CN108699479A - 润滑脂组合物、机械构件和起动器超越离合器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种有机硅润滑脂组合物，其在硅油(A)中含有二烷基二硫代氨基甲酸锌(B)作为极压添加剂并且基本上不含有二烷基二硫代磷酸锌(BX)，因此具有优异的摩擦特性和磨损特性。

Description

润滑脂组合物、机械构件和起动器超越离合器
技术领域
本发明涉及一种含有硅油的润滑脂组合物。具体而言，本发明涉及一种具有高摩擦系数和优异耐磨性的润滑脂组合物，该润滑脂组合物含有二烷基二硫代氨基甲酸锌作为极压添加剂并且以硅油为基础油，适合用于起动器超越离合器的润滑部。此外，本发明还涉及一种封装有所述润滑脂组合物的机械构件，特别是封装有所述润滑脂组合物的超越离合器。
背景技术
通常，材料的壁厚差异即重量取决于在设计期间为机械部件设定的强度安全系数大小。特别是在设计汽车用机械部件时，考虑到废气调节和全球变暖等对全球环境的影响，必须采取使用轻质材料、减小厚度、减轻轴重量等可减轻重量的措施，这样一来部件强度方面可考虑的余地则愈来愈小。因此，为了通过滑动机构缓冲物理冲击，开始在与以往相比更多的位置处应用离合器和扭矩限制器机构。而且，为了减少导致全球变暖的原因之一的汽车尾气排放量，现已开始使用在信号停止时停止发动机的怠速停止功能。因此，每当车辆从信号停止重新启动时起动器便会启动发动机，进而导致启动发动机的频率急剧增加。
在离合器或扭矩限制器机构中，扭矩最高并且使用条件最严苛的位置即是汽车发动机起动器的超越离合器。根据发动机起动器的使用条件不同，超越离合器既有可能作动于-30℃的极低温度下、也有可能在设置于排气管附近时作动于约120℃的高温下。这些起动器超越离合器使用润滑脂组合物作为润滑剂。目前，主要使用以硅油为基础油的润滑脂组合物，这是因为以硅油为基础油的润滑脂组合物除了硅油具有高摩擦系数外，还具有如下特征：与其他油类相比硅油的表面张力较小，为20～25dyn/cm2，不易形成润滑膜，从而易于形成边界润滑状态。但是，根据相关市场提供的数据显示，目前使用市售硅脂的发动机起动器用超越离合器的耐用次数约为3至5万次，当开始应用怠速停止功能时，由于使用频率过高，短时间(几年)内离合器便已磨损、无法继续传递扭矩。如此可能会导致电动机空转、发动机无法启动。
如上所述，则要求用于离合器润滑部或扭矩限制机构润滑部的润滑脂组合物必须具有高摩擦系数和优异的耐磨性。此外，为了适应超越离合器等严苛的使用条件，优选所用润滑脂组合物可以用于从极低温至高温的广泛的温度范围内。
鉴于上述情况，已知有多种含有极压添加剂的润滑脂组合物，使用极压添加剂作为添加剂可以减少金属两面之间的摩擦和磨损并防止灼烧。例如，日本专利特开2010-112235号公报中记载了一种润滑油，其将二烷基二硫代磷酸锌和二烷基二硫代氨基甲酸锌中的至少一种添加到硅油中，作为在螺杆式压缩机中循环的润滑油。日本专利特开2004-323586号公报中记载了一种用于汽车电气部件的润滑脂组合物，该润滑脂组合物中添加有锌化合物，并且使用二烷基二硫代磷酸锌、二烷基二硫代氨基甲酸锌和氧化锌中的至少一种作为所述锌化合物。日本专利特开平9-3473号公报中记载了一种用于汽车发动机的耐热性润滑油组合物，作为添加到该耐热性润滑油组合物中的抗磨剂，列举有磷酸酯、亚磷酸酯、二烷基二硫代磷酸锌、二烷基二硫代氨基甲酸锌、硫化合物。日本专利特开平8-143883号公报中记载了一种润滑脂组合物，其以氟硅油作为基础油并且具有高耐热性，适用于汽车用风扇离合器轴承；其中作为可添加的极压添加剂，列举有二硫代磷酸锌、二硫代氨基甲酸锌、磷酸盐、烷基亚硫酸盐。日本专利特开平5-230486号公报中记载了一种含有二烷基二硫代磷酸锌的有机硅润滑脂组合物，其可用于汽车起动器的超越离合器。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】日本专利特开2010-112235号公报
【专利文献2】日本专利特开2004-323586号公报
【专利文献3】日本专利特开平9-3473号公报
【专利文献4】日本专利特开平8-143883号公报
【专利文献5】日本专利特开平5-230486号公报
发明内容
发明要解决的问题
随着近年来离合器以及扭矩限制器机构的尺寸和重量不断减小以及使用条件愈加严苛，尤其是由于汽车发动机用起动器使用次数的增加，业内开始期待一种与以往的润滑脂组合物相比具有更优异摩擦特性和磨损特性的润滑脂组合物。因此，本发明的目的在于提供一种具有优异的摩擦特性和磨损特性，以硅油作为基础油的润滑脂组合物。
技术方案
本发明人等深入研究后发现，具有如下特征的润滑脂组合物具有优异的摩擦特性和磨损特性，适合用于动力传递装置，尤其在用于起动器超越离合器时可减少滑动并有效地传递扭矩：所述润滑脂组合物在硅油(A)中含有二烷基二硫代氨基甲酸锌(B)作为极压添加剂并且基本上不含有二烷基二硫代磷酸锌(BX)。
因此，本发明涉及一种润滑脂组合物，其特征在于，含有硅油(A)和二烷基二硫代氨基甲酸锌(B)并且基本上不含有二烷基二硫代磷酸锌(BX)。尤其是优选组合物整体中二烷基二硫代磷酸锌(BX)的含量为０.01质量％以下。
相对于组合物整体，所述锌盐(B)的含量优选为5质量％以上且30质量％以下。
本发明的润滑脂组合物还可含有一种或多种选自锂皂和锂复合皂的增稠剂(C)。
优选相对于组合物整体，硅油(A)的含量在50质量％以上且95质量％以下的范围内，并且所述硅油(A)在分子中含有芳族烃基。
另外，本发明还涉及一种动力传动装置用润滑脂组合物，其特征在于，含有硅油(A)和二烷基二硫代氨基甲酸锌(B)并且基本上不含有二烷基二硫代磷酸锌(BX)。
进而，本发明还涉及一种封装有本发明的润滑脂组合物的机械构件，特别是离合器或扭矩限制器机构。
此外，本发明还涉及一种超越离合器，其在由外离合器和内离合器形成的离合器凸轮室中封装有本发明的润滑脂组合物。
有益效果
本发明的润滑脂组合物具有高摩擦系数并且有利于改善耐磨性。此外，所述润滑脂组合物可以在从低温至高温的广泛的温度范围内使用。通过采取仅使用二烷基二硫代氨基甲酸锌而基本上不含有常用的二烷基二硫代磷酸锌(BX)的润滑脂组成，可以抑制超越离合器的滑动，有效地传递扭矩，从而实现以往产品无法实现的、超越离合器所需的高摩擦和低磨损这一对相互矛盾的特性。
具体实施方式
本发明的第一方式是一种润滑脂组合物，其特征在于，含有硅油(A)和二烷基二硫代氨基甲酸锌(B)并且基本上不含有二烷基二硫代磷酸锌(BX)。
本发明的(A)成分即硅油在室温(25℃)下可为液体形态，并且可以具有直链或支链结构。对其化学结构没有特别限制，例如，可列举在常温下为液体并由下列通式(I)表示的聚有机硅氧烷(硅油)。
R1 aSiＯ(4-a)/2 (I)
(式中，R1为选自一价烃基的基团，可以相同也可以不同。为了易于合成液体硅胶，a优选为1.8～2.2，更优选1.9～2.1)
所述式(1)中的每个R1可以独立地为脂族烃基或芳族烃基。优选用于本发明的润滑脂组合物中的硅油具有芳族烃基作为R1的至少一部分。
R1的烃基的碳原子数可以为1～8。作为R1的示例，可列举例如甲基、乙基、丙基、己基等烷基，环戊基和环己基等环烷基，乙烯基和烯丙基等烯基，苯基和甲苯基等芳基，2-苯乙基和2-甲基-2-苯基乙基等芳烷基，3，3，3-三氟丙基、2-(全氟丁基)乙基、2-(全氟辛基)乙基和对氯苯基等卤代烃基，其中优选甲基、乙烯基和苯基。尤其优选硅油具有甲基和苯基。
考虑到作为润滑脂的通用性，特定硅油包括以下有机硅(1)～(3)。尤其优选使用具有高摩擦系数的(1)甲基苯基硅油和(2)二甲基硅油。
(1)甲基苯基硅油：
Me3SiＯ(Me2SiＯ)1(R2R3SiＯ)mSiMe3
(式中，Me是甲基；R2是甲基或苯基；R3是苯基；1或Ｏ是正整数；m是正整数)
其具体示例包括
Me3SiＯ(Me2SiＯ)1(MePhSiＯ)mSiMe3
和
Me3SiＯ(Me2SiＯ)1(Ph2SiＯ)mSiMe3。
(2)二甲基硅油：
Me3SiＯ(Me2SiＯ)nSiMe3
(式中，Me是甲基；n是正整数)
(3)氟化烷基改性有机硅：
Me3SiＯ(Me2SiＯ)r(MeR4SiＯ)sSiMe3
(式中，Me是甲基；R4是氟烷基；r或Ｏ是正整数；s是正整数)
具体而言，可列举
Me3SiＯ(Me(CF3CH2CH2)SiＯ)sSiMe3。
另外，所述有机硅(1)～(3)也可以呈侧链上的甲基由其他硅氧烷基团取代的支链状，并且其端基也可以由羟基或乙烯基等取代。
尤其优选的硅油是上述(1)中所示的甲基苯基硅油。在所述甲基苯基硅油中，当苯基的含量相对于总有机基团小于1摩尔％时，耐热性会降低；当含量超过50摩尔％时，由温度变化引起的粘度变化增大、倾点升高并且低温下的转矩增加，因此其含量优选为1摩尔％～50摩尔％，更优选为3摩尔％～25摩尔％，尤其优选为3摩尔％～10摩尔％。
当本发明中使用的硅油的运动粘度小于20cSt时，硅油容易从润滑脂中分离；当其运动粘度超过10000cSt时，由于粘性阻力会导致低温下的扭矩增加，并且在高速旋转时会产生热量从而导致润滑脂劣化，因此优选其运动粘度在25℃下为20cSt～1000cSt，更优选为50cSt～500cSt。运动粘度根据“JIS Z8803”测量而获得。
本发明的润滑脂组合物中，相对于组合物整体，硅油的含量可以为10重量％以上且99重量％以下，优选为30重量％以上且97重量％以下，更优选为50重量％以上且95重量％以下。
上述硅油是一种具有高摩擦系数且耐热性优异的油剂，其粘度不易随温度变化而变化，因此将其作为基础油时可获得超越离合器所需的高摩擦润滑脂。
本发明的润滑脂组合物含有二烷基二硫代氨基甲酸锌(B)作为极压添加剂。优选二烷基二硫代氨基甲酸锌(B)的含量为5质量％以上且30质量％以下。通过使用(B)成分，可以增强有机硅润滑脂组合物的摩擦特性和磨损特性。仅在单独使用(B)成分时，才能够实现这种摩擦特性和磨损特性，进而通过抑制离合器的滑动而有效地传递扭矩。另外，当使用其他一般硫类添加剂时，不会获得这种效果。
本发明中使用的(B)成分即二烷基二硫代氨基甲酸锌优选由下列通式(II)表示。
[R5 2N-C(＝S)-S]2-Zn (II)
(式中，R5为碳原子数1～24的伯烷基或仲烷基。尤其优选碳原子数1～8的伯烷基或仲烷基。尤其优选甲基、乙基、丙基)
本发明的润滑脂组合物中，相对于组合物整体，二烷基二硫代氨基甲酸锌(B)的含量可以为1质量％以上且50质量％以下，优选为5质量％以上且40质量％以下，更优选为5质量％以上且30质量％以下，最优选为7.5质量％～20质量％。
此外，本发明的润滑脂组合物的第二个特征在于，其基本上不含有二烷基二硫代磷酸锌(BX)。基本上不含有二烷基二硫代磷酸锌时与含有二烷基二硫代磷酸锌的情况相比，摩擦特性和磨损特性得到改善，滑动也随之减少，因此可以实现较高的扭矩传递效率。
这里，“基本上不含有”是指目标化合物根本不存在，或几乎不存在。也就是说，目标化合物不是主动添加的物质。因此，不排除其中包含目标化合物作为杂质的实施方案。具体而言，在本发明的组合物中，相对于组合物整体，二烷基二硫代磷酸锌(BX)的含量必须为0.10质量％以下，优选为0.05质量％。为了充分发挥本发明的技术效果，更优选其含量为0.01质量％以下，尤其优选其含量的前2位小数为0(0.00质量％)。
另外应当注意的是，即便加入微量的二烷基二硫代磷酸锌(BX)，也会形成抵抗压力的润滑膜，特别是这将会增加超越离合器的滑动，进而导致无法有效地传递扭矩。
本发明的润滑脂组合物还可含有有机或无机增稠剂。优选作为(Ｃ)成分含有有机增稠剂即锂皂和/或锂复合皂。通过含有锂皂，可以赋予润滑脂组合物耐热性、剪切稳定性和防水性。此外，通过含有锂复合皂，可以赋予比锂皂更优异的剪切稳定性和耐热性。
本发明的润滑脂组合物可以进一步含有尿素化合物等有机增稠剂或二氧化硅和膨润土等无机增稠剂。
本发明的润滑脂组合物中，相对于组合物整体，增稠剂的含量可以为1质量％以上且30质量％以下，优选为2质量％以上且25质量％以下，更优选为2.5质量％以上且20质量％以下。
本发明的润滑脂组合物进而优选基本上不含有多元醇的偏酯。该酯用作油性剂，用于防止在羟基部分吸附至一种金属上并从酯键延伸出来的烃基与另一种金属接触。但是，在本发明中，所述偏酯有时低温下的滑动性会有所降低，因而不优选。
本发明的润滑脂组合物还可以进一步含有抗氧化剂、防锈剂、金属钝化剂、洗涤分散剂、除上述物质之外的极压添加剂、消泡剂、抗乳化剂、油性改良剂等通常用于润滑脂组合物中的添加剂。它们可以单独使用，也可以两种以上组合使用。只要不损害本发明的效果，其含量相对于组合物整体可以为0重量％～5重量％。
本发明的润滑脂组合物用于动力传递装置的润滑部。动力传递装置是指用于将发动机的输出传递到车轮的一系列机构。动力传递装置由离合器、变速器、推进轴、接头、最终减速装置以及驱动轮轴等组成。本发明的润滑脂组合物优选用于离合器的润滑部，更优选用于起动器超越离合器的润滑部。
本发明的第二方式是一种封装有本发明的润滑脂组合物的机械构件，优选为离合器或扭矩限制器机构。尤其优选的是，封装有本发明的润滑脂组合物的起动器超越离合器。起动器超越离合器具备管状外离合器和呈同心状配置在外离合器的内周侧的管状内离合器，在由上述外离合器和内离合器形成的离合器凸轮室中离合器辊沿圆周方向位移。本发明的润滑脂组合物可封装在该离合器凸轮室中。
作为本发明的另一方式，可列举一种增加动力传递装置润滑部的摩擦和/或减少所述润滑部的磨损的方法，这一方法的特征在于，在动力传递装置中封装有本发明的润滑脂组合物。此外，还可列举一种增加超越离合器润滑部的摩擦和/或减少所述润滑部的磨损的方法，这一方法的特征在于，在由超越离合器的外离合器和内离合器形成的离合器凸轮室中封装有本发明的润滑脂组合物。
另外，作为本发明的另一方式，还可列举本发明的润滑脂组合物有关增加动力传递装置润滑部的摩擦和/或减少所述润滑部的磨损的应用。进而，还可列举本发明的润滑脂组合物有关增加超越离合器润滑部的摩擦和/或减少所述润滑部的磨损的应用。
工业上的可利用性
本发明的润滑脂组合物具有高摩擦系数，进而具有高扭矩传递性和高耐磨性，因此可适用于使用频率较高的离合器或扭矩限制器机构、通过高速旋转进行空转的单向离合器机构、特别是可适用于进行空转向发动机传递驱动扭矩、但在发动机点火并且启动后不向起动器电动机传递发动机旋转的起动器用单向超越离合器的润滑部。
实施例
以下将参考实施例和比较例具体说明本发明，但本发明并不限于以下实施例。
[润滑脂组合物的制备]
按照表1中所示的组成，将甲基苯基硅油(A)、二烷基二硫代氨基甲酸锌(B)或者二烷基二硫代氨基甲酸锌(B)和二烷基二硫代磷酸锌(BX)的组合物中的一者、增稠剂(C)(“锂皂”)(添加目的在于将稠度调节至300左右)混合，整体搅拌后，使用三辊研磨机将稠度等级调节至No.1～2，从而制备实施例1～4和比较例1～2的润滑脂组合物。另外，各成分的详细信息如下所示。
甲基苯基硅油(A)：Dow Corning Corporation生产、DC510-100mm2/s(25℃)
二烷基二硫代氨基甲酸锌(B)：二甲基二硫代氨基甲酸锌
二烷基二硫代磷酸锌(BX)：双(2-乙基己基)二硫代磷酸锌
增稠剂(C)：
锂皂：硬脂酸锂
[超越离合器扭矩传递性试验]
在汽车起动器的超越离合器部中封装入规定量的润滑脂组合物，并且使其在规定条件下(-30℃)与固定有起动器电动机的齿圈啮合，调节并检查离合器能否刚好卡住而不向固定起动器电动机生成扭矩的齿圈侧滑动，进而检查其能否正常传递扭矩。试验中使用了减速型起动器。以恒定时间间隔记录通电次数，将3000次作为基准值评估是否发生滑动。
[超越离合器磨损试验]
在汽车起动器的超越离合器部中封装入规定量的润滑脂组合物，并且在规定条件、起动器电动机处于零负载旋转的状态下，以与起动器电动机啮合的齿圈相对于起动器电动机的零负载转速为5倍以上的高速旋转使起动器的超越离合器的内离合器部空转，查看旋转规定次数后的离合器辊的磨损直径(＝磨损直径、μm)，将所得结果作为磨损量。试验中使用了行星式起动器。
[效果评估]
(1)超越离合器扭矩传递性试验
合格(○)：超过3000次未出现滑动；不合格(×)：3000次以内就出现滑动
(2)超越离合器磨损试验
合格(○)：磨损量小于130μm；不合格(×)：磨损量大于或等于130μm
【表1】
如上所述，仅当将二烷基二硫代氨基甲酸锌单独用作极压添加剂时，可减少滑动，有效地传递扭矩并获得优异的摩擦特性和磨损特性。另一方面，当组合使用二烷基二硫代磷酸锌时，摩擦特性或磨损特性中的一项会变差。

Claims (9)

1.一种润滑脂组合物，其特征在于，含有硅油(A)和二烷基二硫代氨基甲酸锌(B)，
并且基本上不含有二烷基二硫代磷酸锌(BX)。
2.根据权利要求1所述的润滑脂组合物，其特征在于，相对于组合物整体，二烷基二硫代磷酸锌(BX)的含量为0.01质量％以下。
3.根据权利要求1或2所述的润滑脂组合物，其特征在于，相对于组合物整体，所述锌盐(B)的含量为5质量％以上且30质量％以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的润滑脂组合物，其特征在于，还含有一种或多种选自锂皂和锂复合皂的增稠剂(C)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的润滑脂组合物，其特征在于，相对于组合物整体，所述硅油(A)的含量在50质量％以上且95质量％以下的范围内，并且所述硅油(A)在分子中含有芳族烃基。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的润滑脂组合物，其特征在于，为动力传递装置用润滑脂组合物。
7.一种机械构件，其特征在于，其中封装有根据权利要求1至6中任一项所述的润滑脂组合物。
8.根据权利要求7所述的机械构件，其特征在于，为离合器或扭矩限制器机构。
9.一种超越离合器，其特征在于，在由外离合器和内离合器形成的离合器凸轮室中封装有根据权利要求1至6中任一项所述的润滑脂组合物。
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