第九章润滑添加剂.ppt

1、第9章 润滑添加剂,9.1 概述 在机械运行或材料加工过程中，存在着金属与金属之间、加工材料与加工机械之间的摩擦力。如在高分子材料成型加工时，存在者聚合物熔体与加工设备表面间的摩擦，它可能导致聚合物熔体粘附在加工设备和其他接触材料表面上。由此会影响制品从模具中脱出，严重时会使制品表面非常粗糙，无光泽，甚至产生流纹。 为了减少各种摩擦造成的严重磨损，产品质量差，生产效率低等一些列问题，生产上广泛使用润滑剂。 润滑剂是一种能够在表面与表面之间形成隔离层或修复不平滑表面的物质。,根据应用对象的不同，可分为： 机械运行用润滑剂 载荷添加剂 塑料成型用润滑别 材料加工用润滑剂 纤维加工用油剂 纺织纤维用

2、油剂 结构特点：由亲水性官能团和疏水性烷基链组成。 润滑油是在基础油中添加润滑添加剂而得，而润滑添加剂是合成的，具有降低摩擦作用的有机化合物。,9.2 高分子材料加工用润滑剂,高分子材料在加工成型时 存在着 内摩擦 熔融聚合物分子间的摩擦。 外摩擦 聚合物熔体与加工设备表面间的摩擦。 内摩擦会增大聚合物的熔融流动粘度，降低其流动性，严重时会导致材料的过热、老化； 外摩擦则使聚合物熔体与加工设备及其他接触材料表面间发生粘附，随温度升高，摩擦系数显著增大。,根据摩擦类型的不同，所需的润滑分为内润滑和外润滑。 内润滑 在塑料加工前的配料中，加入与聚合物有定相容性的润滑 剂，并使其均匀地分散到材料中而

3、起润滑作用。 外润滑 1） 高分子材料加工成型加时，将润滑剂涂布在加工设备的 表面上，让其在加工温度下熔化，并在金属表面形成一“薄 膜层”，将塑料熔体与加工设备隔离开来，不致粘附在设备 上，易于脱模或离辊。 2 ） 将与聚台物相容性很小物质加入，在加工过程从聚合 物内部迁移到表面上，从而形成隔离层，起到润滑作用。 大多数的润滑剂兼具两种作用，只是相对强弱不同。,9.2.1 作用机理,1、内润滑 塑化机理 为了降低聚合物分子之间的内摩擦，加入与聚合物有一定相容性的润滑剂，称之为内润滑剂。 其结构及其在聚合物中的状态类似于增塑剂，但与材料的相容性较增塑剂低很多，仅有少量润滑剂分子象增塑剂穿插于聚合

4、物分子链间，略消弱分子间的相互吸引力，在聚合物变形时，分子链间能够相互滑移和旋转，从而分子间的内摩擦减小，熔体粘度降低，流动性增加易于塑化。 润滑剂不会过分降低聚合物的玻璃化温度和强度等，这是与增塑剂作用的不同之处。,2、外润滑界面润滑机理 外润滑剂与聚合物相容性更小。 润滑剂很容易从聚合物的内部 迁移至表面，并在界面处定向 排列。极性基团与金属结合， 疏水端与聚合物结合，形成的 润滑剂分子层的润滑界面，对 聚合物熔体和加工设备起到隔 离作用。 润滑剂的分子链愈长，愈能使两个摩擦面远离，润滑效果愈大，润滑效率愈高。,3.、外润滑 涂布隔离机理 对加工模具和被加工材料完全保持化学惰性的物质称为脱

5、模剂。 将其涂布在加工设备的表面上，在 一定条件下使其均匀流布分散在模 具表面，在模具与聚合物的表面间 形成连续的薄膜，从而达到完全隔 离的目的。由此减少丁聚合物熔体 与加工设备之间的摩擦，避免粘附， 而易于脱模、离辊，从而提高加工 效率和保证质量。,一种好的脱模剂应该满足以下要求： （1）表面张力小，易于在被隔离材料的表面均匀铺展； （2）热稳定性好，不会因温度升高而失去防粘性质； （3）挥发性小，沸点高，不会在较高温度下因挥发而失去作用； （4）粘度要尽可能高，涂布一次可用于多次脱模；同时在脱模后 较多粘附在模具上而不是在制品上。,9.2.2 材料加工用润滑剂各论,润滑剂按化学成分和结构分

6、为： 无机润滑剂 滑石粉、云母粉、陶土、白粘土等为主要组分配制而成的复合物。 主要用作橡胶加工中胶片和半成品防粘用的隔离剂。 有机润滑剂 实际生产中，广泛使用。按化学结构分为：脂肪酸、脂肪酸酯、脂肪酸酰胺、脂肪醇、烃类化合物和有机硅化合物等。,1、 脂肪酸酰胺 用作材料加工用润滑剂的脂肪酸酰胺主要是高级脂肪酸酰胺。 这些酰胺类润滑剂由脂肪酸与氨直接反应，内、外润滑兼具。,2、脂肪酸酯 主要是高级脂肪酸的一元醇酯和多元醇单酯。 脂肪酸与醇直接反应 兼具润滑和增塑作用。,3、脂肪酸及其金属皂 包括硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸铅和硬脂酸钠等。 4、脂肪醇 十六个碳原子以上的饱和脂肪醇。 5、 石蜡及烃

7、类 用作润滑剂的烃类是一些分子量350以上的脂肪烃，包括石蜡，合成石蜡和低分子量聚乙烯蜡等。烃类润滑剂具备优良的外润滑性。,(1) 石蜡 主要成分为直链烷烃，仅含少量支链，广泛用作各种塑科的润 滑剂和脱模剂，外润滑作用强，能使制品表面具有光泽，在硬 质聚氯乙烯挤出制品中使用最多。 (2) 微晶石蜡 主要由支链烃、环烷烃和一些直链烷烃组成，分子量约 5001000，即为C35C70。作为聚氯乙烯等塑料的外润 滑剂，润滑效果和热稳定性优于一般石蜡，无毒。 (3) 液体石蜡 也称 “白油”，不同凝固点的产品适用不同用途。作为润滑剂使 用的液体石蜡凝固点在-1535。 (4) 聚乙烯蜡 分子量为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。可作为聚氯乙烯等的润滑剂，比其它烃类润滑剂的 内润滑作用强；适用于挤出和压延成型。,6、有机硅氧烷 有机硅氧烷俗称“硅油”，是低分子量含硅聚合物，常作为脱模剂使用。 （1）聚二甲基硅氧烷 亦称二甲基硅油或硅油， 无色、无味的透明粘稠 液体，不挥发，无毒。 聚二甲基硅氧烷具 有优良耐高、低温 性能，透光性能，电性能，防水、防潮和化学稳定性，广泛用作塑料等多种材料的脱模剂，特别适用于酚醛、不饱和聚酯等大规模的脱模。在食品工业中，常用作食品脱模剂、食品用防沫剂及水溶液消泡剂等。,(2) 聚甲基苯基硅氧烷 亦称为甲基苯基硅油，为无色或微黄色透明

9、粘稠液体，不挥发。具有优良的润滑性和电性能，表面张力小、耐化学腐蚀，能与矿物润滑油互溶。适用于塑料加工用的脱模剂，润滑油添加剂，用于抗摩擦机械、滚压机械、往复式机械、缓冲器和减震装置中。,7、聚四氟乙烯 聚四氟乙烯是一种适用于各种介质的通用型润滑型粉末，可快速形成干膜，以用作石墨、钼和其他无机润滑剂的代用品，适于热塑性和热固性聚合物的脱模剂，承载能力优良，在弹性体和橡胶工业中也广泛使用。,9.3 载荷添加剂,在机械运行过程中为提高润滑油的应用性能，加入的可以减少磨擦和磨损，防止烧结的各种添加剂，统称为载荷添加剂。 按其作用性质分为： （1）油性添加剂 减少摩擦和磨损为目的，提高油膜强度 的一类

10、物质。 （2）抗磨损添加剂（中等极压剂） 中等负荷及速度下添加的 （3）极压添加剂 防止烧结为目的 载荷添加剂主要是随着齿轮、尤其是双曲线齿轮的发展而发展起来的。,9.3.1 作用机理 1、油性剂的作用机理 在金属没有接触的区域润滑油膜起润滑作用，金属接触区域产生摩擦，使表面温度升高，油膜被破坏，润滑油起不到减少摩擦作用。油性剂即为能够提高油膜强度的一类物质，为极性分子，对金属有很强的吸附性，可与金属之间形成极性端在内，非极性链在外的牢固的化学键或皂膜 ，使摩擦系数降低，减少磨损。 加有脂肪酸的润滑油在使用时，物理吸附和化学吸附同时存在，一般在金属的某些凸出部位，温度条件具备时才能生成金属皂，

11、由物理吸附转变成化学吸附。,通常使用的油性剂有动植物脂肪油、 脂肪酸及酯、高级醇、高级胺和酰胺等。,2、抗磨损剂的作用原理 在苛刻的操作条件下，摩擦表面温度很高，即使含有油性剂的润滑油也不能维持半流体润滑，而出现边界润滑，此时，需加入抗磨损添加剂，与金属表面发生化学反应，在摩擦面上形成有机化学反应膜，在苛刻的条件下保护金属表面。 化学反应膜不同于化学吸附膜。化学 吸附时，添加剂分子和金属分子间形 成化学键，但金属原子不离开晶格， 在热的作用下会发生脱附。,化学反应时，接触部位温度高，化学吸附在金属表面上的抗磨损添加剂发生分解，产物与金属反应，生成新的化合物，金属原子脱离原来的晶格，形成牢固的化

12、学反应膜，起到隔离金属直接接触的作用。,3、极压添加剂的作用机理 在极苛刻的操作条件下，摩擦面上即没有相对厚的流体膜存在，也没有薄的半流体膜存在，表面隔离是由分子大小的薄膜来维持的，出现极端边界润滑，这时化学反应膜 也不能很好地起到隔离金属的作 用，必须采用含有高活性硫、磷、 氯的化合物以及金属有机化合物， 这些化合物即为极压添加剂。 由化学反应生成的极压无机 润滑膜熔点低，起到减小摩擦 系数，防止烧结和擦伤的作用。,9.3.2 油性剂的特性与合成,目前使用的油性剂主要有脂肪酸、酯、醇、胺及长链脂肪酸酯的硫化物等。 按能能团的结构和是否含硫元素分：含极性基团的油性剂 和含硫油性剂。 1、含极性

13、基团的油性剂 包括长链脂肪酸、脂肪醇、脂肪胺及酰胺，它们的非极性 链部分至少含十个以上碳原子。 2、含硫油性剂 主要品种硫化鲸鱼油及其替代品。,9.3.3 极压抗磨剂的特性与合成,作为极压抗磨损剂使用的化合物有： 非活性硫化物 磷酸酯、铅皂 二烷基二硫代磷酸锌 极压剂指的是含硫、磷、氯等的有机化合物，它们在高温、高负荷下和金属表面反应生成无机润滑膜，从而防止烧结和磨损。,1、硫系极压抗磨剂 在摩擦面的极压润滑条件下，内于局部温度上升，吸附在金属表面的含硫化合物与金属急剧反应，生成极压膜，同时还生成Fe2O3、Fe3O4、FeSO4等金属氧化物，氧化物形成微孔，使润滑油分子能够渗入而起作用。 有

14、机硫化物极压作用，不仅与硫化金属膜降低剪切应力的作用有关，而且与氧化物的生成有关，故认为硫化物是通过“抑制性的腐蚀反应”而起作用的。,（1）硫系极压抗磨剂的结构与性能 分子中的含有S-S键和C-S键，前者键能低，在混合润滑条件下首先断裂，形成硫醇铁覆盖膜，起抗磨作用；在极压润滑条件下，硫醇铁膜起不到保护金属表面作用，此时C-S键断裂，形成硫化铁覆盖膜而起到极压作用。 硫化物在低负荷下起抗磨作用，在高负荷下起极压作用。,不论抗磨损性或极压性，均与硫化物分子含硫部分的活性有关。活性愈高，愈易生成硫醇铁和硫化铁膜。故硫化物极压抗磨剂的作用能力大小有如下次序：硫化物二硫化物三硫化物。但烷基多硫化物在长

15、期贮存时会游离硫析出而产生沉淀，安定性差。多用于切削油和金属加工用油中。,(2) 硫系极压抗磨剂的类型与合成 硫代异丁烯 是目前用途最广的极压添加剂，可用作切削油、齿轮油、液压油、金属加工用油等的极压剂；一般含硫量为40一45wt。这类硫化物稳定性好、极压性高，颜色浅。, 硫化聚丁烯 用作齿轮、汽车传动和工业减速器润滑油的极压剂，添加量一般为5一8wt。 三聚异丁烯 二苄基二硫化物 用于透平油和液压油,2、磷系极压抗磨剂 磷系用的最广泛的是烷基亚磷酸酯、磷酸酯、酸性磷酸酯及其胺盐。 （1）磷系极压抗磨剂的结构与性能 一般认为，磷化合物首先在铁表面吸附，然后在摩擦条件下发生C-O键断裂，生成亚磷

16、酸铁和磷酸铁有机膜，起到抗磨损作用。在极压条件下，有机磷酸铁膜进一步反应生成无机磷酸铁膜，从而避免金属间的直接接触。,极压性能顺序为： 次膦酸酯膦酸酯磷酸酯酸性磷酸酯亚磷酸酯 磷酸酰胺磷酸酯胺盐,（2）亚磷酸酯类极压抗磨剂 此类添加剂个具有代表性的产品包括：亚磷酸二正丁酯、亚磷酸三正丁酯、亚磷酸三正辛酯和亚磷酸三壬基苯基酯等。由相应的脂肪醇或烷基酚反应制备。,（3）酸性磷酸酯及其胺盐类极压抗磨剂 此类添加剂可以显著改善基础油的极压性和抗磨损性。常用的酸性磷酸酯有双十八烷基酸性磷酸酯和双十二烷基酸性磷酸酯。,3、氯系极压抗磨剂 4、有机金属极压抗磨剂 5、硼系极压抗磨剂,9.4 纺织纤维用油剂,

17、纤维在纺织过程中的摩擦，会损伤纤维表面，产生静电。造成纤维散乱、断裂，形成毛丝、废丝等，为了避免这些现象的发生，在纤维成丝或织布过程中，使用油剂，其作用是在纤维表面形成一层油膜，减小纤维间的摩擦，从而增强纤维的可纺性，提高纺织效率，保证纺织品的质量。 根据油剂应用对象可分为： 合成纤维用油剂 天然纤维用油剂 根据丝的形态分为: 长丝油剂 短纤维油剂 为满足应用性能要求，一般纤维用油剂都是由多种物质复配而成，主要包括平滑剂、乳化剂、抗静电剂、柔软剂、防锈剂、抗氧剂等。,9.4.1 合成纤维油剂,1、短纤维油剂 短纤维油剂的主要作用是赋予纤维抗静电性，以消除纺织加工中产生的静电，改进纤维的平滑性，

18、保证纤维顺利加工。 其主要成分是表面活性剂。单一表面活性剂很难满足所有方面的要求，故多为几种类型表面活性剂的复配物。通常配制成稀溶液或乳液使用，要求配得的油剂具有良好的耐热性、低泡、对设备无腐蚀。为了避免重金属盐对阴离子表面活性剂的沉淀作用，应使用去离子水配制。,1) 阴离子表面活性剂 磷酸酯 脂肪醇磷酸酯 脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯,2) 阳离子表面活性剂 烷基二甲基羟乙基季铵盐,甲基三羟乙基季铵甲基硫酸酯,十六烷基二甲基羟乙基氯化铵,十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐,3）非离子表面活性剂 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、长丝油剂（略）。,9.4.2 天然纤维纺织用油剂,1、防毛油剂 应用于羊毛纺纱过程中的油剂的作用是减少摩擦力，提高纤维的润滑性和抱合力，也称为和毛油，其基本要求是 ： 在水中易成乳液，在各种浓度下稳定； 容易用水洗净除去； 不使羊毛变色发臭。 防毛油剂中的平滑成分主要是锭子油和水化白油。它们以乳液形式加到纤维上，所用乳化剂有阴离子型的和非离子型的表面活性剂。,防毛油剂的典型配方如下： 蓖麻油