CN103160369B - 一种自修复复合钛基润滑脂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种自修复复合钛基润滑脂及其制备方法，涉及一种润滑脂及该润滑脂的制备方法。润滑脂不仅具备良好的抗氧化能力和承载能力，而且对磨损零件表面进行修复，延长摩擦零部件的使用寿命。所述润滑脂由基础油、复合钛皂稠化剂、抗氧化添加剂、极压抗磨剂、减摩添加剂和自修复润滑材料混合炼制而成，制备步骤为：将基础油与高分子酸混合并搅拌，升温至80-90℃，加入钛酸四异丙酯和低分子酸，保温搅拌，反应温度升至120-150℃，再加入剩余基础油，继续升温至200-220℃搅拌，成脂后加入自修复润滑材料，并搅拌，再加入其他添加剂，经研磨，均化，脱气，即得自修复复合钛基润滑脂。适用于汽车工业、冶金工业、食品工业、飞机工业。

Description

一种自修复复合钛基润滑脂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种润滑脂，本发明还涉及该润滑脂的制备方法。

背景技术

据有关资料统计，大约有80%以上的滚动轴承和20%的滑动轴承使用润滑脂润滑。研究和选用好的添加剂是提升润滑脂品质的有效途径之一，传统的添加剂是通过物理或化学吸附，以及化学反应改善润滑脂的润滑性能，却不能做到使摩擦副无磨损或对摩擦副损伤的修复。随着科技发展，人们提出了自修复润滑添加剂的设想，所谓表面自修复是指在摩擦过程中，利用摩擦产生的机械摩擦作用和（或）摩擦化学作用，在摩擦副与润滑材料之间产生能量和物质交换，在摩擦表面形成保护膜，补偿摩擦副的磨损，形成磨损自修复效应。

复合钛基润滑脂是一种新型高端润滑脂，具有广阔的发展前景。目前的研究主要集中在制备工艺，环境友好性能，以及加入微纳米颗粒添加剂单纯改善其摩擦磨损性能方面，没有考虑自修复性能。中国专利CN200410036957.8中其稠化剂采用磺酸钙与聚脲复合，其氧化和承载性能不能同时保证，并且没有考虑极压耐磨添加剂与磨损自修复添加剂的合理匹配，存在单一性能突出而整体性能不足的问题。中国专利CN200510120518.X发明了一种复合多皂基自修复轴承润滑脂及制备方法，该润滑脂包含基础液、复合磺酸钙稠化剂、复合钙-锂稠化剂、抗氧抗腐蚀添加剂、金属钝化剂、二硫化钨极压添加剂、耐磨添加剂、自修复添加剂、结构改进剂混合而成，该发明未使用复合钛皂稠化剂，其不足之处是润滑脂组成成分过多，可能会互相影响，在决定润滑脂最终极压耐磨性能和磨损自修复功能添加剂的合理配伍问题上有一定的难度，如果配伍问题选择不合理，将导致整个润滑脂综合性能有所降低。中国专利CN1740290A公开了一种减振降噪自修复合纳米材料，它由纳米金属粉和天然矿石粉为主要原料，辅加多种辅助原料，采用一定工艺步骤制成的可用于润滑油（脂）润滑或超声介质中加入的高性能自修复纳米材料。然而，这种自修复纳米材料是由多组分构成的一种混合材料，而且需经特殊工艺组配。在使用中，在决定填充物获得综合性能好的添加剂配比上有很大难度，因组分过多，如果选配不合理，将导致被填充物综合性能有所降低，达不到预期。此外，该自修复专利中未使用微、纳米级碳酸钙和蛇纹石组合，也未考虑油溶性添加剂与固体颗粒组合。中国专利CN200710156258.0发明了一种自修复脲基润滑脂，该发明选用聚脲稠化剂而未使用复合钛基稠化剂，所用自修复润滑材料为纳米铜粉、纳米金刚石粉、纳米二氧化硅粉、纳米二氧化钛粉和纳米聚四氟乙烯粉的一种或二种的复合，未使用蛇纹石粉、碳酸钙粉和石墨粉。该润滑脂对磨损自修复效果一般，有待改进。美国专利US5589443和US5668092中都涉及复合钙基润滑脂或磺酸钙皂，与国内专利类似，采用磺酸钙皂、复合钙皂或二者的混合皂型，而没有采用复合钛皂，且美国专利US5589443和US5668092中都采用二硫化钼作为固体极压添加剂，没有对磨损面进行修复的作用。此外，中国专利CN200610089029.7和CN101307269A分别公开了复合钛基润滑脂的制备方法，中国专利CN101058762A公开了一种环境友好复合钛基润滑脂及其制备方法，这些专利所述的复合钛基润滑脂均不具有自修复功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种自修复复合钛基润滑脂及其制备方法，该润滑脂不仅具备良好的抗氧化能力和承载能力，而且对磨损零件表面进行修复，可以有效延长摩擦零部件的使用寿命。

所述润滑脂由基础油、复合钛皂稠化剂、抗氧化添加剂、极压抗磨剂、减摩添加剂和自修复润滑材料混合炼制而成，各组分含量的重量百分比为：基础油70-85%，复合钛皂稠化剂8-20%，抗氧化添加剂0.05-3%，极压抗磨剂1-3%，减摩添加剂1-3%，自修复润滑材料1-10%，复合钛皂稠化剂由高分子酸、低分子酸和钛酸四异丙酯组成。

按上述方案，所述的基础油是40℃时运动粘度50-150mm²/s,粘度指数为50-150的精炼制石蜡基矿物油和环烷基矿物油中的一种，优先选用400SN，500SN，650SN和150BS，或合成酯与精炼制矿物油复合，复合质量比为1:1-1:4，合成酯优先选用合成多烃基酯、磷酸酯中的一种，或合成油和精炼制矿物油复合，复合质量比为1:1-1:4，合成油优先选用聚α烯烃，合成氟化聚醚，甲苯基硅油中的一种。选用合成酯与矿物油可以改善复合钛基润滑脂的环境友好性能，而选用合成油可以改善复合钛基润滑脂的热稳定性。

按上述方案所述的复合钛皂稠化剂由高分子酸、低分子酸和钛酸四异丙酯组成，其中高分子酸优先选用硬脂酸和12羟基硬脂酸中的一种，低分子酸优先选用苯甲酸和苯二甲酸中的一种，复合质量比为高分子酸：低分子酸：钛酸四异丙酯为1:1:1-1:1:5。

按上述方案所述的抗氧化添加剂可以选择胺型或酚型，优先选用二烷基苯基胺，或2,6二叔丁基对甲酚。

按上述方案所述的极压抗磨剂为二烷基二硫代磷酸锌或二烷基二硫代磷酸钼中的一种或二种复合，复合质量比为1:1。

按上述方案所述的减摩添加剂为鳞片状石墨或二硫化钼中的一种或二种复合，复合质量比为2:1。

按上述方案所述的自修复润滑材料粒径为5-10μm的微米碳酸钙，粒径为60-90nm的纳米碳酸钙，粒径为5-10μm的蛇纹石粉中的一种或二种的复合。可以是微米碳酸钙和蛇纹石粉复合，复合质量比为1:1-1:5，可以是纳米碳酸钙和蛇纹石粉的复合，复合质量比为1:1-1:10。

一种自修复复合钛基润滑脂的制备方法，其步骤为：将1/2-1/3的基础油与高分子酸混合并搅拌，升温至不低于80-90℃，然后加入钛酸四异丙酯，再加入低分子酸，并保温搅拌，再加入蒸馏水，继续将反应温度升至120-150℃，再加入剩余基础油，继续升温至200-220℃，并保温搅拌，待反应成脂后，加入自修复润滑材料，并搅拌，降温至60-100℃，再加入抗氧化剂、极压抗磨剂和减摩剂，经研磨，均化，脱气，即得自修复复合钛基润滑脂。

本发明的特点在于：

1）采用复合钛皂作为稠化剂，它不同于普通的皂基稠化剂，所用金属化合物是有机金属化合物，而不是普通无机金属盐或碱金属化合物，所得复合钛皂皂纤维呈现特细纤维团或片状结构，是一种大分子聚合物质，具有结构稳定、耐热性好的突出优点，是高端润滑脂理想稠化剂。

2）采用了二烷基二硫代磷酸锌或二烷基二硫代磷酸钼这些油溶性极压抗磨剂和鳞片状石墨或二硫化钼固体颗粒减摩剂复合，具有协同改善复合钛基润滑脂的减摩抗极压能力。

3）采用微米和纳米碳酸钙与蛇纹石粉复合作为自修复润滑材料，碳酸钙的加入不仅可以改善复合钛基润滑脂的减摩和抗磨能力，而且有助于复合钛皂在磨损表面形成防护膜，特别是碳酸钙可以促进蛇纹石粉在磨损表面快速生成自修复保护膜，克服单一蛇纹石粉生成自修复保护膜较慢的不足。

本发明的有益效果在于：

1）本发明采用复合钛皂作为稠化剂，皂纤维是一种大分子聚合物质，润滑脂结构稳定，耐热性好，突出优点是滴点高，不低于300℃，抗水淋性能强，胶体安定性好。

2）本发明采用油溶性极压抗磨剂和固体颗粒减摩剂复合，可以发挥两种添加剂的各自优势，产生协同作用，使得本发明润滑脂具有较好的减摩效果和较好的承载能力。

3）本发明采用固体颗粒碳酸钙和蛇纹石粉体复合作为自修复润滑材料，利用碳酸钙的催化作用可以促进蛇纹石对摩擦面的磨损进行快速修复，在磨损修复膜未产生之前，碳酸钙可以提高润滑脂的耐磨性能。

总之，本发明所述的润滑脂，是一种复合钛皂基润滑脂，不仅具备传统润滑脂的一些优良性能，特别对于磨损表面具有好的自修复功能，在使用中，可以提高设备摩擦副零件的利用率和使用寿命。

附图说明

图1是实施例2样品摩擦系数随时间变化的曲线示意图。图2是实施例2样品磨痕宽度随时间变化的曲线示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例中，一种自修复复合钛基润滑脂由下列成分组成：占润滑脂重量70%的精炼制、粘度指数为96石蜡基矿物油为基础油；占润滑脂重量14.5%的复合钛皂稠化剂，该稠化剂由质量比为1:1:1的苯甲酸：硬脂酸：钛酸四异丙酯的皂化反应物组成；占润滑脂重量5%的极压抗磨剂和减摩剂，其中极压抗磨剂和减摩剂分别为二烷基二硫代磷酸锌和鳞片状石墨，质量比为1:1；占润滑脂重量9%的自修复润滑材料，该自修复润滑材料由蛇纹石粉组成；占润滑脂重量1.5%的二烷基苯基胺为抗氧化剂。

制备方法如下：将1/2-1/3基础油与高分子酸混合，并搅拌，升温至不低于80-90℃，然后加入钛酸四异丙酯，再加入低分子酸，并保温搅拌，再加入蒸馏水，继续将反应温度升至120-150℃，再加入剩余基础油，继续升温至200-220℃，并保温搅拌，待反应成脂后，加入自修复润滑材料，并搅拌，降温至60-100℃，再加入其他添加剂，如极压抗磨剂、减摩剂和抗氧化剂，经研磨，均化，脱气，即得自修复复合钛基润滑脂。本实施方式得到的润滑脂性能见附表1所示。

实施例2

在本实施例中，一种自修复复合钛基润滑脂由下列成分组成：占润滑脂重量80%的精炼制、粘度指数为100的石蜡基矿物油和合成多烃基酯合成酯混合的基础油，混合质量比为矿物油：合成酯为2:1；占润滑脂重量10%的复合钛皂稠化剂，该稠化剂由质量比为1:1:2的苯二甲酸：12羟基硬脂酸：钛酸四异丙酯的皂化反应物组成；占润滑脂重量3%的极压抗磨剂和减摩剂，其中极压抗磨剂和减摩剂分别为二烷基二硫代磷酸钼和鳞片状石墨，质量比为1:2；占润滑脂重量6%的自修复润滑材料，该自修复润滑材料由蛇纹石粉和微米碳酸钙按质量比3:1混合构成；占润滑脂重量1%的苯基-α-萘胺为抗氧化剂。

本实施方式润滑脂制备方法与实施方式一相同。本实施方式得到的润滑脂性能见表1。

附图1和附图2分别显示了实施例2的样品长达200小时的摩擦磨损自修复性能的测试结果。该测试结果是利用M-200磨损试验机，在正压力500N，转速200r/min，连续涂油润滑条件下，使用调质处理的45钢环和45钢块组成的摩擦副运行了0-30小时的摩擦系数和从30小时运行到200小时的磨损自修复效果。这些实验结果表明，实施例2所得样品具有明显的自修复磨损功能。

实施例3

在本实施例中，一种自修复复合钛基润滑脂由下列成分组成：占润滑脂重量85%的精炼制、粘度指数为120石蜡基矿物油和聚α烯烃合成油混合的基础油，混合质量比为矿物油：合成油为3:1；占润滑脂重量11%的复合钛皂稠化剂，该稠化剂由质量比为1:1:3的苯甲酸：12羟基硬脂酸：钛酸四异丙酯的皂化反应物组成；占润滑脂重量1%的极压抗磨剂和减摩剂，其中极压抗磨剂和减摩剂分别为二烷基二硫代磷酸钼和微米二硫化钼粉，质量比为1:3；占润滑脂重量2.5%的自修复润滑材料，该自修复润滑材料由蛇纹石粉和纳米碳酸钙按质量比4:1混合构成；占润滑脂重量0.5%的2,6二叔丁基对甲酚为抗氧化剂。

本实施方式润滑脂制备方法与实施方式一相同。本实施方式得到的润滑脂性能见表1。

本发明上述3个实施例所得到的润滑脂样品的测试结果如表1所示。表1中摩擦系数和磨斑直径是利用四球试验机在正压力392N，转速1450r/min，摩擦60min条件下的测试结果。

表1样品理化性能和摩擦磨损性能测试结果

Claims (8)

1.一种自修复复合钛基润滑脂，其特征在于所述润滑脂由基础油、复合钛皂稠化剂、抗氧化添加剂、极压抗磨剂、减摩添加剂和自修复润滑材料混合炼制而成，各组分含量的重量百分比为：基础油70-85%，复合钛皂稠化剂8-20%，抗氧化添加剂0.05-3%，极压抗磨剂1-3%，减摩添加剂1-3%，自修复润滑材料1-10%，复合钛皂稠化剂由高分子酸、低分子酸和钛酸四异丙酯组成；其中所述自修复润滑材料为粒径为2.5-3.5μm的微米碳酸钙、粒径为60-90nm的纳米碳酸钙或粒径为5-10μm的蛇纹石粉中的一种或二种的复合，微米碳酸钙和蛇纹石粉体复合质量比为1:1-1:5，纳米碳酸钙和蛇纹石粉体复合质量比为1:1-1:10；所述的复合钛皂稠化剂为高分子酸：低分子酸：钛酸四异丙酯混合质量比为1:1:1-1:1:5，是经酯化和皂化反应生成的稠化剂。

2.根据权利要求1所述的一种自修复复合钛基润滑脂，其特征在于基础油为合成酯、矿物油、合成油中的一种或二种的复合，复合质量比为1:1-1:4。

3.根据权利要求2所述的一种自修复复合钛基润滑脂，其特征在于合成酯为合成多烃基酯，磷酸酯中的一种或二种复合，矿物油为40℃时运动粘度50-150mm²/s,粘度指数为50-150的精炼制石蜡基或环烷基矿物油中的一种，合成油为聚α烯烃，合成氟化聚醚，甲苯基硅油中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种自修复复合钛基润滑脂，其特征在于高分子酸为硬脂酸，12羟基硬脂酸中的一种，低分子酸为苯甲酸，苯二甲酸中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种自修复复合钛基润滑脂，其特征在于抗氧化添加剂选用二烷基苯基胺，或2,6二叔丁基对甲酚。

6.根据权利要求1所述的一种自修复复合钛基润滑脂，其特征在于极压抗磨剂为二烷基二硫代磷酸锌和二烷基二硫代磷酸钼中的一种或二种复合，复合质量比为1:1；减摩剂为鳞片状石墨和二硫化钼中的一种或二种复合，复合质量比为2:1。

7.根据权利要求1所述的一种自修复复合钛基润滑脂，其特征在于蛇纹石粉体为质量比10:1-20:1的天然蛇纹石研磨粉和球形微米石墨粉的复合物，或质量比10:1-20:1的羟基硅酸盐和球形微米石墨粉的复合物，其中羟基硅酸盐选用羟基硅酸镁或羟基硅酸铝复合物中的一种。

8.权利要求1所述一种自修复复合钛基润滑脂的制备方法，其特征在于它包括下述步骤：将1/2-1/3的基础油与高分子酸混合并搅拌，升温至80-90℃，然后加入钛酸四异丙酯，再加入低分子酸，并保温搅拌，再加入蒸馏水，继续将反应温度升至120-150℃，再加入剩余基础油，继续升温至200-220℃，并保温搅拌，待反应成脂后，加入自修复润滑材料，并搅拌，降温至60-100℃，再加入抗氧化添加剂、极压抗磨剂和减摩添加剂，经研磨，均化，脱气，即得自修复复合钛基润滑脂。

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