含氟润滑剂综述

含氟润滑剂

一、概述

含氟润滑剂：含有氟元素的合成润滑剂。最重要的有：全氟碳、氟氯碳和全氟聚醚油。还有氟硅油、含氟三、含氟腈、含氟酯和氟溴油等。

全氟碳是烃中的氢原子完全被氟原子取代后的产物。

氟氯碳油是烃中的氢原子被氟和氯原子所取代后的产物。

特点：

在全氟碳和氟氯碳油中，由于分子中的氟（氯）原子强烈的负电性，C-F键能高于

C-H键能，C-F、C-Cl键处于氧化状态而C-H键处于还原状态，所以它们具有突出的稳

定性、抗强腐蚀、抗强氧化、润滑性能好及分解温度高等优点。

但由于氟原子在空间排列紧密，C-C键的活动性受到很大限制，使其粘温性能变差，凝点明显升高，致使这两种含氟油的应用范围受到很大限制。

50年代期间，为了降低氟油的凝点，改进其粘温性能，开始了全氟聚醚油的研究。

全氟聚醚油由于不含氢，保留了全氟碳油的抗强氧化、润滑性能好的特点；又由于

它们引进了醚键，主链易于自由旋转、卷曲和松弛，具有高度柔软性，破坏了低温下的

结晶性，所以它们具有很好的粘温特性和低的凝点；同时，又由于C-O键能高于C-C

键能，进一步提高了它们的热分解温度；此外，产品沸点高，因而蒸发损失少，扩大了

全氟聚醚油的使用范围。

二、含氟润滑剂的性能

氟在元素周期表中是卤族中的第一个。它是电负性最大的元素，超过了与之最邻近

的氯和氧，标准氟电极的势能为2.85V，而氯和氧则分别为1.36V和1.22V。氟是最活

泼的非金属元素，能与大部分其它元素反应生成非常稳定的化合物。

键能与键距

键 化合物 键距，10-8cm 键能，kj/mol

C-F CF4 1.36 485.7 C-H CH4 1.09 413.7 C-CL CCL4 1.76 328.7 C-C C2F6 1.52 347.5

从上面可以看到一些键的原子间的能量和距离。从键距上来看，C-F键距仅大于C-

H键距，小于C-C键距和C-CL键距。很高的生成热表明C-F键是非常稳定的。C-F键

的生成热远大于C-CL键和C-C键。而且，C-F键是氧化状态，不易再被氧化。

从电子结构来看，大多数全氟化合物表现出中性或非极性的特性，分子间的引力很小。

全氟油具有优异的化学惰性，极高的抗氧化性和热稳定性，在空气中不燃烧等。

1、化学惰性

全氟碳油、氟氯碳油和全氟聚醚油都具有特殊的化学特性。在100℃以下，它们分别与68%硝酸、98%硫酸、浓盐酸、王水、铬酸洗液、氢氧化钾或氢氧化钠20%的水溶液，以及氟化氢、氯化氢等接触不发生化学反应，经过特殊处理的全氟碳油和全氟聚醚油长期与偏二甲接触不发生反应。

2、抗氧化性

全氟碳油、氟氯碳油和全氟聚醚油在空气中不燃烧。这三种油经元素氟深度氟化后的产品抗氧化性更高。在100℃以下，分别与氯气、过氧化氢水溶液、高锰酸钾水溶液、铬酸洗液、六氟化铀等强氧化剂不反应。

氟氯碳油与三氟化氯在气态和液态下均不发生反应。它们与高压氧气接触不发生爆炸。

全氟聚醚油在300℃时与发烟硝酸和四氧化二氮接触不发生爆炸。

全氟聚醚油对气态和液态氧具有很好的稳定性。

3、热安定性

全氟碳油、氟氯碳油和全氟聚醚油的热稳定性温度随精制深度不同而有差别。

按下面方法测得它们的热稳定性温度：将油样静置于开口试管中加热升温，到预定温度恒温30分钟，到出部分油样测其水浸液是否有酸性，剩下的油样则继续升高温度10℃，再恒温30分钟，直到油样产生酸性为止，油样产生酸性前10℃为油的热稳定性温度。

油样水浸液酸性的测试方法：取2ml试样于一支10ml试管中，加入2ml蒸馏水（须经预先煮沸检查为中性），同时在另一支10ml试管中加入2ml蒸馏水；将两支试管同时放入70-80℃的水浴中加热20分钟；取出试管，将盛有试样的试管用力振荡10 -15分钟，使油与水充分混合；往两支试管中各加入0. 2ml甲基橙溶液，摇匀澄清后比较其水溶液的颜色，相同为中性，不同为酸性。

全氟聚醚油一般为260-300℃，氟氯碳油为220-280℃，全氟碳油为220-260℃。

此三类油在空气中都没有闪点和着火点。

全氟聚醚油的热稳定性温度主要取决于它的端基基团的化学稳定性，并在一定程度上取决于低聚合物的分子量。

对全氟聚醚油来说，在链中的C-C键是最弱的，当大分子完全分解破坏时，放出气态产品。在惰性气体中，以等摩尔量形成了C3F6、CF3COF和COF2。在氧气中，主要产物是COF2，未分解部分的物理性质几乎没有变化。在时期存在下，分解成有毒和有腐蚀性的气体产物。

4、粘温性质

●全氟碳油：全氟碳油在含氟油中的粘温性质最差，但原料烃组成不同对制成的

全氟碳油的粘温性质有影响。

●氟氯碳油：氟氯碳油由于分子中引入了部分氯原子，其粘温性质稍有改变，但

改善的程度随制备的方法的不同而有所变化。

全氟聚醚油：全氟聚醚油分子由于引进了醚键，增加了主链的活动度，因此其粘温性质优于全氟碳

5、密度

全氟碳油、氟氯碳油、全氟聚醚油的密度都较大，约为矿物油的2倍左右。其中，全氟碳油密度最大，氟氯碳油次之，全氟聚醚油最小。

6、凝点

全氟聚醚油的凝点较低，全氟碳油的凝点和原料烃的凝点有关，氟氯碳油的凝点随其氯含量降低而升高。

7、相溶性

全氟碳油不溶于苯、甲醇、乙醇、丙酮、四氯化碳、三氯甲烷等有机溶剂和水，能溶于氟里昂如F113、F112等。

氟氯碳油不溶于水，基本不溶于甲醇、乙醇；但能溶于丙酮、石油醚、四氯化碳、三氯甲烷、F 113、F112；在苯中的溶解度，低沸点油好，高沸点油稍差。

全氟聚异丙醚油不溶于苯、石油醚、甲醇、乙醇、丙酮、四氯化碳、三氯甲烷、F112等有机溶剂和水，能溶于F113。

8、材料相溶性

含氟油与大部分金属、橡胶、塑料有很好的相溶性。

1.金属材料：

全氟碳油和氟氯碳油分别与45号钢、10号钢、石墨钢、青铜、铝在150℃接触256.5h，金属片重量几乎没有变化，说明对金属没有腐蚀作用。

但是用铝作为摩擦部件的氧气压缩机和油泵，如用全氟碳油或氟氯碳油作润滑油，会有铝形成的银灰色固体粉末悬浮在这两种油中，所以不能用于铝及其合金的摩擦件的润滑。

氟氯碳油除了使铜及其合金在49℃变色外，对其他金属在177℃以下是不腐蚀的。这种油不能用于铝的螺纹处或存在高剪切力的铝制零件，否则会引起爆炸，形成铝的卤化物和碳粒。

全氟聚醚油在100℃、3h条件下对黄铜、紫铜、45号钢、铝、镁等均不腐蚀。

2.橡胶、塑料材料：

全氟碳油、氟氯碳和全氟聚异丙醚油对大部分橡胶、塑料有很好的相溶性。

9、润滑性能

用四球机测定最大无卡咬负荷，氟氯碳油最高，全氟聚醚油次之，全氟碳油最低，但都比一般矿物油高。

10、其他性能

全氟油还具有低的表面张力，优良的介电性能、抗辐射性和生理惰性。

1、表面张力：全氟碳油的表面张力是非常低的，较相应的碳氢化合物的表面张力低得多。全氟

碳油的低表面张力是分子间的吸引力低的另一种表现。全氟聚醚油节于全氟碳油与氟氯碳油