CN111676085A - 一种机器人用石墨烯润滑油及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及润滑油技术领域，具体涉及一种机器人用石墨烯润滑油，包括：基础油90～100份、纳米氧化锌2～3份、纳米二氧化硅1.0～1.5份、石墨烯0.05～0.1份、硬脂酸1.5～2.0份、油酸1～2份、聚乙烯吡咯烷酮0.5～1.0份、复合分散剂1.2～3.0份、复合抗氧剂1.5～3.0份、缓蚀剂0.3～0.5份、防腐剂0.12～0.2份、抗泡剂0.05～0.2份。本发明产品用于机器人中可起到节油、抗磨、降噪等功能，改进减速器的效率，实用性和经济效益高。同时所制备润滑油材料不含有硫磷等对环境有害元素，无毒无腐蚀，对环境友好，制备工艺简单，产品性能稳定，具有较大的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及润滑油技术领域，具体涉及一种机器人用石墨烯润滑油及其制备方法和应用。
技术背景
目前工业机器人在众多制造行业得到越来越多的应用，机器人的使用可以减少劳动强度，保障员工人身安全，提高生产效率和生产质量，降低生产成本。由于工业机器人应用领域广泛，工作环境复杂多变，需要在诸如高低温、高速、重负荷等苛刻工况下，且连续运行时间长，因此对机器人相关部件所用润滑油材料提出了更高的要求，要求所用润滑油具有良好的高低温润滑特性，氧化安定性，长时间使用不发生明显氧化，以及具有优异的抗微动磨损性能和防腐蚀性能等。
为了增加润滑油的减摩抗磨效果，通常在润滑油中添加少量的添加剂，传统的润滑油添加剂多为硫、磷或氯型抗磨剂，具有一定的腐蚀性和选择性，而且在高承载能力、长效稳定性和环境友好性等方面存在应用局限。专利CN109233960A公开了一种工业机器人精密减速器润滑油组合物，该材料由聚烷基二醇合成油及相关添加剂组分制备而成，具有优异的润滑性、低牵引力和防锈防腐等性能；专利CN109401820A公开了一种用于工业机器人减速器润滑油组合物，该组合物在粘温、低温性能、氧化安定性、极压抗磨性等方面均表现出较好的性能。这些所发明润滑油组合物可满足机器人减速器长时间使用润滑的要求，但组合物所用添加剂组分中均包含有硫、磷元素的化合物，长期使用会对金属造成腐蚀，并给环境造成一定的不良影响。有的润滑油采用纳米颗粒材料作为添加剂来改善润滑油的性能，提高摩擦表面抗磨减摩和自修复的性能，但存在固体纳米添加剂在润滑油中分散均匀性差、易团聚和长效稳定性不好等缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中润滑油中含有硫、磷元素的化合物容易腐蚀金属，纳米材料在润滑油中分散不均匀等技术问题，提供了一种机器人用石墨烯润滑油。
本发明的另一个目的在于提供上述机器人用石墨烯润滑油的制备方法。
本发明的另一个目的在于提供上述机器人用石墨烯润滑油在工业机器人中的应用。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种机器人用石墨烯润滑油，按照质量份数计，包括：基础油90～100份、纳米氧化锌2～3份、纳米二氧化硅1.0～1.5份、石墨烯0.05～0.1份、硬脂酸1.5～2.0份、油酸1～2份、聚乙烯吡咯烷酮0.5～1.0份、复合分散剂1.2～3.0份、复合抗氧剂1.5～3.0份、缓蚀剂0.3～0.5份、防腐剂0.12～0.2份、抗泡剂0.05～0.2份。
优选地，所述基础油为聚亚烷基二醇合成油。
优选地，所述复合分散剂为硼化聚异丁烯双丁二酰亚胺和硼化丁二酰亚胺，两者的质量比为2:1。
优选地，所述复合抗氧剂为N-苯基-α-萘胺和2,6-二叔丁基混合酚，两者的质量比为2:1。
优选地，所述缓蚀剂十二烯基丁二酸酯；所述防腐剂为月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐；所述抗泡剂为二甲基硅油。
一种所述机器人用石墨烯润滑油的制备方法，包括以下步骤：
S1.将氧化锌、二氧化硅和硬脂酸溶于体积比为1:1的乙醇水溶液中，加热至35～50℃，超声分散25～40min，得到溶液A；
S2.将油酸和乙醇按照体积比1:(10～20)的比例混合，超声溶解后加入石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮，继续超声分散25～40min使混合均匀，得到混合液B；
S3.将溶液A和溶液B混合，在65～75℃条件下，搅拌回流反应3～6h，反应结束后冷却至室温，将反应完成后的溶液进行真空抽滤并使用无水乙醇洗涤数次，所得滤饼置于真空烘箱中在80℃下干燥10h；最后将所得干燥滤饼进行粉碎处理得到改性纳米复合粒子；
S4.将步骤S3制备得到的纳米复合粒子和复合分散剂加入基础油中，超声分散30～60min，然后再加入复合抗氧剂、缓蚀剂、防腐剂、抗泡剂，加热至95～105℃，在1200～1500rpm下搅拌2～3h，即得。
所述机器人用石墨烯润滑油在工业机器人中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明制备得到了一种机器人用润滑油，通过表面亲油改性，制备得到石墨烯包裹的氧化锌/二氧化硅复合纳米材料，作为抗磨添加剂加到润滑油中具有良好的稳定性和分散性，有效降低石墨烯的沉降和团聚问题，三者协同作用表现出优异的抗磨减摩性能和热稳定性，在摩擦接触面形成具有自修复功能的润滑抗磨层，保护摩擦表面，降低磨损，并且与其他添加剂复配后，使制备得到的润滑油具有优异的氧化安定性、防锈性、防腐抗菌性、抗泡性和耐高低温性，将该润滑油应用于工业机器人中，可起到节油、抗磨、降噪等功能，改进减速器的效率，可满足工业机器人在不同工况条件下使用的润滑要求，实用性和经济效益高。同时所制备润滑油材料不含有硫磷等对环境有害元素，无毒无腐蚀，对环境友好，制备工艺简单，产品性能稳定，具有较大的应用前景。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例和对比例将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
除特殊说明，本实施例中所用的设备均为常规实验设备，所用的材料、试剂若无特殊说明均为市售得到，无特殊说明的实验方法也为常规实验方法。
实施例1
一种机器人用石墨烯润滑油，制备方法包括以下步骤：
S1.将2份氧化锌、1份二氧化硅和1.5份硬脂酸加入到50份体积比为1:1的乙醇水溶液中，加热到40℃，超声分散并强力搅拌30min，使混合均匀，得到混合液A；
S2.将1份油酸加入到20份乙醇溶剂中，超声溶解后加入0.05份石墨烯和0.5份聚乙烯吡咯烷酮，继续超声分散30min使混合均匀，得到混合液B。
S3.将混合液A和B转移至带搅拌装置及冷凝回流装置的反应容器中，升高温度至65℃，开启搅拌及冷凝回流装置，连续反应5h；反应完成后自然冷却至室温，降温过程保持搅拌。将反应完成后的溶液进行真空抽滤并使用无水乙醇洗涤数次，所得滤饼置于真空烘箱中在80℃下干燥10h；最后将所得干燥滤饼进行粉碎处理得到改性纳米复合粒子。
S4.将上述制得的改性纳米复合粒子和0.8份硼化聚异丁烯双丁二酰亚胺和0.4份硼化丁二酰亚胺加入90份基础油中，超声分散30min，然后继续加入1.0份N-苯基-α-萘胺、0.5份2,6-二叔丁基混合酚、0.3份十二烯基丁二酸酯、0.12份月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐和0.05份二甲基硅油，加热保持温度95℃，1200rpm转速搅拌2h，使完全混合均匀，自然冷却至室温，装桶即得。
实施例2
一种机器人用石墨烯润滑油，制备方法包括以下步骤：
S1.将2.4份氧化锌、1.2份二氧化硅和1.8份硬脂酸加入到50份体积比为1:1的乙醇水溶液中，加热到40℃，超声分散并强力搅拌30min，使混合均匀，得到混合液A。
S2.将1.6份油酸加入到20份乙醇溶剂中，超声溶解后加入0.08份石墨烯和0.8份聚乙烯吡咯烷酮，继续超声分散30min，使混合均匀，得到混合液B。
S3.将混合液A和B转移至带搅拌装置及冷凝回流装置的反应容器中，升高温度至70℃，开启搅拌及冷凝回流装置，连续反应5h；反应完成后自然冷却至室温，降温过程保持搅拌。将反应完成后的溶液进行真空抽滤并使用无水乙醇洗涤数次，所得滤饼置于真空烘箱中在80℃下干燥10h；最后将所得干燥滤饼进行粉碎处理得到改性纳米复合粒子。
S4.将上述制得的改性纳米复合粒子和1.0份硼化聚异丁烯双丁二酰亚胺和0.5份硼化丁二酰亚胺加入95份基础油中，超声分散45min，然后继续加入1.2份N-苯基-α-萘胺、0.6份2,6-二叔丁基混合酚、0.35份十二烯基丁二酸酯、0.15份月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐和0.1份二甲基硅油，加热保持温度100℃，1500rpm搅拌3h，使完全混合均匀，自然冷却至室温，装桶即得。
实施例3
一种机器人用石墨烯润滑油，制备方法包括以下步骤：
S1.将2.6份氧化锌、1.3份二氧化硅和2.0份硬脂酸加入到50份体积比为1:1的乙醇水溶液中，加热到40℃，超声分散并强力搅拌30min，使混合均匀，得到混合液A。
S2.将1.6份油酸加入到20份乙醇溶剂中，超声溶解后加入0.08份石墨烯和0.8份聚乙烯吡咯烷酮，继续超声分散30min，使混合均匀，得到混合液B。
S3.将混合液A和B转移至带搅拌装置及冷凝回流装置的反应容器中，升高温度至70℃，开启搅拌及冷凝回流装置，连续反应5h；反应完成后自然冷却至室温，降温过程保持搅拌。将反应完成后的溶液进行真空抽滤并使用无水乙醇洗涤数次，所得滤饼置于真空烘箱中在80℃下干燥10h；最后将所得干燥滤饼进行粉碎处理得到改性纳米复合粒子。
S4.将上述制得的改性纳米复合粒子和1.4份硼化聚异丁烯双丁二酰亚胺和0.7份硼化丁二酰亚胺加入95份基础油中，超声分散45min，然后继续加入1.6份N-苯基-α-萘胺、0.8份2,6-二叔丁基混合酚、0.4份十二烯基丁二酸酯、0.15份月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐和0.10份二甲基硅油，加热保持温度100℃，1300rpm转速搅拌3h，使完全混合均匀，自然冷却至室温，装桶即得。
实施例4
一种机器人用石墨烯润滑油，制备方法包括以下步骤：
S1.将2.6份氧化锌、1.3份二氧化硅和2.0份硬脂酸加入到50份体积比为1:1的乙醇水溶液中，加热到40℃，超声分散并强力搅拌30min，使混合均匀，得到混合液A。
S2.将2份油酸加入到20份乙醇溶剂中，超声溶解后加入0.1份石墨烯和1份聚乙烯吡咯烷酮，继续超声分散30min使混合均匀，得到混合液B。
S3.将混合液A和B转移至带搅拌装置及冷凝回流装置的反应容器中，升高温度至75℃，开启搅拌及冷凝回流装置，连续反应5h；反应完成后自然冷却至室温，降温过程保持搅拌。将反应完成后的溶液进行真空抽滤并使用无水乙醇洗涤数次，所得滤饼置于真空烘箱中在80℃下干燥10h；最后将所得干燥滤饼进行粉碎处理得到改性纳米复合粒子。
S4.将上述制得的改性纳米复合粒子和1.6份硼化聚异丁烯双丁二酰亚胺和0.8份硼化丁二酰亚胺加入100份基础油中，超声分散60min，然后继续加入1.8份N-苯基-α-萘胺、0.9份2,6-二叔丁基混合酚、0.45份十二烯基丁二酸酯、0.18份月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐和0.15份二甲基硅油，加热保持温度105℃，1200rpm转速搅拌3h，使完全混合均匀，自然冷却至室温，装桶即得。
实施例5
一种机器人用石墨烯润滑油，制备方法包括以下步骤：
S1.将3份氧化锌、1.5份二氧化硅和2.2份硬脂酸加入到60份体积比为1:1的乙醇水溶液中，加热到40℃，超声分散并强力搅拌30min，使混合均匀，得到混合液A。
S2.将2份油酸加入到20份乙醇溶剂中，超声溶解后加入0.1份石墨烯和1份聚乙烯吡咯烷酮，继续超声分散30min使混合均匀，得到混合液B。
S3.将混合液A和B转移至带搅拌装置及冷凝回流装置的反应容器中，升高温度至75℃，开启搅拌及冷凝回流装置，连续反应5h；反应完成后自然冷却至室温，降温过程保持搅拌。将反应完成后的溶液进行真空抽滤并使用无水乙醇洗涤数次，所得滤饼置于真空烘箱中在80℃下干燥10h；最后将所得干燥滤饼进行粉碎处理得到改性纳米复合粒子。
S4.将上述制得的改性纳米复合粒子和2份硼化聚异丁烯双丁二酰亚胺和1份硼化丁二酰亚胺加入100份基础油中，超声分散60min，然后继续加入2份N-苯基-α-萘胺、1份2,6-二叔丁基混合酚、0.5份十二烯基丁二酸酯、0.2份月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐和0.2份二甲基硅油，加热保持温度105℃，1200rpm转速搅拌3h，使完全混合均匀，自然冷却至室温，装桶即得。
对比例1
石墨烯润滑油的制备，与实施例2基本相同，不同之处在于，改性石墨烯添加的量不同。
S1.将2.4份氧化锌、1.2份二氧化硅和1.8份硬脂酸加入到50份体积比为1:1的乙醇水溶液中，加热到40℃，超声分散并强力搅拌30min，使混合均匀，得到混合液A。
S2.将1.6份油酸加入到20份乙醇溶剂中，超声溶解后加入0.01份石墨烯和0.8份聚乙烯吡咯烷酮，继续超声分散30min，使混合均匀，得到混合液B。
S3.将混合液A和B转移至带搅拌装置及冷凝回流装置的反应容器中，升高温度至70℃，开启搅拌及冷凝回流装置，连续反应5h；反应完成后自然冷却至室温，降温过程保持搅拌。将反应完成后的溶液进行真空抽滤并使用无水乙醇洗涤数次，所得滤饼置于真空烘箱中在80℃下干燥10h；最后将所得干燥滤饼进行粉碎处理得到改性纳米复合粒子。
S4.将上述制得的改性纳米复合粒子和1.0份硼化聚异丁烯双丁二酰亚胺和0.5份硼化丁二酰亚胺加入95份基础油中，超声分散45min，然后继续加入1.2份N-苯基-α-萘胺、0.6份2,6-二叔丁基混合酚、0.35份十二烯基丁二酸酯、0.15份月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐和0.1份二甲基硅油，加热保持温度100℃，强力搅拌3h，使完全混合均匀，自然冷却至室温。
对比例2
石墨烯润滑油的制备，与实施例3基本相同，不同之处在于，纳米氧化锌、纳米二氧化硅和分散剂添加的量不同。
S1.将0.6份氧化锌、0.3份二氧化硅和2.0份硬脂酸加入到50份体积比为1:1的乙醇水溶液中，加热到40℃，超声分散并强力搅拌30min，使混合均匀，得到混合液A。
S2.将1.6份油酸加入到20份乙醇溶剂中，超声溶解后加入0.08份石墨烯和0.8份聚乙烯吡咯烷酮，继续超声分散30min，使混合均匀，得到混合液B。
S3.将混合液A和B转移至带搅拌装置及冷凝回流装置的反应容器中，升高温度至70℃，开启搅拌及冷凝回流装置，连续反应5h；反应完成后自然冷却至室温，降温过程保持搅拌。将反应完成后的溶液进行真空抽滤并使用无水乙醇洗涤数次，所得滤饼置于真空烘箱中在80℃下干燥10h；最后将所得干燥滤饼进行粉碎处理得到改性纳米复合粒子。
S4.将上述制得的改性纳米复合粒子和0.4份硼化聚异丁烯双丁二酰亚胺和0.2份硼化丁二酰亚胺加入95份基础油中，超声分散45min，然后继续加入1.6份N-苯基-α-萘胺、0.8份2,6-二叔丁基混合酚、0.4份十二烯基丁二酸酯、0.15份月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐和0.10份二甲基硅油，加热保持温度100℃，强力搅拌3h，使完全混合均匀，自然冷却至室温。
对比例3
石墨烯润滑油添加料制备，与实施例3基本相同，不同之处在于，纳米氧化锌、纳米二氧化硅、分散剂和抗氧剂添加的量不同。
S1.将0.6份氧化锌、0.3份二氧化硅和2.0份硬脂酸加入到50份体积比为1:1的乙醇水溶液中，加热到40℃，超声分散并强力搅拌30min，使混合均匀，得到混合液A。
S2.将1.6份油酸加入到20份乙醇溶剂中，超声溶解后加入0.08份石墨烯和0.8份聚乙烯吡咯烷酮，继续超声分散30min，使混合均匀，得到混合液B。
S3.将混合液A和B转移至带搅拌装置及冷凝回流装置的反应容器中，升高温度至70℃，开启搅拌及冷凝回流装置，连续反应5h；反应完成后自然冷却至室温，降温过程保持搅拌。将反应完成后的溶液进行真空抽滤并使用无水乙醇洗涤数次，所得滤饼置于真空烘箱中在80℃下干燥10h；最后将所得干燥滤饼进行粉碎处理得到改性纳米复合粒子。
S4.将上述制得的改性纳米复合粒子和0.4份硼化聚异丁烯双丁二酰亚胺和0.2份硼化丁二酰亚胺加入95份基础油中，超声分散45min，然后继续加入0.4份N-苯基-α-萘胺、0.2份2,6-二叔丁基混合酚、0.4份十二烯基丁二酸酯、0.15份月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐和0.10份二甲基硅油，加热保持温度100℃，强力搅拌3h，使完全混合均匀，自然冷却至室温。
实验例
产品储存稳定性测试：将实施例和对比例所制得的产物在室温下静置存放3个月，观察是否出现团聚、分层或沉淀现象。
产品抗磨性能测试：利用四球机测定测定摩擦系数和钢球的磨斑直径，设定载荷392N，温度75℃，时间60min，四球试验所用的钢球为直径12.7mm的CCr15标准钢珠。
其他相关性能测试：运动黏度按GB/T 265方法测试；黏度指数按GB/T 1995方法测试；闪点按GB/T 3536方法测试；倾点按GB/T 3535方法测试；铜片腐蚀按GB/T 5096方法测试。
各实施例和对比例制得样品测试结果如表1所示：
表1.各实施例和对比例制备样品测试结果
由上述结果可知，在本发明通过选择改性石墨烯、纳米氧化锌和纳米二氧化硅，制备得到石墨烯包裹的纳米氧化锌/二氧化硅复合粒子作为抗磨减摩添加剂，再与特定比例和种类的分散剂和抗氧剂等添加剂材料，成功制备得到一种石墨烯润滑油材料，其抗磨性能测试磨斑直径小于0.5mm，该润滑油材料具有优异的氧化安定性、防锈性、防腐抗菌性、抗泡性和抗磨减摩性能，应用于工业机器人所用减速器中，不仅可起到节油、抗磨、降噪等功能，改进减速器的效率，还能实现磨损部分的自修复，满足工业机器人减速器超长周期润滑的要求。同时本发明使用无硫、磷抗磨剂，具备无毒、无腐蚀、对环境友好等特点。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (7)
1.一种机器人用石墨烯润滑油，其特征在于，按照质量份数计，包括：基础油90～100份、纳米氧化锌2～3份、纳米二氧化硅1.0～1.5份、石墨烯0.05～0.1份、硬脂酸1.5～2.0份、油酸1～2份、聚乙烯吡咯烷酮0.5～1.0份、复合分散剂1.2～3.0份、复合抗氧剂1.5～3.0份、缓蚀剂0.3～0.5份、防腐剂0.12～0.2份、抗泡剂0.05～0.2份。
2.根据权利要求1所述机器人用石墨烯润滑油，其特征在于，所述基础油为聚亚烷基二醇合成油。
3.根据权利要求1所述机器人用石墨烯润滑油，其特征在于，所述复合分散剂为硼化聚异丁烯双丁二酰亚胺和硼化丁二酰亚胺，两者的质量比为2:1。
4.根据权利要求1所述机器人用石墨烯润滑油，其特征在于，所述复合抗氧剂为N-苯基-α-萘胺和2,6-二叔丁基混合酚，两者的质量比为2:1。
5.根据权利要求1所述机器人用石墨烯润滑油，其特征在于，所述缓蚀剂十二烯基丁二酸酯；所述防腐剂为月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐；所述抗泡剂为二甲基硅油。
6.一种权利要求1至5任一项所述机器人用石墨烯润滑油的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将氧化锌、二氧化硅和硬脂酸溶于体积比为1:1的乙醇水溶液中，加热至35～50℃，超声分散25～40min，得到溶液A；
S2.将油酸和乙醇按照体积比1:(10～20)的比例混合，超声溶解后加入石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮，继续超声分散25～40min使混合均匀，得到混合液B；
S3.将溶液A和溶液B混合，在65～75℃条件下，搅拌回流反应3～6h，反应结束后冷却至室温，纯化得到改性纳米复合粒子；
S4.将步骤S3制备得到的纳米复合粒子和复合分散剂加入基础油中，超声分散30～60min，然后再加入复合抗氧剂、缓蚀剂、防腐剂、抗泡剂，加热至95～105℃，在1200～1500rpm转速下搅拌2～3h，即得。
7.权利要求1至5任一项所述机器人用石墨烯润滑油在工业机器人中的应用。
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