多己基萘_聚α-烯烃锂基润滑脂的流变学和摩擦学性能.pdf
《多己基萘_聚α-烯烃锂基润滑脂的流变学和摩擦学性能.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《多己基萘_聚α-烯烃锂基润滑脂的流变学和摩擦学性能.pdf(10页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、化工学报 2023年 第74卷 第6期|,2023,74(6):2555-2564 CIESC Journal多己基萘/聚-烯烃锂基润滑脂的流变学和摩擦学性能赵志萍,陈晨,汤琼,徐红,刘雷,董晋湘(太原理工大学化学工程与技术学院,化学产品工程山西省重点实验室,山西 太原 030024)摘要:离子液体(Et3NHCl-AlCl3)催化1-己烯和萘合成了多己基萘基础油,以聚-烯烃(PAO8)基础油制备的锂基润滑脂作为参照,通过调节基础油中多己基萘与PAO8的复配比(1090、2080、3070和4060)制备了不同皂分含量的锂基润滑脂。对不同润滑脂样品的理化性能进行测试表征,利用流变仪和SRV-V
2、摩擦磨损试验机系统地评价了加入的多己基萘对锂基润滑脂的流变学和摩擦学性能的影响,并借助3D白光干涉仪对钢盘磨损表面进行了分析。实验结果表明:基础油中多己基萘与PAO8复配质量比为2080时具有良好的协同效应,添加多己基萘可以显著提高PAO8基础油的稠化能力,节约稠化剂的用量,同时在较高温度(85)的工况下,多己基萘可以提高PAO8锂基润滑脂的流变和摩擦学性能。关键词:多己基萘;基础油;锂基润滑脂;流变性能;摩擦学性能中图分类号:TH 117 文献标志码:A文章编号:0438-1157(2023)06-2555-10Rheological and tribological properties
3、of poly-hexylnaphthalene/poly-olefin lithium greaseZHAO Zhiping,CHEN Chen,TANG Qiong,XU Hong,LIU Lei,DONG Jinxiang(Shanxi Key Laboratory of Chemical Product Engineering,College of Chemical Engineering and Technology,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,Shanxi,China)Abstract:Poly-hexylnaph
4、thalene base oil was synthesized with 1-hexene and naphthalene catalyzed by ionic liquid(Et3NHCl-AlCl3).Lithium grease prepared by poly-olefin(PAO8)base oil was used as reference.Lithium grease with different soap contents was prepared by adjusting the complex ratio of poly-hexylnaphthalene and PAO8
5、 in the base oil(1090,2080,3070 and 4060).The physicochemical properties of different grease samples were tested and characterized.Meanwhile,the rheometer and SRV-V friction and wear tester were used to systematically evaluate the effects of poly-hexylnaphthalene added on the rheological and tribolo
6、gical properties of lithium grease.And with the help of 3D white light interference analyzer,the worn surface of the steel disc was analyzed.The experimental results show that the combination of poly-hexylnaphthalene and PAO8 had excellent synergistic effect at the mass ratio of 2080.The addition of
7、 poly-hexylnaphthalene can significantly improve the thickening ability of PAO8 base oil and save the amount of thickener.At the same time,poly-hexylnaphthalene can improve the rheological and tribological properties of PAO8 lithium grease under the condition of higher temperature(85).Key words:poly
8、-hexylnaphthalene;base oil;lithium grease;rheological properties;tribological propertiesDOI:10.11949/0438-1157.20230173收稿日期:2023-02-27 修回日期:2023-05-05通信作者:汤琼(1991),女,博士,讲师,;刘雷(1978),男,博士,教授,第一作者:赵志萍(2000),女,硕士研究生,基金项目:国家自然科学基金项目(U1910202,21978194);山西省重点研发计划项目(202102090301005);山西省青年基金项目(2021030212230
9、64)引用本文:赵志萍,陈晨,汤琼,徐红,刘雷,董晋湘.多己基萘/聚-烯烃锂基润滑脂的流变学和摩擦学性能J.化工学报,2023,74(6):2555-2564Citation:ZHAO Zhiping,CHEN Chen,TANG Qiong,XU Hong,LIU Lei,DONG Jinxiang.Rheological and tribological properties of poly-hexylnaphthalene/poly-olefin lithium greaseJ.CIESC Journal,2023,74(6):2555-2564研究论文第74卷化 工 学 报引言润滑脂是
10、一类重要的润滑剂,广泛应用于航空、汽车、船舶、电气等众多领域,可以有效减少机械设备的磨损。相比于润滑油,润滑脂具有更好的黏附性,在润滑过程中不易流失;同时,还具备润滑油所没有的密封和减震作用1-4。润滑脂是一种相对稳定的半固体产品,由基础油、稠化剂和添加剂组成,其中基础油占 75%90%,稠化剂占 3%30%,添加剂占比较少,一般在10%以下5。以金属锂皂为稠化剂的锂基润滑脂因其具有高滴点和多效性,是目前应用范围最广的润滑脂6-11。但是由于锂电池的快速发展和大规模应用造成锂资源紧张,使得锂的价格迅速增长,导致合成锂基润滑脂的成本上升。因此,有效减少合成锂基润滑脂工艺中锂的用量具有重要意义12
11、。基础油作为润滑脂中比例最大的成分,是影响润滑脂性能的重要因素。与传统矿物油相比,聚烯烃(poly-olefin,PAO)具有较高的黏度指数、较低的蒸发损失、较低的倾点和较高的热氧化稳定性等优良性能,是广泛应用的合成类基础油13-15。Porfiryev等16研究报道了PAO润滑脂与具有相似黏度的矿物基润滑脂相比具有更好的润滑性能。de Laurentis等17研究了基础油黏度和类型对锂基润滑脂滚动/滑动集中接触摩擦行为的影响,发现在一定黏度下,PAO润滑脂表现出比矿物基和酯基润滑脂更低的摩擦。但是PAO的极性低导致其对稠化剂的溶解性差,需要添加较多的稠化剂才能实现较好的稠化效果。Zhang等
12、18对以石蜡油、环烷油、聚-烯烃和多元醇酯(polyol ester,PE)为原料制备的四种锂基润滑脂的理化性能、摩擦学性能和流变性能进行了研究,发现PAO对锂皂的溶解性差使润滑脂出现较高的油分离,结构强度较低。因此将PAO与极性较高的基础油混合使用可以改善润滑脂的性能19-20。烷基萘是一种相对较新的润滑脂基础油,其最大的特点是具有富电子的萘环,有助于极性添加剂更好地溶解和分散。Xu等21通过加入具有刚性分子链的基础油(烷基萘)能够有效提高锂基润滑脂的结构强度,在更高载荷下,显示出了较好的摩擦学性能。Mazzo-Skalski22报道了将烷基萘添加到PAO 基础油中,可以有效提高润滑脂的抗氧
13、化性能。刘谋等23以烷基萘制备的高温锂基润滑脂与聚烯烃(PAO)、天然气合成油(GTL)制备的润滑脂相比,具有强的稠化能力、优异的抗氧性能、极低的蒸发损失和良好的抗磨性能。上述文献充分说明了烷基萘具有优异的性能,体现了其作为润滑脂基础油的应用潜力,可以满足更为严苛工况条件下的润滑需求24。但是,目前烷基萘基础油通常由萘和长链烯烃制备而成25,由于烯烃的碳链较长使反应活性相对较低,且烯烃自身较大的空间位阻影响了萘环上侧链烷基的数目,最终导致产品的性质难以调控。因此本课题组先前的研究提出了以中长链烯烃为原料合成多烷基萘产物,揭示了其作为润滑脂基础油的可能性26。本文以离子液体(Et3NHCl-Al
14、Cl3)为催化剂,催化1-己烯和萘合成多己基萘,通过与PAO8复配为基础油制备系列锂基润滑脂,系统地评估多己基萘的添加对锂基润滑脂的基本理化性能、流变学和摩擦学性能的影响。1 实验材料和方法1.1 实验试剂1-己烯(C6H12,99%),上海麦克林生化科技有限公司;萘(C10H8,99.6%),阿法埃莎化学有限公司;正癸烷(C10H22,98%)、乙酸乙酯(C4H8O2,99.9%)、三乙胺盐酸盐(C6H16ClN,99%)、无水氯化铝(AlCl3,99%)、氢氧化锂(LiOHH2O,98%),阿拉丁试剂有限公司;硬脂酸(98%)、12-羟基硬脂酸(80%),梯希爱(上海)化成工业发展有限公司
15、;聚 烯烃(PAO8),美国 Mobil 公司;高纯氩气(99.999%),山西钢盾贸易有限公司;蒸馏水,实验室自制。1.2 样品制备1.2.1 多己基萘的制备 参照文献26报道的方法合成多己基萘。先合成离子液体催化剂,在氩气气氛条件下,以正癸烷作为溶剂,加入摩尔比为1 2的三乙胺盐酸盐和无水氯化铝,在60下合成透明棕褐色的液体。之后,将萘(7.5 g)加入已经制备好的离子液体中,然后用柱塞泵以0.15 ml/min的速度滴加己烯,滴加2.5 h,滴加完成后继续在该反应温度下反应0.5 h,反应结束后静置,待离子液体尽可能完全沉降到三口烧瓶底部。之后倾析上层液体,加入等体积的蒸馏水充分搅拌,分
16、液后,将获得的上层液体进行减压蒸馏,以除去溶剂和未完全反应的反应物,由此得到多己基萘产物。1.2.2 基础锂基脂的制备 参照文献27的方法制备锂基润滑脂。以合成 60 g PAO8锂基润滑脂(10%第6期皂分)为例。在敞口烧杯中加入75%(质量分数,下同)的基础油PAO8(40 g),然后依次加入4.71 g 12-羟基硬脂酸和1.18 g硬脂酸,搅拌升温至80。待脂肪酸完全溶解后加入氢氧化锂水溶液,升温至120,皂化反应 1.5 h。皂化完成后继续升温至150,加入0.6 g硬脂酸反应30 min,控制游离碱质量分数在0.1%0.2%,随后升温到160,再加入剩余25%的基础油作为升温油(1
17、4 g),然后继续升温至 220,晶化 10 min 后停止加热。当温度降至100左右停止搅拌,待润滑脂冷却后在三辊研磨机上辊脂三次,即可得到基础锂基脂。通过调整基础油中多己基萘的占比获得了以10%、20%、30%和40%(质量分数,下同)多己基萘为基础油的锂基润滑脂,分别用 PHN10、PHN20、PHN30和PHN40表示。1.3 理化性质测试分别按照 GB/T 34982008 润滑脂宽温度范围滴点测定法、NB/SH/T 03242010 润滑脂分油的测定锥网法 测定润滑脂的滴点与分油。使用Netzsch phonix DSC 204测量润滑脂在常压下的氧化起始温度。具体条件:升温速率为
18、10/min,氧气吹扫速率为100 ml/min,常压测试。1.4 流变性能测试使用奥地利 Anton Paar 公司 MCR302 流变仪,所用转子为砂板型,转子与平板间隙为1 mm,样品平衡时间为10 min,应变范围为0.01%100%。1.5 摩擦学性能测试使用德国 Optimol 公司 SRV-V 摩擦磨损试验机,具体条件:温度为 85和 105,频率为 50 Hz,冲程为1 mm,载荷为200 N,测试时长为30 min。实验后,利用美国 Zygo 公司生产的型号为 ZeGage 的3D白光干涉仪测量试件钢盘的磨损体积。1.6 润滑脂的微观结构将少量润滑脂样品放入离心管中,用石油醚
19、多次洗涤离心,直至基础油被完全萃取出来。将最后获得的悬浮液滴到导电胶上,烘干并进行喷金处理,之后用扫描电子显微镜(Hitachi SU8010,日本)观察润滑脂皂纤维的微观结构。2 实验结果与讨论2.1 萘与1-己烯的烷基化反应萘和1-己烯的反应作为经典的F-C烷基化反应,烷基化产物由不同取代个数的同分异构体组成。通过GC-MS对产物分子结构进行了定性分析,根据分离组分的质荷比(m/z)可知,萘和己烯的烷基化产物为单己基萘(212)、二己基萘(296)、三己基萘(380)和四己基萘(464)26。不同分子量的己基萘的出峰时间没有重叠,可较准确地检测其产物分布。图1给出了烷基化反应后所获得产物的
20、气相分析结果。通过气相峰面积归一化法计算了产物的含量,分别为1.5%、24.8%、43.8%、29.9%。2.2 锂基润滑脂的理化性能在PAO8基础油中分别添加10%、20%、30%和40%的多己基萘,合成皂分为 6%、8%和 10%的锂基润滑脂,通过与PAO8锂基脂进行对比,测量了其滴点和分油。各润滑脂样品的滴点和分油量如图2所示。以PAO8为基础油的锂基脂在不同皂分条件下,滴点没有明显变化,均高于207;当在基础油中添加多己基萘时,锂基脂的滴点会略有降低,但均高于204。上述润滑脂样品均符合通用锂基脂润滑脂滴点(180)的标准。从整体上看,这五种基础油合成的润滑脂的分油量均随着皂分的减少而
21、增加。在10%皂分下,随着多己基萘的加入,分油量逐渐减少,以PHN10、PHN20、PHN30和PHN40为基础油制备的锂基脂的分油量分别为4.36%、3.11%、2.72%和1.91%,低于PAO8锂基脂的分油量(5.78%)。在8%皂分下,具有同样的变化规律,值得注意的是,以 PHN20 为基础油制备的润滑脂的分油量为5.27%,与皂分为 10%PAO8 锂基脂的分油量相接近。而当皂分减小到6%时,以PHN10和PHN20为基础油制备的锂基脂的分油量与PAO8锂基脂的分图1 己基萘的气相谱图Fig.1 Gas chromatogram of the hexylnaphthalene2557
22、第74卷化 工 学 报油量接近,以PHN40为基础油制备的锂基脂显示出较低的分油量。由于多己基萘分子的极性较高,金属锂皂有更好的溶解性,增强了基础油分子与金属锂皂分子间的相互作用。因此,多己基萘的加入可以有效减少润滑脂的分油18。由于6%皂分下润滑脂的分油量较大(10%),润滑脂的结构稳定性较差,所以测量了8%和10%皂分下润滑脂的氧化起始温度,如表1所示。在基础油中加入多己基萘后,锂基润滑脂的氧化起始温度均高于PAO8锂基润滑脂。而且,多己基萘含量越高,氧化起始温度越高,由此凸显了烷基萘自身优异的氧化安定性。烷基萘中具有富电子的萘环能够捕捉到烃基氧化产生的氧化性基团,使整个氧化链难以形成,从
23、而阻止了氧化过程26。2.3 流变性能2.3.1 皂分对流变性能的影响 润滑脂为半固体状的胶体分散体系,在承受剪切过程中,既存在弹性变形也存在黏性流动。这在流变上显示为润滑脂的储能模量G(弹性形变性质)和损耗模量G(黏性流动性质)的变化28。首先通过应变扫描评价了以PHN20为基础油制备的不同皂分锂基润滑脂的储能模量G和损耗模量G,并与皂分为10%的PAO8锂基脂进行比较,结果如图 3所示。可以看出,随着皂分的增加,以PHN20为基础油制备的锂基脂的储能模量G和损耗模量 G值明显增加,说明润滑脂的结构强度增加。在相同10%皂分的条件下,以PHN20为基础油制备的锂基润滑脂的储能模量G和损耗模量
24、G值远高于PAO8锂基脂。当皂分为8%时,以PHN20为基础油制备的锂基脂的储能模量G和损耗模量G值接近皂分为10%的PAO8锂基脂。多己基萘中富电子萘环的存在使其具有较高的极性,能与金属锂皂更好地相容,可以有效增加稠化剂对基础油的稠化效果,从而在减少皂分的条件下,实现与之相接近的结构强度29。2.3.2 多己基萘含量对流变性能的影响 通过前面的流变研究可知,添加20%多己基萘为基础油制备的润滑脂在8%皂分条件下显示出了与10%皂分下PAO8润滑脂相接近的模量。因此,选择在8%皂分下,对以PAO8、PHN10、PHN20、PHN30和PHN40为基础油制备的锂基润滑脂在不同温度下的模量进行比较
25、。温度对润滑脂的流变性质影响很大30,这直接和润滑脂的寿命有关。能耐受更高温度的润滑脂,通常具有更长的润滑寿命。因此,分别在25、45、65和85下测试了这五个润滑脂样品的流变性质。从图4可以看出,不同温度下,储能模量G和损耗模量G均随着多己基萘含量的增加而增加。表1不同皂分下(8%、10%)润滑脂样品的氧化起始温度Table 1The oxidation onset temperature of grease samples with different soap contents(8%,10%)润滑脂PAO8PHN10PHN20PHN30PHN40氧化起始温度/8%281.8290.029
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 多己基萘 烯烃 润滑脂 流变学 摩擦 性能
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。