CN110662826A - 润滑脂组合物以及用其涂覆的滑动构件 - Google Patents

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Abstract

[问题]要提供一种滑动构件，其在从极低温度至高温的宽温度范围内具有良好的可操作性并且在滑动表面上产生较少操作声，以及一种用于所述滑动构件的润滑脂组合物。[方案]所述润滑脂组合物含有(A)具有在40℃下2‑110mm2/s的运动粘度的直链全氟聚醚、(B)具有在40℃下2‑100mm2/s的运动粘度的支链全氟聚醚、以及(C)具有1μm或更小的初级粒度的氟碳树脂粉末，其中所述氟碳树脂粉末的含量是相对于所述润滑脂组合物的重量的25‑40wt％，并且所述直链全氟聚醚(A)与所述支链全氟聚醚(B)的重量比是15:85至70:30。

Description

润滑脂组合物以及用其涂覆的滑动构件
技术领域
本发明涉及一种在汽车和工业机械中使用的滑动构件、以及一种与其一起使用的润滑脂组合物。
背景技术
润滑脂通常在各种类型的机械(如汽车、电气设备、信息设备、建筑机械、工业机械和机械工具)中用于改善滑动零件的润滑性。在这些之中，汽车零件必须能够在宽温度范围(从在夜间温度为零下数十度的寒冷地区的极低温度至在夏天暴露于热天气期间的高温)内很好地工作。此外，近年来，汽车的内部结构被设计成具有增强的隔音性，以确保汽车内部更安静，阻挡了工作中的汽车零件的噪声。然而，必须尽可能将汽车内部使用的零件的操作噪声最小化。
全氟聚醚例如具有优异的热稳定性、低挥发性、耐腐蚀性和低反应性，并且因此在各种类型的机械中适合作为用于滑动构件的润滑脂。专利文献1、2和3提出了其中使用具有不同主链结构的两种类型的全氟聚醚的混合物以便改善宽温度范围内的可操作性等的方法。然而，在这些文献中实际使用的全氟聚醚的粘度是未指定的或高的。使用高粘度全氟聚醚导致在极低温度下差的可操作性，这对在极低温度下需要良好的可操作性的应用(如汽车应用)是一个问题。这些文献也没有公开用于降低操作噪声的方法，这在用于汽车内部零件等时是必要的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本未审查专利公开号2003-147380
专利文献2：日本未审查专利公开号2013-53318
专利文献3：日本专利号6122191
发明内容
本发明要解决的问题
因此，本发明的目的是提供一种滑动构件，其在从极低温度至高温的宽温度范围内具有良好的可操作性并降低操作噪声，以及一种与所述滑动构件一起使用的润滑脂组合物。
解决问题的手段
作为大量研究的结果，诸位发明人基于以下发现来完成本发明：上述问题可以通过润滑脂组合物来解决，所述润滑脂组合物是通过将特定量的氟树脂粉末添加到具有不同分子结构且各自具有特定粘度范围的两种类型的全氟聚醚中获得的。
具体地，本发明的第一实施例是一种润滑脂组合物，其包含：(A)全氟聚醚，所述全氟聚醚具有在40℃下2-110mm2/s的运动粘度并且由通式(1)RfO(CF2CF2O)m(CF2O)nRf(其中Rf是C1-4全氟低级烷基，m和n各自是≥0的整数，m和n的总和是30-190，并且CF2CF2O和CF2O基团在主链中无规结合)表示；(B)全氟聚醚，所述全氟聚醚具有在40℃下2-100mm2/s的运动粘度并且由通式(2)RfO(CF(CF3)CF2O)p(CF2O)rRf(其中Rf是C1-4全氟低级烷基，p是正数，r是≥0的数，p和r的总和是5-50，并且CF(CF3)CF2O和CF2O基团在主链中无规结合)表示；以及(C)氟树脂粉末，所述氟树脂粉末具有≤1μm的初级粒度，其中所述氟树脂粉末的含量是基于所述润滑脂组合物的重量的25-40wt％，并且所述全氟聚醚(A)与全氟聚醚(B)的重量比是15:85至70:30。上述润滑脂组合物优选地此外含有基于所述润滑脂组合物的重量的1.5-10wt％的量的(D)聚烯烃颗粒，所述聚烯烃颗粒具有500,000-7,000,000的粘度平均分子量和10-200μm的粒度。
本发明的第二实施例是一种滑动构件，其滑动表面涂覆有所述润滑脂组合物，其中由所述润滑脂组合物形成的油膜是≥0.2μm厚。
发明效果
本发明可以提供一种滑动构件，其在从极低温度至高温的宽温度范围内具有良好的可操作性并降低操作噪声，以及一种与所述滑动构件一起使用的润滑脂组合物。
具体实施方式
全氟聚醚(A)：
为本发明的第一实施例的润滑脂组合物中使用的组分(A)是具有在40℃下2-110mm2/s的运动粘度并且由通式(1)表示的全氟聚醚。
RfO(CF2CF2O)m(CF2O)nRf (1)
在通式(1)中，Rf是C1-4全氟低级烷基，其实例包括三氟甲基和五氟乙基。Rf优选是三氟甲基。
在通式(1)中，m和n各自是≥0的整数。m和n的总和是30-190。m与n之比(m/n)优选是≥1。应注意，在通式(1)中，CF2CF2O和CF2O基团在主链中无规结合。
全氟聚醚(B)：
本发明的润滑脂组合物中使用的组分(B)是具有在40℃下2-100mm2/s的运动粘度并且由通式(2)表示的全氟聚醚。
RfO(CF(CF3)CF2O)p(CF2O)rRf (2)
在通式(2)中，Rf是C1-4全氟低级烷基，并且具体地与上述通式(1)的定义中指出的那些相同。
在通式(2)中，p是正数，r是≥0的数，并且p和r的总和是5-50。p与r之比优选是≥10，并且此外，在通式(2)中，CF(CF3)CF2O和CF2O基团在主链中无规结合。由于p是正数，通式(2)中总是包括支链单元。
全氟聚醚(A)与全氟聚醚(B)的重量比是15:85至70:30。全氟聚醚(A)重量比低于该范围将导致在低温下差的可操作性。同时，全氟聚醚(B)重量比低于该范围在施用所得加润滑脂的组合物时将不允许达到预期厚度，并且将不允许降低操作噪声。全氟聚醚(A)与全氟聚醚(B)的重量比优选是20:80至70:30、并且甚至更优选25:75至65:35。
氟树脂粉末：
本发明的润滑脂组合物中使用的组分(C)是具有≤1μm的初级粒度的氟树脂粉末。可以使用的氟树脂粉末的实例包括聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)和全氟烯烃树脂。在这些中，优选PTFE。氟树脂粉末通过如乳液聚合、悬浮聚合或溶液聚合等方法使单体聚合获得，但在本发明中优选的是通过乳液聚合获得的氟树脂粉末。这是因为通过乳液聚合获得的氟树脂粉末具有大的比表面积和显著的吸油性，并且因此不太可能在润滑脂组合物中分离，从而允许获得稳定的润滑脂组合物。氟树脂粉末的平均分子量优选是1,000-1,000,000。氟树脂粉末的平均分子量可以基于通过差示扫描量热法或通过确定粘弹性或熔体流动速率而获得的值来计算。
氟树脂粉末的初级粒度是≤1μm、并且优选≤0.5μm。氟树脂粉末的初级粒度可以通过扫描电子显微镜确定。
氟树脂粉末含量是基于润滑脂组合物的重量的25-40wt％、优选30-40wt％。小于25wt％的氟树脂粉末含量将导致润滑脂组合物太软以及大量的操作噪声。同时，大于40wt％的氟树脂粉末含量将导致润滑脂组合物太硬以及在低温下的可操作性差。
为了在保持润滑性能(特别是扭矩)的同时进一步改善与滑动如旋转相关的静音和阻尼特性，本发明的润滑脂组合物优选此外含有(D)基于所述润滑脂组合物的重量的1.5-10wt％的量的聚烯烃颗粒，其具有500,000-7,000,000的粘度平均分子量和10-200μm的粒度。聚烯烃颗粒的粘度平均分子量优选是1,000,000至5,000,000、并且更优选1,000,000至3,000,000。聚烯烃颗粒的粘度平均分子量低于500,000可能降低润滑脂的耐热性。同时，当粘度平均分子量大于7,000,000时，抗冲击性将开始显著劣化，静音和阻尼特性没有得到改善。
应注意，本发明中的粘度平均分子量可以根据JIS K7367确定，并且可以确定通过将聚烯烃颗粒溶解在溶剂中获得的溶液的固有粘度，以通过下式得到粘度平均分子量。
溶液固有粘度＝系数(K)×粘度平均分子量α
(K和α是常数。)
聚烯烃颗粒的平均粒度(初级粒度)是10-200μm、优选10-50μm、并且更优选10-30μm。平均粒度通过SEM观察确定，但是例如也可以使用库尔特计数器确定。聚烯烃的平均粒度≤10μm将导致滑动构件之间的距离较小，使得难以改善静音和阻尼特性。同时，平均粒度大于200μm可能使得润滑脂更难以流动，从而导致较低的润滑性能(特别是扭矩)。聚烯烃的具体实例包括聚乙烯和聚丙烯，但是聚乙烯具有适当的硬度并且因此是优选的。聚烯烃含量是基于润滑脂组合物的重量的1.5-10wt％、优选1.5-7.5wt％、并且更优选1.7-5.0wt％。含量小于1.5wt％可能无法产生任何技术效果，特别是静音特性。含量大于10wt％例如可能由于较大的粘度而导致操作可加工性的损失或导致润滑性的损失，以及由于较大的扭矩而导致具有较低耐热性的润滑脂。
除了以上描述的组分(A)至(D)之外，本发明的润滑脂组合物可以根据需要包括其他常规已知的组分，如固体颗粒、抗氧化剂、防锈剂、腐蚀抑制剂、极压剂、油性剂、基础油扩散抑制剂、腐蚀抑制剂、金属减活化剂、染料、颜色相位稳定剂、增稠剂、结构稳定剂、或其他添加剂。除了这些常见添加剂之外，还可以添加各种合成纤维、再生纤维和天然纤维材料，以及如橡胶粉和腰果粉等粘合剂物质。
固体颗粒是赋予本发明的润滑脂组合物希望的功能的组分。固体颗粒的类型没有特别限制，并且实例包括增强填料；增稠剂；抗磨添加剂；颜料；着色材料；紫外线吸收剂；导热填料；导电填料；以及绝缘材料或其他功能性颗粒。应注意，一些颗粒可以共混作为多个功能性颗粒。
抗氧化剂的实例包括酚类抗氧化剂，如2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚和4,4’-亚甲基双(2,6-二叔丁基苯酚)；以及胺类抗氧化剂，如烷基二苯胺和三苯胺、苯基-α-萘胺、吩噻嗪、烷基化-α-萘胺和烷基化吩噻嗪。
防锈剂的实例包括脂肪酸、脂肪酸胺、烷基磺酸金属盐、烷基磺酸胺盐、氧化石蜡和聚氧乙烯烷基醚；腐蚀抑制剂的实例包括苯并三唑、苯并咪唑和噻二唑。
极压剂的实例包括磷化合物，如磷酸酯、亚磷酸酯和胺磷酸酯；硫化合物，如硫化物和二硫化物；以及二烷基二硫代磷酸金属盐和二烷基二硫代氨基甲酸金属盐。
油性剂的实例包括脂肪酸或其酯、高级醇、多元醇或其酯、脂肪胺和脂肪酸甘油单酯。
基础油扩散抑制剂的实例包括硅油、基于氟的硅烷化合物、具有例如用醇或酯改性的末端的全氟聚醚油、以及丙烯酸嵌段共聚物。
本发明的润滑脂组合物的针入度优选是250-350、并且更优选265-310。润滑脂组合物的针入度可以通过JIS K2220中指定的方法确定。
本发明的润滑脂组合物可以通过常规已知的方法制备。
当将本发明的润滑脂组合物施用到例如橡胶构件、树脂构件、金属构件和包括陶瓷的滑动构件的表面时，所述润滑脂组合物允许形成润滑膜。本发明适用于在包括金属构件、树脂构件或其组合的滑动构件，以及特别地涉及在构件的圆周方向上旋转运动的旋转滑动构件上使用，并且允许使涉及此种运动的运动构件的摩擦力有效地最小化。
本发明的第二实施例是一种滑动构件，其滑动表面涂覆有润滑脂组合物，其中由润滑脂组合物形成的油膜是≥0.2μm厚。如果由润滑脂组合物形成的油膜是≥0.2μm厚，则可以降低由操作滑动构件引起的噪声。由润滑脂组合物形成的油膜优选是≥0.25μm厚。由润滑脂组合物形成的油膜的厚度可以如在日本未审查专利公开号2009-007562中描述的通过使用EHL测试仪的光学干涉量度法测量。由于本发明的润滑脂组合物可以形成≥0.2μm厚的油膜，换言之，可以形成厚的涂层，油膜厚度的上限没有特别限制，但是为了实用的目的，应该是≤1.0μm，并且也可以是≤0.5μm。特别地，在旋转滑动构件应用中，优选的是0.25-0.50μm。
滑动构件材料的实例包括金属、塑料、橡胶、及其组合。塑料滑动构件的实例包括例如门板、仪表板、门锁、齿轮、皮带张紧器、固定带、压力带、垫、以及其他用于汽车、复印机和打印机的滑动构件；以及正时皮带、传送带、天窗主体密封件、玻璃滑槽、挡风雨条、油封、填充物、雨刮器、刮刀、充电辊、显影辊、调色剂供应辊、转印辊、加热辊、压力辊、清洁刮板、进纸辊、输送辊、刮刀、中间转印带、中间转印鼓和加热带。金属滑动构件的实例包括电磁阀、电动阀、曲轴、压缩机轴、滑动轴承、齿轮、油泵齿轮、活塞、活塞环、活塞销、垫圈、门锁、导轨、安全带扣、刹车片、刹车弹簧片、刹车垫片、刹车绝缘片、铰链、螺钉、压力垫、气缸、电动缸、电致动器、以及其他用于汽车、复印机、打印机和工业机械(包括半导体制造设备和发光装置/显示器制造设备)的滑动构件。橡胶滑动构件的实例包括正时皮带、传送带、天窗主体密封件、玻璃滑槽、挡风雨条、油封、填充物、雨刮器、刮刀、充电辊、显影辊、调色剂供应辊、转印辊、加热辊、压力辊、清洁刮板、进纸辊、传送辊、刮刀、中间转印带、中间转印鼓、加热带、以及其他用于汽车、复印机、打印机和工业机械的驱动构件、滑动构件和传送零件等。滑动构件的构造没有特别限制，并且例如可以是纤维状或含纤维的。纤维状或含纤维的滑动构件的实例包括车辆座椅、地毯、轮胎帘线和座椅安全带。
对于向其施用本发明的润滑脂组合物的构件的应用没有限制，并且所述润滑脂组合物可以用于如家用电器、船舶、铁路、航空器、机械(包括工业生产设备)、构造物、汽车维修、汽车、建筑、建筑材料、纤维、皮革、文具、木工、家具、杂货、钢板、罐、电子板、电子部件和打印等应用。本发明的润滑脂组合物的特性使其特别可用于上述之中的汽车和工业机械应用。
本发明的润滑脂组合物的特征在于它可以在-40℃至200℃的温度下很好地进行操作。由于特别地在-40℃下没有扭矩损失，所以本发明的润滑脂组合物对需要在极低温度下操作的汽车和工业机械应用是理想的。此外，添加特定量的另外的组分(D)将有利于在不显著损害润滑性、耐热性或低温可操作性的情况下抑制和进一步静音与旋转相关的噪声。
作为本发明的滑动构件，旋转滑动构件是特别优选的。旋转滑动构件的实例包括但不限于旋转轴、轴承、齿轮、各种带、各种加热辊和转向辊连接器。
实例
本发明通过以下实例来更详细地说明，但不限于以下实例。
实例1-4和对比实例1-5
将组分以表1中示出的比例(重量份)混合至均匀，使用三辊磨机捏合并消泡，从而得到润滑脂组合物。在实例1-4和对比实例1-5中使用以下组分。
A1：Fomblin M15(苏威特种聚合物日本株式会社(Solvay Specialty PolymersJapan K.K.))：在40℃下的运动粘度85mm2/s
A2：Fomblin M30(苏威特种聚合物日本株式会社)：在40℃下的运动粘度159mm2/s
B1：Fomblin Y25(苏威特种聚合物日本株式会社)：在40℃下的运动粘度80mm2/s
B2：Fomblin Y15(苏威特种聚合物日本株式会社)：在40℃下的运动粘度56mm2/s
B3：Fomblin Y45(苏威特种聚合物日本株式会社)：在40℃下的运动粘度147mm2/s
C1：Zonyl TLP-10F-1(杜邦-三井氟化学有限公司(Du Pont-MitsuiFluorochemicals Co.Ltd))：初级粒度0.1-0.3μm
C2：Lubron L-2(大金工业株式会社(Daikin Industries,Ltd.))：初级粒度0.2-0.4μm
D：具有大约2,000,000的粘度平均分子量和如通过SEM观察(SEM观察使用日本电子株式会社(JEOL Ltd.)的JSM-6010LA在200X放大倍率下进行)确定的22μm的平均粒度的聚乙烯粉末。
[表1]
表1示出了所得润滑脂组合物的工作针入度、油膜厚度、在-40℃下的扭矩、和蒸发量的分析结果。应注意，使用以下测试方法。
工作针入度：工作针入度通过JIS K2220 7中指定的方法确定(半标度)。
在-40℃下的扭矩：用安东帕仪器公司(Anton Paar Instruments)的旋转流变仪MCR 302使用直径为25mm的平行板确定扭矩。当在-40℃的温度下使用0.2mm的间隙设置以85rpm旋转6秒时获得平均扭矩。
蒸发量：通过SAE AS8660中指定的方法在100℃下进行24小时测试来确定蒸发量。
油膜厚度：如日本未审查专利公开号2009-007562中描述的通过使用EHL测试仪的光学干涉量度法确定该结果。使用以下测试条件。
金属球：材料SUJ-2，直径为25.4mm
盘：具有铬涂覆的表面的硬质玻璃
速度：从0.001至1.0m/s测量；在0.1m/s下测量的油膜厚度(100％轧制)；样品温度：25℃；负荷：4N(赫兹压力：160MPa)
操作噪声：当确定在-40℃下的扭矩时检查异常噪声。应注意，使用以下标准。◎：≥10秒无异常噪声；○：6秒无异常噪声；△：6秒内一些时候存在异常噪声；×：6秒内大部分时候存在异常噪声。

Claims (9)

1.一种润滑脂组合物，其包含：(A)全氟聚醚，所述全氟聚醚具有在40℃下2-110mm2/s的运动粘度并且由通式(1)表示：
RfO(CF2CF2O)m(CF2O)nRf (1)
(其中Rf是C1-4全氟低级烷基，m和n各自是≥0的整数，m和n的总和是30-190，并且CF2CF2O和CF2O基团在主链中无规结合)；
(B)全氟聚醚，所述全氟聚醚具有在40℃下2-100mm2/s的运动粘度并且由通式(2)表示：
RfO(CF(CF3)CF2O)p(CF2O)rRf (2)
(其中Rf是C1-4全氟低级烷基，p是正数，r是≥0的数，p和r的总和是5-50，并且CF(CF3)CF2O和CF2O基团在主链中无规结合)；以及
(C)氟树脂粉末，所述氟树脂粉末具有≤1μm的初级粒度，
其中所述氟树脂粉末的含量是基于所述润滑脂组合物的重量的25-40wt％，并且所述全氟聚醚(A)与所述全氟聚醚(B)的重量比是15:85至70:30。
2.如权利要求1所述的润滑脂组合物，其此外含有基于所述润滑脂组合物的重量的1.5-10wt％的量的(D)聚烯烃颗粒，所述聚烯烃颗粒具有500,000-7,000,000的粘度平均分子量和10-200μm的粒度。
3.如权利要求1所述的润滑脂组合物，其中，在通式(1)中m/n之比是≥1，并且在通式(2)中p/q之比是≥10。
4.如权利要求1所述的润滑脂组合物，其中，所述氟树脂粉末通过乳液聚合获得。
5.一种滑动构件，其滑动表面涂覆有如权利要求1-4中任一项所述的润滑脂组合物，其中，由所述润滑脂组合物形成的油膜是≥0.2μm厚。
6.如权利要求5所述的滑动构件，其在-40℃至200℃的温度下操作。
7.如权利要求5所述的滑动构件，其用作汽车或工业机械中的零件。
8.如权利要求5所述的滑动构件，其中，所述滑动构件是旋转滑动构件。
9.一种旋转滑动构件，其包括金属构件、树脂构件、或其组合，所述旋转滑动构件的滑动表面提供有润滑涂层达到0.25-0.50μm的油膜厚度，所述润滑涂层包含如权利要求1-4中任一项所述的润滑脂组合物。
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