新型熱增粘潤滑油脂的制備及其潤滑機理研究.pdf

1、隨著全球能源需求的不斷上升，傳統(tǒng)能源對環(huán)境的影響以及對人類的健康構(gòu)成了嚴重的挑戰(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。潤滑油和潤滑脂是兩個最重要的節(jié)能減排材料，改善潤滑油脂的粘溫性能，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。這種新型潤滑油脂具有高溫高粘度、低溫低粘度的熱增粘特點。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℃時的粘度較40℃時的粘度分別下降55％和95％），含有5wt％和10 wt％硅橡膠粒子的新型潤滑油和潤滑脂在100℃時的粘度較40℃時的粘度分別提高了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)機制備潤滑油脂的方法更為簡單，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，實驗數(shù)據(jù)表明40℃時硅橡膠粒子的粒徑為87.4 nm，100℃時增加至146 nm，這意味著橡膠的體積分數(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，可以大幅提高其高溫時的粘度。
　　本論文研究發(fā)現(xiàn)，在合成烴基礎(chǔ)油當中，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，在高溫時粒徑增加更多，體積分數(shù)增加更多，對基礎(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℃時改性潤滑油的粘度是純基礎(chǔ)油100℃時粘度的77倍，比其自身40℃時的粘度提高了339％。而用傳統(tǒng)的粘溫性能改進劑氫化苯乙烯—雙烯共聚物、

6、低分子量乙丙共聚物制備的改性潤滑油，100℃時的粘度比40℃時的粘度下降了88.5％和91.6％。
　　另外，本論文分別采用共破乳和高壓均質(zhì)機法，通過改變橡膠粒子的添加量，制備了一系列硅潤滑脂和烴潤滑脂。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)丁苯橡膠粒子和硅橡膠粒子同時兼?zhèn)淞嗽稣澈透男哉硿叵禂?shù)的作用，與傳統(tǒng)的潤滑脂相比，在基礎(chǔ)油中添加更少的橡膠粒子，就可以同時提高粘度和粘溫性能。而且不同橡膠用量的改性潤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滑脂的觸變性能。
　　最后本論文利用Materials Studio軟件包對高粘溫性能潤滑油的制備進行了分子動力學(xué)模擬研究。用Amorphous Cell模塊對分散相模型進行預(yù)先處理，用Forcite模塊以COMPASS力場進行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