第九章潤滑添加劑.ppt

1、第9章 潤滑添加劑,9.1 概述 在機(jī)械運(yùn)行或材料加工過程中，存在著金屬與金屬之間、加工材料與加工機(jī)械之間的摩擦力。如在高分子材料成型加工時，存在者聚合物熔體與加工設(shè)備表面間的摩擦，它可能導(dǎo)致聚合物熔體粘附在加工設(shè)備和其他接觸材料表面上。由此會影響制品從模具中脫出，嚴(yán)重時會使制品表面非常粗糙，無光澤，甚至產(chǎn)生流紋。 為了減少各種摩擦造成的嚴(yán)重磨損，產(chǎn)品質(zhì)量差，生產(chǎn)效率低等一些列問題，生產(chǎn)上廣泛使用潤滑劑。 潤滑劑是一種能夠在表面與表面之間形成隔離層或修復(fù)不平滑表面的物質(zhì)。,根據(jù)應(yīng)用對象的不同，可分為： 機(jī)械運(yùn)行用潤滑劑 載荷添加劑 塑料成型用潤滑別 材料加工用潤滑劑 纖維加工用油劑 紡織纖維用

2、油劑 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：由親水性官能團(tuán)和疏水性烷基鏈組成。 潤滑油是在基礎(chǔ)油中添加潤滑添加劑而得，而潤滑添加劑是合成的，具有降低摩擦作用的有機(jī)化合物。,9.2 高分子材料加工用潤滑劑,高分子材料在加工成型時 存在著 內(nèi)摩擦 熔融聚合物分子間的摩擦。 外摩擦 聚合物熔體與加工設(shè)備表面間的摩擦。 內(nèi)摩擦?xí)龃缶酆衔锏娜廴诹鲃诱扯?，降低其流動性，?yán)重時會導(dǎo)致材料的過熱、老化； 外摩擦則使聚合物熔體與加工設(shè)備及其他接觸材料表面間發(fā)生粘附，隨溫度升高，摩擦系數(shù)顯著增大。,根據(jù)摩擦類型的不同，所需的潤滑分為內(nèi)潤滑和外潤滑。 內(nèi)潤滑 在塑料加工前的配料中，加入與聚合物有定相容性的潤滑 劑，并使其均勻地分散到材料中而

3、起潤滑作用。 外潤滑 1） 高分子材料加工成型加時，將潤滑劑涂布在加工設(shè)備的 表面上，讓其在加工溫度下熔化，并在金屬表面形成一“薄 膜層”，將塑料熔體與加工設(shè)備隔離開來，不致粘附在設(shè)備 上，易于脫模或離輥。 2 ） 將與聚臺物相容性很小物質(zhì)加入，在加工過程從聚合 物內(nèi)部遷移到表面上，從而形成隔離層，起到潤滑作用。 大多數(shù)的潤滑劑兼具兩種作用，只是相對強(qiáng)弱不同。,9.2.1 作用機(jī)理,1、內(nèi)潤滑 塑化機(jī)理 為了降低聚合物分子之間的內(nèi)摩擦，加入與聚合物有一定相容性的潤滑劑，稱之為內(nèi)潤滑劑。 其結(jié)構(gòu)及其在聚合物中的狀態(tài)類似于增塑劑，但與材料的相容性較增塑劑低很多，僅有少量潤滑劑分子象增塑劑穿插于聚合

4、物分子鏈間，略消弱分子間的相互吸引力，在聚合物變形時，分子鏈間能夠相互滑移和旋轉(zhuǎn)，從而分子間的內(nèi)摩擦減小，熔體粘度降低，流動性增加易于塑化。 潤滑劑不會過分降低聚合物的玻璃化溫度和強(qiáng)度等，這是與增塑劑作用的不同之處。,2、外潤滑界面潤滑機(jī)理 外潤滑劑與聚合物相容性更小。 潤滑劑很容易從聚合物的內(nèi)部 遷移至表面，并在界面處定向 排列。極性基團(tuán)與金屬結(jié)合， 疏水端與聚合物結(jié)合，形成的 潤滑劑分子層的潤滑界面，對 聚合物熔體和加工設(shè)備起到隔 離作用。 潤滑劑的分子鏈愈長，愈能使兩個摩擦面遠(yuǎn)離，潤滑效果愈大，潤滑效率愈高。,3.、外潤滑 涂布隔離機(jī)理 對加工模具和被加工材料完全保持化學(xué)惰性的物質(zhì)稱為脫

5、模劑。 將其涂布在加工設(shè)備的表面上，在 一定條件下使其均勻流布分散在模 具表面，在模具與聚合物的表面間 形成連續(xù)的薄膜，從而達(dá)到完全隔 離的目的。由此減少丁聚合物熔體 與加工設(shè)備之間的摩擦，避免粘附， 而易于脫模、離輥，從而提高加工 效率和保證質(zhì)量。,一種好的脫模劑應(yīng)該滿足以下要求： （1）表面張力小，易于在被隔離材料的表面均勻鋪展； （2）熱穩(wěn)定性好，不會因溫度升高而失去防粘性質(zhì)； （3）揮發(fā)性小，沸點(diǎn)高，不會在較高溫度下因揮發(fā)而失去作用； （4）粘度要盡可能高，涂布一次可用于多次脫模；同時在脫模后 較多粘附在模具上而不是在制品上。,9.2.2 材料加工用潤滑劑各論,潤滑劑按化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)分

6、為： 無機(jī)潤滑劑 滑石粉、云母粉、陶土、白粘土等為主要組分配制而成的復(fù)合物。 主要用作橡膠加工中膠片和半成品防粘用的隔離劑。 有機(jī)潤滑劑 實(shí)際生產(chǎn)中，廣泛使用。按化學(xué)結(jié)構(gòu)分為：脂肪酸、脂肪酸酯、脂肪酸酰胺、脂肪醇、烴類化合物和有機(jī)硅化合物等。,1、 脂肪酸酰胺 用作材料加工用潤滑劑的脂肪酸酰胺主要是高級脂肪酸酰胺。 這些酰胺類潤滑劑由脂肪酸與氨直接反應(yīng)，內(nèi)、外潤滑兼具。,2、脂肪酸酯 主要是高級脂肪酸的一元醇酯和多元醇單酯。 脂肪酸與醇直接反應(yīng) 兼具潤滑和增塑作用。,3、脂肪酸及其金屬皂 包括硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鉛和硬脂酸鈉等。 4、脂肪醇 十六個碳原子以上的飽和脂肪醇。 5、 石蠟及烴

7、類 用作潤滑劑的烴類是一些分子量350以上的脂肪烴，包括石蠟，合成石蠟和低分子量聚乙烯蠟等。烴類潤滑劑具備優(yōu)良的外潤滑性。,(1) 石蠟 主要成分為直鏈烷烴，僅含少量支鏈，廣泛用作各種塑科的潤 滑劑和脫模劑，外潤滑作用強(qiáng)，能使制品表面具有光澤，在硬 質(zhì)聚氯乙烯擠出制品中使用最多。 (2) 微晶石蠟 主要由支鏈烴、環(huán)烷烴和一些直鏈烷烴組成，分子量約 5001000，即為C35C70。作為聚氯乙烯等塑料的外潤 滑劑，潤滑效果和熱穩(wěn)定性優(yōu)于一般石蠟，無毒。 (3) 液體石蠟 也稱 “白油”，不同凝固點(diǎn)的產(chǎn)品適用不同用途。作為潤滑劑使 用的液體石蠟?zāi)厅c(diǎn)在-1535。 (4) 聚乙烯蠟 分子量為150

8、0-5000的低分子量聚乙烯或部分氧化的低分子 量聚乙烯?？勺鳛榫勐纫蚁┑鹊臐櫥瑒?，比其它烴類潤滑劑的 內(nèi)潤滑作用強(qiáng)；適用于擠出和壓延成型。,6、有機(jī)硅氧烷 有機(jī)硅氧烷俗稱“硅油”，是低分子量含硅聚合物，常作為脫模劑使用。 （1）聚二甲基硅氧烷 亦稱二甲基硅油或硅油， 無色、無味的透明粘稠 液體，不揮發(fā)，無毒。 聚二甲基硅氧烷具 有優(yōu)良耐高、低溫 性能，透光性能，電性能，防水、防潮和化學(xué)穩(wěn)定性，廣泛用作塑料等多種材料的脫模劑，特別適用于酚醛、不飽和聚酯等大規(guī)模的脫模。在食品工業(yè)中，常用作食品脫模劑、食品用防沫劑及水溶液消泡劑等。,(2) 聚甲基苯基硅氧烷 亦稱為甲基苯基硅油，為無色或微黃色透明

9、粘稠液體，不揮發(fā)。具有優(yōu)良的潤滑性和電性能，表面張力小、耐化學(xué)腐蝕，能與礦物潤滑油互溶。適用于塑料加工用的脫模劑，潤滑油添加劑，用于抗摩擦機(jī)械、滾壓機(jī)械、往復(fù)式機(jī)械、緩沖器和減震裝置中。,7、聚四氟乙烯 聚四氟乙烯是一種適用于各種介質(zhì)的通用型潤滑型粉末，可快速形成干膜，以用作石墨、鉬和其他無機(jī)潤滑劑的代用品，適于熱塑性和熱固性聚合物的脫模劑，承載能力優(yōu)良，在彈性體和橡膠工業(yè)中也廣泛使用。,9.3 載荷添加劑,在機(jī)械運(yùn)行過程中為提高潤滑油的應(yīng)用性能，加入的可以減少磨擦和磨損，防止燒結(jié)的各種添加劑，統(tǒng)稱為載荷添加劑。 按其作用性質(zhì)分為： （1）油性添加劑 減少摩擦和磨損為目的，提高油膜強(qiáng)度 的一類

10、物質(zhì)。 （2）抗磨損添加劑（中等極壓劑） 中等負(fù)荷及速度下添加的 （3）極壓添加劑 防止燒結(jié)為目的 載荷添加劑主要是隨著齒輪、尤其是雙曲線齒輪的發(fā)展而發(fā)展起來的。,9.3.1 作用機(jī)理 1、油性劑的作用機(jī)理 在金屬沒有接觸的區(qū)域潤滑油膜起潤滑作用，金屬接觸區(qū)域產(chǎn)生摩擦，使表面溫度升高，油膜被破壞，潤滑油起不到減少摩擦作用。油性劑即為能夠提高油膜強(qiáng)度的一類物質(zhì)，為極性分子，對金屬有很強(qiáng)的吸附性，可與金屬之間形成極性端在內(nèi)，非極性鏈在外的牢固的化學(xué)鍵或皂膜 ，使摩擦系數(shù)降低，減少磨損。 加有脂肪酸的潤滑油在使用時，物理吸附和化學(xué)吸附同時存在，一般在金屬的某些凸出部位，溫度條件具備時才能生成金屬皂，

11、由物理吸附轉(zhuǎn)變成化學(xué)吸附。,通常使用的油性劑有動植物脂肪油、 脂肪酸及酯、高級醇、高級胺和酰胺等。,2、抗磨損劑的作用原理 在苛刻的操作條件下，摩擦表面溫度很高，即使含有油性劑的潤滑油也不能維持半流體潤滑，而出現(xiàn)邊界潤滑，此時，需加入抗磨損添加劑，與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在摩擦面上形成有機(jī)化學(xué)反應(yīng)膜，在苛刻的條件下保護(hù)金屬表面。 化學(xué)反應(yīng)膜不同于化學(xué)吸附膜?；瘜W(xué) 吸附時，添加劑分子和金屬分子間形 成化學(xué)鍵，但金屬原子不離開晶格， 在熱的作用下會發(fā)生脫附。,化學(xué)反應(yīng)時，接觸部位溫度高，化學(xué)吸附在金屬表面上的抗磨損添加劑發(fā)生分解，產(chǎn)物與金屬反應(yīng)，生成新的化合物，金屬原子脫離原來的晶格，形成牢固的化

12、學(xué)反應(yīng)膜，起到隔離金屬直接接觸的作用。,3、極壓添加劑的作用機(jī)理 在極苛刻的操作條件下，摩擦面上即沒有相對厚的流體膜存在，也沒有薄的半流體膜存在，表面隔離是由分子大小的薄膜來維持的，出現(xiàn)極端邊界潤滑，這時化學(xué)反應(yīng)膜 也不能很好地起到隔離金屬的作 用，必須采用含有高活性硫、磷、 氯的化合物以及金屬有機(jī)化合物， 這些化合物即為極壓添加劑。 由化學(xué)反應(yīng)生成的極壓無機(jī) 潤滑膜熔點(diǎn)低，起到減小摩擦 系數(shù)，防止燒結(jié)和擦傷的作用。,9.3.2 油性劑的特性與合成,目前使用的油性劑主要有脂肪酸、酯、醇、胺及長鏈脂肪酸酯的硫化物等。 按能能團(tuán)的結(jié)構(gòu)和是否含硫元素分：含極性基團(tuán)的油性劑 和含硫油性劑。 1、含極性

13、基團(tuán)的油性劑 包括長鏈脂肪酸、脂肪醇、脂肪胺及酰胺，它們的非極性 鏈部分至少含十個以上碳原子。 2、含硫油性劑 主要品種硫化鯨魚油及其替代品。,9.3.3 極壓抗磨劑的特性與合成,作為極壓抗磨損劑使用的化合物有： 非活性硫化物 磷酸酯、鉛皂 二烷基二硫代磷酸鋅 極壓劑指的是含硫、磷、氯等的有機(jī)化合物，它們在高溫、高負(fù)荷下和金屬表面反應(yīng)生成無機(jī)潤滑膜，從而防止燒結(jié)和磨損。,1、硫系極壓抗磨劑 在摩擦面的極壓潤滑條件下，內(nèi)于局部溫度上升，吸附在金屬表面的含硫化合物與金屬急劇反應(yīng)，生成極壓膜，同時還生成Fe2O3、Fe3O4、FeSO4等金屬氧化物，氧化物形成微孔，使?jié)櫥头肿幽軌驖B入而起作用。 有

14、機(jī)硫化物極壓作用，不僅與硫化金屬膜降低剪切應(yīng)力的作用有關(guān)，而且與氧化物的生成有關(guān)，故認(rèn)為硫化物是通過“抑制性的腐蝕反應(yīng)”而起作用的。,（1）硫系極壓抗磨劑的結(jié)構(gòu)與性能 分子中的含有S-S鍵和C-S鍵，前者鍵能低，在混合潤滑條件下首先斷裂，形成硫醇鐵覆蓋膜，起抗磨作用；在極壓潤滑條件下，硫醇鐵膜起不到保護(hù)金屬表面作用，此時C-S鍵斷裂，形成硫化鐵覆蓋膜而起到極壓作用。 硫化物在低負(fù)荷下起抗磨作用，在高負(fù)荷下起極壓作用。,不論抗磨損性或極壓性，均與硫化物分子含硫部分的活性有關(guān)?；钚杂撸咨闪虼艰F和硫化鐵膜。故硫化物極壓抗磨劑的作用能力大小有如下次序：硫化物二硫化物三硫化物。但烷基多硫化物在長

15、期貯存時會游離硫析出而產(chǎn)生沉淀，安定性差。多用于切削油和金屬加工用油中。,(2) 硫系極壓抗磨劑的類型與合成 硫代異丁烯 是目前用途最廣的極壓添加劑，可用作切削油、齒輪油、液壓油、金屬加工用油等的極壓劑；一般含硫量為40一45wt。這類硫化物穩(wěn)定性好、極壓性高，顏色淺。, 硫化聚丁烯 用作齒輪、汽車傳動和工業(yè)減速器潤滑油的極壓劑，添加量一般為5一8wt。 三聚異丁烯 二芐基二硫化物 用于透平油和液壓油,2、磷系極壓抗磨劑 磷系用的最廣泛的是烷基亞磷酸酯、磷酸酯、酸性磷酸酯及其胺鹽。 （1）磷系極壓抗磨劑的結(jié)構(gòu)與性能 一般認(rèn)為，磷化合物首先在鐵表面吸附，然后在摩擦條件下發(fā)生C-O鍵斷裂，生成亞磷

16、酸鐵和磷酸鐵有機(jī)膜，起到抗磨損作用。在極壓條件下，有機(jī)磷酸鐵膜進(jìn)一步反應(yīng)生成無機(jī)磷酸鐵膜，從而避免金屬間的直接接觸。,極壓性能順序?yàn)椋?次膦酸酯膦酸酯磷酸酯酸性磷酸酯亞磷酸酯 磷酸酰胺磷酸酯胺鹽,（2）亞磷酸酯類極壓抗磨劑 此類添加劑個具有代表性的產(chǎn)品包括：亞磷酸二正丁酯、亞磷酸三正丁酯、亞磷酸三正辛酯和亞磷酸三壬基苯基酯等。由相應(yīng)的脂肪醇或烷基酚反應(yīng)制備。,（3）酸性磷酸酯及其胺鹽類極壓抗磨劑 此類添加劑可以顯著改善基礎(chǔ)油的極壓性和抗磨損性。常用的酸性磷酸酯有雙十八烷基酸性磷酸酯和雙十二烷基酸性磷酸酯。,3、氯系極壓抗磨劑 4、有機(jī)金屬極壓抗磨劑 5、硼系極壓抗磨劑,9.4 紡織纖維用油劑,

17、纖維在紡織過程中的摩擦，會損傷纖維表面，產(chǎn)生靜電。造成纖維散亂、斷裂，形成毛絲、廢絲等，為了避免這些現(xiàn)象的發(fā)生，在纖維成絲或織布過程中，使用油劑，其作用是在纖維表面形成一層油膜，減小纖維間的摩擦，從而增強(qiáng)纖維的可紡性，提高紡織效率，保證紡織品的質(zhì)量。 根據(jù)油劑應(yīng)用對象可分為： 合成纖維用油劑 天然纖維用油劑 根據(jù)絲的形態(tài)分為: 長絲油劑 短纖維油劑 為滿足應(yīng)用性能要求，一般纖維用油劑都是由多種物質(zhì)復(fù)配而成，主要包括平滑劑、乳化劑、抗靜電劑、柔軟劑、防銹劑、抗氧劑等。,9.4.1 合成纖維油劑,1、短纖維油劑 短纖維油劑的主要作用是賦予纖維抗靜電性，以消除紡織加工中產(chǎn)生的靜電，改進(jìn)纖維的平滑性，

18、保證纖維順利加工。 其主要成分是表面活性劑。單一表面活性劑很難滿足所有方面的要求，故多為幾種類型表面活性劑的復(fù)配物。通常配制成稀溶液或乳液使用，要求配得的油劑具有良好的耐熱性、低泡、對設(shè)備無腐蝕。為了避免重金屬鹽對陰離子表面活性劑的沉淀作用，應(yīng)使用去離子水配制。,1) 陰離子表面活性劑 磷酸酯 脂肪醇磷酸酯 脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯,2) 陽離子表面活性劑 烷基二甲基羥乙基季銨鹽,甲基三羥乙基季銨甲基硫酸酯,十六烷基二甲基羥乙基氯化銨,十八烷基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽,3）非離子表面活性劑 脂肪醇聚氧乙烯醚, 脂肪醇聚氧乙烯酯, 脂肪酸失水山梨醇酯及其聚氧乙烯醚 脂肪酸醇酰胺 2、長絲油劑（略）。,9.4.2 天然纖維紡織用油劑,1、防毛油劑 應(yīng)用于羊毛紡紗過程中的油劑的作用是減少摩擦力，提高纖維的潤滑性和抱合力，也稱為和毛油，其基本要求是 ： 在水中易成乳液，在各種濃度下穩(wěn)定； 容易用水洗凈除去； 不使羊毛變色發(fā)臭。 防毛油劑中的平滑成分主要是錠子油和水化白油。它們以乳液形式加到纖維上，所用乳化劑有陰離子型的和非離子型的表面活性劑。,防毛油劑的典型配方如下： 蓖麻油