CN102839040A - 一种重负荷自修复开式齿轮润滑脂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种清洁型的具有自修复功能的重负荷开式齿轮润滑脂，该产品是由分子中含有脲基的有机化合物稠化矿物油或合成油所制备的润滑脂基础脂和添加剂组成。基础脂稠化剂由MDI和有机胺组成，摩尔比是1∶1～3；基础油是矿物油或聚α烯烃合成油。重负荷开式齿轮润滑脂包括如下组分和含量，含量以润滑脂重量百分数计：基础脂50～60wt％，极压抗磨剂4～8wt％，油性剂1～4wt％，固体添加剂6～8wt％，防锈剂0.5～1.5wt％，增粘剂25～35wt％，自修复添加剂2～4wt％，抗氧剂0.3～1.0wt％。本发明采用硼酸盐为主要极压抗磨剂并辅以含少量硫磷极压剂，不仅提高了润滑脂的极压抗磨性能，并使得润滑脂低毒、无味、环境友好。而且本发明利用软金属纳米铜颗粒赋予了润滑脂良好的自修复性能。本发明与传统产品开式齿轮润滑剂相比具有润滑性能优异、自修复、无味、环境友好等特点，可广泛用于开式齿轮传动机构的润滑。
Description
技术领域
本发明涉及一种润滑脂，特别是涉及一种用于重负荷开式齿轮传动系统的润滑脂。
背景技术
开式齿轮是原材料加工工业中最常见的传动方式，广泛应用于水泥、矿山、电厂、钢铁、化工、造纸等行业的大型设备，如：回转窑、管磨机、烧结窑、棒磨机、磨煤机、干燥机、造粒机、鼓式碎浆机、烘干炉等。大型开式齿轮传动装置通常起传递巨大动力的作用，其长寿命安全运行不仅取决于齿轮的设计及齿轮所使用的材料，更多的依赖于正确的装配、高效的润滑维护及优质的润滑剂。据行业数据统计：除了由于设计、制造、安装、操作和维护不当之外，齿轮损坏有近20％，甚至更多是由于润滑不良和润滑失效造成的。因此开式齿轮的有效润滑是极为关键的问题。
开式齿轮工作环境恶劣，常处于大载荷或有冲击负荷的工况条件，所用润滑剂直接暴露于周边环境，灰尘、杂质、水等外部介质很容易到达啮合齿面。此外，开式齿轮的齿面加工精度相对较低，粗糙度大，而且长时间处于低速、重载和连续运转的状态。以上这些都给开式齿轮的润滑带来了许多不利的影响，也对开式齿轮润滑剂提出了很高的要求。所以好的开式齿轮润滑剂应具有优异的减摩、抗磨、抗点蚀、抗极压性能以保护齿面不发生磨蚀，同时还应具备低毒、无味、环境友好的特性，因为开式齿轮工作于暴露场合，其所用的润滑剂直接与操作环境密切接触。此外，大型开式齿轮齿面出现损伤时，传统的方法一般是采用手工机械修复。此种方法耗时费力，低效，而且需要设备停运，修复效果一般。自修复开式齿轮润滑剂能够较为方便快捷地修复齿面擦伤、齿面划伤、齿面划痕和齿面塑性变形，修复润滑还可以阻止既有点蚀的扩展和新点蚀的形成，避免被修复设备停止正常的工作运转，节约设备的维护费用。因此，开式齿轮润滑剂是否具备自修复性能也很关键，而现有已公开技术与产品难以满足上述这些要求。
目前常见的开式齿轮润滑剂的产品主要有：沥青质开式齿轮油、精炼矿物油、润滑脂、合成型开式齿轮油/脂、胶粘润滑剂等。含有沥青质的齿轮润滑剂通常含有一定量挥发性的溶剂，对设备操作人员及周围环境会造成严重影响，因而其使用正受到越来越多的限制。近年来，以高粘度矿物油、合成油等作为基础油，加入极压抗磨剂及其它添加剂而制成的开式齿轮油也得到了广泛的应用。这类开式齿轮油的缺点是粘度不够高，易造成润滑不良，漏油和严重飞溅，造成环境污染和浪费。而且这类产品为了保证油品的极压抗磨性，需加入大剂量的含硫磷极压抗磨剂，这些含硫磷的极压剂往往是有毒、有刺激性气味的化学品，易造成设备周围空间的空气及环境污染。
现有的开式齿轮润滑脂大都用半流体脂润滑，该类产品采用高黏度基础油，二硫化钼、石墨等固体润滑剂和极压抗磨添加剂精制而成，在很宽的温度范围内都能保持适中的稠度，具有优异的黏附特性、良好的防锈能力，而且，即使在高压下也具有较强的耐水能力，不含对环境和人体有害的溶剂。如公开号为CN1970706的发明公开了一种开式齿轮脂组合物，其基础油为高粘度合成油，稠化剂是复合磺酸钙，辅以极压剂、抗氧剂，稀释剂等组成。但该类润滑脂不具有自修复性能。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有开式齿轮脂存在的问题，提供一种具有良好粘附性能和环保性能，特别是对受损伤齿轮具有修复功能的一种清洁型的具有自修复功能的重负荷开式齿轮润滑脂，以满足现代工业发展对润滑脂提出的要求。
本发明的一种清洁型的具有自修复功能的重负荷开式齿轮润滑脂，该产品是由分子中含有脲基的有机化合物稠化矿物油或合成油所制备的润滑脂基础脂和添加剂组成。重负荷开式齿轮润滑脂包括如下组分和含量，其中，含量以润滑脂重量百分数计：基础脂50～60wt％，极压抗磨剂4～8wt％，油性剂1～4wt％，固体添加剂6～8wt％，防锈剂0.5～1.5wt％，增粘剂25～35wt％，自修复添加剂2～4wt％，抗氧剂0.3～1.0wt％。所述的基础脂是由分子中含有脲基的有机化合物稠化矿物油或合成油所制备，基础脂稠化剂由二苯基甲烷二异氰酸酯MDI和有机胺组成，摩尔比是1∶1～3；基础油是矿物油或聚α烯烃合成油，稠化剂占润滑脂基础脂重量的6～18wt％，基础油占润滑脂基础脂重量的82～94wt％。由于脲基稠化剂不含金属离子，避免了金属离子对润滑脂基础油的催化氧化作用，因此脲基润滑脂具有良好的氧化安定性和热稳定性，并具有一系列优良的使用性能，如良好的泵送性、抗氧性、抗水淋性、较长的轴承寿命和低的噪音，可以较长时间用在200℃工作环境下，尤其是对大型开式齿轮重负荷、低转速、高工作温度等工况特别适用。
所述的极压抗磨剂是硼酸盐(T361)或硫磷丁辛伯烷基锌盐(T202)中的一种或二者的混合物。硼酸盐是一种具有优异稳定性和载荷型的极压抗磨剂，其极压机理与含硫磷极压剂不同。硼酸盐极压剂不与金属表面起化学反应生成化学反应膜来起润滑作用，而是在摩擦表面上生成半固体、粘着力很强的沉积膜，因而特别能承受冲击负荷，而且不腐蚀金属，因而适用于本发明中的开式齿轮脂。同时考虑到开式齿轮长期工作于低速、重载的情况，也选择加入适量的硫磷型极压抗磨剂。极压抗磨添加剂的添加量为润滑脂重量的4～8wt％，优选5～7wt％。
所述的油性剂是硫化棉籽油(T404)、硫化烯烃棉籽油-1(T405)、苯三唑十八胺盐(T406)中的一种或两种以上的混合物，其添加量为润滑脂重量的1～4wt％。
所述的固体添加剂是指粒径为5～300纳米的碳酸钙颗粒和800目的微粉石墨。研究发现，将纳米碳酸钙和石墨引入开式齿轮润滑脂的组成体系中将极大的提高开式齿轮润滑剂的极压、抗磨性能，而纳米碳酸钙和石墨与传统含硫磷极压抗磨剂相比无毒无味，其添加量为润滑脂重量的6～8wt％。
所述的防锈剂是指十二烯基丁二酸、石油磺酸盐、二壬基萘磺酸盐、苯并三氮唑中的一种或两种以上的混合物，添加量为润滑脂重量的0.5～1.5wt％。
所述的增粘剂是聚异丁烯PIB2300、高粘度复合酯3986、环氧中的一种或两种的混合物，其目的在于改善润滑脂的粘附性能，添加量为润滑脂重量的25～35wt％。
所述的自修复添加剂为直径50～100nm的纳米铜粉，其目的在于赋予润滑脂自修复性能，因为铜粉在摩擦过程中可以高效地吸附在摩擦副表面，形成具有一定厚度的沉积膜，使金属原本粗糙的表层变得光滑，该膜层具有较低的剪切强度，可有效降低摩擦系数，同时补偿摩擦副的磨损，添加量为润滑脂重量的2～4wt％。
所述的抗氧剂是指二苯胺、2，6-二叔丁基对甲酚中一种或二者的混合物，其添加量为润滑脂重量的0.3～1.0wt％。
本发明重负荷自修复开式齿轮脂具有如下优点；1)良好的低温流动性和金属粘附性能，摩擦系数小，传动效率高；2)优异的极压抗磨性，可有效防止齿轮过度磨损、擦伤、点蚀；3)具有较好的自修复性能；4)清洁、无味、低毒，环境友好。
具体实施方式
下面通过以下实例详细描述，以便更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及性能。
实施例1：开式齿轮润滑脂组合物包括：
表1实施例1
实验条件：在80～110℃温度条件下混合搅拌不少于60min。
具体测定数据见表4
实施例2：开式齿轮润滑剂组合物包括：
表2实施例2
实验条件：在80～110℃温度条件下混合搅拌不少于60min。
具体测定数据见表4
实施例3：开式齿轮润滑剂组合物包括：
表3实施例3
实验条件：在80～110℃温度条件下混合搅拌不少于60min。
具体测定数据见表4
以上实施例1、实施例2、实施例3的聚脲基础脂组分见表4
表4聚脲润滑脂组分
经测试，上述三种重负荷自修复开式齿轮脂的各项性能指标见表4。
表4重负荷自修复开式齿轮脂性能
注：自修复试验方法采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机(德国Optimol油脂公司)、MicroXAM interferometric非接触表面轮廓仪(美国ADE公司)、MH-5-VM显微硬度仪、表面粗糙度测量仪，固定摩擦试验的频率为20Hz、振幅为1mm、温度为50℃、载荷为200N，仅改变运行时间，分别将摩擦试验运行60min、90min、120min、150min、180min，分析记录相应试块的二维、三维照片和磨损体积。实验结果采用直接观察法、曲线法(利用磨损体积随摩擦时间的变化关系曲线来考察试样的自修复性能)进行分析。
Claims (12)
1.一种清洁型的具有自修复功能的重负荷开式齿轮润滑脂，由润滑脂基础脂和添加剂组成，其特征在于包括如下组分：以润滑脂重量百分数计：基础脂50～60wt％，极压抗磨剂4～8wt％，油性剂1～4wt％，固体添加剂6～8wt％，防锈剂0.5～1.5wt％，增粘剂25～35wt％，自修复添加剂2～4wt％，抗氧剂0.3～1.0wt％。
2.根据权利要求1所述的一种清洁型的具有自修复功能的重负荷开式齿轮润滑脂，其特征在于：基础脂是由分子中含有脲基的有机化合物构成的稠化剂稠化基础油所制备，其基础脂稠化剂体系由二苯基甲烷二异氰酸酯和有机胺组成，基础油是矿物油或聚α烯烃合成油，稠化剂占润滑脂基础脂重量的6～18wt％，基础油占润滑脂基础脂重量的82～94wt％。
3.根据权利要求2所述的一种清洁型的具有自修复功能的重负荷开式齿轮润滑脂，其特征在于：基础脂稠化剂体系中二苯基甲烷二异氰酸酯和有机胺的摩尔比是1∶1～3。
4.根据权利要求2所述的一种清洁型的具有自修复功能的重负荷开式齿轮润滑脂，其特征在于：基础脂所用基础油是矿物油或聚α烯烃合成油。
5.根据权利要求1所述的一种清洁型的具有自修复功能的重负荷开式齿轮润滑脂，其特征在于：极压抗磨剂是硼酸盐或硫磷丁辛伯烷基锌盐或二者的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种清洁型的具有自修复功能的重负荷开式齿轮润滑脂，其特征在于：油性剂是硫化棉籽油、硫化烯烃棉籽油、苯三唑十八胺盐中的一种或两种以上的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种清洁型的具有自修复功能的重负荷开式齿轮润滑脂，其特征在于：固体添加剂是指粒径为5～300纳米的碳酸钙颗粒及800目的微粉石墨。
8.根据权利要求1所述的一种清洁型的具有自修复功能的重负荷开式齿轮润滑脂，其特征在于：防锈剂是指十二烯基丁二酸、石油磺酸盐、二壬基萘磺酸盐、苯并三氮唑中的一种或两种以上的混合物。
9.根据权利要求1所述的一种清洁型的具有自修复功能的重负荷开式齿轮润滑脂，其特征在于：增粘剂是聚异丁烯PIB2300、高粘度复合酯3986、环氧树脂中的一种或两种的混合物。
10.根据权利要求1所述的一种清洁型的具有自修复功能的重负荷开式齿轮润滑脂，其特征在于：自修复添加剂是直径为50～100nm的纳米铜粉。
11.根据权利要求1所述的一种清洁型的具有自修复功能的重负荷开式齿轮润滑脂，其特征在于：抗氧剂是指二苯胺、2，6-二叔丁基对甲酚中一种或二种的混合物。
12.根据权利要求5所述的一种清洁型的具有自修复功能的重负荷开式齿轮润滑脂，其特征在于：极压抗磨剂添加量为润滑脂重量的5～7wt％。
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