CN103602376B - 一种复合纳米抗磨剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合纳米抗磨剂及其制备方法，复合纳米抗磨剂由下述重量份的组分组成：聚异丁烯25～30份，分散剂4～8份，碳纳米管1～5份，纳米氮化硼1～5份，纳米氮化铝3～8份，聚α烯烃40～70份；本发明并提供了上述复合纳米抗磨剂的制备方法。本发明的复合纳米抗磨剂稳定性和分散性好、不分层沉淀，可在金属表面形成超硬与柔韧共存的纳米共晶离子化合物保护膜，无纳米团聚现象。
Description
技术领域
本发明涉及润滑材料技术领域，特别涉及一种复合纳米抗磨剂及其制备方法。
背景技术
机械设备在工作过程中的摩擦和磨损是目前科学技术无法避免的，摩擦消耗掉了世界三分之一宝贵能源，摩擦造成的磨损严重地降低了机械效率，势必进一步加大了能源的消耗。机械设备报废的主要原因也是由于关键部件磨损严重造成的。因此，进一步解决摩擦磨损也是倡导节能减排迫在眉睫的重要工作。
随着工业领域的不断迅猛发展，传统的润滑油抗磨添加剂主要含有硫磷等腐蚀性物质，长期使用对机件有害，在生产制造过程中尤其在内燃机的排放过程中对环境的负面影响巨大。美国石油协会（API）ILSSC2009年规定润滑油产品硫含量严格控制在0.5%以下，对磷含量控制在0.05%以下。并要求在降低硫磷含量的前提下还要进一步提高油品的抗磨性，传统的硫系、磷系抗磨剂不可避免的因保护环境而被禁止。
近年来国际国内采用纳米材料的抗磨技术得到了快速发展，很多成果得到了应用，并取得一定的成绩，但是目前纳米材料的抗磨技术有如下缺陷：
1.纳米溶液属于悬浮技术，调配成液体后不是稳定的液体，长期存放会出现分层现象，这种悬浮液体加入润滑油中其分散性无法保证，技术缺陷较大。
2.纳米材料在机件表面以及内燃机运动部件表面长期使用会产生纳米颗粒聚集，形成纳米团聚现象，纳米颗粒越聚越多，形成大颗粒后会加剧磨损，形成负效应。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种复合纳米抗磨剂及其制备方法，本发明的复合纳米抗磨剂稳定性和分散性好、不分层沉淀，可在金属表面形成超硬与柔韧共存的纳米共晶离子化合物保护膜，无纳米团聚现象。
本发明的技术方案是这样实现的：一种复合纳米抗磨剂，由下述重量份的组分组成：聚异丁烯25～30份，分散剂4～8份，碳纳米管1～5份，纳米氮化硼1～5份，纳米氮化铝3～8份，聚α烯烃40～70份。
其中，优选地，一种复合纳米抗磨剂由下述重量份的组分组成：聚异丁烯27份，分散刘6份，碳纳米管3份，纳米氮化硼3.5份，纳米氮化铝5.5份，聚α烯烃55份。
其中，优选地，所述聚异丁烯的分子量为600～1300。
其中，优选地，所述分散剂为季四戊醇、聚二丁烯丁二酰亚胺、聚二丁烯双丁二酰亚胺、聚甲基丙烯酸酯、聚异丁烯胺、聚乙烯-丙烯共聚物中的任意一种或几种。
其中，优选地，所述碳纳米管的粒径为≤100nm。
其中，优选地，所述纳米氮化硼的粒径为≤30nm。
其中，优选地，所述纳米氮化铝的粒径为≤30nm
其中，优选地，所述聚α烯烃的型号为PA025。
一种复合纳米抗磨剂的制备方法，包括以下步骤：
1）将聚异丁烯和碳纳米管加入高速研磨机研磨60～90分钟后，与分散剂混合，然后转入工作压力为30～100MPa均质机喷射均质30～150分钟，最后转入大功率超声波机进行分散90～150分钟，抽出备用；
2）将纳米氮化硼、纳米氮化铝和聚a烯烃置入剪切机剪切30～90分钟后，与分散剂混合，然后转入工作压力为30-100MPa的均质机喷射均质30～150分钟，最后转入大功率超声波机进行分散30-90分钟，抽出备用；
3）将步骤1和步骤2所得物料加入反应釜中，加热到50～60℃，充分搅拌50～70分钟，真空除水，完毕后冷却，过滤，即得复合纳米抗磨剂成品。
本发明的复合纳米抗磨剂的作用机理：
本发明的复合纳米抗磨剂与传统纳米抗磨剂相比，本发明采用复合纳米技术，在摩擦运动中纳米材料渗镀到机件表面形成纳米渗镀膜，填平微米级的凹痕，使之趋向纳米级平坦，物理成膜，稳定抗磨，修复微观受损部位；同时可在金属表面形成超硬与柔韧共存的纳米共晶离子化合物保护膜；多余的纳米颗粒因其具有很大的表面积并含有微孔，吸附了大量的润滑剂，均匀分布在润滑油中，以润滑油携带介于两层纳米复合膜之间，在摩擦副相接触的摩擦表面上形成了“分子轴承”作用，可以称谓“纳米滚珠轴承结构膜”。
本发明的有益效果：
1.本发明的复合纳米抗磨剂节省燃油率为15%～30%，延长换油周期50%～100%。本发明的复合纳米抗磨剂在苛刻的高温和极寒的环境下均能表现优异的性能。
2.可增加扭矩力5～15%，减少摩擦5～20倍，有效延长寿命3～5倍。
3.可降低机械噪音、振动，温度降低10%-20%，减少废气及有害物质排放20%-70%，能够频繁冷启动而不损坏发动机。
4.可广泛适用于合成机油、润滑油、齿轮油、润滑脂进行润滑的金属表面及航空航天领域。
5.本发明生产工艺简单，生产过程无三废产生，具有广泛的应用前景。
6.本发明的复合纳米抗磨剂与硫磷型抗磨剂相比，不含硫、磷等有害物质、对大气和环境没有危害。
7.本发明的复合纳米抗磨剂稳定性和分散性好、不分层沉淀、无纳米团聚现象、可长期储存且添加量小节约成本。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种复合纳米抗磨剂，由下述重量份的组分组成：聚异丁烯25～30份，分散剂4～8份，碳纳米管1～5份，纳米氮化硼1～5份，纳米氮化铝3～8份，聚α烯烃40～70份。
在下述实施例中，聚异丁烯的分子量为600～1300；所述分散剂为季四戊醇、聚二丁烯丁二酰亚胺、聚二丁烯双丁二酰亚胺、聚甲基丙烯酸酯、聚异丁烯胺、聚乙烯-丙烯共聚物中的任意一种或几种；碳纳米管的粒径为≤100nm；纳米氮化硼的粒径为≤30nm；纳米氮化铝的粒径为≤30nm；聚α烯烃的型号为PA025。
一种复合纳米抗磨剂的制备方法，包括以下步骤：
1）将聚异丁烯和碳纳米管加入高速研磨机研磨60～90分钟后，与分散剂混合，然后转入工作压力为30～100MPa均质机喷射均质30～150分钟，最后转入大功率超声波机进行分散90～150分钟，抽出备用；
2）将纳米氮化硼、纳米氮化铝和聚a烯烃剪切机剪切30～90分钟后，与分散剂混合，然后转入工作压力为30-100MPa的均质机喷射均质30～150分钟，最后转入大功率超声波机进行分散30-90分钟，抽出备用；
3）将步骤1和步骤2所得物料加入反应釜中，加热到50～60℃，充分搅拌50～70分钟，真空除水，完毕后冷却，过滤，即得复合纳米抗磨剂成品。
实施例1
本实施例提供一种复合纳米抗磨剂由下述重量份的组分组成：聚异丁烯27份，分散刘6份，碳纳米管3份，纳米氮化硼3.5份，纳米氮化铝5.5份，聚α烯烃55份。
本实施例复合纳米抗磨剂的制备方法，包括以下步骤：
1）将聚异丁烯和碳纳米管加入高速三辊研磨机研磨75分钟后，与分散剂混合，然后转入工作压力为30～100MPa液压式超高压均质机喷射均100分钟，最后转入大功率超声波机进行分散100分钟，抽出备用；
2）将纳米氮化硼、纳米氮化铝和聚a烯烃置入高速剪切机剪切60分钟后，与分散剂混合，然后转入工作压力为30-100MPa液压式超高压均质机喷射均质90分钟，最后转入大功率超声波机进行分散60分钟，抽出备用；
3）将步骤1和步骤2所得物料加入反应釜中，加热到55℃，充分搅拌60分钟，真空除水，完毕后冷却，过滤，即得复合纳米抗磨剂成品。
在步骤3中，除水后半成品的水份测定按GB/T260的标准进行测定。
在本实施例中，分散剂为季四戊醇，也可为聚二丁烯丁二酰亚胺、聚二丁烯双丁二酰亚胺、聚甲基丙烯酸酯、聚异丁烯胺、聚乙烯-丙烯共聚物中的任意一种，或者上述分散剂质量比为任意比的任意几种。
实施例2
本实施例提供一种复合纳米抗磨剂由下述重量份的组分组成：聚异丁烯25份，分散刘4份，碳纳米管1份，纳米氮化硼1份，纳米氮化铝3份，聚α烯烃40份。
本实施例复合纳米抗磨剂的制备方法，包括以下步骤：
1）将聚异丁烯和碳纳米管加入高速三辊研磨机研磨90分钟后，与分散剂混合，然后转入工作压力为30～100MPa液压式超高压均质机喷射均30分钟，最后转入大功率超声波机进行分散150分钟，抽出备用；
2）将纳米氮化硼、纳米氮化铝和聚a烯烃置入高速剪切机剪切30分钟后，与分散剂混合，然后转入工作压力为30-100MPa液压式超高压均质机喷射均质150分钟，最后转入大功率超声波机进行分散30分钟，抽出备用；
3）将步骤1和步骤2所得物料加入反应釜中，加热到50℃，充分搅拌70分钟，真空除水，完毕后冷却，过滤，即得复合纳米抗磨剂成品。
在步骤3中，除水后半成品的水份测定按GB/T260的标准进行测定。
在本实施例中，分散剂为聚二丁烯丁二酰亚胺，也可为季四戊醇、聚二丁烯双丁二酰亚胺、聚甲基丙烯酸酯、聚异丁烯胺、聚乙烯-丙烯共聚物中的任意一种，或者上述分散剂质量比为任意比的任意几种。
实施例3
本实施例提供一种复合纳米抗磨剂由下述重量份的组分组成：聚异丁烯30份，分散刘8份，碳纳米管5份，纳米氮化硼5份，纳米氮化铝8份，聚α烯烃70份。
本实施例复合纳米抗磨剂的制备方法，包括以下步骤：
1）将聚异丁烯和碳纳米管加入高速三辊研磨机研磨60分钟后，与分散剂混合，然后转入工作压力为30～100MPa液压式超高压均质机喷射均150分钟，最后转入大功率超声波机进行分散90分钟，抽出备用；
2）将纳米氮化硼、纳米氮化铝和聚a烯烃置入高速剪切机剪切90分钟后，与分散剂混合，然后转入工作压力为30-100MPa液压式超高压均质机喷射均质30分钟，最后转入大功率超声波机进行分散90分钟，抽出备用；
3）将步骤1和步骤2所得物料加入反应釜中，加热到60℃，充分搅拌50分钟，真空除水，完毕后冷却，过滤，即得复合纳米抗磨剂成品。
在步骤3中，除水后半成品的水份测定按GB/T260的标准进行测定。
在本实施例中，分散剂为聚二丁烯双丁二酰亚胺，也可为聚二丁烯丁二酰亚胺、季四戊醇、聚甲基丙烯酸酯、聚异丁烯胺、聚乙烯-丙烯共聚物中的任意一种，或者上述分散剂质量比为任意比的任意几种。
实施例4
本实施例提供一种复合纳米抗磨剂由下述重量份的组分组成：聚异丁烯28份，分散刘7份，碳纳米管4份，纳米氮化硼3份，纳米氮化铝6份，聚α烯烃60份。
本实施例复合纳米抗磨剂的制备方法，包括以下步骤：
1）将聚异丁烯和碳纳米管加入高速三辊研磨机研磨80分钟后，与分散剂混合，然后转入工作压力为30～100MPa液压式超高压均质机喷射均40分钟，最后转入大功率超声波机进行分散140分钟，抽出备用；
2）将纳米氮化硼、纳米氮化铝和聚a烯烃置入高速剪切机剪切40分钟后，与分散剂混合，然后转入工作压力为30-100MPa液压式超高压均质机喷射均质50分钟，最后转入大功率超声波机进行分散80分钟，抽出备用；
3）将步骤1和步骤2所得物料加入反应釜中，加热到52℃，充分搅拌68分钟，真空除水，完毕后冷却，过滤，即得复合纳米抗磨剂成品。
在步骤3中，除水后半成品的水份测定按GB/T260的标准进行测定。
在本实施例中，分散剂为聚甲基丙烯酸酯，也可为聚二丁烯丁二酰亚胺、聚二丁烯双丁二酰亚胺、季四戊醇、聚异丁烯胺、聚乙烯-丙烯共聚物中的任意一种，或者上述分散剂质量比为任意比的任意几种。
实施例5
本实施例提供一种复合纳米抗磨剂由下述重量份的组分组成：聚异丁烯26份，分散刘5份，碳纳米管2份，纳米氮化硼2份，纳米氮化铝4份，聚α烯烃50份。
本实施例复合纳米抗磨剂的制备方法，包括以下步骤：
1）将聚异丁烯和碳纳米管加入高速三辊研磨机研磨70分钟后，与分散剂混合，然后转入工作压力为30～100MPa液压式超高压均质机喷射均80分钟，最后转入大功率超声波机进行分散120分钟，抽出备用；
2）将纳米氮化硼、纳米氮化铝和聚a烯烃置入高速剪切机剪切70分钟后，与分散剂混合，然后转入工作压力为30-100MPa液压式超高压均质机喷射均质80分钟，最后转入大功率超声波机进行分散50分钟，抽出备用；
3）将步骤1和步骤2所得物料加入反应釜中，加热到58℃，充分搅拌55分钟，真空除水，完毕后冷却，过滤，即得复合纳米抗磨剂成品。
在步骤3中，除水后半成品的水份测定按GB/T260的标准进行测定。
在本实施例中，分散剂为聚异丁烯胺，也可为聚二丁烯丁二酰亚胺、聚二丁烯双丁二酰亚胺、聚甲基丙烯酸酯、季四戊醇、聚乙烯-丙烯共聚物中的任意一种，或者上述分散剂质量比为任意比的任意几种。
实施例6
本实施例提供一种复合纳米抗磨剂由下述重量份的组分组成：聚异丁烯29份，分散刘6份，碳纳米管3.5份，纳米氮化硼4份，纳米氮化铝7份，聚α烯烃50份。
本实施例复合纳米抗磨剂的制备方法，包括以下步骤：
1）将聚异丁烯和碳纳米管加入高速三辊研磨机研磨85分钟后，与分散剂混合，然后转入工作压力为30～100MPa液压式超高压均质机喷射均60分钟，最后转入大功率超声波机进行分散100分钟，抽出备用；
2）将纳米氮化硼、纳米氮化铝和聚a烯烃置入高速剪切机剪切80分钟后，与分散剂混合，然后转入工作压力为30-100MPa液压式超高压均质机喷射均质60分钟，最后转入大功率超声波机进行分散60分钟，抽出备用；
3）将步骤1和步骤2所得物料加入反应釜中，加热到56℃，充分搅拌65分钟，真空除水，完毕后冷却，过滤，即得复合纳米抗磨剂成品。
在步骤3中，除水后半成品的水份测定按GB/T260的标准进行测定。
在本实施例中，分散剂为聚乙烯-丙烯共聚物，也可为聚二丁烯丁二酰亚胺、聚二丁烯双丁二酰亚胺、聚甲基丙烯酸酯、聚异丁烯胺、季四戊醇中的任意一种，或者上述分散剂质量比为任意比的任意几种。
上述实施例制得的复合纳米抗磨剂与市场上通用的ZDDP以150SN基础油为载体在四球机中做极压抗磨损对比，数据表如下：
由以上实验数据说明，本发明的复合纳米抗磨剂在金属表面形成超硬与柔韧共存的纳米共晶离子化合物保护膜，更好地利用变滑动摩擦为滚动摩擦的原理，大幅度降低磨擦系数，具有超强的极压抗磨减磨性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种复合纳米抗磨剂，其特征在于，由下述重量份的组分组成：聚异丁烯25～30份，分散剂4～8份，碳纳米管1～5份，纳米氮化硼1～5份，纳米氮化铝3～8份，聚α烯烃40～70份；所述聚α烯烃的型号为PA025。
2.根据权利要求1所述的一种复合纳米抗磨剂，其特征在于，由下述重量份的组分组成：聚异丁烯27份，分散 剂6份，碳纳米管3份，纳米氮化硼3.5份，纳米氮化铝5.5份，聚α烯烃55份。
3.根据权利要求1所述的一种复合纳米抗磨剂，其特征在于：所述聚异丁烯的分子量为600～1300。
4.根据权利要求1所述的一种复合纳米抗磨剂，其特征在于：所述分散剂为季四戊醇、聚二丁烯丁二酰亚胺、聚二丁烯双丁二酰亚胺、聚甲基丙烯酸酯、聚异丁烯胺、聚乙烯-丙烯共聚物中的任意一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种复合纳米抗磨剂，其特征在于：所述碳纳米管的粒径为≤100nm。
6.根据权利要求1所述的一种复合纳米抗磨剂，其特征在于：所述纳米氮化硼的粒径为≤30nm。
7.根据权利要求1所述的一种复合纳米抗磨剂，其特征在于：所述纳米氮化铝的粒径为≤30nm。
8.一种权利要求1～7任一项所述的复合纳米抗磨剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将聚异丁烯和碳纳米管加入高速研磨机研磨60～90分钟后，与分散剂混合，然后转入工作压力为30～100MPa均质机喷射均质30～150分钟，最后转入大功率超声波机进行分散90～150分钟，抽出备用；
2)将纳米氮化硼、纳米氮化铝和聚α烯烃置入剪切机剪切30～90分钟后，与分散剂混合，然后转入工作压力为30-100MPa的均质机喷射均质30～150分钟，最后转入大功率超声波机进行分散30-90分钟，抽出备用；
3)将步骤1和步骤2所得物料加入反应釜中，加热到50～60℃，充分搅拌50～70分钟，真空除水，完毕后冷却，过滤，即得复合纳米抗磨剂成品。
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