CN102827673A

CN102827673A - 导电性润滑脂组合物

Info

Publication number: CN102827673A
Application number: CN2012101695193A
Authority: CN
Inventors: 谷义人; 志村明彦; 新田敏夫
Original assignee: Nok Klueber Co Ltd
Current assignee: Nok Klueber Co Ltd
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2012-05-28
Publication date: 2012-12-19
Also published as: JP5747230B2; JP2013001849A

Abstract

本发明涉及一种导电性润滑脂组合物。本发明提供显示良好的导电性并且具有良好的摩擦特性的润滑脂组合物。一种导电性润滑脂组合物，其特征在于，作为基础油包含全氟聚醚，以及作为导电性赋予剂包含碳纳米管，上述碳纳米管的直径为40～200nm，并且上述碳纳米管在润滑脂整体中配合0.1～20重量％。

Description

导电性润滑脂组合物

技术领域

本发明涉及具有高导电性和滑动构件的磨损抑制作用的导电性润滑脂组合物。

背景技术

利用数字式PPC、彩色PPC等静电转印复印机的印刷方法首先从在感光鼓上形成静电潜像，使调色剂附着，通过转印电极带电而将形成在感光鼓上的可视图像转印到印刷纸上开始。接着，从感光鼓上脱离的印刷纸被送至定影部辊，通过加热以及加压将调色剂定影于纸面。在这样的印刷过程中，因印刷纸经过而在例如定影部辊产生静电。作为将该静电释放到外部的机构，一般设置有将辊轴端接地(earth)而进行放电的机构。但是，如果像这样在辊轴端设置静电的放电机构，则零件数增加，所以一直以来都通过采用使辊轴承本身具备导电性的所谓通电轴承来实现零件数的削减。通电轴承已知在轴承内部封入了导电性润滑脂的通电轴承或者在该轴承上安装了通电密封或通电构件的通电轴承。其中，封入了导电性润滑脂的轴承不必使用特殊的构成零件和材料，也于成本有利，所以多用于要求释放静电的轴承部位。

另一方面，因为上述静电转印复印机的定影部是将带电并附着于印刷纸的调色剂在超过100℃的高温下进行加压，使其定影于印刷纸，所以定影部辊的支承轴承在高温下运转。特别是在该定影部辊中，加热辊(heat roll)也是在中空轴的内部配设加热器而从内部进行加热的结构，对其进行旋转支承的轴承的温度有时达到200℃以上的高温。因此，这样的支承定影部辊的轴承不仅要具备具有导电性而释放静电的功能，而且要求高温下运转的长润滑寿命。

目前，要求放电功能的导电性润滑脂一般使用添加了炭黑、石墨等导电性赋予物质的润滑脂(专利文献1)。但是，使用现有的导电性赋予物质的情况下，观察到导电性随时间劣化的倾向。为了解决该问题，作为导电性赋予物质，采用直径0.7～30nm、长度0.5～30μm的碳纳米管，由此能够提供比现有产品稳定的导电性(专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公昭63－24038号公报

专利文献2：日本专利第4178806号公报

发明内容

但是，在专利文献2中，作为基础油使用具有特定结构的氟油，在使用具有上述特性的碳纳米管的情况下，摩擦特性不充分。因此，本发明所要解决的课题是提供因良好的导电性而能够释放静电、并且具有良好的摩擦特性的润滑脂组合物。

本发明人反复深入研究，结果着眼于碳纳米管的直径及配合率与润滑脂组合物的摩擦特性的关系，通过使用全氟聚醚作为基础油、以及、使用碳纳米管作为导电性赋予物质，将上述碳纳米管的直径为40～200nm的上述碳纳米管在润滑脂整体中配合0.1～20重量％，从而成功创制出了因良好的导电性而能够释放静电、并且具有良好的摩擦特性的润滑脂组合物，完成了本发明。

即，本发明涉及以下的（1）～（5）。

（1）一种导电性润滑脂组合物，其特征在于，含有全氟聚醚作为基础油，以及含有碳纳米管作为导电性赋予剂，上述碳纳米管的直径为40～200nm，并且上述碳纳米管在润滑脂整体中配合0.1～20重量％。

（2）如（1）所述的导电性润滑脂组合物，其特征在于，上述碳纳米管的直径为70～120nm，并且上述碳纳米管在润滑脂整体中配合0.1～20重量％。

（3）如（1）或（2）所述的导电性润滑脂组合物，其特征在于，上述全氟聚醚具有［CF（CF₃）CF₂O］结构单元，并且上述碳纳米管在润滑脂整体中配合1～10重量％。

（4）如（1）～（3）中的任一项所述的导电性润滑脂组合物，其特征在于，上述碳纳米管在润滑脂整体中配合3～10重量％。

（5）如（1）～（4）中的任一项所述的导电性润滑脂组合物，其特征在于，上述导电性润滑脂组合物被用于金属滑动部。

本发明的导电性润滑脂组合物显示良好的导电性，并且具有良好的摩擦特性，所以能够用作滚动轴承、滑动轴承等的润滑剂。特别是能够优选用于静电转印复印机的感光鼓和定影辊的旋转轴承。

具体实施方式

以下，结合实施方式详细说明本发明。

（关于导电性润滑脂组合物）

本发明的导电性润滑脂组合物作为基础油使用全氟聚醚（以下记作PFPE），作为导电性赋予物质，使用碳纳米管。根据需要，配合增稠剂、各种添加剂。

（关于PFPE）

作为基础油使用的PFPE的耐热性优异。作为PFPE，具体使用通式(I)～(IV)这样的物质。应予说明，Rf是全氟甲基、全氟乙基等碳原子数为1～5的全氟低级烷基。

（I）RfO［CF（CF₃）CF₂O］_iRf

此处，Rf与上述定义相同，i＝2～200。

通过将六氟丙烯光氧化聚合生成的前体完全氟化而制得，或者通过在氟化铯催化剂下使六氟丙烯阴离子聚合，用氟气处理得到的具有末端CF（CF₃）COF基的酰基氟化合物而制得。

（II）RfO［CF（CF₃）CF₂O］_l（CF₂O）_mRf

此处，Rf与上述定义相同，按l＋m＝3～200、l：m＝10：90无规则地键合，它是通过将六氟丙烯光氧化聚合生成的前体完全氟化而制得的。

（III）RfO（CF₂CF₂O）j（CF₂O）_kRf

此处，Rf与上述定义相同，按j＋k＝3～200、j：k＝10：90～90：10无规则地键合，它是将四氟乙烯光氧化聚合生成的前体完全氟化而制得的。

（IV）F（CF₂CF₂CF₂O）_2～100CF₂CF₃

它是在氟化铯催化剂的存在下使2，2，3，3－四氟氧杂环丁烷进行阴离子聚合，将得到的含氟聚醚（CF₂CF₂CF₂O）_n在160～300℃的紫外线照射下进行氟气处理而制得的。

PFPE优选具有［CF（CF₃）CF₂O］结构单元的PFPE。具有［CF（CF₃）CF₂O］结构单元的PFPE与直链结构的PFPE相比，在与碳纳米管组合时能够进一步低摩擦化这一方面是优异的。例如为通式（I）（II）。另外，从性能价格比方面考虑，也优选通式（I）（II）。

本发明的PFPE可以单独或者混合使用。用作润滑油时，优选40℃时的动粘度(基于JIS K2283进行测定)约为5～2000mm²/s。更优选动粘度为100～800mm²/s。动粘度在5mm²/s以下的PFPE的蒸发量大，不满足作为耐热用润滑脂标准的JIS滚动轴承用润滑脂3种所规定的蒸发量(1.5％以下)的条件。另外，动粘度在2000mm²/s以上的PFPE的流点(JISK-2283)变高，对于通常的方法，在低温起动时轴承不旋转。所以，为了能使用该润滑脂必须进行加热，不适合用作一般的润滑脂。

本发明的导电性润滑脂组合物中的PFPE的配合率为50～99.9重量％，优选为80～99.9重量％。不足50重量％时，组合物变硬，欠缺流动性，所以变得无法获得充分的润滑性。另外，超过99.9重量％时，难以成为半固体状，油分离变多，难以保持稳定的导电性。

（关于碳纳米管）

碳纳米管是将石墨烯这样的碳六角网面卷成具有纳米等级直径的圆筒而得的中空状管。由一片石墨烯形成的碳纳米管分类为单层碳纳米管，将多片石墨烯卷成的直径不同的筒制成套管状结构而得的碳纳米管分类为多层碳纳米管。

本发明的碳纳米管的直径优选为40～200nm，进一步优选为70～120nm。直径不足40nm时，容易进入滑动面，所以难以被排除，妨碍油膜形成。另外，直径大于200nm时，难以进入滑动面，所以不适合用作固体润滑剂。应予说明，碳纳米管的直径是在利用SEM放大为1万～6万倍的电子显微镜照片上进行计测，算出算术平均值而求得的。

本发明的碳纳米管的纤维长度优选为5～15μm。

本发明的碳纳米管可以作为市售品而得到。例如为昭和电工社制的、通过气相生长法合成的VGCF(直径150nm、纤维长度8μm)、VGCF－S（直径80nm、纤维长度10μm）、NANOAMOR社制的直径40～60nm、纤维长度5～15μm的碳纳米管。

在本发明的导电性润滑脂组合物中，为了提供良好的导电性、油分离特性，进而确保适度的稠度，碳纳米管的配合率为0.1～20重量％，优选为1～10重量％，更优选为3～10重量％。不足0.1重量％时，无法得到充分的导电性、油分离特性。另外，超过20重量％时，组合物变得过硬而无法发挥适合用途的特性。

（关于增稠剂）

本发明的导电性润滑脂组合物可以根据需要配合增稠剂。

作为增稠剂，可以举出锂皂、钠皂、钾皂、钙皂、铝皂、钡皂之类金属皂或金属复合皂，脂肪族、脂环状或芳香族的二脲、三脲、四脲、聚脲等脲系化合物，膨润土、二氧化硅、有机颜料、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等非氟系增稠剂和聚四氟乙烯树脂粉末、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物（FEP）粉末、全氟烷撑树脂粉末等氟系增稠剂。

在非氟系增稠剂中，从耐热性、润滑性方面考虑，优选二脲、三脲、四脲、二氧化硅等。

在氟系增稠剂中，优选聚四氟乙烯。聚四氟乙烯使用如下得到的物质：通过四氟乙烯的乳液聚合、悬浮聚合、溶液聚合等方法制造数均分子量Mn约为1000～1000000左右的聚四氟乙烯，利用热分解、电子射线照射分解、γ射线照射、物理粉碎等方法对其进行处理，使数均分子量Mn约为1000～500000左右。应予说明，分子量的控制也可以在共聚反应时使用链转移剂来进行。得到的粉末状聚四氟乙烯一般具有约500μm以下的平均一次粒径。对于本目的所使用的粒径，使用具有1μm以下的平均一次粒径的粉末状聚四氟乙烯。如果使用一次粒径在1μm以上的粉末状聚四氟乙烯，则招致高温时的油分离恶化，无法充分期待耐飞散·泄漏性的提高、长寿命、稳定的导电特性。

增稠剂的配合率为导电性润滑脂组合物整体的0～20重量％，优选为0～7重量％。过剩地添加增稠剂时，有油分离和导电性恶化的倾向。

（关于各种添加剂）

本发明的导电性润滑脂组合物可以根据需要进一步配合抗氧化剂、防锈剂、防腐蚀剂、极压添加剂、油性剂、固体润滑剂、导电性提高剂等添加剂。

作为抗氧化剂，例如可以举出2，6－二叔丁基－4－甲基苯酚、4，4′－亚甲基双（2，6-二叔丁基苯酚）等酚系抗氧化剂、烷基二苯基胺、三苯基胺、苯基-α-萘基胺、吩噻嗪、烷基化苯基-α-萘基胺、烷基化吩噻嗪等胺系抗氧化剂，进而可以举出磷酸系抗氧化剂、硫系抗氧化剂等。

作为防锈剂，例如可以举出脂肪酸、脂肪酸胺、烷基磺酸金属盐、烷基磺酸胺盐、氧化石蜡、聚氧乙烯烷基醚等。

作为防腐蚀剂，例如可以举出苯并三唑、苯并咪唑、噻二唑等。

作为极压添加剂，例如可以举出磷酸酯、亚磷酸酯、磷酸酯胺盐等磷系化合物，硫化物类、二硫化物类等硫化合物，二烷基二硫代磷酸金属盐、二烷基二硫代氨基甲酸金属盐等硫系金属盐，氯化石蜡、氯化联苯等含氯化合物等。

作为油性剂，例如可以举出脂肪酸或其酯、高级醇、多元醇或其酯、脂肪族酯、脂肪族胺、脂肪酸单甘油酯、褐煤蜡、酰胺系蜡等。

作为固体润滑剂，例如可以举出二硫化钼、炭黑、石墨、氮化硼、氮化硅烷、三聚氰胺氰脲酸酯等。DBP吸油量（通过邻苯二甲酸二丁基酯吸油试验法测定）优选为150ml/100g以下。如果使用DBP吸油量在150ml/100g以上的固体润滑剂，则导致润滑脂组合物变硬，无法得到良好的油分离性。

（导电性润滑脂组合物的制造方法）

本发明的导电性润滑脂组合物通过在作为基础油的PFPE中配合规定量的碳纳米管、增稠剂以及添加剂，用三辊磨或高压均化器充分混炼而得到。作为用于混炼的三辊磨，一般使用油压式的三辊磨。

实施例

以下说明本发明的实施例。

（实施例1～4、比较例1～4）

在PFPE（40℃动粘度400mm²/s）中添加导电性赋予剂，用三辊磨混炼2次进行调制。三辊磨的油压为1MPa，第1个通道（pass）的入口以及出口为20μm，第2个通道的入口以及出口为100μm，第3个通道的入口以及出口为20μm。

按表1的配合率调制上述PFPE、导电性赋予剂，得到各润滑脂组合物。作为PFPE，具体使用结构式（I）、（III）、（IV）。

结构式（I）CF₃CF₂CF₂O［CF（CF₃）CF₂O］_mCF₂CF₃

40℃动粘度：400mm²/s

结构式（III）RfO（CF₂CF₂O）_j（CF₂O）_kRf

40℃动粘度：310mm²/s

结构式（IV）F（CF₂CF₂CF₂O）_nCF₂CF₃

40℃动粘度：200mm²/s

按以下各种试验方法评价该润滑脂组合物的性质。

＜不混合稠度＞

基于JIS K2220，尽可能不拌合地将试样从容器取出到规定的混合器中，于25℃测定稠度（润滑脂的硬度）。

＜摩擦磨损试验＞

试验机器：SRV试验机

频率：50Hz

载荷：50N

滑动距离：1mm

温度：室温

时间：30分钟(正常完成时)

<体积电阻率>

体积电阻率的测定可以在的2个电极间夹持厚度1mm的润滑脂组合物，由30分钟后的电阻值、试样厚度和电极面积用ρv＝Rv×S/t(ρv：体积电阻率(Ω·cm)、Rv：电阻值(Ω)、S：电极面积(cm²)、t＝试样厚度(cm))的式子进行计算。测定使用绝缘电阻计3224(HIOKI)。

测定结果示于表1。CB是指炭黑的简称。另外，摩擦系数超过0.35时，转矩大，试验在中途中断，所以比较例1～3的摩擦系数表示为＞0.35。

【表1】

由表1可知，包含直径小于40nm或大于200nm的碳纳米管的润滑脂组合物(比较例1～3)的摩擦系数高，摩擦特性差。另外，可知作为导电性赋予剂包含炭黑的润滑脂组合物(比较例4)的体积电阻率显示1.18×10⁴Ω·cm的高值，导电性差。

另一方面，可知包含直径为40～200nm的碳纳米管的润滑脂组合物(实施例1～6)的摩擦系数显示为0.19～0.33，具有良好的摩擦特性。特别是可知作为PFPE油使用结构式(I)的实施例1～4的摩擦系数低，摩擦特性更优异。进而可知实施例1～6的润滑脂组合物还显示良好的导电性，所以是兼具摩擦特性和导电性的非常优异的润滑脂组合物。

产业上的可利用性

本发明的导电性润滑脂组合物可用于要求耐热性、润滑性、耐久寿命的润滑用途。

例如汽车中，能够用于电动散热扇马达、风扇偶合器、电子控制EGR、电子控制节流阀、交流发电机、空转轮、电动制动器、轮毂单元、水泵、自动窗、刮水器、电动动力转向装置等的要求耐热性、耐载荷性、抗剪切稳定性的滚动轴承、滑动轴承或齿轮部分。另外，可用于自动变速机用控制开关、杠杆控制开关·按钮开关等的要求耐热性、抗剪切稳定性、耐磨性的触点部分、同样地汽车用途的粘液偶合器的X形环部分、排气制动的O形环等的要求耐热性、抗剪切稳定性的橡胶密封部分。

在树脂制造装置中，可用于膜拉幅机、膜层压装置、班伯里式混炼机的要求耐热性·耐载荷性的滚动轴承、滑动轴承、栓销、油封、齿轮等，在制纸装置中可用于制造两面波纹纸板机的要求耐热性、耐载荷性的滚动轴承、滑动轴承、栓销、油封、齿轮等。

在木材加工装置中，可以用于连续压光定型机（contipress）等的要求耐热性、耐载荷性的滚动轴承、滑动轴承、栓销、油封、齿轮等。

在食品用机械中，可用于面包机、烤箱等的直线导轨、要求耐热性、耐磨性的滚动轴承等。

除此之外，可用于半导体制造装置、液晶制造装置、电子显微镜等的真空泵中的滚动轴承、齿轮等·功率控制装置的断路器的滚动轴承、汽车的前大灯、座椅、ABS、门锁、门铰链折页·离合器式增力机构、双瓣飞轮、车窗调节器、球铰、离合器式增力机构等的滚动轴承、滑动轴承、齿轮、摇动部等、个人电脑的冷却风扇、除尘器、洗衣机等的滚动轴承、滑动轴承、油封等家电·信息机器、工作机器的主轴、或、副马达等的滚动轴承、滑动轴承等、手机、个人电脑的铰链折页摇动部等。

Claims

1.一种导电性润滑脂组合物，其特征在于，作为基础油包含全氟聚醚，以及作为导电性赋予剂包含碳纳米管，所述碳纳米管的直径为40～200nm，并且所述碳纳米管在润滑脂整体中配合0.1～20重量％。

2.如权利要求1所述的导电性润滑脂组合物，其特征在于，所述碳纳米管的直径为70～120nm，并且所述碳纳米管在润滑脂整体中配合0.1～20重量％。

3.如权利要求1或2所述的导电性润滑脂组合物，其特征在于，所述全氟聚醚具有CF（CF₃）CF₂O结构单元，并且所述碳纳米管在润滑脂整体中配合1～10重量％。

4.如权利要求1～3中的任一项所述的导电性润滑脂组合物，其特征在于，所述碳纳米管在润滑脂整体中配合3～10重量％。

5.如权利要求1～4中的任一项所述的导电性润滑脂组合物，其特征在于，该导电性润滑脂组合物被用于金属滑动部。