减小高负荷条件下表面之间的摩擦和磨损的方法_4

文档序号:9692640阅读:来源:国知局
(I)-1在超过至少550 牛顿的负荷时未失效。
[0076] 表 2
[0077]
[0078] 标记为例子#S(II)-1和S(ll)-2的PPAMS基础油以及标记为例子此-1、(:-3、(:-4和 C-5的常规PDMS基础油所表现出的典型物理和化学性质(例如,分子质量、密度、粘度、基团 结合百分比、基团类型、聚合度[DP]和多分散性[PD])在表3中示出。主要地,例子S(ll)-2表 现出约100 %的己基苯基甲基D单元结合到聚硅氧烷主链并表现出约30,000g/mol的分子质 量,而例子S( 11)-1结合了约30 %的己基苯基甲基D单元并表现出约8,500g/mol的分子质 量。相比之下,常规PDMS油(C-1和C-3至C-5)包含100%的二甲基基团结合到聚硅氧烷主链 并表现出从约l,750g/mol(C-l)至约32,000g/mol(C-5)范围内的分子质量。
[0079] 表 3
[0080]
[0081 ] 观察到聚硅氧烷基础油S(II)-1和S(ll)-2在303K(30°C)和在398K(125°C)下的密 度和粘度低于具有类似分子质量的常规PDMS油(参见C-3和C-5)的密度和粘度。对于类似分 子结构的聚合物,密度通常随分子质量而增加。聚合物粘度随聚合物长度、支链含量和支链 长度而增加。对于具有低芳基/烷基含量的硅氧烷要获得与具有高芳基/烷基含量的硅氧烷 相同的粘度,需要大得多的聚合物长度(Z)或有效聚合度(DP)。
[0082]含有30%己基苯基甲基单元的硅氧烷S(II)_1在合成后为透明至不透明的,而含 有100%己基苯基甲基单元的硅氧烷S(ll)-2为非常粘至发粘的。将S(II)-1和S(II)-2所得 的粘度在图4中随温度作图。S(ll)-2的粘度不能通过Cannon-Fenske粘度计测量,因此其零 剪切粘度(表3)通过成膜数据(参见图6)而近似得出。例子S(II)-1在较高的剪切速度下表 现出微弱的暂时性剪切致稀行为,而S(ll)_2在大多数剪切速度下都表现出更严重的剪切 致稀。硅氧烷基润滑剂可在高分子质量和剪切速率下表现出非牛顿行为。剪切致稀归因于 分子的暂时性对齐以及与其更高分子质量相关的更长分子弛豫时间。
[0083] 针对卷吸速度对膜厚的测量对于代表性PPAMS例子S(II)-1和S(ll)-2分别在图5 和图6中的双对数图上示出。在给定速度下的膜厚随着温度的升高因粘度和压力-粘度指数 的减小而减小。使用在与成膜测量相同温度下的测得的粘度和内推的压力-粘度(a*)对由 Hamrock-Dowson方程式预测的膜厚作图(方程式1) aHamrock-Dowson方程式准确预测低卷 吸速度下较低分子质量的PPAMS例子的膜厚(图5)。S(11) -2的粘度无法直接测量,因此将S (11)-2的有效低剪切粘度用于图6和表3中的计算线。测得的与计算出的膜厚之间的差异可 归因于暂时性剪切致稀现象。
[0084] 例子S (II) -1和S (11) -2所表现出的低EHD摩擦系数可部分地归因于剪切致稀,如 通过图5的成膜图线所证实。S(ll)-2的摩擦系数在室温(303K)范围内与S(II)-1所表现出 的摩擦系数略微不同,如图7中所示。虽然不想受到理论的约束,但据信,在高于lm/s的速度 下S(ll)-2的摩擦增加的原因是其未能形成完整的膜。该失效归因于S(ll)-2的高分子弛豫 时间。S(ll)-2的高分子弛豫时间防止销/球经过圆盘上的任何点后快速返回体相条件。随 着速度增加,流体通过球/盘界面所花的时间(λ)缩短。当通过时间短于分子弛豫时间(λ〈 λη)时,剪切致稀开始并且无法维持完整的膜。膜失效使得球和圆盘的金属微凸体接触,从 而产生更高的摩擦系数,如图7中所示。
[0085]随着温度升高,分子弛豫时间缩短,并且被移动的球所分开的膜能够在圆盘的旋 转内适当地重新形成。S (11) -2在398K下的摩擦测量表明在303K下导致膜失效的暂时性剪 切致稀不再严重(图8)。在高温下,S(ll)-2缩短的分子弛豫时间使得其表现类似于S(II)_ 1〇
[0086] 在303K下进行了边界摩擦和耐磨性测试,以及与球-盘测试相关的构造允许本领 域的技术人员查看球通过润滑剂时由球产生的路径。例子S(n)-1和S(ll)-2所观察到的边 界摩擦和磨损在图9中汇总。虽然例子S(ll)-2在边界摩擦和磨损两方面的表现并不如例子 S( II)_1好,但两个例子均表现出小于约0.30的边界摩擦和小于约3.0mm3的总磨损;或者, 小于约0.05的边界摩擦和小于约0.15mm 3的磨损,如针对S( II )-1所示。
[0087]根据本公开的另一个方面,提供了减小机件中的滚动或滑动表面之间的磨损的方 法。现在参见图10,方法100-般包括以下步骤:提供具有第一和第二表面的机件110;在第 一与第二表面之间提供润滑剂组合物120;以及允许第一表面在超过lGPa的负荷条件下滚 过或滑过第二表面130。在该方法中,这两个表面为"硬"表面并代表机件中的弹性流体动力 学润滑(EHL)接触点。或者,第一和第二表面为陶瓷或金属表面;或者,这两个表面为金属表 面。机件可包括但不限于滚动元件轴承、滑动轴承、齿轮、凸轮及凸轮从动件或牵引传动件。
[0088] 用于该方法100的润滑剂组合物可包含本文所述的对应于如前文所述的结构S (III)的任何聚硅氧烷基础油;或者,聚硅氧烷基础油对应于如前文所述的结构S( I)或S (II)。任选地,润滑剂组合物还可以包含至少一种功能添加剂以赋予或改善润滑剂组合物 所表现出的某些特性。这样的功能添加剂作为以下群组中的一者而选择:本领域技术人员 已知的摩擦改性剂、抗磨损添加剂、极压添加剂、密封溶胀剂、锈蚀及腐蚀抑制剂、增稠剂、 粘度指数改进剂、倾点下降剂、抗氧化剂、自由基清除剂、氢过氧化物分解剂、金属钝化剂、 表面活性剂(诸如洗涤剂、乳化剂、去乳化剂)、消泡剂、增容剂、分散剂以及它们的混合物。 可掺入润滑剂组合物中而不超出本公开范围的另外的添加剂包括但不限于沉积控制添加 剂、成膜添加剂、增粘剂、抗微生物剂、生物降解性润滑剂用添加剂、浑浊抑制剂、发色团和 限滑添加剂。
[0089] 可在润滑剂组合物中用作功能添加剂的摩擦改性剂的若干具体例子包括长链脂 肪酸及其衍生物、钼化合物、脂族胺或乙氧基化脂族胺、醚胺、乙氧基化醚胺、酰化胺、叔胺、 脂肪酸酰胺、脂族羧酸、脂族羧酸酯、多元醇酯、脂族羧酸酯-酰胺、咪唑啉、脂族膦酸酯、月旨 族磷酸酯、脂族硫代膦酸酯和脂族硫代磷酸酯等或它们的混合物。
[0090] 可作为功能添加剂用于润滑剂组合物的抗磨损添加剂和极压添加剂的若干具体 例子包括但不限于有机硫和有机磷化合物,诸如有机聚硫化物,比如烷基聚硫化物;磷酸 酯,比如磷酸三烃基酯、磷酸二正丁酯、硫化磷酸二正丁酯的胺盐、二硫代磷酸酯;二硫代氨 基甲酸酯磷酸二烃基酯;硫化烯烃,诸如硫化异丁烯;和硫化脂肪酸酯或它们的混合物。
[0091] 可作为功能添加剂用于润滑剂组合物的密封溶胀剂的若干具体例子包括酯、己二 酸酯、癸二酸酯、壬二酸酯、邻苯二甲酸酯、砜(诸如3_烷氧基四亚烷基砜)、取代的环丁砜、8 至13个碳原子的脂族醇(诸如十三醇)、烷基苯、芳族化合物、贫萘芳族化合物和矿物油等或 它们的混合物。
[0092] 可作为功能添加剂用于润滑剂组合物的锈蚀及腐蚀抑制剂的若干具体例子包括 但不限于单羧酸,诸如辛酸、癸酸和十二烷酸;多羧酸,诸如得自妥尔油脂肪酸、油酸、亚油 酸的二聚和三聚酸;噻唑;三唑,诸如苯并三唑、癸基三唑、2-巯基苯并噻唑;噻二唑,诸如2, 5-二巯基-1,3,4-噻二唑、2-巯基-5-烃基二硫代-1,3,4-噻二唑;金属二硫代磷酸盐;醚胺; 酸性磷酸酯;胺;聚乙氧基化物,诸如乙氧基化胺;乙氧基化酚;乙氧基化醇;咪唑啉;和氨基 琥珀酸或它们的混合物。
[0093] 可作为功能添加剂用于润滑剂组合物的增稠剂的若干具体例子包括金属皂,诸如 锂皂;二氧化硅、膨胀石墨;聚脲;和粘土,诸如水辉石或膨润土等或它们的混合物。在一些 情况下,当增稠时,润滑剂组合物可变成油脂组合物。
[0094] 可作为功能添加剂用于润滑剂组合物的粘度指数改进剂的若干具体例子包括但 不限于聚甲基丙烯酸酯、烯烃共聚物、聚异烯烃(诸如聚异丁烯)、苯乙烯-二烯共聚物和苯 乙烯-酯共聚物(诸如苯乙烯-马来酸酯)或它们的混合物。
[0095] 倾点下降剂的若干具体例子包括但不限于蜡-烷基化萘和酚、聚甲基丙烯酸酯以 及苯乙烯-酯共聚物或它们的混合物。
[0096] 抗氧化剂的若干具体例子包括但不限于酚抗氧化剂,诸如2,6_二叔丁基苯酚、叔 丁基化酚诸如2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、4,4 亚甲基双(2,6-二叔丁基苯酚)、2,2 亚甲 基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、4,4 硫代双(2-甲基-6-叔丁基苯酚);混合的亚甲基桥
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