新型合成润滑剂研究进展

研究了三 （ 2辛基十二烷基 ） 环 用 PFPE 作为参照， 戊烷的理化性能和摩擦学性能． 对比两种润滑剂的 发现三（ 2辛基十二烷基） 环戊烷的蒸气 部分性能， 压和压 － 粘系数同 PFPE 相当， 而抗磨性能优于 PFPE． 此外， 三（ 2辛基十二烷基 ） 环戊烷对添加剂 的溶解能力和感受性较好．
－ 10
酰基苯乙烷（ 质量分数 74 ∶ 23 ∶ 3 ） 复合添加剂 （ a ） 在聚苯醚 （ b ） 中的理化性能和摩擦学性能 （ 见表 1） ， 发现由 3 种苯甲酰基苯乙烷组成的复合添加 当复合添加剂含量为 剂能显著降低聚苯醚的倾点， 70 % 时， 相应的混合润滑油的倾点为 － 40 ℃ ， 热 室温时的粘度为 18． 3 cps． 分解温度超过 300 ℃ ， 此外， 四球磨损试验机评价结果表明 （ 见图 1 ） ， 由 3 种苯甲酰基苯乙烷按不同质量分数组成的复合 复合添加剂的 添加剂均能提高聚苯醚的抗磨性能 ，
*
1027 收稿日期：2012）， 作者简介：张麟文（ 1979男， 甘肃民勤人， 助教．
兰 州工业高等专科学校学报 第 19 卷 · 64·
最佳浓度范围为 50% ～ 70% ．
表1 含不同质量分数复合添加剂 （ a ） 的聚苯醚基础油 （ b） 的倾点、 粘度
［23 ］
． 一种五环聚苯醚基
5P4E ， 倾点 5 ℃ ） 已在军用涡轮发动机 的液体 （ m性能满足军用规范 上成 功 地 进 行 了 飞 行 试 验， MILL87100 （ USAF） ． 为了降低聚苯醚的倾点， 改善其作为润滑油品 的综合性能， 在大多数情况下可采用混合组分基础 或在聚苯醚油中引入添加剂 油，
中发生热降解、 同常规添加剂不相容， 因此其边界 润滑性能较差． 而 MACs 有可能是 PFPE 的潜在替 85% 的三 （ 2代品． 研究表明， 辛基十二烷基环戊 辛基十二烷基环戊烷 ） 的混合 烷） 和 15% 的二 （ 2［10 ］ 物最有希望用作新型航空润滑油． Venier 等 采
MACs 是极有前途的新型磁盘、 磁带等磁记录 介质用润滑剂． Gunsel
Product 100% component （ a） 100% component （ b） 50% component （ a） 50% component （ a） 60% component （ a） 70% component （ a） * After 100h at 300℃ ． Pour points / ℃ － 67 7 － 25 － 25 － 32 － 40 Viscosity / cps R． T． Visc． = 7． 2 R． T． Visc． = 1980 R． T． Visc． = 38． 5 Visc． = 43． 3* R． T． Visc． = 25． 9 R． T． Visc． = 18． 3
［9 ］
． 可以看出， MAC 的粘度和倾Fra Baidu bibliotek随分子结构不
同而呈现有规律的变化， 因此通过选择适当的烷基 或烷基个数可以制得性能各异的 MACs． 在真空条件下使用的空间润滑油应具备很低 的挥发度， 在极宽的温度范围内使用时应具有较高 的粘度指数和较低的倾点． 目前在该领域常选用全
图1 磨斑直径随复合添加剂浓度变化的关系曲线 表2

四（ 3三氟甲基苯氧基 ） 二 （ 4氟苯氧基） ］环 了［ 1P， 三聚磷嗪 （ X结构式如图 2 所示 ） ， 室温下， 该
2 －1 在 100 ℃ 磷嗪的粘度为 25 ℃ 时为 934 mm ·s ， 2 －1 时为 11． 2 mm ·s ， 此外， 其具有极低的蒸气压：
Pennzane X—2000 油品 （ 0． 11wt． % ） 的抗磨寿命 DOL 油品（ 0． 1 wt． % ） 的 6 倍． 是 Z表3 Pennzane X2000 和 ZDOL 润滑膜的耐磨寿命对比
（ 20 ℃ 为 10 － 12 Pa， 60 ℃ 为 1． 173 × 10 － 7 Pa， 330 ℃
3 为 2． 666 × 10 Pa） ； 高自燃点（ ＞ 650 ℃ ） ．
3
磷嗪（ Phosphazene）
磷嗪是由交替的磷原子氮原子以及磷原子上
图2
X1P 的化学结构式
Nakanishi
［15 ］
等人指出， 聚苯醚和聚苯硫醚混
两个取代基组成的环状或链状的的化合物 ． 兼有无 液晶、 机物和有机物的卓越性能． 可用作阻燃材料、 特种橡胶、 电子材料、 润滑剂或润滑油添加剂等， 无 都是非常确定的一类具 论是直链还是环状的磷嗪， 有广阔民用和军用前景的化合物
［12 ］
合基础油中加入含磷抗磨添加剂能有效地降低聚 苯醚的倾点， 并提高其抗磨性能． 但含磷添加剂导 致聚苯醚油的耐热性和抗氧化能力变差 ． 其考察了 聚苯硫醚、 磷酸酯 （ 如 TCP ） 、 胺系 （ 如二苯 聚苯醚、 苯基α萘胺） 抗氧剂以及磷酸胺盐组成的混合 胺， 体系的热氧化安定性能和摩擦学性能． 研究表明， 由聚苯醚和聚苯硫醚组成的混合基础油的倾点比 单组分聚苯醚油的低， 而抗磨性能较优； 含有聚苯 醚、 聚苯硫醚、 磷系抗磨剂、 胺系抗氧剂及磷酸胺盐 的混合润滑油的抗磨效果最佳． 这表明 3 种添加剂 的摩擦学行为具有协同作用， 但抗氧化性能较差． 在一定配比和浓度下， 含有胺系和磷系 （ 或胺系和 磷酸胺盐） 2 种添加剂的混合油品的耐热及抗氧化 能力优于仅含任意单一添加剂的润滑油 ．
第6 期 张麟文： 新型合成润滑剂研究进展 · 65·
所示摩擦磨损试验结果可以看出，Pennzane X— 2000 油品 所 形 成 的 润 滑 油 膜 的 耐 磨 寿 命 同 ZDOL 油品相应的润滑油膜相比显著较高， 其中，
* R is the alkyl group in flow of 2L / min．
； C av b = Σ（ weight fraction） i × （ carbon number） I ； c Modified ASTM D － 972 ： 250℃ for 6． 5h with a nitrogen
． 用作合成润
滑油的主要是环状三聚磷嗪酯． 环状三聚磷嗪酯具 阻燃性、 润滑性， 以及较低的 有良好的氧化安定性、 倾点． 磷嗪液的大多数开发和研究集中于环三聚 、 环 四聚和线性磷嗪的烷氧基或芳氧基上． 早在 20 世 纪 60 年代以前人们就开始对磷嗪衍生物作为合成 润滑剂和润滑油添加剂的性能进行过考察 ． 随着深 入研究发现， 芳氧基尤其是氟代芳氧基磷嗪和含氟 烷氧基磷嗪衍生物由于均具有高自燃点 、 高热稳定 性、 高化学稳定性和极低的蒸气压等特点， 因而在 高温润滑剂和硬盘表 作为耐活性气体的真空泵油、 面润滑剂方面具有广阔的应用前景 ． 含氟取代的磷嗪酯具有优良的防火性能 ， 针对 各种 2 ～ 4 取代基混合的环状三聚磷嗪酯进行了深 发现合成的大多数化合物具有较低的倾点 入研究， （ － 26 ～ － 15 ℃ ） 和较高的闪点（ ＞ 288 ℃ ） ［13］． 含氟芳氧基和氟烷氧基磷嗪衍生物具有很高 作为高温润滑剂一直受到研究者的广 的热稳定性，
c
Alkyl R* nDecyl nDecyl nDodecyl 2Octyldodecyl
m 3 4， 5 3， 4 2， 3
C av b 35 48 47 62
100℃ 5． 15 8． 92 9． 98 14． 56
40℃ 23． 99 54． 07 55． 7 109． 3
Viscosityindex 151 144 167 137
PFPE 具有良好的低温流动 氟聚醚（ PFPE ） 润滑油， 性、 低挥发性和高粘度指数， 但其价格昂贵、 在使用
KinematicViscosity （ cSt）
多烷基化环戊烷的物理性能
Pour Point /℃ － 27 ＜ － 45 － 15 － 57 Flash point /℃ 260 288 294 307 Evaporation loss / （ wt% ） 6． 1 1． 3 0． 4 0． 1
torr ） ， 热分解温度约为 450℃ ， 自
其仍然能 燃点达 500 ℃ 以上； 即使不采用添加剂， 在 288 ℃ 下保持良好的氧化安定性能． 此外， 聚苯 可耐 1011 拉德 / 年的吸 醚具有优良的抗辐射性能， 收剂量
［1 ］
． 在 200 ～ 300 ℃ 下， 聚苯醚的润滑性能同
石油和酯类油大体相当， 而优于硅油或芳烃． 聚苯 故使 醚的主要缺点是倾点高 （ 大多在 0 ℃ 以上 ） ，
2
多烷基化环戊烷
近年来， 在针对乙烯生产过程中的的副产物的
综合利用研究中， 开发了一种新型的合成烃润滑 剂—多烷基环戊烷 （ MACs ） ． 其因具有较好的耐高 温性能和低蒸气压而越来越受到关注
［78 ］
．
多烷基化环戊烷的合成反应包括两个步骤 ： 其 一为环戊二烯与卤代烷的相转移烷基化反应或环 戊二烯与脂肪醇的脱水反应， 产物为多烷基环戊二 烯； 其二为环戊二烯的氢化反应． 由不同的醇所得到的 MACs 的物理性能差别 很大， 表 2 列出了一系列多烷基化环戊烷的物理性 能
第 19 卷 第 6 期 2012 年 12 月 文章编号：1009 － 2269 （ 2012 ） 06 － 0063 － 05
兰州工业高等专科学校学报 Journal of Lanzhou Polytechnic College
Vol． 19 No. 6 Dec． 2012

Lubricant ZDOL （ 0． 1 wt． % ） Pennzane X2000 （ 0． 055 wt． % ） Pennzane X2000 （ 0． 11 wt． % ） Pennzane X2000 （ 0． 22 wt． % ） Number of cycles to failure 8 000 to 10 000 10 000 to 35 000 greater than 60 000 greater than 60 000
［45 ］
1
聚苯醚
由于以对位和邻位醚键连接苯环的聚苯醚的
2
． 与此相适应，
能够改善聚苯醚油低温性能而不影响其高温性能 的添加剂的研制开发受到了研究者的广泛关注并
［6 ］ 二、 三苯甲 取得了长足进展． Cargnel 考察了一、
熔点高、 粘度较高 （ 40 ℃ 下的粘度超过 100 mm / s） 、 粘温性能差， 因此通常仅以间位醚键相连接的 聚苯醚适宜用作合成润滑油． 聚苯醚的蒸汽压极低 （ 25 ℃ ： 4 × 10
新型合成润滑剂研究进展
张麟文
（ 西北民族大学 实验中心 ， 甘肃 兰州 730030 ）
*
摘要： 综述了新型合成润滑剂如聚苯醚 、 多烷基环戊烷、 硅烃和磷嗪润滑剂的合成及其应用研究， 最后对合成润滑剂的的研究做了总结和展望 ． 关键词： 合成润滑剂； 分子结构； 摩擦 中图分类号：F416． 7 随着航空航天及军事工业等高科技领域的不 断发展， 对润滑材料综合性能的要求日益苛刻． 目 前相关高科技领域要求候选新型润滑材料能在高 低温、 高负荷、 高速度、 高能辐射、 强氧化、 强腐 温、 蚀等极端苛刻环境下长期可靠地工作 ． 为了满足性 能不断提高的飞机发动机对润滑系统的要求 ， 各国 筛选出了硅烃、 聚苯醚 \ 都在开发新型合成润滑油， 多烷基环戊烷和磷嗪等合成润滑剂 ． 本文综述了聚苯醚、 多烷基环戊烷、 硅烃和磷 最后对合成润滑剂 嗪润滑剂的合成及其应用研究， 的研究做了总结和展望． 文献标志码：A 用时大多要采用三氯乙烷加以稀释 ． 聚苯醚具有优良的耐热、 抗氧、 耐放射和低蒸 EPMA、 广泛用于扩散泵油 （ 如 SEM、 汽压等性能， AES、 SIMA 等分析仪器 ） 、 旋转泵油、 轴承油、 耐放 绝热发电机油、 燃气涡轮油、 无级变速机油、 射油、 喷气发动机油和液压油等
［11 ］
等针对 MACs 和 PFPE 作
采用 为硬盘润滑剂的摩擦学性能进行了对比研究 ， SRV 型摩擦磨损试验机 （ ASTM D5707 —95 ） 测试 了含不同添加剂的 Pennzane X—2000 （ MACs ） 和 ZDOL 润滑油（ PFPE ） 的抗磨减摩性能， 发现含添 加剂的 Pennzane X—2000 油的抗磨减摩性能大 DOL 油． 与此同时， 多优于含相同添加剂的 Z他 们还采用接触起停 （ Contact Start / Stop，CSS ） 试验 机评价了上述 2 种润滑油作为磁盘保护膜的摩擦 相应的摩擦磨损试验结果列于表 3． 从表 3 学性能，