CN112126491A - 润滑脂组合物和滚动轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及润滑脂组合物和滚动轴承。一种润滑脂组合物，包含基础油、增稠剂和锆氧化物粒子。所述基础油是聚α‑烯烃。所述锆氧化物粒子的中值粒径D50为0.6μm至4μm。相对于所述基础油和增稠剂的总量，所述锆氧化物粒子的含量为2质量％至15质量％。

Description

润滑脂组合物和滚动轴承
技术领域
本发明涉及润滑脂组合物和其中密封有润滑脂组合物的滚动轴承。
背景技术
近年来，随着对电动车辆(EV)和混合动力车辆的需求的增长，对防止电动机轴承中电解腐蚀的措施存在需求。存在的已知抗电解腐蚀技术有：将滚动轴承的内圈与外圈之间的绝缘性尽可能多地增强以增加耐电压性的技术，以及在增加滚动轴承的内圈与外圈之间的电流动性的同时频繁重复小放电以使得电荷不会在内圈与外圈之间累积的技术(例如，参见日本特开2012-237334(JP 2012-237334A)的第[0003]段)。
发明内容
如上所述，尽管已经提出了用于抗电解腐蚀的措施的方法，但是仍然非常需要对所述技术进行改善。因此，本发明的发明人对用于密封于滚动轴承中的润滑脂的具体组合物进行了研究，以增强滚动轴承的内圈与外圈之间的绝缘性并抑制滚动轴承中的电解腐蚀的发生。此外，当用润滑脂组合物确保滚动轴承的内圈与外圈之间的绝缘性时，不仅需要确保绝缘性，而且还需要抑制滚动轴承性能的劣化。
本发明人发现，含有预定锆氧化物粒子作为添加剂的润滑脂组合物确保了滚动轴承的内圈与外圈之间的绝缘性，而不会劣化滚动轴承的性能，从而能够抑制电解腐蚀。本发明人基于这一发现完成了本发明。
根据本发明第一方面的润滑脂组合物包含基础油、增稠剂和锆氧化物粒子。所述基础油是聚α-烯烃。所述锆氧化物粒子的中值粒径D50为0.6μm至4μm。相对于所述基础油和增稠剂的总量，所述锆氧化物粒子的含量为2质量％至15质量％。
除了含有基础油和增稠剂之外，上述方面的润滑脂组合物还含有预定量的特定尺寸的锆氧化物粒子。因此，当用于滚动轴承中时，上述润滑脂组合物具有高体积电阻率，并且能够增加油膜厚度。当上述润滑脂组合物用于滚动轴承时，该润滑脂组合物在滚动轴承的摩擦表面(内圈与滚动体之间的接触表面以及外圈与滚动体之间的接触表面)上形成厚的油膜。因此，能够增强内圈与外圈之间的绝缘性，从而能够抑制电解腐蚀的发生。
在上述方面的润滑脂组合物中，所述增稠剂可以是由以下结构式(1)表示的二脲：
R1-NHCONH-R2-NHCONH-R3(1)
其中，在式(1)中，R1和R3各自独立地是由下式(2)表示的官能团，R2是-C6H4-CH2-C6H4-；
Figure BDA0002552013650000021
R2中当-C6H4-的与-CH2-的键合位置被认为是1位时，则包含在R2中的各-C6H4-的与N的键合位置是4位；且在式(2)中，R4是具有1至12个碳原子的烷基。该含有由结构式(1)表示的芳族二脲作为增稠剂的润滑脂组合物适用于增加油膜厚度。
在上述方面的润滑脂组合物中，相对于所述基础油和增稠剂的总量，所述增稠剂的含量可以为10质量％至30质量％。上述方面的润滑脂组合物可以进一步包含防锈剂和抗氧化剂中的至少一者。根据本发明第二方面的滚动轴承是其中密封了第一方面的润滑脂组合物的滚动轴承。
根据上述方面的润滑脂组合物，可以抑制在其中密封有所述润滑脂组合物的滚动轴承中发生电解腐蚀。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，附图中相同的符号表示相同的元件，其中：
图1是示出根据本发明一个实施方式的滚珠轴承的截面图；
图2是用于描述基础润滑脂的制备工序的图；且
图3是示出实施例和比较例中制备的润滑脂组合物的油膜厚度的评价结果的图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施方式。根据本发明实施方式的滚动轴承是其中密封有由根据本发明实施方式的润滑脂组合物制成的润滑脂的滚珠轴承。图1是示出根据本发明的实施方式的滚珠轴承的截面图。滚珠轴承1包含内圈2、在内圈2的径向外侧设置的外圈3、在内圈2与外圈3之间设置且充当滚动体的多个滚珠4、以及用于保持滚珠4的环形保持器5。在滚珠轴承1中，在轴向上在第一侧和第二侧设置有密封件6。由根据本发明的实施方式的润滑脂组合物制成的润滑脂G密封在内圈2与外圈3之间的环形区域7中。
内圈2在其外周上具有供滚珠4滚动的内滚道面21。外圈3在其内周上具有供滚珠4滚动的外滚道面31。滚珠4插入内滚道面21和外滚道面31之间，并在内滚道面21和外滚道面31上滚动。被密封在区域7中的润滑脂G也设置在滚珠4与内圈2的内滚道面21之间的接触位置处、以及在滚珠4与外圈3的外滚道面31之间的接触位置处。润滑脂G被供给为相对于从由内圈2、外圈3和密封件6包围的空间中除去滚珠4和保持器5而得的空间的体积占20体积％至40体积％。密封件6各自是包含环形芯金属6a和固定至芯金属6a的弹性构件6b的环形构件。密封件6各自具有固定至外圈3的径向外侧部和设置为相对于内圈2可滑动的径向内侧部。密封件6防止所供给的润滑脂G泄漏到外部。
由后述的根据本发明的实施方式的润滑脂组合物制成的润滑脂作为润滑脂G密封在如上所述构造的滚珠轴承1中。因此，在密封有润滑脂G的滚珠轴承1中，在滚珠4与内圈2的内滚道面21之间的接触位置以及在滚珠4与外圈3的外滚道面31之间的接触位置处形成厚的油膜。由此抑制了电解腐蚀的发生。
接下来，将详细描述构成润滑脂G的润滑脂组合物。构成润滑脂G的润滑脂组合物是根据本发明实施方式的润滑脂组合物，并且含有基础油、增稠剂和锆氧化物粒子。因为该润滑脂组合物含有锆氧化物粒子，所以该润滑脂组合物具有高体积电阻率和优异的绝缘性。
所述基础油是聚α-烯烃(PAO)。聚α-烯烃在其分子中没有极性基团，因此适合作为基础油，用于提供具有高体积电阻率和优异绝缘性的润滑脂组合物。
所述聚α-烯烃的实例包括通过将α-烯烃如1-己烯、1-辛烯、1-壬烯、1-癸烯、1-十二碳烯或1-十四碳烯低聚或聚合而获得的那些，并且还包括将上文获得的聚α-烯烃进行氢化而得的产物。通过将1-癸烯低聚获得的PAO4至PAO8中的任一者优选用作所述聚α-烯烃。
所述基础油在40℃下的运动粘度优选为15mm2/s至50mm2/s。这是因为上述运动粘度适合于减小轴承的扭矩。所述基础油的运动粘度(在40℃下)更优选为25mm2/s至35mm2/s。上述基础油的运动粘度是基于日本工业标准(JIS)K 2283的值。
优选使用二脲作为所述增稠剂。具体地，优选使用由以下结构式(1)表示的二脲。
R1-NHCONH-R2-NHCONH-R3 (1)
(在式(1)中，R1和R3各自独立地是由下式(2)表示的官能团：
Figure BDA0002552013650000051
(在式(2)中，R4是具有1至12个碳原子的烷基)，R2代表-C6H3(CH3)-或-C6H4-CH2-C6H4-)。
这里，当R2是-C6H3(CH3)-时，亚苯基优选在2,4-位或2,6-位处键合。当R2是-C6H4-CH2-C6H4-时，两个亚苯基优选在对位处键合。R2优选是-C6H4-CH2-C6H4-。R4优选为甲基(1个碳原子(C1))或十二烷基(12个碳原子(C12))，更优选为甲基。
由以上结构式(1)表示的二脲是其中R1和R3为芳族官能团的芳族二脲。使用这样的芳族二脲的润滑脂组合物容易插入在外圈与滚动体之间以及内圈与滚动体之间，并且适合于在这些部位处确保足够的油膜厚度。通过在这些部位中提供具有高体积电阻率的润滑脂G使得其具有足够的油膜厚度，密封有润滑脂G的滚动轴承在内圈与外圈之间具有优异的绝缘性。
由以上结构式(1)表示的二脲是芳族胺与二异氰酸酯化合物的反应产物。所述芳族胺是由下式(3)表示的芳族胺：
Figure BDA0002552013650000052
(在式(3)中，R5是具有1个碳原子至12个碳原子的烷基基团。)由上式(3)表示的芳族胺的优选实例包括4-氨基-1-甲基苯(对甲苯胺)、2-氨基-1-甲基苯(邻甲苯胺)、4-氨基-1-十二烷基苯和2-氨基-1-十二烷基苯。这些芳族胺可单独使用或以其两种以上的组合使用。
二异氰酸酯化合物的具体实例包括2,4-甲苯二异氰酸酯(2,4-TDI)、2,6-甲苯二异氰酸酯(2,6-TDI)、2,4-TDI和2,6-TDI的混合物、以及4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)。
为了获得由结构式(1)表示的芳族二脲，可以在各种条件下进行芳族胺与二异氰酸酯化合物的反应。所述反应优选在基础油中进行，以获得具有高的均匀分散性的二脲化合物作为增稠剂。芳族胺与二异氰酸酯化合物之间的反应可通过将溶解有二异氰酸酯化合物的基础油添加到溶解有芳族胺的基础油中或者通过将溶解有芳族胺的基础油添加到溶解有二异氰酸酯化合物的基础油中来进行。
对芳族胺与二异氰酸酯化合物之间的反应的温度和持续时间没有特别限制，并且可以使用与在这种类型的反应中通常使用的条件类似的条件。考虑到芳族胺和二异氰酸酯化合物的溶解性和挥发性，反应温度优选为150℃至170℃。考虑到完成芳族胺和二异氰酸酯化合物之间的反应，以及通过减少制造时间来改善润滑脂的制造效率，反应时间优选为0.5小时至2.0小时。
相对于所述基础油和增稠剂的总量，所述增稠剂的含量优选为10质量％至30质量％。当增稠剂的含量小于10质量％时，所述润滑脂保持基础油的能力降低，并且在滚动轴承的旋转期间，大量基础油从润滑脂分离的可能性高。相反，当增稠剂的含量超过30质量％时，由于由滚动轴承的旋转引起的内圈、外圈、滚珠和保持器的相对运动，通过润滑脂的剪切所产生的搅拌阻力增加可增大滚动轴承的扭矩。此外，由于通过润滑脂的剪切所产生的搅拌阻力而在润滑脂中产生的热可能会加速润滑脂的氧化，或者因基础油的蒸发和油分离而加速润滑脂的劣化。相对于所述基础油和增稠剂的总量，所述增稠剂的更优选含量是20质量％至30质量％。
所述润滑脂组合物含有预定量的特定尺寸的锆氧化物粒子。通过包含上述锆氧化物粒子，所述润滑脂组合物能够增加油膜厚度。此外，锆氧化物粒子在陶瓷粒子中是具有低莫氏硬度和低杨氏模量的粒子。因此，当将所述润滑脂组合物密封在滚动轴承中时，所述锆氧化物粒子不太可能引起滚动轴承的部件磨损或降低声学性能。所述润滑脂组合物能够在满足滚动轴承的应用所需的基本性能的同时增加油膜厚度。
所述锆氧化物粒子的通过激光衍射/散射方法测量的中值粒径D50为0.6μm至4μm。将锆氧化物粒子的中值粒径D50设定在上述范围内时，适合于增加润滑脂组合物的油膜厚度。这是因为当滚动轴承以低速旋转时以及当滚动轴承以中速至高速旋转时，具有上述中值粒径D50的锆氧化物粒子都容易保持在油膜中。当所述锆氧化物粒子的中值粒径D50小于0.6μm时，所述润滑脂组合物的油膜厚度不容易增加。相反，当该中值粒径D50超过4μm时，密封在滚动轴承中的所述润滑脂组合物变得难以插入于滚动轴承的摩擦表面上。所述锆氧化物粒子的中值粒径D50优选为0.6μm至2μm。这里，具有上述中值粒径D50的锆氧化物粒子是二次粒子。所述锆氧化物粒子的形状优选为球形。
通过激光衍射/散射方法测量的所述锆氧化物粒子的最大粒径优选为20μm以下，更优选为10μm以下。当最大粒径超过20μm的锆氧化物粒子包含在所述润滑脂组合物中时，在其中密封了该润滑脂组合物的滚动轴承中，轴承旋转期间由于该锆氧化物粒子而可能产生异常噪音。
相对于所述基础油和所述增稠剂的总量，所述锆氧化物粒子的含量为2质量％至15质量％。当所述锆氧化物粒子的含量小于2质量％时，增加油膜厚度和增加绝缘性的效果差。相反，当所述锆氧化物粒子的含量超过15质量％时，润滑脂可能硬化而使润滑性劣化，或者搅拌阻力可能增加而使旋转扭矩增加。此外，可能难以保持润滑脂的适合于密封在滚动轴承中的性质。所述锆氧化物粒子的最小含量相对于基础油和增稠剂的总量优选为5质量％，所述锆氧化物粒子的最大含量相对于基础油和增稠剂的总量优选为10质量％。
所述润滑脂组合物可进一步含有防锈剂或抗氧化剂。通过添加防锈剂，能够抑制在密封有所述润滑脂组合物的滚动轴承中生锈。通过添加抗氧化剂，能够改善所述润滑脂组合物的润滑寿命。所述润滑脂组合物可进一步含有极压添加剂、油性剂、抗磨剂、染料、色调稳定剂、稠化剂、结构稳定剂、金属减活剂、粘度指数改善剂等作为其它添加剂。
接下来，将描述用于制造润滑脂组合物的方法。作为润滑脂组合物的制造程序，例如，首先，制备由基础油和增稠剂组成的基础润滑脂，然后将锆氧化物粒子与根据需要包含的任何添加剂一起加入到所获得的基础润滑脂中。然后将该获得的混合物用自转/公转混合器等搅拌以混合各组分，从而制备润滑脂组合物。
根据本实施方式，作为构成密封在滚珠轴承1中的润滑脂G的润滑脂组合物，使用除了含有上述基础油和增稠剂以外还含有预定量的上述锆氧化物粒子的润滑脂组合物。通过使用这样的润滑脂组合物，在密封有润滑脂G的滚珠轴承1中，能够增强内圈与外圈之间的绝缘性，并且能够抑制电解腐蚀的发生。
本发明不限于上述实施方式，并且可以根据其它实施方式来实现。根据本发明实施方式的滚动轴承不限于其中密封有由根据本发明实施方式的润滑脂组合物构成的润滑脂的滚珠轴承。所述滚动轴承可以是其中使用滚珠以外的滚动体的其它滚动轴承，例如滚柱轴承，只要使用由根据本发明的实施方式的润滑脂组合物构成的润滑脂即可。
接下来，将参考实施例更详细地描述本发明。应注意，本发明不限于所述实施例。在此，制备了多种润滑脂组合物，并且评价了每种润滑脂组合物的特性。表1示出了每种润滑脂组合物的组成和评价结果。
基础润滑脂的制备
作为基础润滑脂，通过以下工序制备含有基础油和增稠剂的润滑脂组合物。图2是用于描述基础润滑脂的制备工序的图。
(1)将作为聚α-烯烃的一种类型的PAO6(产品名称：Durasyn 166聚α-烯烃，由Ineos Oligomers公司制造，在40℃下的运动粘度：29mm2/s至33mm2/s)用作基础油。加热该基础油以使其温度变为100℃。
(2)称出预定量的基础油、对甲苯胺和4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)。
(3)将一半量的基础油(100℃)和MDI倒入不锈钢容器A中，并将该混合物在100℃下搅拌30分钟。
(4)将另一半基础油(100℃)和对甲苯胺倒入另一个不锈钢容器B中，并将该混合物在100℃下搅拌30分钟。
上述的工序(3)和(4)被称为第一工序。
(5)将不锈钢容器B中的胺溶液倒入不锈钢容器A中，使胺溶液逐渐加入到异氰酸酯溶液中。此时，由于反应热，液体温度上升约20℃。
(6)在确认了不锈钢容器B中的全部量的胺溶液已经倒入不锈钢容器A中之后，加热不锈钢容器A中的混合物，使得混合物的温度变为170℃。
(7)在加热的同时搅拌混合物，并将混合物的温度在170℃下维持30分钟。该工序(7)被称为第二工序。
(8)停止加热混合物，并在搅拌的同时使混合物自然冷却。将混合物冷却直至其温度变为100℃。
(9)在确认了混合物的温度已降低至100℃以下之后，停止搅拌，并将混合物自然冷却至室温。
(10)用三辊研磨机进行均质化处理。此时，处理条件如下。
辊间隙：50μm
辊压力：1MPa
旋转速度：200转/分钟
处理温度：室温(RT)
通过上述工序(1)至(10)，制备基础润滑脂。将基础润滑脂作为比较例1的润滑脂组合物，进行后述的评价。
使用上述基础润滑脂制备实施例1和2以及比较例2至4的润滑脂组合物。此时，使用了以下试剂。
-锆氧化物粒子(A)：SPZ(由第一稀元素化学工业公司制造，D50＝1.83μm)
-锆氧化物粒子(B)：UEP(由第一稀元素化学工业公司制造，D50＝0.48μm)
实施例1
通过将100质量份的上述基础润滑脂与5质量份的锆氧化物粒子(A)混合来制备润滑脂组合物。这里，使用自转/公转混合器以2000rpm的转速将锆氧化物粒子(A)与基础润滑脂混合3分钟。
实施例2
以与实施例1相同的方式制备润滑脂组合物，不同之处在于锆氧化物粒子(A)的含量变为10质量份。
比较例2
以与实施例1相同的方式制备润滑脂组合物，不同之处在于锆氧化物粒子(A)的含量变为1质量份。
比较例3
以与实施例1相同的方式制备润滑脂组合物，不同之处在于锆氧化物粒子(A)的含量变为20质量份。
比较例4
以与实施例2相同的方式制备润滑脂组合物，不同之处在于添加锆氧化物粒子(B)而不是锆氧化物粒子(A)。
润滑脂组合物的评价
通过以下方法评价实施例1和2以及比较例1至4中制备的润滑脂组合物的体积电阻率和油膜厚度。结果显示在表1和图3中。
表1
Figure BDA0002552013650000121
*在表1中物质的单位“重量％”表示相对于基础油和增稠剂的总量的“重量％”。
体积电阻率的测量
通过以下方法测量在实施例和比较例中制备的润滑脂组合物的体积电阻率。将“由ADCMT公司制造的液体电阻样品盒12707”用作电极，并将“由ADCMT公司制造的数字超高电阻/微电流计R8340A”用作测量装置。将0.8mL量的用作样品的润滑脂组合物倒入液体电阻样品盒中。然后测量所述润滑脂组合物的体积电阻率(Ω·cm)。测量条件如表2所示。
表2
项目 条件
测量装置 数字超高电阻/微电流计8340A，由ADCMT公司制造
电极 液体电阻样品盒12707，由ADCMT公司制造
润滑脂的量 0.8mL
试验样品的厚度 1000μm
测量电压 10V
测量增益(measuring gain) ×1000
保护电极(guard electrode)的使用 使用
认为，体积电阻率越高，润滑脂组合物具有的绝缘性就越好，当润滑脂密封在滚动轴承中时，润滑脂组合物在抑制电解腐蚀方面具有的效果就越大。在上述条件下评价润滑脂组合物时能够测得的体积电阻率的最大值为6×1015Ω·cm。因此，体积电阻率评价结果为“6×1015以上”的润滑脂组合物的体积电阻率超过在上述条件下能够测得的最大值。
油膜厚度
根据下表3中的条件，使用弹性流体动力润滑(EHL)超薄膜厚度测量系统(由PCSInstruments公司制造的EHD2)测量实施例和比较例中制备的润滑脂组合物的油膜厚度。结果示于表1和图3中。
表3
Figure BDA0002552013650000131
如实施例和比较例的结果所示，根据本发明实施方式的润滑脂组合物具有高体积电阻率和大油膜厚度。因此，根据本发明实施方式的润滑脂组合物具有优异的绝缘性，并且能够抑制在密封有所述润滑脂组合物的滚动轴承中的电解腐蚀的发生。比较例3的润滑脂组合物具有高体积电阻率，并且表现出与实施例1的润滑脂组合物几乎相同的油膜厚度。然而，比较例3的润滑脂组合物具有粘土那样的性质，不适合于密封在滚动轴承中。

Claims (5)

1.一种润滑脂组合物，其特征在于包含：
基础油；
增稠剂；和
锆氧化物粒子，其中
所述基础油是聚α-烯烃，
所述锆氧化物粒子的中值粒径D50为0.6μm至4μm，并且
相对于所述基础油和所述增稠剂的总量，所述锆氧化物粒子的含量为2质量％至15质量％。
2.根据权利要求1所述的润滑脂组合物，其特征在于，所述增稠剂是由以下结构式(1)表示的二脲：
R1-NHCONH-R2-NHCONH-R3 (1)
其中，在式(1)中，R1和R3各自独立地是由下式(2)表示的官能团，R2是-C6H4-CH2-C6H4-；
Figure FDA0002552013640000011
R2中当-C6H4-的与-CH2-的键合位置被认为是1位时，则包含在R2中的各-C6H4-的与N的键合位置是4位；且
在式(2)中，R4是具有1至12个碳原子的烷基。
3.根据权利要求1或2所述的润滑脂组合物，其特征在于，相对于所述基础油和所述增稠剂的总量，所述增稠剂的含量为10质量％至30质量％。
4.根据权利要求1或2所述的润滑脂组合物，其特征在于，还包含防锈剂和抗氧化剂中的至少一者。
5.一种滚动轴承，其中密封有根据权利要求1或2所述的润滑脂组合物。
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