CN102083951A - 压力传输介质及油压机 - Google Patents

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Abstract

压力传输介质含有具有2个以上芳香环或者饱和环烷烃环的酯或者醚作为压力传输介质基油。能够提供一种减少压缩引起的能量损失,利用油压回路时的应答性优异,油压回路中节能,高速化及高精密控制化,低粘度且搅拌阻力小的节能型压力传输介质以及油压机。

Description

压力传输介质及油压机
技术领域
本发明涉及体积弹性系数高的压力传输介质及使用此压力传输介质的油压机。
背景技术
如今,例如建筑机械或注射模塑成形机、压床、起重机、加工中心等使用油压油的各种油压机受到广泛应用。这些油压机使用各种油(例如,参阅专利文献1或者专利文献2)。
专利文献1公开了一种减振阻尼器用油压油,其体积弹性系数在1.3以上,粘度指数在110以上,倾点在-25℃以下,具体地,由聚α-烯烃、多元醇酯、聚醚构成。
专利文献2公开了一种压缩机油、涡轮机油、油压油等在起动负荷大的润滑系统中使用的润滑油,其由烷基联苯或烷基二苯醚构成。
专利文献1:日本专利特开2000-119672号公报
专利文献2:日本特开平6-200277号公报
发明内容
但是在油压机中,当所使用的油压油的工作压力高达20MPa以上时,由压缩引起的油压油体积减少所导致的能量损耗就不可忽视。压缩引起的油的体积变化率及此体积变化率引起的功率损耗(能量损耗)率如下式(I)、(II)所示,其中P为压缩压力,K为体积弹性系数。
体积变化率=ΔP/K  …(I)
功率损耗率=ΔP/(2K)  …(II)
例如,将体积弹性系数K为1.4GPa的矿物油用于28MPa时,根据上式(I)、(II),体积变化率收缩了2%,油压能以1%的弹性能保留在矿物油中,但此弹性能无法恢复,故导致了能量的损失。特别地,在为了减少惯性重量而具备有凹型活塞的轴向活塞泵中,广泛使用着即使是全冲程,死体积也被设定为与吐出容量相同的构成,而此种构成会引起2%的能量损耗。此外,可变冲程泵中在恒压或恒力下运行的构成,由于大多都是高压低冲程运行,所以吐出容积减少,死体积增大,功率损耗瞬间即到达最大额定输入值的10%的水平。
另一方面,油压伺服控制回路的性能几乎取决于应答速度和稳定性,并且依赖于油压伺服控制回路中控制回路的固有振动数ω0和衰减系数D。由于固有振动数ω0和衰减系数D两者都是越大越好,并且均与K1/2成正比例,所以,增大油压油的K值,可以得到油压回路的高速化或油压的高精密控制化。
由此可知,油压油的K值必须设定为较高的值。然而,当今通常使用的矿物油系化合物或脂肪酸酯系化合物、专利文献1公开的常用油压油基油,其体积弹性系数低。此外,含水系化合物或磷酸酯系化合物,虽然体积弹性系数较高,但润滑性和热稳定性差,无法在高温·高压的严酷条件下使用。在其他的合成润滑油基油中,如专利文献2公开的具有碳原子数10以上的烷基的联苯或二苯醚化合物,其体积弹性系数低,另外体积弹性系数高的聚苯醚,其粘度指数低,低温流动性差,而且与其他化合物相比,价格高,不适合应用。
本发明出于此种考虑,以提供一种体积弹性系数高,效率好的压力传输介质及油压机为目的。
本发明的压力传输介质是包含酯或醚之中的至少一种而成的压力传输介质,其特征在于,所述酯或醚之中的至少一种为具有2个以上芳香环或者饱和环烷烃环,并且40℃运动粘度不足15mm2/s。
本发明中,使用体积弹性系数、润滑性和稳定性均高的具有2个以上芳香环或饱和环烷烃环的40℃运动粘度不足15mm2/s的压力传输介质,可以减少压缩引起的能量损耗,还可以使例如,利用油压回路时的应答性优异、油压回路中节能、高速化和高精密控制化成为可能。此外,具体地,40℃运动粘度的下限优选3mm2/s以上。40℃运动粘度在3mm2/s以上时,可以减少压力传输介质从密封部的泄漏,故优选。进一步地,由于密度高,使加压下和常压下的溶存气体的浓度差小,例如,储液罐中生成的气泡减少,此外,就算生成了气泡,其与气泡之间的比重差大,很容易与气泡分离,从而能够防止由产生气泡引起的油压控制下降或气穴现象与腐蚀的发生。再进一步,由于压力传输介质的粘度低,其搅拌阻力小,节能性优异。如上所述,本发明的化合物在应用于低压的油压回路中也能体现出高性能,其通用性优异。
本发明中,所述酯优选为二元酸二酯构成。
二元酸二酯可以列举,例如,草酸二酯、丙二酸二酯、丁二酸二酯、己二酸二酯、壬二酸二酯等。
本发明中,使用二元酸二酯作为压力传输介质,其生产容易且粘度性状优异。进一步,由于压力传输介质的粘度低,其搅拌阻力小,节能性优异。如上所述,本发明的化合物在应用于低压的油压回路中也能体现出高性能,其通用性优异。
本发明中,所述酯优选为具有芳香环或饱和环烷烃环的羧酸与具有芳香环或饱和环烷烃环的醇生成的酯。
本发明使用具有芳香环或饱和环烷烃环的羧酸与具有芳香环或饱和环烷烃环的醇生成的酯作为压力传输介质,其生产容易。此外,可以减少压缩引起的能损耗,例如,在利用油压回路时应答性优异,在油压回路中节能,获得高速化及高精密控制化。进一步地,由于密度高,使加压下和常压下的溶存气体的浓度差小,例如,储液罐中生成的气泡减少,此外,就算生成了气泡,其与气泡之间的比重差大,很容易与气泡分离,从而能够防止由产生气泡引起的油压控制下降或气穴现象与腐蚀的发生。再进一步,由于压力传输介质的粘度低,其搅拌阻力小,节能性优异。
如上所述,本发明的化合物在应用于低压的油压回路中也能体现出高性能,其通用性优异。
本发明中,所述酯优选为具有醚键的羧酸与不具有醚键的醇生成的酯、不具有醚键的羧酸与具有醚键的醇生成的酯,或者具有醚键的羧酸与具有醚键的醇生成的酯之中的任意一种。
本发明使用具有醚键的羧酸与不具有醚键的醇生成的酯、不具有醚键的羧酸与具有醚键的醇生成的酯,或者具有醚键的羧酸与具有醚键的醇生成的酯之中的任意一种作为压力介质,其生产容易且粘度性状优异。进一步,由于压力传输介质的粘度低,其搅拌阻力小,节能性优异。
如上所述,本发明的化合物在应用于低压的油压回路中也能体现出高性能,其通用性优异。
本发明中,所述酯优选为碳酸酯构成。
本发明使用碳酸酯作为压力传输介质,其生产容易且粘度性状优异。进一步,由于压力传输介质的粘度低,其搅拌阻力小,节能性优异。如上所述,本发明的化合物在应用于低压的油压回路中也能体现出高性能,其通用性优异。
本发明的油压机的特征在于,使用上述本发明的压力传输介质。
本发明中,含有酯或醚作为基油的压力传输介质可以用于油压机。
具体实施方式
下面,对实施本发明的方式进行详细说明。此外,本实施方式中虽然例示了用于,例如,建筑机械或注射模塑成形机、压床、起重机、加工中心等比较高压的油压装置油压机中的油压回路的油压油,但也适用于低压油压机的油压回路,进一步还适用于油压伺服控制回路等。
〔压力传输介质的构成〕
本实施方式中的压力传输介质的构成组分,混合有压力传输基油和添加剂。
(压力传输基油)
压力传输基油含有具有2个以上芳香环或饱和环烷烃环的酯或者醚。
另外,具有2个以上芳香环或饱和环烷烃环的酯或醚的生产方法没有特别限制,可以采用常用的各种酯化或醚化的生产方法。
例如,原料可以使用,羧酸、羧酸酯、羧酸氯化物或其衍生物、乙醇或其衍生物。具体地,二元羧酸可以使用草酸、丙二酸、丁二酸、己二酸、壬二酸等;羧酸可以使用苯甲酸、甲苯酸、苯乙酸、苯氧乙酸、茴香酸、水杨酸、环己烷羧酸等。醇可以使用,苯酚、甲酚、二甲苯酚、苯甲醇、苯乙醇、苯氧乙醇、苄氧乙醇、二乙二醇单苯甲醚、环己醇、甲基环己醇、环己烷甲醇、降莰烷甲醇等。
此外,作为取代基,芳香环或环烷烃环可以被烷基、硝基、羟基、烷氧基取代。通常是使用含有这些取代基的原料,但当使用烷基时,可以酯化后再烷基取代化,此外,还可以使用最初就已经烷基取代化的原料。
接着,酯化催化剂没有特别限制,此外,也可以在没有催化剂的条件下酯化。
此外,醚化合物可以采用通常的Williamson合成法等生产法,没有限制,可以使用上述的苯氧乙酸、苯氧乙醇、苄氧乙醇、二乙二醇单苯甲醚等具有醚键的羧酸或具有醚键的醇作为原料进行酯化。
作为基油,含有具有2个以上芳香环或饱和环烷烃环的酯或醚在10质量%以上,优选30质量%以上,更优选40质量%以上。
此处,酯或醚不足10质量%时,有可能发生体积弹性系数高,几乎没有效果的不理想状况。因此,适宜含有10质量%以上,优选30质量%以上,更优选40质量%以上具有2个以上芳香环或饱和环烷烃环的酯或醚。
(添加剂)
只要能达到本发明的目的,即体积弹性系数高,能够抑制用于油压回路时的能量损耗,获得良好的工作效率,压力传输介质还可以适当地混合各种添加剂。
作为添加剂,可以适当使用,例如,粘度指数改进剂、抗氧化剂、洗涤分散剂、减阻剂、金属减活剂、倾点降低剂、耐磨剂、消泡剂、极压添加剂等。
作为粘度指数改进剂,可以单独使用例如,聚甲基丙烯酸酯、乙烯-丙烯共聚物等烯烃系共聚物、分散型烯烃系共聚物、苯乙烯-二烯氢化共聚物等苯乙烯系共聚物,或者组合2种以上使用。这些粘度指数改进剂通常混合0.5质量%以上10质量%以下。
抗氧化剂,例如,2,6-二-叔丁基-4-甲基苯酚、4,4′-亚甲基-二-(2,6-二-叔丁基苯酚)等酚系抗氧化剂,烷基化二苯胺、苯基-α-萘胺、烷基化-α-萘胺等胺系抗氧化剂,二烷基硫二代丙酸酯、二烷基二硫代氨基甲酸衍生物(金属盐除外)、二(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯甲基)硫化物、巯基苯并噻唑、五硫化磷与烯烃的反应生成物、双十六烷基硫化物等硫黄系抗氧化剂,可以单独或组合2种以上使用。特别优选酚系或胺系,或者烷基二硫代磷酸锌,进一步优选它们的混合物等。这些抗氧化剂通常混合0.1质量%以上10质量%以下。
洗涤分散剂可以使用例如,链烯基琥珀酰亚胺。这些洗涤分散剂通常混合0.1质量%以上10质量%以下。
金属减活剂,例如,苯并三唑、噻二唑等,可以单独或者组合2种以上使用。这些金属减活剂通常混合0.1质量%以上5质量%以下。
作为倾点降低剂,可以使用例如,聚甲基丙烯酸酯等。这些倾点降低剂通常混合0.5质量%以上10质量%以下。
耐磨剂可以使用,例如,烷基二硫代磷酸锌。这些耐磨剂通常混合0.1质量%以上10质量%以下。
作为消泡剂,例如,硅酮系化合物、酯系化合物等,可以单独或者组合2种以上使用。这些消泡剂通常混合0.01质量%以上1质量%以下。
极压添加剂可以使用例如,磷酸三(甲苯酯)。这些极压添加剂通常混合0.1质量%以上10质量%以下。
〔油压油的作用效果〕
根据上述实施方式,含有具有2个以上芳香环或者饱和环烷烃环的酯或者醚作为基油。
因此,将体积弹性系数、润滑性和稳定性均高的具有2个以上芳香环的酯或醚作为基油使用,可以减少压缩引起的能量损耗,还可以获得例如,利用油压机的油压回路时优异的应答性、油压回路中节能、高速化和高精密控制化。进一步,由于密度高,使加压下和常压下的溶存气体的浓度差小,例如,储液罐中生成的气泡减少,此外,就算生成了气泡,其与气泡之间的比重差大,很容易与气泡分离,从而能够防止由产生气泡引起的油压控制下降或气穴现象与腐蚀的发生。再进一步,由于压力传输介质的粘度低,其搅拌阻力小,节能性优异。如上所述,本发明的化合物在应用于低压的油压回路中也能体现出高性能,其通用性优异。
另外,使用本发明化合物构成油压机时,密封材料等有机材料适宜选用耐溶胀性优异的材料。
此外,作为压力传输介质基油,含有10质量%以上,优选30质量%以上,更优选40质量%以上具有2个以上芳香环或饱和环烷烃环的酯或醚。
因此,具有能使体积弹性系数变高的特有的作用效果。
〔实施方式的变形例〕
以上所说明的方式是本发明的一个例示形态,本发明并不限于上述实施方式,在能够达成本发明目的和效果的范围内的变形或改良均包含于本发明内。此外,实施本发明时的具体结构和形状等在能够达成本发明的目的和效果范围内,也可以是其他的结构或形状等。
即,本发明的压力传输介质,虽然含有10质量%以上的具有2个以上芳香环或者饱和环烷烃环的酯或者醚作为压力传输介质基油,但并不限于此。
另外,虽然例示了可以适当添加添加剂的构成,但也可以不使用添加剂。
其他,本发明的实施中的具体组成等在能够达成本发明的目的的范围内,也可以是其他的组成等。
实施例
接着列举实施例和比较例,进一步对本发明进行详述。
本发明不限于下述实施例等所述的内容。
{制作样本}
实施实验确认上述实施方式中的油压油的性能。实验使用在以下条件下制作的各种油压油进行,分别测定各自的物性,即,运动粘度、粘度指数、密度、倾点和正切体积弹性系数,进行比较评价。
运动粘度按照JIS(日本工业标准Japanese Industrial Standards)K2283的方法进行测定,粘度指数通过JIS K2283的方法算出。
密度按照JIS K2249的方法进行测定。
倾点按照JIS K2269的方法进行测定。
正切体积弹性系数取由高压密度测定求得的40℃、50MPa中的值。高压密度测定使用下示结构的佐贺大式活塞型高压密度计,于40℃下,从常压到200MPa阶段性加压进行测定。此外,容器内油压油的体积通过线性测量计测得的活塞的位移求出。
·滚筒:Ni-Cr-Mo钢制外径80.0mm内径29.93mm
·活塞和塞子:Cr-Mo钢制
·高压密封:铍铜制
这些物性结果见表4和表5。此外,依据JIS K6950,使用タイテツク株式会社制BOD测试仪200F对本流体进行28天的生物降解力测试,结果同见表4和表5。
(实施例1)
向1升的具有Dean-Stark装置的四口烧瓶中投入50g丙二酸(东京化成工业株式会社制,化学试剂)、125g苯甲醇(东京化成工业株式会社制,化学试剂)、40g 2-苯氧乙醇(东京化成工业株式会社制,化学试剂)、80ml混合二甲苯(东京化成工业株式会社制,化学试剂)、0.1g四异丙氧基钛(东京化成工业株式会社制,化学试剂),在氮气流搅拌下一边蒸馏除去水一边于160℃反应2小时。然后,用饱和食盐水,0.1当量氢氧化钠水溶液分别清洗3次后,使用无水硫酸镁(东京化成工业株式会社制,化学试剂)干燥。过滤硫酸镁后,蒸馏除去过量的原料醇,获得120g的62%二苯甲酯、31%苯甲基苯氧酯、7%二苯氧酯的酯混合物。
(实施例2)
除了使用25g丙二酸、28g丁二酸、156g苯甲醇替代50g丙二酸、125g苯甲醇、40g2-苯氧乙醇之外,其他均与实施例1相同,再进行实验,得到121g的50%丙二酸二苄基酯与50%丁二酸二苄基酯的混合物。
(实施例3)
使用146g邻茴香酸替代实施例2中的25g丙二酸、28g丁二酸,进行同样的实验,获得214g邻茴香酸苄基酯。
(实施例4)
向500毫升具有Dean-Stark装置的四口烧瓶中投入28.4g碳酸二乙酯、43.5g苯甲醇、20.4g 2-苄氧基乙醇、18.5g苯氧乙醇和0.1g钛酸四异丙酯,在氮气流下边搅拌蒸馏除去醇边于120℃反应约8小时,确认不会再馏出乙醇后,反应结束。冷却后,倒入分液漏斗,再倒入50ml甲苯稀释,使用饱和食盐水、0.1当量氢氧化钠水溶液分别清洗3次后,再使用无水硫酸镁干燥。过滤硫酸镁后,使用旋转蒸发器蒸馏除去溶剂,减压下使用真空泵蒸馏除去过量的未反应醇、溶剂等,通过气相色谱分析(GC)确认是否完全蒸馏除去。由蒸发器蒸发的浓缩物残渣即为目标碳酸酯混合物,获得65.2g。此酯混合物是下述表1所示组成的混合物。
【表1】
末端取代基
Figure BPA00001287484100081
R1-OCOO-R2
(实施例5)
向500毫升的具有Dean-Stark装置的四口烧瓶中投入13.5g草酸(和光纯药工业株式会社制,化学试剂)、22.8g 2-苄氧基乙醇、100ml混合二甲苯、0.1g四异丙氧基钛,在氮气流搅拌下边蒸馏除去水边于140℃反应3小时。接着,再加入9.7g苯甲醇、9.3g 2-苯氧乙醇、8.8g 2-乙基己醇、0.1g四异丙氧基钛继续加热,直到确认没有水馏出,大约反应8小时。放冷后,加入100ml甲苯搅拌,用饱和食盐水,0.1当量氢氧化钠水溶液分别清洗3次后,使用无水硫酸镁脱水干燥。过滤硫酸镁后,减压蒸馏除去过量的原料醇、单酯、溶剂,获得20.0g草酸混合酯。此酯混合物是下述表2所示组成的混合物。
【表2】
末端取代基
Figure BPA00001287484100091
R1-OOC-COO-R2
(实施例6)
向500毫升的具有Dean-Stark装置的四口烧瓶中投入28.3g丁二酸(和光纯药工业株式会社制,化学试剂)、38.9g苯甲醇、14.9g 2-苯氧乙醇、22.2g新戊醇、100ml混合二甲苯、0.2g四异丙氧基钛,在氮气流搅拌下边蒸馏除去水边于160℃反应8小时。使用50ml甲苯稀释,用饱和食盐水,0.1当量氢氧化钠水溶液分别清洗3次后,使用无水硫酸镁干燥。过滤硫酸镁后,减压蒸馏除去过量的原料醇、溶剂等,获得22.2g丁二酸混合酯。此酯混合物是下述表3所示组成的混合物。
【表3】
末端取代基
Figure BPA00001287484100092
R1-OOC(CH2)2COO-R2
(实施例7)
向500毫升的具有Dean-Stark装置的四口烧瓶中投入39.3g二乙二醇单苯甲基醚、40.8g苯甲酸甲酯、0.2g四异丙氧基钛,在氮气流搅拌下,于150℃加热搅拌反应9小时直到不再出现甲醇。使用50ml甲苯稀释,用饱和食盐水,0.1当量氢氧化钠水溶液分别清洗3次后,使用无水硫酸镁干燥。过滤硫酸镁后,减压蒸馏除去过量的原料醇、溶剂等,获得44.9g目标酯。通过质量分析计测定的结果,此酯为分子量300的苯甲酸二乙二醇单苯甲醚酯。
(比较例1)
以链烷烃系矿物油(出光兴产株式会社制,商品名:ダイアナフレシアP90)作为比较例1,同样地求得物性。
(比较例2)
将聚丁烯(出光兴产株式会社制,商品名:出光聚丁烯5H)作为比较例2,同样地求得物性。
(比较例3)
向2升的具有Dean-Stark装置的四口烧瓶中投入218g无水均苯四甲酸、650g正辛醇、0.2g四异丙氧基钛、300cc二甲苯,在氮气流搅拌下边蒸馏除去水边于160℃反应4小时。然后,用饱和食盐水,0.1当量氢氧化钠水溶液分别清洗3次后,使用无水硫酸镁干燥。过滤硫酸镁后,减压条件下蒸馏除去未反应的醇,得到630g均苯四甲酸四辛酯。以此作为比较例3求得同样的物性。
(比较例4)
以烷基二苯醚(株式会社松村石油研究所制,商品名:モレスコハイル一ブLB-68)作为比较例4,同样地,求得物性。
(比较例5)
以122g苯甲酸(东京化成工业株式会社制,化学试剂)、230g格尔伯特醇(株式会社サソ一ルジヤパン制,商品名:アイソフオ一ル16)代替实施例1中的50g丙二酸、125g苯甲醇、40g 2-苯氧乙醇,进行相同的实验,得到305g苯甲酸格尔伯特醇酯。以此作为比较例5,同样地,求得物性和生物降解力。
【表4】
  项目   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6   实施例7
  运动粘度40℃mm2/s   14.04   11.66   10.85   11.68   13.31   13.76   11.60
  运动粘度100℃mm2/s   3.02   2.850   2.438   2.697   2.872   2.885   2.815
  粘度指数   48   85   6   47   36   24   79
  密度15℃g/ml   1.1764   1.1599   1.1653   1.1527   1.1089   1.1058   1.1238
  倾点℃   -32.5   -25   -45   -45   -32.5   -32.5   -45
  正切体积弹性系数GPa   1.98   1.93   1.93   1.91   1.84   1.83   1.85
  生物降解力(BOD)   60%以上   60%以上   60%以上   60%以上   60%以上   60%以上   -
【表5】
  项目   比较例1   比较例2   比较例3   比较例4   比较例5
  运动粘度40℃,mm2/s   89.79   95.7   69.14   68.52   11.79
  运动粘度100℃,mm2/s   10.99   8.978   10.18   9.518   2.773
  粘度指数   108   52   132   118   62
  密度15℃,g/ml   0.8716   0.8403   0.9175   0.9047   0.9271
  倾点,℃   -17.5   -30   -5   -30以下   -47.5
  正切体积弹性系数,GPa   1.51   1.44   1.56   1.54   1.56
  生物降解力(BOD)   10%以下   10%以下   -   -   60%以上
从表4和表5所示的结果可以看出,作为润滑油使用的比较例1的链烷烃系矿物油和比较例2的聚丁烯,其体积弹性系数低。此外,比较例3的酯是相同的酯,但体积弹性系数低。进一步,比较例4的烷基二苯醚的体积弹性系数也低。另外,比较例5的格尔伯特醇酯,其粘度低,具有生物降解力,但同样的芳香族酯,其体积弹性系数也低。
另一方面,从实施例1到实施例7的混合物和化合物,其粘度、粘度指数和倾点相对较低,搅拌阻力小,适用于节能性优异的压力传输介质,体积弹性系数较高,由压缩引起的能量损失小,可以获得油压回路中高的工作效率。
产业上的可利用性
本发明适用于,例如建筑机械或注射模塑成形机、压床、起重机、加工中心、油压式无级变速器、遥控设备、机床、油压机的油压回路、油压伺服控制回路、阻尼器、减震器、动力转向器等各种各样的油压机。

Claims (6)

1.一种压力传输介质,包含酯或醚之中的至少一种而成,其特征在于,所述酯或醚之中的至少一种具有2个以上芳香环或者饱和环烷烃环,并且40℃下的运动粘度不足15mm2/s。
2.根据权利要求1所述的压力传输介质,其特征在于,所述酯为二元酸二酯。
3.根据权利要求1所述的压力传输介质,其特征在于,所述酯为具有芳香环或饱和环烷烃环的羧酸与具有芳香环或饱和环烷烃环的醇生成的酯。
4.根据权利要求3所述的压力传输介质,其特征在于,所述酯为具有醚键的羧酸与不具有醚键的醇生成的酯、不具有醚键的羧酸与具有醚键的醇生成的酯或者具有醚键的羧酸与具有醚键的醇生成的酯之中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的压力传输介质,其特征在于,所述酯为碳酸酯。
6.一种油压机,其特征在于,使用权利要求1-5任意一项所述的压力传输介质。
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