一种耐化学介质氟硅润滑脂及其制备方法
技术领域
本发明属于润滑材料技术领域，特别涉及一种耐化学介质氟硅润滑脂及其制备方法。
背景技术
随着现代工业技术的不断变革，推动了石化行业、汽车行业和气体加工行业等工业技术领域的飞速发展，同时使得工业领域的相关机械产品的种类愈加繁杂，使用工况愈加严苛。机械设备的更新升级也对润滑油脂的性能要求不断提高，尤其在一些复杂工况下使用的机械设备对润滑脂产品性能的要求日益苛刻，这些因素均成为了加快润滑脂工业技术持续发展和升级的动力。
氟硅油因具有良好的化学稳定性、润滑性和化学稳定性而广泛用于润滑领域。由氟硅及稠化剂(如气相二氧化硅)组成的氟硅脂，具有良好的耐金属腐蚀和抗水性，因此常用于润滑橡胶和金属零件。
CN104862029A公开了一种氟硅脂组合物，该氟硅脂组合物由氟硅油和气相二氧化硅组成，可有效解决采油设备中橡胶密封件与金属间润滑作用中存在的技术难题。该氟硅脂组合物可使润滑部位的换油周期提高3～5倍，使丁腈橡胶密封件的更换周期提高2倍，但是气相二氧化硅基础颗粒硬度较大，润滑性能较差，如果稠化剂全部使用气相二氧化硅，在摩擦金属界面容易形成磨粒，产生磨粒磨损，从而加剧器件间的磨损，缩短设备寿命。
CN102676285A公开了一种全氟高温润滑脂，能够在300℃以上的高温环境下进行长期的润滑保护，同时也可在高压、高真空、高负载、强酸碱、强腐蚀等恶劣工况下工作，具有优异的抗化学介质性能和耐高温性能。但是该润滑脂配方中的添加剂，如磷氰、癸二酸钠、辛二酸钠，对橡胶件产生腐蚀，长期润滑过程中对橡胶件造成明显破坏，进而影响橡胶件的使用寿命。
US5356549公布了一种耐高低温氟硅脂，该氟硅脂选用了一种氨基改性硅油作为基础油，该基础油的适用温度范围为-50～200℃，有效地改善了氟硅脂的耐热性。
目前市场上普通的商用抗化学介质润滑脂多由改性硅油(即甲基硅油、苯基硅油以及氟硅油)与气相二氧化硅(俗称白炭黑)等配料机械混合而成，此类传统硅脂在可承受的温度变化范围内具有良好的耐高低温性能、粘温性能和润滑效用。现有的传统氟硅脂在一些特殊环境温度下使用时，出现耐油、耐溶剂、耐高温不足等问题，造成其润滑保护等性能明显降低，尤其是在220℃以上的工况下长期运转时会因氧化反应加剧而发生明显老化，因此随着材料科学和机械工艺的发展，传统氟硅脂在耐高低温特性方面存在的局限性愈发凸显。全氟聚醚油因其高氟含量以及稳定的分子结构儿具有优异的化学稳定性、热稳定性、相容性等特点。结合上述现有氟硅脂的不足以及全氟聚醚油的特性，特别开发一种耐化学介质耐高温氟硅润滑脂。
发明内容
本发明为弥补现有技术中存在的不足，提供一种耐化学介质氟硅润滑脂及其制备方法。本发明提供的氟硅润滑脂具有优良的耐化学介质和耐高温特性，可在220℃以上、强化学活泼介质下等极端苛刻的工况下使用，能有效地减少摩擦，保护设备正常运转，从而提高设备使用寿命。
本发明为达到其目的，采用的技术方案如下：
本发明提供一种耐化学介质氟硅润滑脂，包括如下重量百分比的各组分：
复合基础油：60～80wt％；
稠化剂：10～35wt％；
高温性能改进剂：1～15wt％；
所述的复合基础油包括氟硅油和线型全氟聚醚油，其中线型全氟聚醚油在复合基础油中的占比为5～15wt％，其余为氟硅油；所述线型全氟聚醚油的分子结构如下：CF3-O-(-(CF3)CFCF2-O-)p-(-CF2-O-)q-CF3(p/q＝20～40)；所述氟硅油具有如下结构：式中n为20～70之间的整数，
在本发明优选的实施方案中，所述氟硅润滑脂包括如下重量百分比的各组分：
复合含氟基础油：68～78wt％；
稠化剂：12～26wt％；
高温性能改进剂：2～10wt％。
进一步优选地，所述氟硅润滑脂包括如下重量百分比的各组分：
复合含氟基础油：70～75wt％；
稠化剂：23～25wt％；
高温性能改进剂：5～7wt％。
在本发明中，所述线型全氟聚醚油的平均分子量为1000～6000，优选2000～4000。
在本发明中，所述氟硅油在25℃时的运动粘度为3000mm2/s～10000mm2/s，优选8000mm2/s～10000mm2/s。
在本发明中，所述稠化剂为聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、三氟氯乙烯-聚乙烯共聚物和聚脲中的一种或几种。
在本发明中，所述高温性能改进剂为三氟氯乙烯调聚物、二氧化硅、二硫化钼和硅酸盐中的一种或几种。
本发明另一方面提供上述氟硅润滑脂的制备方法，包括如下步骤：
1)先按上述比例将氟硅油和线型全氟聚醚油混合，并于35～50℃下机械搅拌0.5～2h，得到均匀的复合含氟基础油；
2)将步骤1)中得到的复合含氟基础油与稠化剂、高温性能改进剂共混，然后加热至50～110℃条件下搅拌0.5～3h，得到共混物；
3)将步骤2)得到的共混物冷却至室温，碾磨，从而获得光滑油膏状的成品润滑脂。
在本发明具体的实施方案中，上述氟硅润滑脂的制备方法，还可采用如下步骤：
1)先按上述比例将氟硅油和线型全氟聚醚油混合，并于35～50℃下机械搅拌0.5～2h，得到均匀的复合含氟基础油；
2)将步骤1)中得到的复合含氟基础油加热至50-60℃，恒温20-60min后加入稠化剂，搅拌1h-2h，冷却至室温后加入高温性能改进剂，搅拌20min～120min，得到共混物；
3)将步骤2)得到的共混物碾磨，从而获得光滑油膏状的成品润滑脂。
上述制备方法中，步骤1)中，优选40～45℃下机械搅拌1～1.5h；步骤2)中，优选加热至60-100℃。步骤3)中，优选碾磨2～6次。
所述氟硅油和线型全氟聚醚油可以选择现有的市售产品，作为一种示例，例如可以采用商业甲基封端氟硅油和中国石化润滑油有限公司自主生产的线型全氟聚醚基础油。
文中所述“室温“指环境温度，一般为15-35℃。
本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
本发明采用由氟硅油和线型全氟聚醚油组成的复合含氟基础油，该基础油具有与无机高分子类似的结构，键能较大，加之结构中C-F键的屏蔽保护，所以具有优异的化学稳定性、耐高温性能及耐候性；与矿物油相比，该复合含氟基础油具有更宽的使用温度、优异的化学稳定性、良好的耐热性、粘温性能、热安定性、耐溶剂性能，以复合含氟基础油作为润滑脂基础油可有效提高润滑脂的耐化学介质性能并能够延长在高温工况下的使用寿命。与纯氟硅油相比，该复合含氟基础油的氟含量更高，因而表现出更好的耐化学介质的性能，此外，该复合含氟基础油可在摩擦界面形成稳定的油膜，具有较好的润滑性能，故能够对设备进行充分的润滑保护，同时也可有效延长润滑脂更换周期，延长设备寿命；本发明中的复合含氟基础油、稠化剂和添加剂对金属件和橡胶件均不具有腐蚀性，不会对设备造成破坏。高温性能改进剂的加入可以很好地改善润滑脂的高温性能，提高润滑脂的氧化安定性，扩大润滑脂的高温使用范围。该润滑脂制作过程较为简易，影响因素较少，可以得到较为稳定的产品，有利于实现大规模工业化生产。
综上所述，本发明的氟硅润滑脂具有极强的化学惰性、良好的高低温性能，在高温工况下可耐强酸强碱，并保持优良的润滑性；具有较长的轴承运转寿命，且不会发生结焦和残碳。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。以下实施例中所用原料若未特别说明，均为通过商业渠道获得。
本发明实施例中采用甲基封端氟硅油和中国石化润滑油有限公司自主生产的线型全氟聚醚基础油。
下面对实施例中涉及到的或可能涉及到的性能检测方法说明如下：
实施例1
选择25℃运动粘度为3000mm2/s的氟硅油和平均分子量为1000～3000的线型全氟聚醚油(p＝5～35，q＝0.25～0.87)，二者混合后加热到35℃，机械搅拌1.5h，得到复合含氟基础油(6wt％的线型全氟聚醚油和94wt％的氟硅油)；在润滑脂搅拌反应釜中加入60g的复合含氟基础油，加热到60℃，恒温30min，加入四氟乙烯-六氟丙烯共聚物稠化剂，其重量为22g，搅拌1h；冷却至室温25℃后加入高温性能改进剂三氟氯乙烯调聚物，其重量为6g，搅拌30min；使用研磨设备研磨3次，然后对研磨后的润滑脂进行真空脱气后处理，获得成品润滑脂产品性能如下表1所示。
实施例2
选择25℃运动粘度为5000mm2/s的氟硅油和平均分子量为2000～5000的线型全氟聚醚油，二者混合后加热到40℃，机械搅拌1.5h，得到复合含氟基础油(5wt％的线型全氟聚醚油和95wt％的氟硅油)；在润滑脂搅拌反应釜中加入68g的复合含氟基础油，加热到60℃，恒温30min，加入四氟乙烯-六氟丙烯共聚物，其重量为10g，搅拌1h；冷却至室温20℃后加入高温性能改进剂二氧化硅，其重量为9g，搅拌30min；使用研磨设备研磨2次，然后对研磨后的润滑脂进行真空脱气后处理，从而获得润滑脂成品，包装。
实施例3
选择25℃运动粘度为10000mm2/s的氟硅油和平均分子量为3000～6000的线型全氟聚醚油，二者混合后加热到40℃，机械搅拌1.5h，得到复合含氟基础油(8wt％的线型全氟聚醚油和92wt％的氟硅油)；在润滑脂搅拌反应釜中加入70g的复合含氟基础油，加热到60℃，恒温30min，加入聚四氟乙烯稠化剂重量占比为25g，搅拌1h；冷却至室温30℃后加入高温性能改进剂二氧化钼重量占比为5g，搅拌30min；使用研磨设备研磨2次，然后对研磨后的润滑脂进行真空脱气后处理，从而获得润滑脂成品，包装。
实施例4
在润滑脂搅拌反应釜中加入实施例1中制得的复合基础油7kg，再加入2.5kg的聚四氟乙烯，最后加入二氧化钼0.5kg；加热到50℃，保温1h，搅拌2h，冷却至室温25℃；取出搅拌后的润滑脂，放入三辊研磨机上进行研磨6次，从而获得润滑脂成品，包装。
实施例5
选择25℃运动粘度为10000mm2/s的氟硅油和平均分子量为2000～4000的线型全氟聚醚油，二者混合后加热到50℃，机械搅拌1h，得到复合基础油(10wt％的线型全氟聚醚油和90wt％的氟硅油)；在反应釜中加入重量70g复合油，再加入22g的聚四氟乙烯，最后加入改进剂二氧化硅3g；加热到110℃，保温1h，搅拌2h，冷却至室温；取出搅拌后的润滑脂，放入三辊研磨机上进行研磨3次，从而获得润滑脂成品，包装。
实施例6
选择25℃运动粘度为10000mm2/s的氟硅油和平均分子量为2000～4000的线型全氟聚醚油，二者混合后加热到45℃，机械搅拌1h，得到复合基础油(12wt％的线型全氟聚醚油和88wt％的氟硅油)；首先在反应釜中加入重量占比75g复合含氟基础油，再加入重量占比为25g的聚四氟乙烯，最后加入二氧化硅重量占比为5g；加热到100℃，保温1h，搅拌2h，冷却至室温；取出搅拌后的润滑脂，放入三辊研磨机上进行研磨4次，从而获得润滑脂成品，包装。
实施例7
选择25℃运动粘度为8000mm2/s的氟硅油和平均分子量为3000～6000的线型全氟聚醚油，二者混合后加热到40℃，机械搅拌1.5h，得到复合含氟基础油(15wt％的线型全氟聚醚油和85wt％的氟硅油)；在润滑脂搅拌反应釜中加入8kg的复合含氟基础油，加热到60℃，恒温1h，加入四氟乙烯-六氟丙烯共聚物重量占比为2.9kg，搅拌1h；冷却至室温25℃后加入二氧化硅重量占比为0.2kg，搅拌2h；取出搅拌后的润滑脂，使用研磨设备研磨6次，从而获得润滑脂成品，包装。
对比例1
选择25℃运动粘度为10000mm2/s的氟硅油，称取75g加入到润滑脂搅拌反应釜中加热到60℃，恒温30min，再加入重量占比为25g的聚四氟乙烯；加热到100℃，保温1h，搅拌2h，冷却至室温；取出搅拌后的润滑脂，放入三辊研磨机上进行研磨4次，从而获得润滑脂成品，包装。
对比例2
选择25℃运动粘度为10000mm2/s的氟硅油，称取75g加入到润滑脂搅拌反应釜中加热到60℃，恒温30min，再加入重量占比为25g的聚四氟乙烯，最后加入二氧化硅重量占比为5g；加热到100℃，保温1h，搅拌2h，冷却至室温；取出搅拌后的润滑脂，放入三辊研磨机上进行研磨4次，从而获得润滑脂成品，包装。
将上述实施例1-7和对比例1、2所获得样品装在聚丙烯卧室反应器主轴轴承上进行1000h测试，并测试其低温转矩、烧结负荷等性能指标。实施例1-7与对比例1-2产品所检测的性能指标如表1和表2所示。
测试过程中设备运转良好，不会与聚丙烯卧式反应器中的反应原料发生反应，可有效地抵抗外部的活泼化学介质，不产生结焦与积炭，可有效地保护设备，提高设备的使用寿命。
如表1和表2所示，根据所测的性能指标分析可知实施例1-7样品具有优异的高低温性能、烧结负荷较大可用于重载条件，基础油为氟硅油和线型全氟聚醚油组成的复合含氟基础油，可用于强酸强碱等腐蚀型介质工作，不与聚丙烯原料反应，可保护聚丙烯卧式反应器主轴轴承正常运转，也不与强酸强碱发生反应，且润滑脂与橡胶密封件不发生反应，溶胀性能测试指标优异，具有较强的耐化学介质性能，且润滑脂与橡胶密封件不发生反应。且小样调试、样调试所测的性能指标无明显差异，从而本发明润滑剂可广泛用于生产。
因此，将实施例6与对比例1、2产品的烧结负荷、工作温度和与强酸强碱反应情况等数据比对可得出，由复合含氟基础油制备的氟硅脂在加入高温改进剂后表现出更加优异的耐化学介质和耐高温性能。本发明实施例6性能最佳。
表1
表2
显然，本发明的上述实施例仅仅是基于清楚地说明本发明所做的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
