CN105733754A - 一种含氟硅油的绝缘润滑脂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含氟的绝缘润滑硅脂及其制备方法，该绝缘润滑硅脂采用如下重量份的原料：氟硅油：100份，增稠剂：8～60份，偶联剂0.5～15份，抗蠕变剂：0～12份，粉体表面处理剂：0～15份，抗腐蚀剂：0～2份，防霉剂：0～10份；本发明绝缘润滑硅脂具有更好的高温润滑性能、更高的抗溶胀性及耐酸碱性、更低的油离度及摩擦系数；从而一举解决现有硅脂存在的粘温系数大、耐油性、耐溶剂、耐热性和润滑性不足等问题；可广泛用于航空、航天、电缆附件等多种苛刻环境下的部件保护和润滑。

Description

一种含氟硅油的绝缘润滑脂及其制备方法

技术领域

本发明涉及硅脂材料技术领域，更具体地说，本发明涉及一种可用于航空、航天、电缆附件等的含氟硅油的绝缘润滑脂及其制备方法。

背景技术

氟硅油是指侧链含有氟烷基的聚硅氧烷。氟硅油兼具有机硅和有机氟聚合物的特性，具有较低的表面能及优异的耐溶剂、耐油、耐磨、耐候、耐氧化、耐高低温等特性，使其成为润滑油中的佼佼者；因其分子侧链上由氟原子部分取代了氢原子，-F是强极性基团，在分子结构不对称的情况下，导致氟硅油具有一定的极性，因此耐油性优良，如氟橡胶的溶度参数为18.6；当F原子与C原子结合时，生成的C-F碳氟键的键能高达485kJ/mol，氟原子的半径为0.064nm，比氢原子的大，与碳碳键的键长0.154nm的一半相接近，从而能紧密排列在碳原子的周围，而碳氟键较长，这样就对碳碳键形成了一层屏蔽层，提高了碳碳键的热稳定性和化学稳定性。

虽然氟硅油自身具有上述特性，但目前市场上普通的商用绝缘润滑脂或由甲基硅油、苯基硅油、乃至氟硅油与白炭黑等配料机械混合而成，这类传统硅脂可承受一定范围的温度变化，同时，还具有一定的耐高低温性能、粘温性能、及相当期效的粘性和润滑性。但是上述传统硅脂在特殊环境使用时，仍然存在耐油、耐溶剂、耐高低温不足等问题，其润滑保护等性能下降明显。因此，现有硅脂技术还有待于改进和发展。

发明内容

针对现有技术的上述缺点，本发明的目的是要提供一种含氟硅油的绝缘润滑脂及其制备方法，其具有如下优点：该绝缘润滑脂具有更好的高温润滑性能、更高的抗溶胀性及耐酸碱性、更低的油离度及摩擦系数；从而一举解决现有硅脂存在的粘温系数大、耐油性、耐溶剂、耐热性和润滑性不足等问题；可广泛用于航空、航天、电缆附件等多种苛刻环境下的部件保护和润滑。

为此，本发明的技术解决方案之一是制备一种含氟硅油的绝缘润滑脂，所述的绝缘润滑脂由包括如下的原料配制而成：氟硅油、增稠剂、偶联剂；

所述氟硅油具有如下的结构式：

上式中，R为CF₃、CF₂CF₃、CF₂CF₂CF₃中的至少一种；m的取值范围为0≤m≤50000，n取值范围为100≤n≤10000。

本发明的绝缘润滑硅脂采用一种带有氟取代基的硅油作为基础油，以降低硅脂与被润滑物之间的相互作用；因碳氟键较长，这样就对聚合物中的碳碳键形成了一层屏蔽层，提高了碳碳键的热稳定性和化学稳定性；而且，本发明的绝缘润滑脂可以根据不同的使用要求，选择不同的C-F碳氟键R基团的氟硅油，及调节m和n的大小灵活调整氟硅油的分子量，以期达到适宜的粘度；另外，本发明的绝缘润滑脂产品在增稠剂与基础氟硅油之间添加了偶联剂，能进一步降低氟硅油与被保护润滑物之间的负面作用、同时增加绝缘润滑脂产品本身的稳定性等性能。

实验数据表明，本发明的绝缘润滑脂产品：抗溶胀性能大幅提高18倍(即溶胀性降低到仅仅传统的5.6％＝1/18＝0.25/4.5)；稳定性提高约2倍(即油离度为传统的1/2＝4.0/8.0)；高温润滑性能提高约2倍(即高温摩擦系数为传统的48％＝0.45/0.94)；耐低高温温度范围为－40～250℃，并且与广泛采用的硅橡胶不相容，可延长航空、航天、电缆附件等的使用寿命，保持良好的润滑保护性能。

为进一步提高本发明绝缘润滑脂多种良好性能及其适用性和稳定性，本发明改进还包括：

所述的绝缘润滑脂包括如下重量份的原料：氟硅油：100份，增稠剂：8～60份，偶联剂0.5～15份，抗蠕变剂：0～12份，粉体表面处理剂：0～15份，抗腐蚀剂：0～2份，防霉剂：0～10份；上述原料经过包括逐步配料、搅拌捏合、升温加热的步骤，制得所述的绝缘润滑脂。

为进一步提高本发明绝缘润滑脂材料多种良好性能在酸碱性溶剂介质、潮湿、紫外光辐照、高低温等特殊环境下的稳定性，本发明绝缘润滑脂改进还包括选用如下特殊材质的填料、改性剂及抗腐蚀剂等对氟硅油进行改性：

所述氟硅油在25℃时粘度为300～100000mPa·S；所述增稠剂包括：粒径为10～100nm、比表面积100～500m²/g的白炭黑，粒径为0.01～3um、比表面积50～100m²/g的聚四氟乙烯；且聚四氟乙烯：白炭黑的质量配比d为1＜d＜4。

本发明选用增稠剂之一的聚四氟乙烯微粉，其微粉中的大分子之间相互作用力小，而且表面对其他分子的吸引力也小，因此其摩擦系数小，约为0.05～0.1，本发明产品利用其非常优越的自润滑性能，以致摩擦系数随温度变化极小。

为进一步对基础油中的增稠剂进行表面改性，钝化氟硅油与被保护润滑物之间的不良作用、增加绝缘润滑脂产品的稳定性等性能，本发明的绝缘润滑脂产品在增稠剂与基础油之间添加了如下偶联剂：

所述偶联剂包括：硅烷类、氯硅烷类、硅氧烷类其中一种或以上。

所述硅烷类偶联剂包括别名为KH-550的γ-氨丙基三乙氧基硅烷、别名为KH-560的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、别名为KH-570的γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、3-脲丙基三甲氧基硅烷其中之一或以上；

所述氯硅烷类偶联剂为具有分子式R_KSiX_L者其中一种或以上，其中R为甲基，X为氯，4≥K，L≥1；

所述硅氧烷类偶联剂包括别名为D3F的3,3,3-三氟丙基甲基环三硅氧烷、别名为PDMS的聚二甲基硅氧烷、别名为MM的六甲基二硅氧烷、别名为MDM的八甲基三硅氧烷、别名为MD2M的十甲基四硅氧烷、别名为TMTV－CTSO的1,3,5,7－四甲基1,3,5,7－四乙烯基环四硅氧烷、别名为TMTH－CTSO的1,3,5,7－四甲基－1,3,5,7－四氢环四硅氧烷、六甲基环三硅氧烷其中一种或以上。

为进一步提高本发明的绝缘润滑脂产品的理化性能，本发明在组配方面改进还包括：

所述抗蠕变剂包括有机膨润土、石棉、别名为PEG的聚乙二醇中的至少一种。

所述粉体表面处理剂包括硅氮烷、三甲基氯硅烷、八甲基环四硅氧烷中的至少一种。

所述抗腐蚀剂包括别名为T551的苯三唑衍生物、别名为T706的苯三唑、别名为T561的噁二唑衍生物中的至少一种。

所述防霉剂包括别名为OBPA的10,10’-氧代双吩恶砒、季铵盐中的至少一种。

由于以上系列进一步改进，本发明的绝缘润滑脂不仅具有良好的绝缘性，而且最大的优点就是绝缘润滑脂的粘温性能突出，高温不会出现流失，低温亦不会出现开裂，并且随着负载的增加，摩擦系数基本保持不变，润滑性好，电性能优异，而且受频率的影响也小，具有突出的耐热、耐寒、耐老化和耐磨特性，可在－40～250℃长期使用，不发干、发硬及出现油粉分离现象。这主要是因为氟硅油的化学结构中无活性官能团，属化学惰性物质；因此，本发明产品可用在航空、航天、汽车、电缆附件等的金属端子、接点与绝缘被覆物的界面之间，接触化学试剂的高速、重负荷轴承的润滑，接触腐蚀性化合物的阀门的润滑与密封等，能在酸碱性、潮湿、高低温等多种极端环境中使用，寿命长，用途广，且制备方法简单经济实用，应用前景广阔。

相应地，本发明的另一技术解决方案是一种如上所述的绝缘润滑脂的制备方法，其包括如下顺序步骤：

A1)向捏合机中加入氟硅油；A2)接着向捏合机中加入偶联剂与增稠剂，启动捏合30～40min；A3)续向捏合机中加入抗蠕变剂、粉体表面处理剂、抗腐蚀剂和防霉剂，启动升温和捏合，直至温度恒定于120～130℃，捏合及升温的持续时间控制在40～120min；A4)升温至温度恒定后抽真空，同时保持捏合；A5)抽真空后保持捏合20～120min，停止加热，降温；A6)捏合机中温度降低到40～60℃后停止捏合，冷却输出所述的绝缘润滑脂成品。

由上可见，本发明绝缘润滑脂的制备方法，采用非常通用的设备，非常简单的工艺流程，因地制宜的生产制备出绝缘润滑脂，润滑性能提高显著，适用的温度范围变宽，技术经济效益明显。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚详细的描述，以下结合实施例对本发明的具体实施方式进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中所用的原料化学品均为市售，实施例中的添加份量均为重量份(即质量份)。

具体实施方式

实施例1：

在5L真空捏合机中，加入氟硅油(粘度为1000mPa·S，R为CF₃)100份；加入KH-5601份，气相法白炭黑(20nm，100m²/g)18份，聚四氟乙烯(0.5um，100m²/g)20份，启动捏合30min；向捏合机中加入D3F2份，有机膨润土(0.2um，比表面积为6m²/g)8份，硅氮烷5份，抗腐蚀剂苯三唑0.1份，工业防霉剂OBPA0.2份，启动升温(最高温度不超过150℃)和捏合，温度恒定于130℃，80min后再抽真空；捏合30min后停止加热，当温度降到50℃时，停止捏合，冷却到室温后即可进行绝缘润滑脂成品的出料包装。

实施例2

在5L真空捏合机中，加入氟硅油(粘度为15000mPa·S，R为CF₂CF₃)100份；加入3-脲丙基三甲氧基硅烷1份，气相法白炭黑(20nm，100m²/g)8份，聚四氟乙烯(0.5um，100m²/g)30份，启动捏合38min；向捏合机中加入D3F2份，聚乙二醇6份，八甲基环四硅氧烷3份，抗腐蚀剂噁二唑衍生物0.1份，工业防霉剂OBPA0.2份，启动升温(最高温度不超过150℃)和捏合，温度恒定于150℃，100min后再抽真空；捏合50min后停止加热，当温度降到55℃时，停止捏合，冷却到室温后即可进行绝缘润滑脂成品的出料包装。

实施例3

在5L真空捏合机中,加入氟硅油(粘度为30000mPa·S，R为CF₃和CF₂CF₂CF₃)100份，加入六甲基二硅氧烷1份，气相法白炭黑(15nm，100m²/g)15份，聚四氟乙烯(0.5um，100m²/g)25份，启动捏合45min；向捏合机中加入CH₃SiCl₃2份，有机膨润土4份，硅氮烷4份，抗腐蚀剂苯三唑0.1份，工业防霉剂OBPA0.2份，启动升温(最高温度不超过150℃)和捏合，温度恒定于150℃，120min后再抽真空；捏合60min后停止加热，当温度降到55℃时，停止捏合，冷却到室温后即可进行绝缘润滑脂成品的出料包装。

实施例产品的检测结果如下表1：

表1绝缘润滑脂成品的技术指标

由上可见：相较传统润滑硅脂产品，本发明绝缘润滑脂产品，抗溶胀性能大幅提高18倍(即溶胀性为传统的1/18＝0.25/4.5)；稳定性提高约2倍(即油离度为传统的1/2＝4.0/8.0)；高温润滑性能提高约2倍(即高温摩擦系数为传统的1/2.08＝0.45/0.94)；工作寿命大幅增加，电气等性能保持优良。因此，本发明的绝缘润滑脂具有高效的润滑性、更宽的使用温度范围、更好的抗溶胀性能、更强的密封保护效力、更长的工作寿命，且本发明的绝缘润滑脂制备方法简单、经济、具有广阔的工业应用前景。

Claims (10)

1.一种含氟硅油的绝缘润滑脂，其特征在于：所述的绝缘润滑脂由包括如下的原料配制而成：氟硅油、增稠剂、偶联剂；

所述氟硅油具有如下的结构式：

上式中，R为CF₃、CF₂CF₃、CF₂CF₂CF₃中的至少一种；m的取值范围为0≤m≤50000，n取值范围为100≤n≤10000。

2.如权利要求1所述的含氟硅油的绝缘润滑脂，其特征在于：所述的绝缘润滑脂包括如下重量份的原料：氟硅油：100份，增稠剂：8～60份，偶联剂0.5～15份，抗蠕变剂：0～12份，粉体表面处理剂：0～15份，抗腐蚀剂：0～2份，防霉剂：0～10份；上述原料经过包括逐步配料、搅拌捏合、升温加热的步骤，制得所述的绝缘润滑脂。

3.如权利要求1所述的含氟硅油的绝缘润滑脂，其特征在于：所述的氟硅油在25℃时粘度为300～100000mPa·S；所述增稠剂包括：粒径为10～100nm、比表面积100～500m²/g的白炭黑，粒径为0.01～3um、比表面积50～100m²/g的聚四氟乙烯；且聚四氟乙烯：白炭黑的质量配比d为1＜d＜4。

4.如权利要求1所述的含氟硅油的绝缘润滑脂，其特征在于：所述偶联剂包括：硅烷类、氯硅烷类、硅氧烷类其中一种或以上。

5.如权利要求4所述的含氟硅油的绝缘润滑脂，其特征在于：所述硅烷类偶联剂包括别名为KH-550的γ-氨丙基三乙氧基硅烷、别名为KH-560的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、别名为KH-570的γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、3-脲丙基三甲氧基硅烷其中之一或以上；

所述氯硅烷类偶联剂为具有分子式R_KSiX_L者其中一种或以上，其中R为甲基，X为氯，4≥K，L≥1；

所述硅氧烷类偶联剂包括别名为D3F的3,3,3-三氟丙基甲基环三硅氧烷、别名为PDMS的聚二甲基硅氧烷、别名为MM的六甲基二硅氧烷、别名为MDM的八甲基三硅氧烷、别名为MD2M的十甲基四硅氧烷、别名为TMTV－CTSO的1,3,5,7－四甲基1,3,5,7－四乙烯基环四硅氧烷、别名为TMTH－CTSO的1,3,5,7－四甲基－1,3,5,7－四氢环四硅氧烷、六甲基环三硅氧烷其中一种或以上。

6.如权利要求1所述的含氟硅油的绝缘润滑脂，其特征在于：所述抗蠕变剂包括有机膨润土、石棉、别名为PEG的聚乙二醇中的至少一种。

7.如权利要求1所述的含氟硅油的绝缘润滑脂，其特征在于：所述粉体表面处理剂包括硅氮烷、三甲基氯硅烷、八甲基环四硅氧烷中的至少一种。

8.如权利要求1所述的含氟硅油的绝缘润滑脂，其特征在于：所述抗腐蚀剂包括别名为T551的苯三唑衍生物、别名为T706的苯三唑、别名为T561的噁二唑衍生物中的至少一种。

9.如权利要求1所述的含氟硅油的绝缘润滑脂，其特征在于：所述防霉剂包括别名为OBPA的10,10’-氧代双吩恶砒、季铵盐中的至少一种。

10.一种如权利要求1～9之一所述的含氟硅油的绝缘润滑脂的制备方法，其包括如下顺序步骤：

A1)向捏合机中加入氟硅油；A2)接着向捏合机中加入偶联剂与增稠剂，启动捏合30～40min；A3)续向捏合机中加入抗蠕变剂、粉体表面处理剂、抗腐蚀剂和防霉剂，启动升温和捏合，直至温度恒定于120～130℃，捏合及升温的持续时间控制在40～120min；A4)升温至温度恒定后抽真空，同时保持捏合；A5)抽真空后保持捏合20～120min，停止加热，降温；A6)捏合机中温度降低到40～60℃后停止捏合，冷却输出所述的绝缘润滑脂成品。