CN115895765A - 一种润滑液用添加剂及类离子液体润滑液 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种润滑液用添加剂，包括：非等径纳米球型材料；所述非等径纳米球型材料中，大直径的纳米球型材料与小直径的纳米球型材料重量比为1:1‑80:1；纳米球型材料直径为100‑400nm。还提供了一种类离子液体润滑液，包括类离子液体和所述添加剂，以非等径纳米球型材料作为添加剂能够在摩擦过程中形成非对称接触存在的流体动压润滑膜，有效抑制摩擦副之间的直接接触，起到减摩抗磨的作用，由此得到的类离子液体润滑液具有优异的摩擦学性能。
Description
技术领域
本发明属于润滑材料领域，尤其涉及一种润滑液用添加剂及类离子液体润滑液。
背景技术
现如今，随着科学与技术的不断发展，机械化设备使用率大幅提高，高端机械设备也是更加精密化。但是摩擦磨损的存在会使得机械设备运行效率降低，生产成本提高、精度下降，其造成的能量损失给环境和经济带来了很大的影响。目前，工业生产和机械设备所使用的润滑油以矿物油和基础油为基本油，在其中添加各类添加剂来达到不同工况的需求，其制备过程繁琐且昂贵，这些添加剂中含有大量的磷、硫、氯等元素会给环境造成严重的污染，且这些润滑油的摩擦系数普遍在0.1以上，使得机器无法高效运行。润滑液具有降低能量损耗、提高运行效率的作用，因为它可以利用液体低剪切的特性，极大地降低机械构件之间的摩擦磨损。除此之外，润滑液能够提高机械设备运行精度，使得生产作业更为高效，例如使机床导轨的精度提高，发动机叶片运行更平稳，卫星太阳能电板更好的伸缩等。所以对于机械设备而言，润滑液是非常关键的构成部分。具有良好润滑性能的润滑液是高端机械设备运行良好必不可少的一环。
若能获得一种环境友好、绿色经济且摩擦系数极低的润滑液便能减少机械设备的摩擦磨损，延长机器的使用寿命。然而，目前广泛采用的润滑液依旧存在工作持续寿命不长、摩擦系数较高等减摩抗磨性能不良的问题。如专利号为CN 104479844A的专利，公开了一种超低摩擦系数的水基润滑液，具有原料简单易得、成本低廉、绿色无污染等优点，但是也存减摩效果不够好等缺点。会对机械设备的平稳运行造成影响，降低机械设备的工作精度。再如专利号为CN114854474A的专利，公开了一种低摩擦系数抗磨液压油，其具有润滑持续时间稳定，绿色无污染、等优点，但是也存在制备工序多，成本高等不足，受限于经济因素，制约了其大规模的生产使用。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提供了一种润滑液用添加剂及类离子液体润滑液，以非等径纳米球型材料作为添加剂能够在摩擦过程中形成有非对称接触存在的流体动压润滑膜，有效抑制摩擦副之间的直接接触，起到减摩抗磨的作用，由此得到的类离子液体润滑液具有优异的摩擦学性能。
本发明具体方案如下：
本发明目的之一在于，提供了一种润滑液用添加剂，包括：非等径纳米球型材料；所述非等径纳米球型材料中，大直径的纳米球型材料与小直径的纳米球型材料重量比为1:1-80:1；纳米球型材料直径为100-400nm。
优选地，大直径的纳米球型材料与小直径的纳米球型材料的直径差大于0nm，小于等于300nm。
优选地，大直径的纳米球型材料与小直径的纳米球型材料重量比为5:1-50:1。更优选地，大直径的纳米球型材料与小直径的纳米球型材料重量比为25:1。
优选地，纳米球型材料选自纳米二氧化硅、纳米金刚石、纳米PMMA中的一种或多种的组合。
本发明所述非等径纳米球型材料，是指所述纳米球型材料的直径不相等，直径的范围为100-400nm。直径相对较大的为大直径的纳米球型材料(简称：大球)，直径相对较小的为小直径的纳米球型材料(简称：小球)。
本发明以非等径纳米球型材料作为添加剂，对比等直径纳米球型添加剂之间由于“面-面接触”所形成的滑动，非等径纳米球型材料之间的不对称接触起着关键作用，大球和小球之间的“点面接触”所形成的滑动/滚动导致摩擦副之间的剪切阻力进一步降低，从而实现摩擦系数的降低。
本发明目的之二在于，提供了一种类离子液体润滑液，包括类离子液体和以上任一项所述的添加剂。
优选地，添加剂在类离子液体润滑液中的添加量为0.1wt％-1wt％；更优选地，添加量为0.3wt％。
本发明所述类离子液体是指由两种及两种以上的化合物形成的低共熔混合物，其合成过程中伴有电中性配体，中性配体与离子相络合形成氢键网络，可在较宽温度范围内以液态形式稳定存在。
在本发明所述的类离子液体润滑液中，类离子液在摩擦过程中形成流体动压润滑膜，对摩擦副起到良好的润滑作用，能够有效减小摩擦副的摩擦磨损，提高机械设备运行效率。
优选地，类离子液体选自醇-无机盐类离子液体、醇-有机胆碱盐类离子液体、有机盐-胺类离子液体中一种或多种的组合。
优选地，醇-无机盐类离子液体为醇-氯化锌类离子液体；更优选地，醇-无机盐类离子液体选自乙二醇-氯化锌类离子液体、丙三醇-氯化锌类离子液体、丁二醇-氯化锌类离子液体、1，3-丙二醇-氯化锌类离子液体中任意一种。
优选地，醇-有机胆碱盐类离子液体为醇-氯化胆碱类离子液体；更优选地，醇-有机胆碱盐类离子液体选自乙二醇-氯化胆碱类离子液体或丙三醇-氯化胆碱类离子液体。
优选地，有机盐-胺类离子液体为有机盐-乙酰胺类离子液体；有机盐-胺类离子液体选自四甲基氯化铵-乙酰胺或溴化四丁基铵-乙酰胺类离子液体。
对于本发明所述类离子液体润滑液制备方法不作具体限定。如，采用常规的一步合成法，将组分原料简单混合加热，使其形成均一、稳定的类离子液体，然后按照比例将非等径纳米球型材料作为添加剂加至类离子液体中，进行加热搅拌以及超声处理，使其形成均匀分散、结构稳定的液体，即得。
本发明有益效果为：
本发明以非等径纳米球型材料作为润滑液添加剂，能够在摩擦过程中形成非对称接触存在的流体动压润滑膜，以其作为添加剂的类离子液体润滑液具有显著的减摩抗磨的效果，摩擦系数低至0.0046且稳定时间更长，能够减少摩擦带来的能量损耗。
另外，本发明所述润滑液制备过程简单，纳米球型添加剂可回收重复利用，适用于工业化大生产。
附图说明
图1为实施例1所述类离子液体润滑液的扫描电镜图；
图2为实施例1所述类离子液体润滑液摩擦系数随时间的变化曲线；
图3为实施例2所述类离子液体润滑液摩擦系数随时间的变化曲线；
图4为实施例3所述类离子液体润滑液摩擦系数随时间的变化曲线；
图5为实施例4所述类离子液体润滑液摩擦系数随时间的变化曲线；
图6为实施例5所述类离子液体润滑液摩擦系数随时间的变化曲线；
图7为实施例6所述类离子液体润滑液摩擦系数随时间的变化曲线；
图8为实施例7所述类离子液体润滑液摩擦系数随时间的变化曲线；
图9为对比例1所述类离子液体润滑液摩擦系数随时间的变化曲线；
图10为对比例2所述类离子液体润滑液摩擦系数随时间的变化曲线；
图11为对比例3所述类离子液体润滑液摩擦系数随时间的变化曲线。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，但是应该明确提出这些实施例用于举例说明，但是不解释为限制本发明的范围。
以下实施例和对比例的类离子液体润滑液的摩擦性能测试方法为：采用高温摩擦磨损试验机(MPX-3G)，上试样为氮化硅球，下试样为二氧化硅，将该润滑液滴加在下试样上，在载荷为3N，温度为25℃，转速为200转/秒，摩擦半径为8mm的条件下进行摩擦测试。另外，利用3D激光共聚焦显微镜对氮化硅小球的磨斑进行表征，测出其磨斑直径。
实施例1
一种润滑液用添加剂，包括：非等径纳米PMMA球型材料；所述非等径纳米PMMA球型材料中，大直径的纳米PMMA球型材料的直径为400nm，小直径的纳米PMMA球型材料的直径为100nm；大直径的纳米PMMA球型材料与小直径的纳米PMMA球型材料重量比为25:1。
一种类离子液体润滑液，按重量百分比包括：乙二醇-氯化锌类离子液体99.7％、添加剂(上述非等径纳米PMMA球型材料)0.3％。
本实施例所述的类离子液体润滑液的扫描电镜图如图1所示，可以看出，类离子液体润滑液中确实含有非等径纳米球型材料。
本实施例所述的类离子液体润滑液的摩擦系数随时间的变化曲线如图2所示，可以看出，摩擦系数初始值大于0.015，然后不断下降，在经过一段时间的跑和之后，能够稳定地维持在0.01以下，表明该润滑液具有极低的摩擦系数。
本实施例作为本发明的最优实施例主要原因在于，乙二醇-氯化锌类离子液体中的氯化锌水解呈现酸性，纳米PMMA球型材料表面的极性酯官能团变成羧基非常容易吸附类离子液中的组成成分，有效地避免了与纳米球型材料表面的直接接触且减小剪切阻力。
实施例2
一种润滑液用添加剂，包括：非等径纳米金刚石球型材料；所述非等径纳米金刚石球型材料中，大直径的纳米金刚石球型材料的直径为400nm，小直径的纳米金刚石球型材料的直径为100nm；大直径的纳米金刚石球型材料与小直径的纳米金刚石球型材料重量比为25:1。
一种类离子液体润滑液，按重量百分比包括：乙二醇-氯化锌类离子液体99.7％、添加剂(上述非等径纳米金刚石球型材料)0.3％。
本实施例所述的类离子液体润滑液的摩擦系数随时间的变化曲线如图3所示，可以看出，摩擦系数初始值大于0.04，然后不断下降，在经过一段时间的跑和之后，能够稳定地维持在0.015上下波动，表明该润滑液具有较低的摩擦系数。
实施例3
一种润滑液用添加剂，包括：非等径纳米二氧化硅球型材料；所述非等径纳米二氧化硅球型材料中，大直径的纳米二氧化硅球型材料的直径为400nm，小直径的纳米二氧化硅球型材料的直径为100nm；大直径的纳米二氧化硅球型材料与小直径的纳米二氧化硅球型材料重量比为25:1。
一种类离子液体润滑液，按重量百分比包括：乙二醇-氯化锌类离子液体99.7％、添加剂(上述非等径纳米二氧化硅球型材料)0.3％。
本实施例所述的类离子液体润滑液的摩擦系数随时间的变化曲线如图4所示，可以看出，摩擦系数初始值大于0.03，然后不断下降，在经过一段时间的跑和之后，能够稳定地维持在0.012左右，表明该润滑液具有较低的摩擦系数。
实施例4
一种润滑液用添加剂，包括：非等径纳米PMMA球型材料；所述非等径纳米PMMA球型材料中，大直径的纳米PMMA球型材料的直径为400nm，小直径的纳米PMMA球型材料的直径为100nm；大直径的纳米PMMA球型材料与小直径的纳米PMMA球型材料重量比为5:1。
一种类离子液体润滑液，按重量百分比包括：乙二醇-氯化锌类离子液体99.7％、添加剂(上述非等径纳米PMMA球型材料)0.3％。
本实施例所述的类离子液体润滑液的摩擦系数随时间的变化曲线如图5所示，可以看出，摩擦系数初始值大于0.025，然后不断下降，在经过一段时间的跑和之后，能够稳定地维持在0.01以下，该润滑液具有极低的摩擦系数，但稳定性较差。
实施例5
一种润滑液用添加剂，包括：非等径纳米PMMA球型材料；所述非等径纳米PMMA球型材料中，大直径的纳米PMMA球型材料的直径为400nm，小直径的纳米PMMA球型材料的直径为100nm；大直径的纳米PMMA球型材料与小直径的纳米PMMA球型材料重量比为50:1。
一种类离子液体润滑液，按重量百分比包括：乙二醇-氯化锌类离子液体99.7％、添加剂(上述非等径纳米PMMA球型材料)0.3％。
本实施例所述类离子液体润滑液的摩擦系数随时间的变化曲线如图6所示，可以看出，摩擦系数初始值大于0.03，然后不断下降，在经过一段时间的跑和之后，能够稳定地维持在0.013左右，表明该润滑液具有较低的摩擦系数。
实施例6
一种类离子液体润滑液，按重量百分比包括：乙二醇-氯化胆碱类离子液体99.7％、添加剂0.3％；所述添加剂与实施例1相同。
本实施例所述类离子液体润滑液的摩擦系数随时间的变化曲线如图7所示，可以看出，摩擦系数初始值大于0.05，然后不断下降，在经过一段时间的跑和之后，能够稳定地维持在0.018左右，表明该润滑液具有较低的摩擦系数。
实施例7
一种类离子液体润滑液，按重量百分比包括：四甲基氯化铵-乙酰胺类离子液体99.7％、添加剂0.3％；所述添加剂与实施例1相同。
本实施例所述类离子液体润滑液的摩擦系数随时间的变化曲线如图8所示，可以看出，摩擦系数初始值大于0.06，然后不断下降，在经过一段时间的跑和之后，能够稳定地维持在0.020左右，表明该润滑液具有较低的摩擦系数。
对比例1
一种类离子液体润滑液，仅含有乙二醇-氯化锌类离子液体，不添加任何添加剂。
本对比例所述类离子液体润滑液的摩擦系数随时间的变化曲线如图9所示，可以看出，其摩擦系数初始值大于0.055，然后不断下降，在经过一段时间的跑和之后，能够稳定地维持在0.022左右。
对比例2
一种类离子液体润滑液，按重量百分比包括：乙二醇-氯化锌类离子液体99.7％、添加剂0.3％；添加剂为直径为400nm的纳米PMMA球型材料。
本对比例所述类离子液体润滑液的摩擦系数随时间的变化曲线如图10所示，可以看出，其摩擦系数初始值大于0.06，然后不断下降，在经过一段时间的跑和之后，能够稳定地维持在0.016左右。
对比例3
一种类离子液体润滑液，按重量百分比包括：乙二醇-氯化锌类离子液体99.7％、添加剂0.3％；添加剂为直径为100nm的纳米PMMA球型材料。
本对比例所述类离子液体润滑液的摩擦系数随时间的变化曲线如图11所示，可以看出，其摩擦系数初始值大于0.03，然后不断下降，在经过一段时间的跑和之后，能够稳定地维持在0.011左右。
实施例1-7及对比例1-3的摩擦系数和磨斑直径数据如下表1所示：
表1、实施例1-7及对比例1-3的摩擦系数和磨斑直径
由以上数据对比可以看出：从实施例1和实施例2,3对比可得，相比于其他的纳米球型添加剂，由于非等径纳米小球PMMA表面官能团与类离子液的相互作用使得其剪切阻力更小从而降低摩擦副之间的摩擦磨损，使得摩擦系数达到超滑。
从实施例1和实施例4,5对比可得，当非等径纳米球型材料中，大球、小球质量比为25:1时，适当的纳米添加剂所形成的空间利用率使得润滑液达到一定的粘度范围，提高润滑液的承载性能，同时一定比例的非对称接触球进一步降低了球与球之间剪切阻力降低摩擦副之间的摩擦磨损，使得摩擦系数达到超滑。
从实施例1和实施例6,7对比可得，对于乙二醇-氯化锌和乙二醇-氯化胆碱类离子液而言，乙二醇-氯化锌类离子液体中的氯化锌水解呈现酸性，纳米PMMA球型材料表面的极性酯官能团变成羧基非常容易吸附类离子液中的组成成分，有效地避免了与纳米球型材料表面的直接接触且减小剪切阻力，使得摩擦系数达到超滑。
从实施例1和对比例1对比可得，相对于纯的类离子液体润滑液，向其中加入一定比例的非等径纳米球型材料，能够形成非对称接触，减小了剪切阻力，从而显著减低润滑液的摩擦系数和磨斑直径，起到良好的减摩抗磨以及润滑的效果，达到超滑。
从实施例1和对比例2,3对比可得，相对于以等径纳米球型材料作为添加剂，本发明向类离子液体中加入非等径纳米球型材料能够形成非对称接触为点面接触，降低了剪切阻力，使得摩擦系数小于0.01，达到超滑。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种润滑液用添加剂，其特征在于，包括：非等径纳米球型材料；所述非等径纳米球型材料中，大直径的纳米球型材料与小直径的纳米球型材料重量比为1:1-80:1；纳米球型材料直径为100-400nm。
2.根据权利要求1所述的润滑液用添加剂，其特征在于，大直径的纳米球型材料与小直径的纳米球型材料的直径差大于0nm，小于等于300nm。
3.根据权利要求1或2所述的润滑液用添加剂，其特征在于，大直径的纳米球型材料与小直径的纳米球型材料重量比为5:1-50:1；优选地，大直径的纳米球型材料与小直径的纳米球型材料重量比为25:1。
4.根据权利要求1-3任一项所述的润滑液用添加剂，其特征在于，纳米球型材料选自纳米二氧化硅、纳米金刚石、纳米PMMA中的一种或多种的组合。
5.一种类离子液体润滑液，其特征在于，包括类离子液体和权利要求1-4任一项所述的添加剂。
6.根据权利要求5所述的类离子液体润滑液，其特征在于，添加剂在类离子液体润滑液中的添加量为0.1wt％-1wt％；优选地，添加量为0.3wt％。
7.根据权利要求5或6所述的类离子液体润滑液，其特征在于，类离子液体选自醇-无机盐类离子液体、醇-有机胆碱盐类离子液体、有机盐-胺类离子液体中一种或多种的组合。
8.根据权利要求7所述的类离子液体润滑液，其特征在于，醇-无机盐类离子液体为醇-氯化锌类离子液体；优选地，醇-无机盐类离子液体选自乙二醇-氯化锌类离子液体、丙三醇-氯化锌类离子液体、丁二醇-氯化锌类离子液体、1，3-丙二醇-氯化锌类离子液体中任意一种。
9.根据权利要求7所述的类离子液体润滑液，其特征在于，醇-有机胆碱盐类离子液体为醇-氯化胆碱类离子液体；优选地，醇-有机胆碱盐类离子液体选自乙二醇-氯化胆碱类离子液体或丙三醇-氯化胆碱类离子液体。
10.根据权利要求7所述的类离子液体润滑液，其特征在于，有机盐-胺类离子液体为有机盐-乙酰胺类离子液体；有机盐-胺类离子液体选自四甲基氯化铵-乙酰胺或溴化四丁基铵-乙酰胺类离子液体。
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| US20160122676A1 (en) * | 2014-11-03 | 2016-05-05 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Low transition temperature mixtures or deep eutectic solvents and processes for preparation thereof |
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