CN107636132A - 润滑脂组合物和车辆用滚动装置 - Google Patents

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中田龙二
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酒井一泉
山口健太郎
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Abstract

提供了一种含有基油、增稠剂和添加剂的润滑脂组合物。所述基油含有聚‑α‑烯烃且在40℃下具有20至60mm2/s的动态粘度。所述增稠剂含有通过二异氰酸酯化合物与含有脂环族胺和芳族胺的混合胺反应制备的脲化合物。所述添加剂含有亚磷酸酯、醚化合物和氧化石蜡。

Description

润滑脂组合物和车辆用滚动装置
技术领域
本发明的一方面涉及一种润滑脂组合物、和一种包封有所述润滑脂组合物作为润滑剂的车辆用滚动装置。
背景技术
在背景技术中，已知专利文献1或专利文献2中公开的润滑脂组合物作为润滑剂用于汽车等的轴承中。
专利文献1公开了含有基油、增稠剂和添加剂的润滑脂组合物。所述基油包含选自醚油、酯油和合成烃油中的至少一种油。所述基油具有15mm2/s至200mm2/s的动态粘度。所述添加剂包含聚(甲基)丙烯酸酯。
专利文献2公开了含有增稠剂、基油和磷酸酯胺盐(amine phosphate)的润滑脂组合物。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2006-169441A
专利文献2：WO 2014/092201A1
发明内容
技术问题
欲使用的润滑脂根据其使用条件(机器种类、操作条件、工作温度范围等)选择。例如，含有具有约70至100mm2/s(40℃)动态粘度的中等粘度基油的润滑脂作为润滑脂用于汽车的轮毂单元中。这种润滑脂有助于防止轮毂单元的轴承烧粘(seizure)或者长时间保持轴承的润滑寿命。
另一方面，近年来，由于对全球变暖等的关注日益增加，汽车需要优异的燃料经济性。
为了改善燃料经济性，有必要使用低粘度基油作为润滑脂，从而使轴承的滑动部(轨道接触部)的摩擦阻力尽可能低。然而，当仅使用低粘度基油时，自相矛盾的是，难以保持轴承的耐烧粘性或长时间润滑寿命。
另外，随着汽车市场扩张到世界各地的寒冷地区，人们担心由于运输期间的振动，轴承的滑动部中可能产生低温微振磨损。在低温环境下，润滑脂可能易于凝固，使润滑脂的基油不能铺展到滑动部。
因此，本发明的一方面的目的在于提供一种润滑脂组合物，以及包含该润滑脂组合物的车辆用滚动装置，所述润滑脂组合物能够降低滑动部中的摩擦阻力且保持耐烧粘性和长时间润滑寿命，并且能够降低低温环境下微振磨损的发生。
用于解决问题的方案
解决上述问题的本发明一方面的润滑脂组合物包含：基油，该基油含有聚-α-烯烃并且在40℃下具有20至60mm2/s的动态粘度；增稠剂，该增稠剂含有通过脂环族胺和芳族胺的混合胺与二异氰酸酯化合物的反应获得的脲类化合物；和添加剂，该添加剂包含亚磷酸酯、醚类化合物和石蜡氧化物(第一实施方式)。
在本发明的一方面的润滑脂组合物中，所述基油优选具有0.02以下的牵引系数；且所述基油优选具有-50℃以下的倾点(第二实施方式)。
在本发明的一方面的润滑脂组合物中，所述醚类化合物优选在分子末端具有极性基团，该极性基团具有包含至少一个杂原子的5元环(第三实施方式)。
本发明的一方面的润滑脂组合物优选包含量为10质量％至25质量％的增稠剂、量为0.2质量％至5质量％的亚磷酸酯、量为0.2质量％至5质量％的醚类化合物以及量为0.5质量％至10质量％的石蜡氧化物(第四实施方式)。
本发明的一方面的车辆用滚动装置包含根据本发明的一方面的润滑脂组合物，该润滑脂组合物作为润滑剂包封在该滚动装置中(第五实施方式)。
本发明的有利效果
根据包含本发明的一方面的润滑脂组合物的车辆用滚动装置，可以降低由轴承支撑的轴的摩擦阻力，从而减小旋转扭矩。因此可以改善车辆的燃料经济性。当然，可以保持轴承的耐烧粘性和长时间润滑寿命，并且还可以降低车辆在寒冷地区在运输货物(例如，通过铁路、卡车等)时微振磨损的发生。
附图说明
[图1]图1为根据本发明的一个实施方式的轮毂单元的截面图；
[图2]图2为轮毂单元的凸缘部的透视图；
[图3]图3为凸缘部的正视图；
[图4]图4为显示低温微振磨损试验机的构造的图。
具体实施方式
本发明的一方面的润滑脂组合物含有基油、增稠剂和添加剂。
含有聚-α-烯烃且在40℃下具有20至60mm2/s的动态粘度的合成油作为所述基油使用。
优选地，所述基油的物理性质在以下范围内。也就是说，动态粘度(根据JIS K2283)为20至60mm2/s(40℃)，且优选为25至55mm2/s(40℃)。当所述基油的动态粘度在上述范围内时，与使用具有约70至100mm2/s(40℃)的动态粘度的基油的润滑脂组合物相比，能够降低轴承的滑动部的摩擦阻力。另外，倾点(根据JIS K 2269)优选为-50℃以下，且更优选为-70℃至-50℃。当基油的倾点在上述范围内时，可以确保润滑脂组合物在低温环境(例如，-40℃以下)下的流动性。因此可以容易地使基油铺展到轴承的滑动部。因此，可以改善抑制低温微振磨损的效果。另外，牵引系数为0.02以下，且优选为0.001以上且0.01以下。当所述基油的牵引系数在上述范围内时，可以减小润滑脂的扭矩。
聚-α-烯烃的典型实例可以包括各自具有2至32个碳原子且优选6至16个碳原子的α-烯烃的低聚物或共低聚物(诸如，1-辛烯低聚物、癸烯低聚物、乙烯-丙烯低聚物等)，及其氢化物。
另外，基于润滑脂组合物的总量计，基油的含量优选为60质量％至90质量％，且更优选为65质量％至88质量％。
通过脂环族胺和芳族胺的混合胺与二异氰酸酯化合物的反应获得的脲类化合物作为所述增稠剂使用。脲类化合物的实例可以包括脲化合物，诸如二脲化合物、三脲化合物、四脲化合物、多脲化合物(除了二脲化合物、三脲化合物和四脲化合物)等，脲-氨基甲酸酯化合物，氨基甲酸酯化合物如二氨基甲酸酯，这些化合物的混合物等。其中，优选二脲化合物。使用这一组合的任何脲化合物都可以降低微振磨损的发生。
脂环族胺的实例可以包括环己基胺、二环己基胺等，且芳族胺的实例可以包括苯胺、对甲苯胺等。
此外，二异氰酸酯化合物的实例可以包括脂族二异氰酸酯、脂环族二异氰酸酯、芳族二异氰酸酯等。脂族二异氰酸酯的实例可以包括具有饱和和/或不饱和直链或支链的烃基的二异氰酸酯，诸如十八烷二异氰酸酯、癸烷二异氰酸酯、己烷二异氰酸酯(HDI)等。另外，脂环族二异氰酸酯的实例可以包括环己基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯等。另外，芳族二异氰酸酯的实例可以包括苯二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)等。
此外，当使用脂环族胺和芳族胺的混合胺作为脲类增稠剂的原料时，脂环族胺对芳族胺的混合比(质量比)优选为脂环族胺:芳族胺＝55:45至99:1，且更优选为60:40至95:5。
所述混合胺和二异氰酸酯可以通过各种方法且在各种条件下彼此反应。所述混合胺和二异氰酸酯优选在基油中反应，因为可以获得其中增稠剂均匀分散的二脲化合物。此外，所述反应可以以将已经溶解有二异氰酸酯化合物的基油加到已经溶解有混合胺的基油中的方式，或者以将已经溶解有混合胺的基油加到已经溶解有二异氰酸酯化合物的基油中的方式来执行。这种反应中的温度和时间不受特别限制，但可以与通常执行的这种反应中的那些相同。就混合胺和二异氰酸酯的溶解性和挥发性而言，反应温度优选为60℃至170℃。就混合胺和二异氰酸酯的反应完成及由生产时间减少带来的效率提高而言，反应时间优选为0.5至2.0小时。
另外，基于润滑脂组合物的总量计，增稠剂的含量优选为10质量％至25质量％，且更优选为12质量％至23质量％。
所述添加剂的实例可包括亚磷酸酯、醚类化合物和石蜡氧化物作为必要成分，并且可添加各种添加剂作为任选的组分，诸如极压添加剂、防锈添加剂、抗氧化剂、抗磨添加剂、染料、颜色稳定剂、粘度改进剂、结构稳定剂、金属钝化剂和粘度指数改进剂。作为极压添加剂，可以使用硫类化合物(诸如，二硫代氨基甲酸锌(ZnDTC))，氯类化合物(诸如，氯化石蜡)，有机Mo化合物，诸如二硫代氨基甲酸钼(MoDTC)或二硫代磷酸钼(MoDTP)等可以作为任选的组分使用。
所述亚磷酸酯的实例可包括亚磷酸三异丙酯、亚磷酸二异丙酯、亚磷酸二苯酯等。特别优选亚磷酸二苯酯。
另外，基于所述润滑脂组合物的总量计，所述亚磷酸酯的含量优选为0.2质量％至5质量％，且更优选为0.3质量％至4质量％。
所述醚类化合物作为必要的组分使用。在分子中具有极性基团的醚类化合物优选作为所述醚类化合物使用。更优选地，在分子末端具有极性基团的醚类化合物作为所述醚类化合物使用。特别优选地，在分子末端具有极性基团、且该极性基团具有包含至少一个杂原子的5元环的醚类化合物作为所述醚类化合物使用。当所述醚类化合物具有极性基团时，该极性基团容易地被通过与轴承的轨道表面(金属表面)反应形成且源自具有极性的亚磷酸酯的表面膜吸引并吸附。因此可以在磷类化合物的表面膜上良好地形成醚类化合物的油性膜。
例如，可以使用由以下通式(1)表示的环丁砜衍生物作为在分子末端具有极性基团、且所述极性基团具有含有至少一个杂原子的5元环的醚类化合物。
(在该式中，R1为具有1至20个碳原子的烃基，且R2和R3各自为氢原子或具有1至20个碳原子的烃基)。
另外，基于所述润滑脂组合物的总量计，醚类化合物的含量优选为0.2质量％至5质量％，且更优选为0.5质量％至4质量％。
所述石蜡氧化物作为必要的组分使用。所述石蜡氧化物的实例可包括通过石油类蜡如石蜡或微晶蜡的氧化获得的石蜡氧化物，合成蜡如聚乙烯蜡等。另外，基于润滑脂组合物的总量计，石蜡氧化物的含量优选为0.5质量％至10质量％。
本发明的一方面的润滑脂组合物可例如如下获得。也就是说，将作为必要组分的基油、脲类增稠剂、亚磷酸酯、醚类化合物和石蜡氧化物以及其它添加剂(如果需要)混合，搅拌，然后使其经过辊磨机等。
接着，将参考附图描述轮毂单元1，本发明的一方面的润滑脂组合物作为润滑脂(G)包封在其中。
图1为根据本发明的一个实施方式的轮毂单元1的截面图。图1的左/右方向将被称作轮毂单元1的轴向，而图1的左侧将被称作轴向外侧，且图1的右侧将被称作轴向内侧。
例如，轮毂单元1将汽车的车轮可旋转地支撑在车身侧悬挂装置上。所述轮毂单元1包含滚动轴承2、用作滚动轴承2的轴承圈构件的轮毂轮3、和与轮毂轮3一体设置的环形凸缘部4。轮毂轮3和凸缘部4的原材料在该实施方式中例如通过热锻造形成。
轮毂轮3包含小直径部7、敛缝部8和大直径部9。小直径部7具有圆形截面。在敛缝部8中，小直径部7的轴向内侧的端部径向向外弯曲并变形。大直径部9具有比小直径部7的直径大的圆形截面，且从小直径部7连续且轴向向外地设置。在轮毂轮3的大直径部9中，凸缘部4弯曲并形成为从大直径部9的外周表面径向向外延伸。
滚动轴承2例如是包含外圈11和内圈构件12的双列滚珠轴承。外圈11在其内周表面具有一对外圈轨道表面11a和11b。插入并装配内圈构件12，使得内圈构件12的内周表面可与轮毂轮3的小直径部7的外周表面7a紧密接触。内圈构件12在其外周表面上具有内圈轨道表面13a。内圈轨道表面13a与位于轴向内侧的外圈轨道表面11a相对。轮毂轮3的大直径部9在其外周表面上具有内圈轨道表面13b。内圈轨道表面13b与在轴向外侧上的外圈轨道表面11b相对。
另外，滚动轴承2包含多个滚珠(滚动元件)14和一对保持架15。滚珠14以两列分别可滚动地布置在外圈轨道表面11a和内圈轨道表面13a之间以及在外圈轨道表面11b和内圈轨道表面13b之间。以两列布置的滚珠14分别由一对保持架15在周向上以预定的间隔保持。
另外，滚动轴承2包含密封构件16。由轮毂轮3和外圈11形成的环形空间通过密封构件16自滚动轴承2的轴向相对端密封。在由密封构件16密封的环形空间16a中，包封由上述润滑脂组合物构成的润滑脂G。
此外，滚动轴承2具有从外圈11的外周表面11c径向向外延伸的轴承凸缘17。在轴承凸缘17中形成有多个螺栓孔17a，从而沿其厚度方向贯穿轴承凸缘17。螺栓B插入螺栓孔17a中，并拧到悬挂装置的转向节51上。因此，轴承凸缘17固定到转向节51。
图2为凸缘部4的透视图。图3为凸缘部4的正视图。
在图2和图3中，凸缘部4具有在凸缘部4的周向上以预定间隔形成的多个(在本实施方式中为五个)厚部21。各厚部21形成为使得厚部21的轴向内侧的端表面可被隆起，同时所述厚部21形成为在图3的正视图中的径向上径向延伸。另外，各厚部21在周向上具有预定的宽度W(在下文中被称为周向宽度W)。
螺栓孔22在各厚部21的径向外侧上形成，从而沿厚度方向且在周向宽度W的大致中心部贯穿厚部21。用于附接轮或制动盘的轮毂螺栓B通过压配固定到各螺栓孔22，如图1中所示。因此，螺栓孔22的直径d(参见图3)被设定为能够将轮毂螺栓B压配到螺栓孔22中的尺寸。
以这种方式，根据轮毂单元1，润滑脂(G)中的亚磷酸酯(极压添加剂)对金属具有良好的吸附性。因此，可以认为在滚动轴承2的外圈轨道表面11a和内圈轨道表面13a中，由于与金属的反应而形成由源自磷酸酯的化合物(诸如，磷酸铁(II))所形成的表面膜。此外，所述表面膜具有基于磷酸铁(II)的P＝O键的极性。因此，醚类化合物(油性剂)的极性基团(环丁砜基团)被良好地吸引并吸附到表面膜上。结果，可以认为醚类化合物的油性膜在表面膜上形成。
外圈轨道表面11a和内圈轨道表面13a被以亚磷酸酯的表面膜薄薄涂覆。因此，可以认为，即使在基油尚未铺展到外圈轨道表面11a或内圈轨道表面13a的状态下发生振动时，也可以防止金属在各滚珠14的表面与外圈轨道表面11a或内圈轨道表面13a之间的接触或者减小由该接触引起的冲击。因此，可降低在低温环境下的微振磨损(低温微振磨损)。因此，当车辆在寒冷地区运输货物(例如，通过铁路、卡车等)时，可降低微振磨损的发生。
此外，当滚动轴承2旋转时，通过由被引入至各滚珠14的表面与外圈轨道表面11a或内圈轨道表面13a之间的空间中的基油产生的油性膜引起的润滑可由醚类化合物的油性膜辅助。也就是说，即使在基油的油性膜薄时，也可以通过与醚类化合物的油性膜配合来保持滑动部的耐烧粘性和长时间润滑寿命。结果，可基于其动态粘度来选择基油。因此，当将具有低动态粘度的油用作基油时，可降低在滑动部中的摩擦阻力。因此，可以降低由滚动轴承2支撑的轴的摩擦阻力，以减小旋转扭矩，因此可以改善车辆的燃料经济性。
本发明不限于上述实施方式，而是可以以另一实施方式实施。
例如，尽管已经在上述实施方式中描述了其中润滑脂(G)包封在由(双列)滚珠轴承构成的滚动轴承2中的实例，但是本发明一个方面中的其中包封由润滑脂组合物构成的润滑脂的轴承可为另一种滚动轴承，诸如使用与滚珠不同的其它构件作为滚动元件的滚针轴承或滚柱轴承。
另外，本发明一个方面中的包封由润滑脂组合物构成的润滑脂的轴承可安装在除上述轮毂单元1外的车辆用滚动装置如悬挂单元、转向单元等上。
另外，可在权利要求中描述的范围内进行各种设计改变。
实施例
接着，将基于实施例和比较例描述本发明的一方面。然而，本发明不限于下列实施例。
实施例1至4和比较例1至9
<润滑脂的制备>
对于各个实施例和比较例，将增稠剂、基油和添加剂以表1中所示的各混合比混合，且由此制备用于试验的各润滑脂组合物。对所获得的用于试验的润滑脂组合物进行以下评价。评价结果示于表1中。
在表1中，基油的动态粘度由根据JIS K 2283测量的值表示，且基油的倾点由根据JIS K 2269测量的值表示。
(1)增稠剂
·脂环族胺(环己胺)
·芳族胺(对甲苯胺)
·脂族胺(辛胺)
将胺以表1中所示的质量比混合，接着与二异氰酸酯化合物(二苯甲烷二异氰酸酯)反应，由此制备脲类化合物。
(2)基油
·矿物油：动态粘度为30mm2/s(40℃)
·PAO：动态粘度为30至70mm2/s(40℃)
·酯：癸二酸二辛酯
(3)添加剂
·亚磷酸酯(亚磷酸二苯酯)
·磷酸酯(磷酸三甲苯酯)
·醚类(环丁砜衍生物(其为由上述式(1)表示的化合物，其中R1为具有8个碳原子的烷基基团，且R2和R3为氢原子))
·石蜡氧化物(石油类氧化蜡)
<评价>
(1)牵引系数的测量
对于在实施例和比较例中的每一个中使用的基油，在0.5GPa的表面压力、0.5m/sec的周向速度和3％的滑动率的条件下通过辊上盘(disk-on-roller)测量牵引系数。评价结果示于表1中。
(2)轴承扭矩的测量
将2克的在实施例和比较例中的每一个中获得的润滑脂组合物包封在滚动轴承(6204)中。滚动轴承在4,000rpm的转动速度、无负载和室温的条件下转动，且在转动0.5小时之后测量扭矩值。评价结果由相对于作为参考值的在比较例1中的扭矩值(＝1)的相对值表示。
(3)摩擦系数的测量
对于实施例和比较例中的每一个中得到的润滑脂组合物，摩擦系数通过往复滑动摩擦试验机在表面压力1.7GPa、振幅1.5mm、频率50Hz和温度40℃的条件下测量。测量时间为10分钟，且最后一分钟测量的摩擦系数的平均值被视为测量值。
(4)烧粘寿命试验
将2克的在实施例和比较例中的每一个中获得的润滑脂组合物包封在滚动轴承(6204ZZ)中。滚动轴承在旋转速度为10,000rpm、轴向载荷(Fa)为66N、径向载荷(Fr)为66N、和轴承温度为150℃的条件下旋转，且测量直到发生烧粘的时间。评价结果由相对于作为参考值的在比较例4中直到发生烧粘的时间(＝1)的相对值表示。在实施例1至4中，即使经过表1中的时间(相对值)，也没发生烧粘，因此将试验机停止。
(5)剥离寿命试验
将1克的在实施例和比较例中的每一个中获得的润滑脂组合物包封在滚动轴承(51110)中。滚动轴承在旋转速度为1,500rpm、径向载荷(Fr)为3,375N和室温作为气氛温度的条件下旋转，且测量直到发生剥离的时间。评价结果由相对于作为参考值的在比较例4中直到发生剥离的时间(＝1)的相对值表示。在实施例1至4中，即使经过表1中的时间(相对值)，也没发生剥离，且因此将试验机停止。
此外，在另一剥离寿命试验中，将14克的在实施例和比较例中的每一个中获得的润滑脂组合物包封在滚动轴承(DAC4378)中。滚动轴承在旋转速度为300rpm、轴向载荷(Fa)为8kN、径向载荷(Fr)为8kN和室温作为气氛温度的条件下旋转，且测量直到发生剥离的时间。评价结果由相对于作为参考值的在比较例4中直到发生剥离的时间(＝1)的相对值表示。在实施例1至4中，即使经过表1中的时间(相对值)，也没发生剥离，因此将试验机停止。
(6)低温微振磨损试验
将14克的在实施例和比较例中的每一个中获得的润滑脂组合物包封在滚动轴承(DAC4378)中。滚动轴承设置在图4中所示的微振磨损试验机中。滚动轴承在频率为4Hz、轴向载荷(Fa)为±1.4kN、径向载荷(Fr)为5.5±4.4kN且轴承温度为-40℃的条件下振荡，以达到1,000,000次循环，其中轴向载荷和径向载荷在每个循环中以上述幅度振动。由此，测量在轴承的轨道表面中产生的微振磨损损耗的深度。各评价结果由在轨道表面中产生的最大磨损深度表示，其由相对于作为参考值的在比较例4中的磨损深度(＝1)的相对值表示。
如表1中所示，在包封实施例1至4的每一者的润滑脂组合物的轴承中，尽管使用具有30mm2/s(40℃)或50mm2/s(40℃)的相对低动态粘度的基油，但是在烧粘寿命比、剥离寿命比和低温微振磨损的所有评价项目中均获得良好的结果。因此发现，可以降低轴承的滑动部的摩擦阻力并且保持轴承的耐烧粘性和长时间润滑寿命，并且还可以降低低温环境下微振磨损的发生。
本申请基于2015年6月12日提交的日本专利申请特愿2015-119099，其内容以引用方式并入本文。
符号说明
1：轮毂单元
G：润滑脂

Claims (5)

1.一种润滑脂组合物，包含：
基油，所述基油含有聚-α-烯烃并且在40℃下具有20至60mm2/s的动态粘度；
增稠剂，所述增稠剂含有通过脂环族胺和芳族胺的混合胺与二异氰酸酯化合物的反应获得的脲类化合物；和
添加剂，
其中所述添加剂含有亚磷酸酯、醚类化合物和石蜡氧化物。
2.根据权利要求1所述的润滑脂组合物，其中：
所述基油具有0.02以下的牵引系数；且
所述基油具有-50℃以下的倾点。
3.根据权利要求1或2所述的润滑脂组合物，其中所述醚类化合物在分子末端具有极性基团，所述极性基团具有包含至少一个杂原子的5元环。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的润滑脂组合物，包含量为10质量％至25质量％的所述增稠剂、量为0.2质量％至5质量％的所述亚磷酸酯、量为0.2质量％至5质量％的所述醚类化合物以及量为0.5质量％至10质量％的所述石蜡氧化物。
5.一种车辆用滚动装置，包含根据权利要求1至4中任一项所述的润滑脂组合物，所述润滑脂组合物作为润滑剂包封在所述滚动装置中。
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