一种低摩擦高耐磨的润滑脂及其制备方法

技术领域

本发明涉及润滑材料技术领域，具体是指一种低摩擦高耐磨的润滑脂及其制备方法。

背景技术

润滑脂是在液态的基础油中加入稠化剂纤维所制备的固体至半固体产品，其主要成分包括：基础油、稠化剂、各种添加剂。润滑脂具有优良的减磨抗磨性能，能够在摩擦表面，形成较厚的润滑膜，将机械部件摩擦副的表面相互隔开，从而避免摩擦界面之间的干摩擦，从而减少摩擦磨损，在机械设备往复运转时，可缓冲机械设备零部件的冲击和振动，其较高的稠度使其粘附在零件表面部位，不会受重力或离心力的影响而流失，保持足够的润滑效果，是保持机械设备长期安全可靠运行必不可少的润滑剂。随着全球工业化、城市化的推进发展，机械设备在运行过程中不可避免的会遭受高/低温、重载、高速、沙尘暴、暴雨等，将会导致严重的摩擦磨损，是机械设备零件损坏和失效的最主要原因，极大地降低了机械设备的安全使用寿命，机械设备在面临恶劣气候和工作环境的考验时，普通润滑脂已经无法满足机械设备所需的承载和减磨抗磨的要求。因此对润滑脂的性能进行提升，开发高性能的润滑脂产品已经迫在眉睫。

石墨烯是典型的二维材料，由于其比表面积大，容易吸附在摩擦副表面形成摩擦保护膜，石墨烯纳米片对磨损疤痕有一定的修复作用，且层间范德华力较弱，剪切强度低，层间易滑移的特点，因而其具有优异的润滑性能。但是石墨烯由于层间存在范德华力和π-π相互作用力，在基础油中难以分散且稳定性低，在长时间的放置下，石墨烯容易在润滑脂的基础油中发生团聚产生沉降，从而无法有效发挥出应有的润滑效果，从而影响润滑脂的机械稳定性、胶体稳定性和减磨抗磨性能。现有石墨烯润滑脂方法均存在生产成本高、生产过程批次稳定性差、石墨烯混合均匀性不稳定、石墨烯用量大等问题，因此需要进一步改进石墨烯在润滑脂中的分散性和稳定性，并提升石墨烯润滑脂低摩擦高耐磨性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滴点高、泵送性好、高的热稳定性和胶体安定性、比热容高，在设备运行过程中还具有优异的机械安定性和减磨抗磨性能的高性能润滑脂。

本发明的另一个目的在于提供上述润滑脂的具体制备方法。

本发明通过下述技术方案实现：一种低摩擦高耐磨的润滑脂的制备方法，包括以下步骤：

(1)制取分散性良好且稳定的石墨烯聚α烯烃润滑油，并将其分成两份；

(2)将其中一份制取的石墨烯聚α烯烃润滑油升温至80～100℃，依次加入硬脂酸与二元酸，持续搅拌至混合均匀，制得混合溶液；

(3)将氢氧化锂水溶液预热至40℃后，将其缓慢地加入步骤(2)的混合溶液中，并升温至120℃进行保温，待其皂化反应完全；

(4)加入另一份制取的石墨烯聚α烯烃润滑油，升温至210℃进行高温炼制；

(5)高温炼制完成后，冷却至室温，进行3～4次的研磨均质，即得。

本技术方案的原理为，超分散稳定性的易润湿石墨烯在聚α烯烃油基础油中良好的分散性和超高的稳定性，在皂化反应过程中，石墨烯参与皂纤维的形成，在皂纤维里面均匀分散，润滑脂的机械稳定性；石墨烯与皂纤维复合一起，与皂纤维共同起稠化作用，能够增加基础油的稠化效果，提高润滑脂的胶体稳定性；凭借石墨烯结构与性能优势，提升润滑脂的理化性能指标(滴点、锥入度、防腐蚀、耐紫外和热辐照)。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(1)中分散性良好且稳定的石墨烯聚α烯烃润滑油的具体制取过程为：将易分散于油性溶剂的石墨烯与聚α烯烃基础油混合，充分搅拌之后超声分散5min，其中易分散于油性溶剂的石墨烯的质量百分为0.01～0.03％

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述石墨烯使用300r/min机械搅拌溶于油性溶剂的时间不大于5min，使用超声波分散溶于油性溶剂的时间不大于5min。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述石墨烯为厚度0.35～2nm的形状不规则的石墨烯粉末片层，所述石墨烯粉末片层长宽均为为10～50μm，层数为1～5层，修饰密度＞60％。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述聚α烯烃基础油为PAO40或PAO20。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(2)中，加入的硬脂酸与二元酸的摩尔比为1：0.3～0.8。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述二元酸为葵二酸。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述氢氧化锂水溶液的配置过程中，氢氧化锂与水的质量比为1:3～5。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(1)中，将石墨烯聚α烯烃润滑油分成均等的两份。

上述低摩擦高耐磨的润滑脂的制备方法制备得到的润滑脂。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明中使用易分散于油性溶剂的石墨烯与聚α烯烃基础油混合后得到的分散性和稳定性优良的石墨烯聚α烯烃润滑油作为溶剂，能够随时配置与储存，解决了以往石墨烯润滑脂制备过程中石墨烯改性预制时间长、利用率低和皂化过程中直接加入混合不均等问题；

(2)本发明利用制取的分散性和稳定性优良的石墨烯聚α烯烃润滑油作为溶剂，其中石墨烯与皂化纤维原位作用，展现了非常好的相容性，凭借微量石墨烯结构和性能优势，在石墨烯含量超低情况下同时可保证石墨烯的超高分散稳定性，降低润滑脂成本，且具备滴点高、泵送性好、高的热稳定性和胶体安定性、比热容高，在设备运行过程中还具有优异的机械安定性和减磨抗磨性能；

(3)本发明制备的润滑脂，其滴点可达298℃，且能够长时间保持良好的胶体稳定性，分油率不大于2.0％，摩擦系数不大于0.10，平均磨斑直径不大于0.66mm，盐雾腐蚀不小于30天，其抗磨抗腐蚀性能优异，显著高于普通的复合锂基润滑脂，属于优异的高性能润滑材料。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更为明显：

图1为本发明选择的石墨烯与普通石墨烯加入聚α烯烃基础油中的分散情况图；

图2为本发明选择的石墨烯与普通石墨烯加入聚α烯烃基础油中的分散的光学图像随时间变化图；

图3为本发明选择的石墨烯加入聚α烯烃基础油中在不同的沉淀时间下的UV-vis吸收光谱；

图4为本发明制备得到的润滑脂在60N载荷下的摩擦曲线；

图5为本发明制备得到的润滑脂在60N载荷下的磨损体积。

具体实施方式

为使本发明的目的、工艺条件及优点作用更加清楚明白，结合以下实施实例，对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此，在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内，此处所描述的具体实施实例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

本实施例的提供一种分散性良好且稳定的石墨烯聚α烯烃润滑油，该润滑油的配置过程为：

将易分散于油性溶剂的石墨烯与聚α烯烃基础油PAO40混合，充分搅拌之后超声分散5min，其中易分散于油性溶剂的石墨烯的质量百分为0.01～0.03％，搅拌为转速为300rpm/min。

其中，易分散于油性溶剂的石墨烯使用300r/min机械搅拌溶于油性溶剂的时间不大于5min，使用超声波分散溶于油性溶剂的时间不大于5min。具体为厚度0.35～2nm的形状不规则的石墨烯粉末片层，所述石墨烯粉末片层长宽均为为10～50μm，层数为1～5层，修饰密度＞60％。

为了验证该石墨烯的特殊性，特别选择普通石墨烯(原始石墨烯)作为对照组，将本发明选用的石墨烯(易分散于油性溶剂的石墨烯)作为实验组，将两者分别加入聚α烯烃基础油PAO40，分别使用超声分散1s、2s、20s，观察对照组与实验组中石墨烯的分散情况，结果如图1所示。

振荡1s和2s的时间，原始石墨烯在聚α烯烃基础油中分散不均匀在振荡20s之后，原始石墨烯仍然只是与聚α烯烃基础油简单混合，原始石墨烯加入基础油中不能够很好的分散。主要是由于聚α烯烃基础油对原始石墨烯的感受性和兼容性较弱，原始石墨烯由于范德华力和π-π相互作用力，显示出化学惰性的石墨烯薄片容易形成团聚体，且原始石墨烯表面的极性含氧官能团与基础油中的长烷基链不相容，这使得原始石墨烯难以均匀分散在基础油中。然而，易分散于油性溶剂的石墨烯加入聚α烯烃基础油中，振荡极短的时间(1～2s)可使易分散于油性溶剂的石墨烯完全均匀分散，有效减少了在调制润滑脂过程中石墨烯聚α烯烃基础油的制备时间。

为了评估易分散于油性溶剂的石墨烯与聚α烯烃基础油的分散稳定性，将原始石墨烯与易分散于油性溶剂的石墨烯分散在聚α烯烃基础油中，均使用超声分散均匀后，在室温下以不同的设置时间间隔放置30天后的分散度。结果如图2所示，原始石墨烯的分散体系中，在第15天的时候，可以看出明显的石墨烯沉降现象。而易分散于油性溶剂的石墨烯的分散体系，30天后未观察到沉降，表明易分散于油性溶剂的石墨烯基础油具有良好的分散性和高分散稳定性。

另外，在不同的沉淀时间间隔测量了分散体系的UV-vis吸光度光谱，如图3所示。每隔15天记录一次易分散于油性溶剂的石墨烯在基础油中的吸收光谱，以评估一个月内的稳定性。图3中的吸光度峰位于230nm波长处，这是易润湿石墨烯中C＝C波段的特征吸收峰。石墨烯聚α烯烃润滑油的吸光度在一个月后没有明显变化，也说明易分散于油性溶剂的石墨烯在聚α烯烃基础油PAO40中的分散稳定性很好。聚α烯烃与易润湿石墨烯有着非常好的相容性，能够提高石墨烯在润滑脂中分散稳定性、润滑脂的胶体稳定性、机械安定性和减磨抗磨性。

实施例2：

本实施例提供一种低摩擦高耐磨的润滑脂，其具体制备过程如下：

(1)制取分散性良好且稳定的石墨烯聚α烯烃润滑油，并将其分成两份；

(2)将其中一份制取的石墨烯聚α烯烃润滑油升温至80～100℃，依次加入硬脂酸与二元酸，持续搅拌至混合均匀，制得混合溶液；

(3)将氢氧化锂水溶液预热至40℃后，将其缓慢地加入步骤(2)的混合溶液中，并升温至120℃进行保温，待其皂化反应完全；

(4)加入另一份制取的石墨烯聚α烯烃润滑油，升温至210℃进行高温炼制；

(5)高温炼制完成后，冷却至室温，进行3～4次的研磨均质，即得。

其中，硬脂酸与二元酸的摩尔比为1：0.3～0.8；氢氧化锂水溶液的配置过程中，氢氧化锂与水的质量比为1:3～5。

实施例3：

本实施例具体制备一种低摩擦高耐磨的润滑脂的过程，具体如下：

将61.6g含有0.01％分散稳定的石墨烯润滑油(PAO40)等分为2份，其中一份(30.8g)升温至100℃，依次加入9.455g十二羟基硬脂酸与2.545g癸二酸搅拌至完全溶解，缓慢滴加LiOH水溶液(3.166gLiOH·H

实施例4：

将61.6g含有0.03％分散稳定的石墨烯润滑油(PAO40)等分为2份，其中一份(30.8g)升温至100℃，依次加入9.455g12羟基硬脂酸与2.545g癸二酸搅拌至完全溶解，缓慢滴加LiOH水溶液(3.166gLiOH·H

实施例5：

将61.6g含有0.01％分散稳定的石墨烯润滑油(PAO20)等分为2份，其中一份(30.8g)升温至100℃，依次加入9.455g12羟基硬脂酸与2.545g癸二酸搅拌至完全溶解，缓慢滴加LiOH水溶液(3.166gLiOH·H

实施例6：

将61.6g含有0.03％分散稳定的石墨烯润滑油(PAO20)等分为2份，其中一份(30.8g)升温至100℃，依次加入9.455g12羟基硬脂酸与2.545g癸二酸搅拌至完全溶解，缓慢滴加LiOH水溶液(3.166gLiOH·H

实施例7：

将实施例3～6制备的得到低摩擦高耐磨的润滑脂进行主要性能测试，具体如表1所示：

表1低摩擦高耐磨的润滑脂的物理化学性能

根据表1内容可知，含有0.03％的石墨烯与PAO40制备的低摩擦高耐磨的润滑脂滴点最高，达到261℃。其次是0.03％的石墨烯与PAO20制备的低摩擦高耐磨的润滑脂。在锥入度方面，四种润滑脂的锥入度都是相差不大，表明制备的低摩擦高耐磨的润滑脂较软。且实施例4的石墨烯复合锂基润滑脂的理化性能更优。

另外，实施例3~6所制备的低摩擦高耐磨的润滑脂在60N载荷下的摩擦曲线与磨损体积，如图5所示。

根据图5可知，实施例4所制备的低摩擦高耐磨的润滑脂的摩擦系数最低稳定在0.09，实施例3、5和6所制备的低摩擦高耐磨的润滑脂均具有较低的摩擦系数（小于0.1）。实施例2所制备的低摩擦高耐磨的润滑脂的磨损量最低，具有最佳抗磨性。由此可见，本发明所制备的低摩擦高耐磨的润滑脂减磨抗磨性能优异，能够满足复杂和苛刻的工况与环境下设备的润滑要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。