.配方(重量份)：其配方组成见表3。
改性树脂(Tg)：实施例2-4为70℃，实施例5-7为65℃，实施例8-9为75℃。
2.工艺操作步骤：同实施例1。
实施例10：纳米Al2O3的制备
1.配方(重量份)：硝酸铝30份；25％氨水70份；聚乙二醇7.5份。
2.工艺操作步骤：将30份硝酸铝配成浓度为10％的水溶液，按配比加入聚乙二醇，搅拌至全溶，然后在高速搅拌下滴加氨水到PH值为5.2，继续搅拌1小时，离心过滤，将滤饼用正丁醇回流脱水2小时，脱去丁醇，在马弗炉中1100℃煅烧4.5小时。
实施例11：RHM溶剂的制备
1.配方(重量份)：1-溴丙烷99份，2，3-丁二酮1份。
2.工艺操作步骤：在500L的反应釜中，加入396Kg的1-溴丙烷、4Kg的2，3-丁二酮，搅拌1小时使其混合均匀，装桶。
附表
表1导轨磨损检测结果
  检测日期   侧向磨损(mm)   纵向磨损(mm)
  10月18日   0.007   0.012
  11月18日   0.008   0.013
  12月18日   0.009   0.015
  1月18日   0.009   0.013
  2月18日   0.007   0.014
  3月18日   0.008   0.014
  平均值   0.008   0.0135
表2 HM干膜润滑剂性能指标
Figure A20091006271100081
表3实施例2-9配方组成(重量份)
  配方组成   实例2   实例3   实例4   实例5   实例6   实例7   实例8   实例9
  改性树脂   30   30   30   35   35   35   40   40
  硅烷偶联剂   2.0   3.0   3.0   2.5   2.5   2.5   3.5   3.5
  纳米Al2O3   2.0   2.0   2.5   2.5   1.5   1.5   1.0   1.0
  石墨   45   45   45   40   40   40   30   30
  WS2   15   15   20   30
  MOS2   15   20   20   30
  Sb2O3   1.8   1.8   1.8   1.5   1.5   1.5   1.2   1.2
  聚酰胺蜡   1.2   1.2   1.2   1.0   1.0   1.0   1.5   1.5
  LaF3   1.3   1.3   1.0   1.0   1.0   1.5   1.5   1.5
  CeF3   0.3   0.3   0.3
  抗氧剂(264)   1.2   1.2   1.2   1.0   1.0   1.0   1.5   1.5
  复合硼酸盐   1.5   1.5   1.5   1.0   1.0
  ZDDP   1.5   1.5   0.5   1.0
  MOTDC   0.5   0.5
  RHM溶剂   400   400   400   450   450   450   380   380

Claims (10)

1.一种大载荷行车导轨干膜润滑剂，其特征是按重量份计，主要组成为：改性热塑性丙烯酸酯共聚体30～40份，偶联剂2～6份，纳米Al2O3 0.5～4份，固体润滑剂55～70份，溶剂350～500份，助剂6～8份。
2.根据权利要求1所述的大载荷行车导轨干膜润滑剂，其特征是：改性热塑性丙烯酸酯共聚体的玻璃化温度为50～90℃，其所采用的主要单体有甲基丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸二乙基乙酯、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸羟(乙)丙酯、丙烯酰胺、N-羟基丙烯酰胺、(甲基)二丙烯酸乙二醇酯、苯乙烯、醋酸乙烯、丙烯晴、双酚A缩水甘油醚中的一种，或多种。
3.根据权利要求1所述的大载荷行车导轨干膜润滑剂，其特征是：偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝钛及铝锆复合偶联剂，其中硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂或环氧基硅烷偶联剂。
4.根据权利要求1所述的大载荷行车导轨干膜润滑剂，其特征是：固体润滑剂采用鳞片石墨、MoS2、WS2中的两种组合润滑剂；其中，石墨与MoS2(石墨与WS2)按照重量比为1∶0.5～5∶1组合成固体润滑剂。
5.根据权利要求1所述的大载荷行车导轨干膜润滑剂，其特征是：纳米Al2O3的粒径为20～40nm。
6.根据权利要求1所述的大载荷行车导轨干膜润滑剂，其特征是：溶剂为RHM溶剂，该溶剂的主要成分为1-溴丙烷，加入1％稳定剂2，3-丁二酮调配而成。
7.根据权利要求1所述的大载荷行车导轨干膜润滑剂，其特征是：助剂为触变防沉剂、极压抗磨剂、抗氧剂、防腐剂中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的大载荷行车导轨干膜润滑剂，其特征是：触变防沉剂为聚酰胺蜡。
9.根据权利要求7所述的大载荷行车导轨干膜润滑剂，其特征是：极压抗磨剂为二烷基二硫代氨基甲酸钼、EDDPS、复合硼酸盐中的一种或多种。
10.根据权利要求7所述的大载荷行车导轨干膜润滑剂，其特征是：防腐剂为Sb2O3、LaF3、CeF3中的一种。
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