新型熱增粘潤(rùn)滑油脂的制備及其潤(rùn)滑機(jī)理研究.pdf

1、隨著全球能源需求的不斷上升，傳統(tǒng)能源對(duì)環(huán)境的影響以及對(duì)人類的健康構(gòu)成了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，開發(fā)新能源和可再生能源是十分緊迫的，同時(shí)節(jié)約能源、提高能源效率以及減少排放也是必不可少的手段。潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂是兩個(gè)最重要的節(jié)能減排材料，改善潤(rùn)滑油脂的粘溫性能，可以解決因需要預(yù)加熱而損失能源的問題，是節(jié)能減排的新思路，對(duì)環(huán)保有顯著的意義。
　　本論文首先通過將輻照交聯(lián)法制備的具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的硅橡膠(Si-ENP)乳液與硅油乳液共破乳，制備了一種以硅油為

2、基礎(chǔ)油的潤(rùn)滑油脂，其中硅橡膠粒子以納米尺度分散在硅油中。這種新型潤(rùn)滑油脂具有高溫高粘度、低溫低粘度的熱增粘特點(diǎn)。與純硅油和含有5 wt％傳統(tǒng)低分子量乙丙共聚物的改性硅油相比（100℃時(shí)的粘度較40℃時(shí)的粘度分別下降55％和95％），含有5wt％和10 wt％硅橡膠粒子的新型潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂在100℃時(shí)的粘度較40℃時(shí)的粘度分別提高了0.4％和50％。不同制備工藝條件的研究結(jié)果表明，硅油粘度越高，硅橡膠粒子在其中分散性越好，所制備改性潤(rùn)滑油

3、的穩(wěn)定性越高。其中在1000 cP的基礎(chǔ)油中只需要添加3wt％的硅橡膠，就能起到優(yōu)異的高溫增粘效果。與共破乳的方法相比，利用高壓均質(zhì)機(jī)制備潤(rùn)滑油脂的方法更為簡(jiǎn)單，具有更好的工業(yè)化前景。
　　研究發(fā)現(xiàn)硅橡膠使得硅油粘度增加的機(jī)理是分散在硅油中的硅橡膠粒子的粒徑隨溫度升高而增大，由于硅橡膠粒子表面交聯(lián)度高，低溫溶脹小，高溫溶脹大，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明40℃時(shí)硅橡膠粒子的粒徑為87.4 nm，100℃時(shí)增加至146 nm，這意味著橡膠的體積分?jǐn)?shù)

4、隨溫度的升高而增加，因此在不顯著提高硅油低溫粘度的同時(shí)，可以大幅提高其高溫時(shí)的粘度。
　　本論文研究發(fā)現(xiàn)，在合成烴基礎(chǔ)油當(dāng)中，丁苯橡膠粒子的溶脹性能優(yōu)于硅橡膠粒子在硅油中的溶脹性能，在高溫時(shí)粒徑增加更多，體積分?jǐn)?shù)增加更多，對(duì)基礎(chǔ)油的熱增粘效果也更明顯。本文用輻照交聯(lián)方法制備的具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的丁苯橡膠粒子(SBR-ENP)，用于1b150合成烴基礎(chǔ)油的粘溫性能改性劑，熱增粘性能十分優(yōu)異。
　　丁苯橡膠在基礎(chǔ)油中的初次溶脹是部分不

5、可逆的，丁苯橡膠溶脹后，體系粘度增大，并且溶脹后團(tuán)聚粒子間的相互作用減弱，有利于丁苯橡膠在高壓均質(zhì)機(jī)中的二次分散。研究發(fā)現(xiàn)分散—熱處理—再分散的方法可使丁苯橡膠粒子以納米尺度分散在基礎(chǔ)油中。用這種方法制備的改性潤(rùn)滑油中，丁苯橡膠粒子的溶脹更充分，熱增粘效果更明顯。以4 wt％的橡膠加入量為例，100℃時(shí)改性潤(rùn)滑油的粘度是純基礎(chǔ)油100℃時(shí)粘度的77倍，比其自身40℃時(shí)的粘度提高了339％。而用傳統(tǒng)的粘溫性能改進(jìn)劑氫化苯乙烯—雙烯共聚物、

6、低分子量乙丙共聚物制備的改性潤(rùn)滑油，100℃時(shí)的粘度比40℃時(shí)的粘度下降了88.5％和91.6％。
　　另外，本論文分別采用共破乳和高壓均質(zhì)機(jī)法，通過改變橡膠粒子的添加量，制備了一系列硅潤(rùn)滑脂和烴潤(rùn)滑脂。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)丁苯橡膠粒子和硅橡膠粒子同時(shí)兼?zhèn)淞嗽稣澈透男哉硿叵禂?shù)的作用，與傳統(tǒng)的潤(rùn)滑脂相比，在基礎(chǔ)油中添加更少的橡膠粒子，就可以同時(shí)提高粘度和粘溫性能。而且不同橡膠用量的改性潤(rùn)滑油脂粘度變化明顯，可以滿足任何粘度下的使用要求。在觸

7、變性測(cè)試中，制備的烴脂和硅脂受到剪切作用后，粘度恢復(fù)迅速，表明橡膠粒子的加入還能提高潤(rùn)滑脂的觸變性能。
　　最后本論文利用Materials Studio軟件包對(duì)高粘溫性能潤(rùn)滑油的制備進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)模擬研究。用Amorphous Cell模塊對(duì)分散相模型進(jìn)行預(yù)先處理，用Forcite模塊以COMPASS力場(chǎng)進(jìn)行MD模擬，得到了分散相分子的平衡構(gòu)象。通過Blends模塊考察了硅油與硅橡膠粒子、丁苯橡膠粒子、低分子量乙丙橡膠、丙烯酸