CN104531306A - 减磨剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了减磨剂及其制备方法，所述减磨剂包含以下组分：(a)复合磺酸钙润滑脂；(b)极压抗磨剂；(c)抗氧剂；(d)固体添加剂；以复合磺酸钙润滑脂(a)的质量为100％计算，极压抗磨剂(b)的加入量为0.5-5质量％；抗氧剂(c)的加入量为0.1-3质量％，固体添加剂(d)的加入量为1-10质量％。本发明的减磨剂具有较低的摩擦系数和突出的极压抗磨性，具有较强的宽温度适应性、氧化安定性、胶体安定性和防腐蚀性能，综合性能优异，适合现代轨道交通润滑；且制备工艺简单，易于工业化控制。

Description

减磨剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种减磨剂及其制备方法，具体涉及一种应用于铁路机车车辆、地铁车辆和动车组车辆车轮轮缘的减磨剂。属于润滑剂技术领域。

背景技术

现代高速铁路及轨道交通领域中，轮轨摩擦与润滑关系到机车牵引能量消耗、行车安全、轮轨材料消耗及维修成本等，因此受到各国铁路部门的高度重视。随着列车运行速度的进一步提高，轮轨润滑问题变得越来越突出。合理有效的轮轨润滑不仅能够减少轮轨磨损，而且对节能和提高车牵引效率也具有重要意义，同时可提高列车运行的安全性。

专利申请CN103740451A提到了一种通过在锂基脂中添加传统硫磷极压抗磨剂制备得到的高速型减磨剂，经试用取得了一定的减磨效果，但传统锂基脂综合性能较差，且传统硫磷添加剂在较高温度及压力下会分解，造成润滑剂摩擦性能下降，同时对环境造成污染。

近几年来，微纳米固体润滑剂的优异性能日益引起人们的关注，微纳米颗粒在摩擦表面能形成一层摩擦系数较低的薄膜，并可以对摩擦表面进行一定程度的填补和修复，因此将微纳米粉体材料作为润滑剂添加剂成为研究热点。

目前研究较多的是将微纳米颗粒加入到润滑油中，并已获得较好的改进效果，但是微纳米颗粒的悬浮稳定一直是存在难题。专利申请CN1635066A公布了一种含纳米组合物的润滑油组合物，添加了粒径小于100nm且配比为1:1的两种的纳米粒子，总加入量约1％，但为使纳米粒子充分稳定在油中，却加入了6％以上的表面活性剂、促进剂、分散剂，并利用高温超声波振荡等方法进行分散，原料成本较高且操作繁琐。

润滑脂是一类半流体物质，具有较好的托浮能力，有助于微纳米颗粒的分散悬浮。目前已有研究将纳米颗粒加入到润滑脂中并得到较好的摩擦效果，但所选润滑脂主要局限于锂基脂和皂基脂。

发明内容

发明要解决的问题

针对轨道润滑工况需求以及现有技术中存在的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种减磨剂及其制备方法，所述减磨剂具有以下优点：①较低的摩擦系数和突出的极压抗磨性；②较强的宽温度适应性、氧化安定性、胶体安定性和防腐蚀性能；③产品制备工艺简单，易于工业化控制。

用于解决问题的方案

本发明提供一种减磨剂，包含以下组分：

(a)复合磺酸钙润滑脂；

(b)极压抗磨剂；

(c)抗氧剂；

(d)固体添加剂；

以复合磺酸钙润滑脂(a)的质量为100％计算，极压抗磨剂(b)的加入量为0.5-5质量％，抗氧剂(c)的加入量为0.1-3质量％，固体添加剂(d)的加入量为1-10质量％。

本发明所述的减磨剂中，所述的复合磺酸钙润滑脂(a)通过以下方法制备：1)以所述复合磺酸钙润滑脂总质量为基准，将20-40％的基础油、0.8-1.5％十二羟基硬脂酸加入到反应釜中加热，再依次加入15-25％高碱值磺酸钙、0.8-1.5％十二烷基苯磺酸、2-4％水，进行搅拌；2)加入0.3-0.7％冰醋酸并加热，加入余量基础油，冷却研磨均质脱气得到。

本发明所述的减磨剂中，所述的复合磺酸钙润滑脂(a)中的基础油为矿物油、聚α-烯烃基础油、酯类油的一种或多种；优选为150BS、120BS、PAO40、PAO100中的一种或几种。

本发明所述的减磨剂中，根据GB/T269-91测量，以0.1mm计，所述的复合磺酸钙润滑脂(a)的锥入度为310～430，优选为330～420。

本发明所述的减磨剂中，以复合磺酸钙润滑脂(a)的质量为100％计算，极压抗磨剂(b)的加入量为1～3质量％；抗氧剂(c)的加入量为0.5～2质量％，固体添加剂(d)的加入量为1～8质量％。

本发明所述的减磨剂中，所述极压抗磨剂(b)为硼酸盐添加剂，优选为三硼酸钾中性分散液。

本发明所述的减磨剂中，所述抗氧剂(c)为胺类或酚类抗氧剂，优选为对,对-二辛基二苯胺、辛基丁基二苯胺、萘胺、2,6-二叔丁基对甲酚或双(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)硫醚中的一种或多种。

本发明所述的减磨剂中，所述固体添加剂(d)为聚四氟乙烯和纳米碳酸钙的组合物，其中聚四氟乙烯与纳米碳酸钙的质量比为1:4～4:1，优选为1:2～2:1。

本发明所述的减磨剂中，所述聚四氟乙烯平均粒径小于5μm，所述纳米碳酸钙平均粒径小于0.02μm。

本发明还提供一种根据本发明所述的减磨剂的制备方法，在所述复合磺酸钙润滑脂中，加入所述的极压抗磨剂、抗氧剂和固体添加剂，进行混合，得到所述减磨剂。

发明的效果

本发明的减磨剂具有较低的摩擦系数和突出的极压抗磨性，可以降低钢轨轮缘磨损和机车运行摩擦，能够有效节能减排。另外，本发明的减磨剂具有较强的宽温度适应性、氧化安定性、胶体安定性和防腐蚀性能，综合性能优异，十分适合现代轨道交通润滑；且制备工艺简单，易于工业化控制。

具体实施方式

如上所述，采用复合磺酸钙润滑脂作为基础材料，具有以下优点：(1)复合磺酸钙润滑脂的高低温性能良好，适合高铁轨道户外工况；(2)复合磺酸钙润滑脂具有突出的极压抗磨性能、胶体安定性、氧化安定性、抗水性和粘附性，得到的减磨剂具有优良的综合性能；(3)复合磺酸钙做为润滑脂具有较好的托浮能力，有助于微纳米颗粒的分散悬浮，无需添加其他助剂仅通过研磨机研磨就可以保证聚四氟乙烯和碳酸钙颗粒均一稳定的分散。

优选地，本发明的复合磺酸钙润滑脂(a)可以通过以下方法制备：1)以所述复合磺酸钙润滑脂总质量为基准，将20～40％的基础油、0.8～1.5％十二羟基硬脂酸加入到反应釜中，加热搅拌到80℃-85℃使其充分溶解，再将15～25％高碱值磺酸钙、0.8～1.5％十二烷基苯磺酸、2～4％水依次加入到上述混合物中，保持80℃-85℃持续搅拌5～10min；2)加入0.3～0.7％冰醋酸，升温至90～100℃，体系逐渐变粘稠，最终变为半流体脂状；搅拌升温至100～120℃脱水30min～1h，加入余量基础油，冷却研磨均质脱气得到。

其中，基础油为矿物油、聚α-烯烃基础油、酯类油的一种或多种；优选为150BS、120BS、PAO40、PAO100中的一种或几种。

其中，所述高碱值磺酸钙的碱值为300～500mgKOH/g，优选为382～420mgKOH/g。

相对于其他复合磺酸钙润滑脂的制备工艺，本发明在磺酸钙润滑脂的制备过程中省略了皂化过程，降低了原料成本和能耗，并缩短了生产工序，十分易于工业生产和控制，且制备得到的润滑脂仍具有较好的综合性能，完全能够满足现代轨道交通的润滑工况要求。

本发明的减磨剂中，以复合磺酸钙润滑脂的质量为100％计算，极压抗磨剂的加入量为0.5～5质量％，优选为1～3质量％。

本发明优选采用硼酸盐类极压抗磨剂，优选为三硼酸钾中性分散液。其油膜厚度超过硫磷极压抗磨剂10倍以上，常温下摩擦系数在0.07以下，具有很好的节能效果。硼酸盐微粒能够通过电泳运动到摩擦表面形成的沉积膜，有很强的抗磨作用，进一步提高了本发明减磨剂的耐磨减磨性能，具有明显的节能效果。

本发明的减磨剂中，以复合磺酸钙润滑脂的质量为100％计算，抗氧剂的加入量为0.1～3质量％，优选为0.5～2质量％。

本发明抗氧剂优选采用胺类或酚类抗氧剂，优选采用对,对-二辛基二苯胺、辛基丁基二苯胺、萘胺、2,6-二叔丁基对甲酚或双(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)硫醚中的一种或多种。上述抗氧剂与本发明所选择的其他添加剂和复合磺酸钙润滑脂有良好的配伍性，能提高本发明减磨剂组合物的氧化安定性，延长减磨剂的使用寿命。

本发明的减磨剂中，以复合磺酸钙润滑脂的质量为100％计算，固体添加剂的加入量为1～10质量％，优选为1～8质量％。如加入量过高易导致固体粉末不能充分在减磨剂中分散均匀，易聚结成团，并降低了润滑脂在摩擦表面连续性，反而增加了减磨剂的摩擦系数，降低其极压耐磨性能。

本发明中优选采用聚四氟乙烯和纳米碳酸钙作为固体添加剂。所述的固体添加剂中，聚四氟乙烯与纳米碳酸钙质量比为1:4～4:1，优选为1:2～2:1，两种微纳米颗粒在摩擦表面能形成一层摩擦系数较低的薄膜，不仅能够提高基础润滑脂本身的抗磨减磨性能，而且还能作用在摩擦副表面，改善摩擦副表面的粗糙度，并可以对摩擦表面磨痕进行一定程度的填补和修复，从而减少摩擦副的磨损量，有效保证摩擦副精度，同时降低摩擦表面热量的积聚，延长摩擦副的使用寿命。因此，本发明中添加了上述固体添加剂的减磨剂具有优异的抗磨、减磨和承载性，能有效降低钢轨与轮缘的磨损，降低机车运行摩擦，达到节能降耗的效果。

所述聚四氟乙烯平均粒径小于5μm，优选小于3μm，聚四氟乙烯具有良好的化学安定性、热稳定性以及润滑性，在摩擦过程中不发生粘着与咬死，具有自润滑减摩性能，且在很宽的温度范围内不变，受环境影响小。

所述纳米碳酸钙平均粒径小于0.02μm，优选小于0.01μm，其本身具有优良的耐磨减磨性能。此外当聚四氟乙烯与纳米碳酸钙的质量比在1:4～4:1范围内时，优选在1:2～2:1范围内时，二者还表现出一定的极压抗磨协同作用，相对于一种固体添加剂，二者的协同作用能使减磨剂组合物四球实验最大无卡咬负荷PB值和烧结负荷PD值比提高一个等级以上。

优选地，本发明还提供一种本发明所述的减磨剂的制备方法，其特征在于，在所述复合磺酸钙润滑脂中，加入所述的极压抗磨剂、抗氧剂、固体添加剂，进行混合，得到所述减磨剂。

更优选地，所述混合过程为将各组分升温搅拌至80-90℃，恒温搅拌30min-1h，冷却研磨均质。

实施例

以下提供本发明的实施例，其仅用于解释和说明的目的，并不限制本发明。在实施例中，“份”是指“质量份”。

实施例1

将220份的150BS基础油、12份十二羟基硬脂酸加入到反应釜中，加热搅拌到80℃使其充分溶解，再将200份高碱值磺酸钙、10份十二烷基苯磺酸、30份水依次加入到上述混合物中，保持80℃持续搅拌10min；2)加入5份冰醋酸，升温至100℃，体系逐渐变粘稠，最终变为半流体脂状；搅拌升温至120℃脱水40min，加入553份的150BS，冷却研磨均质脱气得到复合磺酸钙润滑脂。

将100份的上述复合磺酸钙润滑脂加入到预先清洗的常压反应釜中，升温搅拌，加入2份三硼酸钾中性油分散液Octopol PTB(Tiarco ChemicalCompany,Inc.下同)，0.5份丁基/辛基二苯胺Vanlube 961(R.T.VanderbiltCompany,Inc，下同)，3份聚四氟乙烯PTFE L101-1(苏威集团Solvay)，下同)和2份纳米碳酸钙(浙江常山金雄有限公司，下同)，混合搅拌，再升温至90℃，恒温搅拌40min，冷却出釜，均质研磨包装，得到减磨剂组合物I。

实施例2

将100份的上述复合磺酸钙润滑脂加入到预先清洗的常压反应釜中，升温搅拌，加入1份三硼酸钾中性油分散液Octopol PTB，0.5份丁基/辛基二苯胺Vanlube 961，4份聚四氟乙烯和2份纳米碳酸钙，混合搅拌，再升温至90℃，恒温搅拌40min，冷却出釜，均质研磨包装，得到减磨剂组合物II。

对比例1

除将实施例1中的聚四氟乙烯替换为传统抗磨剂磷酸三甲酚酯，纳米碳酸钙替换为含硫剂二戊基二硫代氨基甲酸锌以外，按与实施例1相同的方法，制备得到减磨剂组合物III。

对比例2

除将2份纳米碳酸钙替换为聚四氟乙烯外，按与实施例1相同的方法，制备得到减磨剂组合物IV。

对比例3

除将三硼酸钾中性油分散液Octopol PTB替换为传统抗磨剂磷酸三甲酚酯以外，按与实施例1相同的方法，制备得减磨剂组合物V。

对比例4

除将实施例1中的聚四氟乙烯加入量更换为5.5份，纳米碳酸钙加入量更换为0.5份以外，按与实施例1相同的方法，制备得到减磨剂组合物VI。

对比例5

除将实施例1中的三硼酸钾中性油分散液Octopol PTB加入量变为4份，聚四氟乙烯加入量更换为8份，纳米碳酸钙加入量更换为4份以外，按与实施例1相同的方法，制备得到减磨剂组合物VII。

表1列出了上述减磨剂组合物I、II、III、IV和V的性能测试数据。

表1减磨剂组合物I、II、III、IV和V性能测试数据

由表1可以看到，减磨剂组合物I、II、III、IV和V都表现出滴点高、钢网分油低、铜片无腐蚀和四球实验PB值和PD值高等特点，表明本发明所制备的磺酸钙润滑脂具有优异的高温性、胶体安定性、防腐蚀性和极压抗磨性。

相对于未添加微纳米颗粒的组合物III，组合物I、II的PB和PD值较高，磨斑直径小，摩擦系数低，这表明加入微纳米颗粒能充分提高减磨剂组合物的抗磨和减磨性能，大幅度降低减磨剂摩擦系数。

此外，组合物I、II的氧化压力降都较小，表现出较好的氧化安定性，而添加传统极压抗磨剂的组合物III和组合物V氧化压力降则相对偏大，这是由于传统硫磷添加剂在较高温度及压力下会分解，分解的活性硫磷元素加速了减磨剂组合物的氧化。

相对于组合物IV，含有纳米碳酸钙的组合物I的PB和PD值较高，磨斑直径小，且摩擦系数更低，表现出更突出的抗磨、减磨、承载和低摩擦系数特性，这表明纳米碳酸钙与聚四氟乙烯具有一定的极压抗磨协同性。由实施例1的组合物I及对比例3的组合物V的对比可以得出，相对于含磷抗磨剂，硼酸盐添加剂抗磨效果较好，与微纳米颗粒配伍性也不错。

表2列出了上述减磨剂组合物I、VI和VII的性能测试数据。

表2减磨剂组合物I、VI和VII性能测试数据

由表2可以看到，相对于减磨剂组合物I，组合物VI虽然加入固体添加剂总量不变，但四球PB、PD值却减小，磨斑直径增大，即极压抗磨、耐磨性能减弱，这说明纳米碳酸钙加入比例相对较小，与聚四氟乙烯微粉没有表现出相应的极压抗磨协同性。

相对于减磨剂组合物I和VI，组合物VII制备中加入了较多的三硼酸钾中性分散液和固体添加剂，但其四球实验PB、PD最小，磨斑直径和摩擦系数最大，综合极压抗磨性能、耐磨减磨性能最差，这是因为固体添加剂加入量过高时，不易在润滑脂中分散均匀，且固体粉末之间易团聚结块，更易造成摩擦表面受损，反而增大了减磨剂的摩擦系数，造成减磨剂组合物极压抗磨性能变差。

Claims (10)

1.一种减磨剂，其特征在于包含以下组分：

(a)复合磺酸钙润滑脂；

(b)极压抗磨剂；

(c)抗氧剂；

(d)固体添加剂；

以复合磺酸钙润滑脂(a)的质量为100％计算，极压抗磨剂(b)的加入量为0.5-5质量％，抗氧剂(c)的加入量为0.1-3质量％，固体添加剂(d)的加入量为1-10质量％。

2.根据权利要求1所述的减磨剂，其特征在于，所述的复合磺酸钙润滑脂(a)通过以下方法制备：1)以所述复合磺酸钙润滑脂总质量为基准，将20-40％的基础油、0.8-1.5％十二羟基硬脂酸加入到反应釜中加热，再依次加入15-25％高碱值磺酸钙、0.8-1.5％十二烷基苯磺酸、2-4％水，进行搅拌；2)加入0.3-0.7％冰醋酸并加热，加入余量基础油，冷却研磨均质脱气得到。

3.根据权利要求2所述的减磨剂，其特征在于，所述的复合磺酸钙润滑脂(a)中的基础油为矿物油、聚α-烯烃基础油、酯类油的一种或多种；优选为150BS、120BS、PAO40、PAO100中的一种或几种。

4.根据权利要求1～3任一项所述的减磨剂，其特征在于，根据GB/T269-91测量，以0.1mm计，所述的复合磺酸钙润滑脂(a)的锥入度为310～430，优选为330～420。

5.根据权利要求1～4任一项所述的减磨剂，其特征在于，以复合磺酸钙润滑脂(a)的质量为100％计算，极压抗磨剂(b)的加入量为1～3质量％；抗氧剂(c)的加入量为0.5～2质量％，固体添加剂(d)的加入量为1～8质量％。

6.根据权利要求1～5任一项所述的减磨剂，其特征在于，所述极压抗磨剂(b)为硼酸盐添加剂，优选为三硼酸钾中性分散液。

7.根据权利要求1～6任一项所述的减磨剂，其特征在于，所述抗氧剂(c)为胺类或酚类抗氧剂，优选为对,对-二辛基二苯胺、辛基丁基二苯胺、萘胺、2,6-二叔丁基对甲酚或双(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)硫醚中的一种或多种。

8.根据权利要求1～7任一项所述的减磨剂，其特征在于，所述固体添加剂(d)为聚四氟乙烯和纳米碳酸钙的组合物，其中聚四氟乙烯与纳米碳酸钙的质量比为1:4～4:1，优选为1:2～2:1。

9.根据权利要求8所述的减磨剂，其特征在于，所述聚四氟乙烯平均粒径小于5μm，所述纳米碳酸钙平均粒径小于0.02μm。

10.一种根据权利要求1～9任一项所述的减磨剂的制备方法，其特征在于，在所述复合磺酸钙润滑脂中，加入所述的极压抗磨剂、抗氧剂和固体添加剂，进行混合，得到所述减磨剂。