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CN111139119B - 一种汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物及其制备方法 - Google Patents

一种汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及润滑脂技术领域，具体涉及一种汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物及其制备方法。在本发明的汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物中，包括基础油、稠化剂、极压抗磨剂，以及抗氧剂；其中，以润滑脂组合物的总质量为基准，所述稠化剂的用量为5.0‑20.0％；所述稠化剂、所述极压抗磨剂与所述抗氧剂的质量比为5.0‑20.0：0.5‑5.0：0.5‑3.0。所述的汽车等速万向节外球笼润滑脂具有突出的极压抗磨性、防锈性和机械安定性且寿命长，使用温度范围为‑40～160℃，不仅保证低温下的使用要求，在高温下也保持良好的润滑特性，避免流失，可向使用部位提供更可靠全面的防护，具有很好的应用前景。

Description

一种汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及润滑脂技术领域，具体涉及一种汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物及其制备方法。
背景技术
汽车自上个世纪末诞生以来，已经走过了风风雨雨的一百多年。随着现代社会的高速发展，人们对环境问题关注度的日益增强，环境保护意识逐渐深入人心，对汽车的性能、环保等要求越来越苛刻。
汽车等速万向节(CVJ)是连接汽车变速箱与车轮之间的重要传动部件，两个CVJ与刚性轴连接，形成汽车的传动轴，通过传动轴将发动机产生的动力以等角速度的形式传递到汽车的驱动轮，驱动轿车高速行驶。车轮侧的等速万向节通常采用允许传动轴夹角变化的球笼式万向节。球笼式等速万向节根据万向节轴向能否运动，又可简单分为固定型球笼式万向节(RF节)和可伸缩型球笼式万向节(VL节)两大类，外部装有伸缩自如的橡胶护套。结构上，固定型球笼式万向节的星形套的内表面以内花键与传动轴连接，它的外表面有弧形凹槽作为钢球的内滚道，外滚道做在球形壳的内表面上。星形套与球形壳装合后形成滚道，并由保持架(球笼)使钢球处于同一平面内。动力由传动轴经钢球、球形壳传输。汽车中使用的万向节类似于人体的关节，它允许相连接的零件之间的夹角在一定范围内变化，以满足汽车行驶过程中因上下跳动所造成的角度变化。CVJ的运行结构和运动原理非常复杂，在汽车行驶过程中，CVJ运转过程中承受着复杂的滚动和滑动式往复运动，特别随着近年来CVJ安装角度和运转速度的增大，若轴承运转不畅可能使整个CVJ温度升高，因此CVJ在运动中如不能得到充分润滑，滚动体和内外滚道都有可能发生擦伤现象，滚针碎裂等现象，严重时，直接危害汽车的行车安全，因此CVJ用润滑脂是一种特殊性能的润滑脂，除了具有一般润滑脂的润滑性能外，还要求具有优异的极压抗磨性能及减磨性能及一定的耐高低温性能。以往等速万向节外球笼润滑脂，为了解决极压抗磨性能不足的问题通常采取增加固体极压抗磨剂的方式，由于在冬季，周围环境温度很可能会出现-40℃的低温情况，增加固体极压抗磨剂，会使润滑脂稠度增加，在低温下的流动性能变差，油膜补充不及时，导致接触表面发生擦伤，磨损严重等问题。
CN101659897A提供了一种用于汽车等速万向节的润滑脂，采用锂基稠化剂，通过增加碳酸钙的含量来替代二硫化钼增加极压抗磨性能，但锂基润滑脂使用温度偏低，不能满足现在苛刻的CVJ外球笼对润滑脂高温的需求。CN1321733A提供了一种用于等速万向节润滑脂及其制备方法，采用矿物基础油，复合锂钙基稠化剂，通过二硫化钼及二烷基二硫代氨基甲酸钼等来增加极压抗磨性能，但是矿物基础油低温性能差，且二硫化钼的加入量偏大，导致润滑脂在-40℃的低温情况下流动性极差不能起到润滑作用。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物及其制备方法。所述的汽车等速万向节外球笼润滑脂具有突出的极压抗磨性、防锈性和机械安定性且寿命长，使用温度范围为-40～160℃，不仅保证低温下的使用要求，在高温下也保持良好的润滑特性，避免流失。
为了实现上述目的，在本发明的汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物中，包括基础油、稠化剂、极压抗磨剂，以及抗氧剂；
所述基础油的40℃运动粘度为60-220mm2/s；所述稠化剂为复合锂钙皂基稠化剂；所述极压抗磨剂选自二硫化钼、二烷基二硫代磷酸锌、碳酸钙、二烷基二硫代磷酸锑和硼酸酯中的一种或多种；所述抗氧剂为胺类抗氧剂和/或酚类抗氧剂；
其中，以润滑脂组合物的总质量为基准，所述稠化剂的用量为5.0-20.0％；所述稠化剂、所述极压抗磨剂与所述抗氧剂的质量比为5.0-20.0：0.5-5.0：0.5-3.0；优选为8.0-15.0：0.5-3.5：0.5-2.5。
在上述技术方案中，基础油的选择可以满足润滑脂对外球笼密封材料的兼容性指标，稠化剂、所述极压抗磨剂与所述抗氧剂的特定选择和用量配比，协同在金属表面形成了良好的保护膜，减少金属间的磨损和提高润滑脂的使用寿命，满足汽车CVJ外球笼的润滑要求。作为本发明的一种优选方案，所述稠化剂是以12-羟基硬脂酸、二元酸与氢氧化锂和氢氧化钙为原料制得的；优选所述二元酸为癸二酸、己二酸和壬二酸中的一种或多种。
作为优选，所述12-羟基硬脂酸与所述二元酸的质量比为7:1-1:1时，能够进一步提高润滑脂的机械安定性，使得延长工作锥入度变化值较小。
作为优选，所述氢氧化锂与所述氢氧化钙的质量比为1:1-10:1。
作为本发明的一种优选方案，所述胺类抗氧剂选自二苯胺、烷基化二苯胺、萘胺和对苯二胺中的一种或两种；所述酚类抗氧剂为2,6-二叔丁基对甲苯酚或α-萘酚。
作为本发明的一种优选方案，所述基础油为PAO合成油；或，PAO合成油与选自石蜡基矿物油、环烷基矿物油中的至少一种的混合物；优选所述基础油的粘度指数不小于100；优选以所述基础油的质量为基准，所述PAO合成油的含量≥30％时，可以在保证其他性能的同时，兼顾油品的低温性能。
作为本发明的一种优选方案，以所述润滑脂组合物的总质量为基准，还包括0.01-3.0％(优选为0.01-1.0％)的防锈防腐剂，所述防锈防腐剂为苯三唑衍生物和/或环烷酸盐，优选为苯骈三氮唑和/或环烷酸锌。
作为本发明的一种优选方案，所述的汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物由以下重量比的组分构成：
Figure BDA0002353881780000041
本领域技术人员可依照常规理解，对上述优选技术方案进行组合，得到本发明较佳实施例。
本发明进一步提供了所述的汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物的制备方法，包括：
将30-50％基础油和全部的12-羟基硬脂酸加入反应釜，升温至80-90℃，加入部分氢氧化锂溶液和全部氢氧化钙溶液反应30-60min后；温度控制在90-100℃加入二元酸；搅拌40-50分钟后，温度在95-100℃之间，开始滴加剩余氢氧化锂溶液；反应完成后，升温至130-140℃，恒温60-90min；升温至150-180℃，加入15-25％基础油和全部抗氧剂，继续加热至200-210℃，加入剩余基础油冷却降温，降温至80℃以下加入极压抗磨剂混合；
优选在加入所述极压抗磨剂时，一并加入防锈防腐剂。
按照本领域常规理解，在原料混合结束后，还包括对混合物进行分散、研磨、罐装等的步骤，在此不做进一步限定。
本发明所提供的汽车等速万向节外球笼润滑脂与同类润滑脂产品相比，至少具有以下的优点：
1)本发明所述的润滑脂，具有很好的极压性能，PD可达到3923N明显高于现有指标的2452N。
2)本发明所述的润滑脂，具有很好的抗磨性能，采用SH/T 0204方法测试，磨斑直径最低可达0.4mm。
3)本发明所制备的润滑脂防锈性能很好，使用GB/T 5018方法测试，所有轴承无锈。
4)本发明所制备的润滑脂具有良好的抗磨减摩性能，使用ASTM5707方法测试，摩擦系数为0.09～0.20。
5)本发明所述的润滑脂，具有较低的轴承运转温度，可满足-40℃的使用要求。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
实施例1
本实施例提供一种汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物，包括：
稠化剂：280.0g，其中，12-羟基硬脂酸：壬二酸质量比例为6:1，氢氧化锂：氢氧化钙质量比例为9:1；
基础油：2400g(PAO合成油：100％，基础油40℃运动粘度：114.5mm2/s，粘度指数为129)；
极压抗磨剂：二硫化钼：53.6g；二烷基二硫代磷酸锌53.6g，碳酸钙26.8g；
抗氧剂：2,6-二叔丁基对甲苯酚13.4g，烷基化二苯胺13.4g；
防锈防腐剂：环烷酸锌26.8g。
本实施例进一步提供上述汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物的制备方法，具体为：
1)将960g基础油、全部12-羟基硬脂酸加入到反应釜，升温至85℃，加入适量氢氧化锂溶液和全部氢氧化钙溶液，开始反应1h。温度控制在90℃加入二元酸；搅拌45分钟后，温度在98℃时，开始滴加剩余氢氧化锂溶液；
2)反应完成后，搅拌加热到135℃，恒温70min，升温至170℃，加入480g基础油和全部抗氧剂，继续加热至210℃，加入剩余基础油冷却降温，降温至80℃加入极压抗磨剂、防锈防腐剂，搅拌均匀后，经后处理设备分散研磨后成品罐装。
实施例2
本实施例提供一种汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物，包括：
稠化剂：320g，其中，12-羟基硬脂酸：壬二酸质量比例为3:1，氢氧化锂：氢氧化钙质量比例为3:1；
基础油：2600g(其中环烷基矿物油：70％，PAO合成油：30％，基础油40℃运动粘度：115.5mm2/s，粘度指数为122)；
极压抗磨剂：二硫化钼：29.2g；二烷基二硫代磷酸锌29.2g；碳酸钙29.2g；
抗氧剂：烷基化二苯胺14.6g，2,6-二叔丁基对甲苯酚14.6g；
防锈防腐剂：苯骈三氮唑1.5g，环烷酸锌14.6g。
本实施例进一步提供上述汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物的制备方法，具体为：
1)将1040g基础油、全部12-羟基硬脂酸加入到反应釜，升温至87℃，加入适量氢氧化锂溶液和全部氢氧化钙溶液，开始反应1h。温度控制在92℃加入二元酸；搅拌40分钟后，温度在95℃时，开始滴加剩余氢氧化锂溶液；
2)反应完成后，搅拌加热到130℃，恒温90min，升温至165℃，加入580g基础油和全部抗氧剂，继续加热至208℃，加入剩余基础油冷却降温，降温至80℃加入极压抗磨剂、防锈防腐剂，搅拌均匀后，经后处理设备分散研磨后成品罐装。
实施例3
本实施例提供一种汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物，包括：
稠化剂：300g，其中12-羟基硬脂酸：壬二酸质量比例为2:1，氢氧化锂：氢氧化钙质量比例为4:1；
基础油：2500g(其中石蜡基矿物油20％，PAO合成油80％，基础油40℃运动粘度：100.8mm2/s，粘度指数为125)；
极压抗磨剂：二硫化钼：42g；硼酸脂28g；磷酸酯42g；
抗氧剂：烷基化二苯胺42g；
防锈防腐剂：环烷酸锌42g。
本实施例进一步提供上述汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物的制备方法，具体为：
1)将1000g基础油、全部12-羟基硬脂酸加入到反应釜，升温至80℃，加入适量氢氧化锂溶液和全部氢氧化钙溶液开始反应1h。温度控制在95℃加入二元酸；搅拌45分钟后，温度在99℃时，开始滴加剩余氢氧化锂溶液；
2)反应完成后，搅拌加热到132℃，恒温70min，升温至180℃，加入500g基础油和全部抗氧剂，继续加热至200℃，加入剩余基础油冷却降温，降温至80℃加入极压抗磨剂、防锈防腐剂，搅拌均匀后，经后处理设备分散研磨后成品罐装。
实施例4
本实施例提供一种汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物，包括：
稠化剂：300g，其中12-羟基硬脂酸：壬二酸质量比例为5:1，氢氧化锂：氢氧化钙质量比例为9:1；
基础油：2500g(其中环烷基矿物油20％，石蜡基矿物油10％，PAO合成油70％，基础油40℃运动粘度：110.1mm2/s，粘度指数为113)；
极压抗磨剂：二硫化钼：42g，碳酸钙28g，二烷基二硫代磷酸锌42g，硼酸酯14g；
抗氧剂：二苯胺28g，2,6-二叔丁基对甲苯酚28g；
防锈防腐剂：苯骈三氮唑2.8g、环烷酸锌28g。
本实施例进一步提供上述汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物的制备方法，具体为：
1)将1000g基础油、全部12-羟基硬脂酸加入到反应釜，升温至80℃，加入适量氢氧化锂溶液和全部氢氧化钙溶液开始反应1h。温度控制在100℃加入二元酸；搅拌50分钟后，温度在100℃时，开始滴加剩余氢氧化锂溶液；
2)反应完成后，搅拌加热到140℃，恒温60min，升温至160℃，加入500g基础油和全部抗氧剂，继续加热至210℃，加入剩余基础油冷却降温，降温至80℃加入极压抗磨剂、防锈防腐剂，搅拌均匀后，经后处理设备分散研磨后成品罐装。
实施例5
本实施例提供一种汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物，包括：
稠化剂：240g，其中12-羟基硬脂酸：壬二酸质量比例为7:1，氢氧化锂：氢氧化钙质量比例为5:1；
基础油：2000g(其中环烷基矿物油35％，石蜡基矿物油35％，PAO合成油30％，基础油40℃运动粘度：100.8mm2/s，粘度指数为106)；
极压抗磨剂：二硫化钼：22.4g；碳酸钙22.4g，磷酸酯11.2g，二烷基二硫代磷酸锑11.2g；
抗氧剂：2,6-二叔丁基对甲苯酚33.6g；
防锈防腐剂：苯骈三氮唑3.36g。
本实施例进一步提供上述汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物的制备方法，具体为：
1)将800g基础油、全部12-羟基硬脂酸加入到反应釜，升温至90℃，加入适量氢氧化锂溶液和全部氢氧化钙溶液，开始反应1h。温度控制在98℃加入二元酸；搅拌45分钟后，温度在99℃时，开始滴加剩余氢氧化锂溶液；
2)反应完成后，搅拌加热到131℃，恒温60min，升温至175℃，加入569g基础油和全部抗氧剂，继续加热至209℃，加入剩余基础油冷却降温，降温至80℃加入极压抗磨剂、防锈防腐剂，搅拌均匀后，经后处理设备分散研磨后成品罐装。
对比例1
本对比例提供一种汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物，与实施例4的区别在于，极压抗磨剂的组成不同。
具体的，极压抗磨剂组成如下：二硫化钼：42g；二烷基二硫代磷酸锌42g；硼酸酯28g。
上述汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物的制备方法同实施例4。
对比例2
本对比例提供一种汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物，与实施例4的主要区别在于，稠化剂的组成比例不同。
具体的，稠化剂组成如下：12-羟基硬脂酸：壬二酸质量比例为8:1。上述汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物的制备方法同实施例4。
实验例1
对实施例1～5和对比例1～2得到的润滑脂进行性能测试(测试结果见表1)。
表1润滑脂性能测试结果
Figure BDA0002353881780000091
Figure BDA0002353881780000101
从表1数据中可看出，本发明实施例1-5制备的润滑脂均表现出优异的机械安定性能，良好的极压抗磨性、良好的低温性能、防锈性能以及优异的减摩性能等。尤其体现在：实施例4与对比例1相比，极压抗磨性能均优于对比例1；实施例4与对比例2相比，抗剪切性能明显优于对比例2。完全符合汽车CVJ外球笼对润滑脂的要求和野外运行的工况条件。本发明所制备的等速万向节外球笼润滑脂，具有优良的机械安定性和高低温性能，保证万向节在不同气候、不同地区、不同季节的环境下正常稳定运行，优良的极压抗磨性能，满足外球笼在高负荷条件的使用需求。良好的防锈性能，保护外球笼不受外界环境的浸蚀，优异的减摩性能保证万向节最大的传递效率。本发明可向使用部位提供更可靠全面的防护，具有很好的应用前景。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (2)

1.一种汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物，其特征在于，由以下重量比的组分构成：
稠化剂 8.0-15.0%；
抗氧剂 0.5-2.5%；
极压抗磨剂 0.5-3.5%；
防锈防腐剂 0.01-1.0%；
基础油 余量；
所述基础油为PAO合成油；或，PAO合成油与选自石蜡基矿物油、环烷基矿物油中的至少一种的混合物；以所述基础油的质量为基准，所述PAO合成油的含量≥30%；所述基础油的40℃运动粘度为60-220mm2/s，粘度指数不小于100；
所述稠化剂为复合锂钙皂基稠化剂，其是以12-羟基硬脂酸、二元酸与氢氧化锂和氢氧化钙为原料制得的，所述二元酸为癸二酸、己二酸和壬二酸中的一种或多种，所述12-羟基硬脂酸与所述二元酸的质量比为7:1-1:1，所述氢氧化锂与所述氢氧化钙的质量比为1:1-10:1；
所述极压抗磨剂选自二硫化钼、二烷基二硫代磷酸锌、碳酸钙、磷酸酯、二烷基二硫代磷酸锑和硼酸酯中的一种或多种；
所述抗氧剂为胺类抗氧剂和/或酚类抗氧剂，所述胺类抗氧剂选自二苯胺、烷基化二苯胺、萘胺和对苯二胺中的一种或两种；所述酚类抗氧剂为2,6-二叔丁基对甲苯酚或α-萘酚；
所述防锈防腐剂为苯骈三氮唑和/或环烷酸锌。
2.权利要求1所述的汽车等速万向节外球笼润滑脂组合物的制备方法，其特征在于，包括：
将30-50%基础油和全部的12-羟基硬脂酸加入反应釜，升温至80-90℃，加入部分氢氧化锂溶液和全部氢氧化钙溶液反应30-60min后；温度控制在90-100℃加入二元酸；搅拌40-50分钟后，温度在95-100℃之间，开始滴加剩余氢氧化锂溶液；反应完成后，升温至130-140℃，恒温60-90min；升温至150-180℃，加入15-25%基础油和全部抗氧剂，继续加热至200-210℃，加入剩余基础油冷却降温，降温至80℃以下加入极压抗磨剂和防锈防腐剂混合。
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