CN104119990A - 水和谐润滑脂 - Google Patents

Abstract

本发明提供水和谐润滑脂及水与润滑脂和谐的技术认知与方法。水与润滑脂的关系，此前几乎只认知到其相互对抗排斥，导致一概将二者不应混同存在于被润滑表面这种认知作为设计与使用的准则和习惯，所以此前技术的工作方向仅是增强润滑脂的抗水能力和加强润滑点与水的密封隔离能力，这纯粹属于相互排斥的思维。通过分析出溶解乳化分散反应电荷表面张力是此相互关系的作用原理，揭示出了一种新型的关系，开创了水与润滑脂相互和谐相互促进的技术认知和技术方法，按此认知和方法可以将水和润滑脂在被润滑对象表面直接亲密接触，并使得综合的润滑效果得到提升。同时，采纳水和谐组分提供了能满足水和谐关系的润滑脂的制造方法。

Description

水和谐润滑脂

技术领域

本发明涉及一种润滑脂与水的新型技术关系、涉及一种润滑脂，尤其是一种与水和谐相处的润滑脂。 

背景技术

润滑脂的抗水性，传统中就是润滑脂的主要技术指标之一，为了评价脂的抗水能力，业界使用了很多手段方法。比较通用的方法是抗水淋性测试和加水工作针入度变化率测试，这两项测试已经被列入中国行业标准或者个别国工业标准。 

水对润滑脂功能的破坏主要源于两个角度，一是水与润滑剂争夺金属即润滑对象的表面，造成金属的锈蚀以及润滑保护失效；二是脂本身的状态的变化，脂无法维持产品原有的基本质量。 

脂的抗水性能的优劣，可以分别从脂的化学组成方面找到技术解释。通常的润滑脂，由三类成分构成，分别是基础油、稠化剂、添加剂。每一项成份都与抗水的能力相关。 

分别介绍： 

基础油。基础油品类很多，最常用的矿物油，合成油类的PAO，抗水能力业已不错；而普通的酯类合成油遇水有分解的风险、醚类合成油吸水能力较大甚至溶解于水中、作为抗水的润滑基础油有所不足；而合成油类中的硅系润滑油，往往可以作到很优秀的抗水能力，但其对钢的润滑能力不足，又影响了作为抗水润滑剂的使用。 

稠化剂。在传统润滑脂的制造技术中，抗水的短板往往来源于脂的主要组成之一即稠化剂。传统的稠化剂，以脂肪酸皂为多，可以满足多数环境包括微水环境的使用；脲基、复合磺酸钙基，是改善提高脂的抗水能力的主流稠化剂；而粘土类等稠化剂往往更不能胜任抗水的功用。这些稠化剂，多数都是极性的，与极性的水亲和；其抗水能力，来源于减小极性，或者增强疏水极团。 

添加剂，以防锈剂、抗氧剂、摩擦改良剂为主，多数是极性与水亲和的，因此用于高抗水润滑脂中需要更谨慎的选择。 

因为多数的润滑场合，抗水的要求并不特别严苛，所以多数的润滑脂是足够满足要求的，这导致对抗水润滑脂的研究不够重视。但随着工业社会越来越精确，对润滑要求的要求也越来越精确，高抗水逐渐也被工业上所需要。其中典型的使用场合就是钢厂设备的润滑、水下作业的机器与工具。比如钢厂连铸连轧线，因降温需要，会大量使用水来冷却，润滑部位受到高温与高水汽双重伤害，所以有关润滑方面的需求多数是相对粗放的。 

现状中有两条途径对待水与润滑脂的关系，一是在努力提高润滑脂的抗水能力，其领先代表型产品，就是复合磺酸钙基矿物油润滑脂和聚脲基矿物油润滑脂，前者因为稠化剂本身具备防锈抗摩的能力不需要另加添加剂等综合原因而更突出。二是，通过努力改善密封能力将水与润滑脂分开。 

这两条途经都是同一点思路，就是将水与润滑脂当成敌对的因素。 

本发明通过绝对提升润滑脂的水相容技术性能，完全扭转了这种思路。即，水可以是润滑脂的和谐促进因素即朋友而不见得一定是不利的敌对因素。 

发明内容

发明要解决的问题。 

首先，解决润滑脂与水的关系问题。 

在传统的润滑脂工程师的技术理念中，水是润滑脂的破坏者，水是润滑时需要加以排斥避免的成分。在润滑脂的技术功能或技术水平上，抵抗水的破坏力是一项十分受重视的技术内容，润滑脂的工业发展史，因为锂其脂、脲基脂、磺酸钙基脂，也借此项技术能力的提升而引导了工业润滑脂的发展方向。有专门的成为各工业国普遍存在的和成为国际标准的对抗水能力的各种评定方法。在传统中都是传递和代表这一定势思维：“润滑脂研究制造方面：尽力增强润滑脂对抗来源于水的破坏的能力”以及“润滑脂使用方面：尽力通过密封、隔离手段排斥水而不让水介入润滑脂润滑工作点”。本发明指出了水与润滑脂的这两类关系都存在：此前的敌对排斥关系、本发明的和谐促进关系。 

例如，面对水环境下工作的摩擦面，工业界在润滑脂与水是对立的这一认识的控制下，要嘛是努力设计出将水与润滑表面的密封隔离、要嘛是让步接受在隔离无效下润滑效果打拆扣的现状。 

其次，要解决形成水与润滑脂敌对关系与和谐关系的技术原理。 

本发明并非仅仅是提供一种润滑脂，而是要揭示可以引入水来促进润滑脂设计的方法。因此，解决其正面负面关系形成的技术原因很有帮助。 

其三，要解决实现非对抗关系或更进一步成为和谐关系的方案。 

根据对形成原理的认识，可以找出和谐关系的润滑脂制作方向。 

以上是理论问题。以下是本发明要解决的具体实践问题。 

具体要解决的是两大问题：润滑脂被动涉水使用时容易润滑失效；非涉水使用时润滑效果不好。 

解决问题的方案 

水与润滑脂，在传统的对抗破坏关系之外，仍然可能存在非对抗的并且和谐促进的关系，本专利润滑脂可以在以下角度但并不局限于以下角度将润滑脂与水的作用结合起来而促进共同的润滑目的。本发明，起码但不限于，看到了通过直接引入水而实现的三大正面影响：一是控温作用；二是强化润滑膜；三是防止其它因素比如氧气粉尘辐射败坏润滑脂。 

温度控制角度。 

水的高热焓值和高蒸发潜能，让水成为最好的冷却降温流体，水在润滑脂中的存在很容易让润滑体系的温度不高于100摄氏度；另外，流动的水也适合控制温度不低于0摄氏度。 

冷却降温，从两大方向是润滑有利因素，一是维持被润滑对象的诸项性能包括但不限于比如轴承齿轮的金属或者尼龙的机械强度；二是维持润滑脂的诸项性能包括但不限于 稠度粘度的物理性能的维持和热氧化学变质的维持。 

例如，在高温环境下工作的润滑对象如轴承，高温大大地损害了轴承金属的各项机械性能，例如硬度、耐磨等，同时高温也破坏了润滑剂的功能，所以降温是自然选择，水的独特的冷却控温能力，可以让被润滑的对象得到冷却，但是水与传统润滑脂的不相容特点，导致本发明之前的水冷却只能在轴承工作表面即摩擦润滑面之外使用，即通常是由水冷却轴承座的外壳或者在轴承座壳体中设计水路水腔再经过轴承座与轴承套圈的热传导而实现对润滑面及润滑脂的冷却，可视为间接水冷却，这种因为基于水与润滑脂是敌对的、不应该混在一起的传统认识而出现的间接水冷却的思维是自然的而又习以为常；而本发明对此作出突破，变为直接水冷却，也就是将冷却水直接引到轴承的滚道滚动体摩擦润滑表面、与润滑脂同时几乎零距离地相互接触并同时接触润滑表面。在相似的非轴承类润滑对象也存在同等情形。间接水冷却与直接水冷却，前者的热交换通过热传导这种传热较慢温差可能较大的方式实现，在此传热方式下，润滑面的温度有可能高于甚至远高于冷却水的温度；而直接水冷却由无温差无时间距离的热对流实现，在此传热方式下，润滑面的温度与水温无区别，水的大热容特征和大蒸发潜能特征，很容易将润滑表面控制在水的沸点以下。突破传统思维限制、创造性地将水与润滑脂的功能揉和于一体，将二者的优势更完美地体现出来。 

水对润滑脂的屏蔽保护角度。 

引入水之前润滑脂往往是暴露于空气之中，在高温与氧气的共同作用下，润滑脂的化学成分的变质发生得很快，尤其是高温情况下，通则上说，温度每高10度，变质速度则加快一倍，水的介入，有可能除控温外，还通过水与水气隔绝了氧气，大大降低变质速度。同理，水的存在，还有可能吸收阻隔了各类有害辐射对润滑脂变质的促进影响。同理，也可以利用水充斥掉润滑脂与被润滑面构成的间隙而阻挡其它有害成分的进入，此前这间隙多数是空气，阻挡能力更差。 

润滑承载能力的角度。 

润滑是润滑脂的传统功能，有一种传统情形，水是润滑这一功能的破坏者。水对润滑脂功能的破坏主要源于两个角度，一是水与润滑剂争夺金属即润滑对象的表面，造成金属的锈蚀以及润滑剂的膜保护功能未能起效；二是脂本身的状态的变化，脂无法维持产品原有的基本质量。综合来说，水，可以造成原来应该有的在润滑对象的表面形成的流体润滑膜或者分子润滑膜都受破坏。但是也有另一种情况，水的介入，改变了非水状态下的三相平衡情况，从而可能是促进了润滑膜的成形。此前，非水环境的传统脂润滑状态，润滑膜在金属表面的湿润铺展环境是“金属(润滑对象)-润滑脂-空气”，水环境下，脂的湿润铺展环境就可能是“金属(润滑对象)-润滑脂-水”，表面张力的相对改变，有可能促进了润滑脂流体在金属表面的湿润铺展，也即强化了润滑膜的成形。是败坏还是促进润滑膜的成形，很大程度上取决于“金属(润滑对象)-润滑脂-水”三者间的表面张力方面的平衡。因此，润滑技术设计理念中，值得从此角度考虑水与润滑脂的和谐关系。 

粘着力与内聚力的角度。 

同上，表面张力环境的改变，有可能促进了润滑脂的聚团，和在润滑对象表面的附着。某些情况下，这点也十分有用。润滑脂的传统功能之一，就是利用脂的非牛顿流体性 质，能够轻松有效地借助此粘着力和内聚力而维持在润滑点表面。但是这维持力是有程度不一的。各种剪切力，比如离心力、重力、风压冲刷力等，都可能克服了维持力而导致脂流失。水-润滑脂-金属(润滑对象)，与空气-润滑脂-金属(润滑对象)，体系不一样，结果也不一样，水有可能在有效设计下表现出增强润滑脂内聚力，从而支持脂在润滑点的维持保留能力。 

摩擦系数的角度。 

同上，水增加了润滑脂的内聚力与对金属的粘着力，是否同时带来了阻力的增加。这一变数又不见得是单一方向的，水在其间可能成为了润滑脂内部运动的润滑剂而反而减少了摩擦阻力。 

润滑脂与水的作用的技术原理。 

溶解作用、乳化作用、分散作用、化学反应、电荷作用、表面张力重新平衡，是润滑脂与水的关系的几大影响因素。这些关系处理不好，表现为对抗关系；这些关系处理得好，则表现为和谐关系。 

溶解与乳化与分散作用。 

来源于润滑脂组成成分的化学性质。乳化分散作用也有来源于分子量。 

构成润滑脂的的第一成分，是基础油，其性质多样，与水的互溶解性关系各不相同，多数是互相不溶解的，但也有相互易溶解的，比如醚类润滑油。如果油不具备亲水基团，不产生自乳化现象，进一步更不容易被乳化，则水和谐能力更强。而分子量与水接近的，更容易在外力强迫下相互分散，分子量差异大的，则更不容易与水相互分散。即与水最和谐的基础油是那种与水最不互溶互乳互分散的油。 

构成润滑脂的第二大成份，是稠化剂。不同种的稠化剂，会表现出从溶解到乳化到分散到完全不互溶等各种程度。比如早期的脂肪钠基脂，其纳皂溶于水，又成为对油水的乳化剂，因此水对此类润滑脂绝对是破坏者。比如锂基脂、其锂皂性质，也有一定的乳化作用，导致水的破坏力出现。而聚脲、塑料、烃类腊等有机稠化剂，则十足地不会与水相互溶解。 

构成润滑脂的第三大成份，是添加剂。能用于常见润滑脂的添加剂，化学种类繁多，多有可与水发生相互溶解甚至反应的物类、并多有能起乳化剂作用的表面活性物质。为与水和谐的目的，需要少用或慎用此类添加剂，在配方前，可以通过详细的理论检查与实验筛选获得与水和谐的添加剂成份。本发明，着眼之处不是介绍具体添加剂，而是提示需要从与水和谐的角度不用或者考察使用这类添加剂。 

构成润滑脂的第四成份，是杂质。即并非配方中有目的、明确知道的成份，它可能是前三类成份中的不纯物，或者工艺生产导入的不明物。为水和谐的目的，对此类不明物的考虑，应该更为重视，因为极少量的杂质，在常规润滑脂中可能并无负面作用而不被重视，但却可能引发乳化等。 

为同样的目的，导入的水中所含的杂质成份，也同理需要重视。 

化学反应。 

来源于组成成分的化学性质。 

常见润滑脂成分与发生反应的概率不高，能预先知道的仅是部分酯类基础油的水 解反应，部分添加剂的水解反应、特殊用途的金属填充料的水锈反应。 

脂状结构。 

润滑脂是一种相分散体系，其中本质上固态的稠化剂与本质上液态的基础油，通过相互分散组成半固态的非牛顿流体，这半流体状态是润滑脂成在的基本，简称脂状结构。构成这基本物理状态的技术原理却因不同的体系而显出不同，理论界并未全盘揭示出定论了。以上介绍中，水的介入可以通过分散乳化溶解化学反应破坏或者强化原有的脂状结构的平衡，但是，也观察到了电荷的作用对此平衡的影响，比如粘土作稠化剂的润滑脂，水或者其它电解质的少量介入，可能会引发脂结构的大幅度变化。 

表面张力。 

从表面张力角度考虑本发明润滑脂，是十分有意义的角度，同时目前也是理论性与经验性均占比重的角度。理论意义上讲，这是引入水的正面作用中的意义仅次于控制温度的作用。其主要的考虑是：此前润滑脂考虑的技术环境是“润滑脂-空气”体系或者“润滑对象(金属)-润滑脂-空气”体系，而本发明要考虑的技术环境是“润滑脂-水”体系或者“润滑对象(金属)-润滑脂-水”体系或者“润滑对象(金属)-润滑脂-水-空气”体系，并且通过对新体系的考虑找出有利于润滑的具体方案。 

通过以上综合考虑，根据不同的润滑目的，选择出与水和谐的基础油、稠化剂、添加剂等各组分物质及其组合，即可制备出合格的水和谐润滑脂。 

本发明实践了一类配方，兑现成了上述技术认识的技术手段。 

本发明的水和谐稠化剂，取代号为C，主要包括：1，非极性的塑料微粉，其代表性品种是聚四氟乙烯微粉，取代号CA；2，表面疏水改性的石墨微粉碳黑粉体，其它无机粉体，取代号为CB；3，非极性有机微粉，取代号为CC，主要代表是聚脲微粉、酞氰等颜料微粉；4，非极性的有机硅树脂微粉，取代号为CD；5，烃类固体，取代号为CE。本发明可以使用其中一项作为稠化剂，也可以使用它们的按需组合。 

本发明中的水和谐型基础油，取代号为Y，按水和谐能力由强到弱，可以在以下品种中选择：1，硅系列合成润滑油，取代号为YA，其中包括但不限于苯基硅油、甲基硅油、乙基硅油、改性硅油为首选；2，聚烯烃类合成润滑油，取代号为YB；3，矿物油或其它烃基润滑油，取代号为YC；4，多元醇酯类润滑基础油，取代号为YD；本发明可以选择其任一个品类，也可以选择使用它们的按需组合。其中，抗水能力的提高，虽然和基础油的品类关联，也和基础油的规格组合关联。 

本发明对添加剂的选择不作考核，可以选择非极性疏水型的添加剂或者必要时选择少量的亲水型添加剂(代号T)，以有利于需要而不过分损害抗水能力为依据。 

因此，本发明属于润滑脂组合物，由水相容稠化剂+抗水型基础油+不损害抗水能力的添加剂组成。 

本发明由如下通式表达但不限于此通式： 

C2％～50％(＝CA0～50％+CB0％～50％+CC0％～50％+CD0％～50％+CE0％～50％)+Y50～99％(＝YA50％～98％+YB50％～98％+YC50％～98％+YD50％～98％)+T0％～10％。 

通式用表格表达如下： 

发明的效果 

发明用于涉水机器的润滑，提供了无需对密封作苛刻设计制作的协助，采纳水和谐润滑脂，使得机器的涉水设计更为便利，使涉水使用更加经济可行，使得涉水润滑寿命延长。 

本发明用于高温场合，可以将水直接引入润滑面进行控温润滑，控温与润滑效果大大提高，并可能打破克服高温机械设计的润滑瓶颈，变不可能的传动设计为可能。 

具体实施方式

实施例一 

制备工艺：在容器中放入重量份60的苯基硅油，添加剂8％，搅匀，聚四氟乙烯微粉30％，石墨微粉2％，充分搅匀，用三辊机或者其它设备均质，作质量检测成产品。 

测试数据如下： 

试验项目	数据
		外观	灰黑色细腻油膏
针入度(25℃)，0.1mm	320
		滴点，℃	大于350
蒸发损失量，250℃，24hr，％	1
		高温静态稠度变化，250℃，24hr，％	2
高温静态扭力变化，％	5
		高温动态粘附量试验，％	100
轴承锈蚀，50℃，48hr，	一级

 

铜腐蚀，100℃，24hr，	1b
		剪切安定性，十万次变化率，％	2
分油，100℃，24hr，％	3
		磨损试验，滑柱，mm	0.5
加水30％十万次剪切试验变化，％	1
		水淋流失量，79℃，％	1
水煮试验，五倍水，100℃，1hr	一级
		有水环境磨损试验，混水10％，变化率	10

将本品用于钢厂等高温润滑场合，即可满足高温使用，又可在水直冷下有更好润滑效果。 

实施例二 

制备工艺：在容器中放入重量份50的硅油，添加剂5％，搅匀，有机硅树脂固体微粉22％，充分搅匀，用三辊机或者其它设备均质，作质量检测成产品。 

本品用于水下作业工具的开放式润滑脂，在工件上能长期良好附着，润滑防锈能力强。 

实施例三 

制备工艺：在容器中放入重量份50的矿物型高粘度油如光亮油，二元异丙胶5％，咪唑啉十八胺盐2％，二烷基二苯胺0.5％，搅匀，石墨微粉22％，充分搅匀，用三辊机或者其它设备均质，作质量检测成产品。 

实施例四 

制备工艺：在容器中放入重量份50的聚-α-烯烃合成润滑油，5％的聚异丁烯，补强剂2％，二烷基二苯胺1％，搅匀，酞氰颜料微粉40％，石墨微粉2.5％，充分搅匀，用三辊机或者其它设备均质，作质量检测成产品。 

实施例五 

制备工艺：在容器中放入重量份80的聚-α-烯烃合成润滑油，5％的聚异丁烯，咪唑啉十八胺盐2％，二烷基二苯胺1％，搅匀，补强剂3％，石腊9％，充分搅匀，用三辊机或者其它设备均质，作质量检测成产品 。

Claims (5)

1.一种水和谐润滑脂，及润滑脂与水和谐的设计方法，涉及润滑脂与水的和谐关系的认知和运用，其特征是水与润滑脂的功能可以直接相互促进或者和谐共处，允许直至欢迎润滑脂和水对被润滑表面的直接接触，相互和谐相互促进，运用本发明的认知和方法，可以发挥出润滑脂与水对被润滑表面的更好保护效果。

2.用于涉水使用的润滑脂，特征是其组成物由以下的通式表示：C2％～50％(＝CA0～50％+CB0％～50％+CC0％～50％+CD0％～50％+CE0％～50％)+Y50～99％(＝YA50％～98％+YB50％～98％+YC50％～98％+YD50％～98％)+T0％～10％。式中C代表水和谐稠化剂，Y代表水和谐基础油，T代表其它添加剂。具体指代是，1，代号CA：非极性的塑料微粉，其代表性品种是聚四氟乙烯微粉；2，代号CB：表面疏水改性的石墨微粉、碳黑粉体、其它无机粉体，或者大疏水基团小亲水基团的皂类；3，代号CC：非极性有机微粉，主要代表是聚脲微粉、酞氰等颜料微粉；4，代号CD：非极性的有机硅树脂微粉；5，代号CE，烃类固体；6代号YA：硅系列合成润滑油，其中包括但不限于苯基硅油、甲基硅油、乙基硅油、改性硅油；7，代号YB：聚烯烃类合成润滑油；8，代号YC：矿物油或其它烃基润滑油；9，代号YD：醇酯类润滑基础油。

3.根据权利要求2的润滑脂，其特征是既可涉水使用，又可用于高温和常规使用的润滑脂，其组成物由以下的通式表示：2-50％的聚四氟乙烯微粉+0-50％的石墨微粉+0-50％的碳黑微粉+50-98％的硅油+0-10％的添加剂，总量100％。本润滑脂可同时用于高温润滑与涉水润滑。

4.根据权利要求3的润滑脂，其特征是硅油是苯基甲基硅油，其作用是在涉水时有良好润滑效果，在非涉水时有更长寿命和更高温度的高温使用功能。

5.根据权利要求2的润滑脂，用于涉水使用的润滑脂，特征是其组成物由以下的通式表示：0-50％的聚四氟乙烯微粉+10～30％的有机硅树脂固体微粉+50-99％的硅油+0-10％的添加剂，总量100％。