專利名稱：軸承潤滑脂組合物的制作方法
軸承潤滑脂組合物相關申請本申請要求于2008年4月9日提交的標題為“軸承”的美國臨時專利申請序列號 61/043，529的權益，并且要求2008年4月9日提交的標題為“軸承潤滑脂組合物”的美國 臨時專利申請序列號61/043，554的權益。兩個申請都特此通過引用結合在此。背景1.發(fā)明領域本發(fā)明涉及潤滑脂組合物，并且具體涉及用于液壓軸承的潤滑脂組合物。2.相關技術的討論液壓軸承、或流體動力軸承，與機械軸承的不同之處在于一個或多個這些軸承表 面(面)是被一種液體或氣體而不是被球或其他機械裝置分開。該流體層支撐內(nèi)面并且保 持該內(nèi)和外軸承面不接觸。這個流體動力學的層允許一個面相對于另一個旋轉，同時被另 一個面支持但不與之接觸。該流體在軸承旋轉時提供一些阻力并且典型地，更低粘度的流 體提供更小的阻力。然而，更低粘度的流體可以比更高粘度的流體更容易地流動，并且在這 些面之間保持一個足夠厚度的層可能對于更低粘度的流體更困難。因此，許多軸承包括一 種潤滑劑(如一種油)，連同一種增稠劑(如一種金屬鹽的皂)。這些組合物已經(jīng)能夠提供 低水平的旋轉阻力連同在軸承中足夠的保留率(rate of retention)。發(fā)明概述本發(fā)明的主題在某些情況下可以涉及相關的產(chǎn)品，對特定問題的替代的方案，和/ 或一種單一系統(tǒng)或物品的多種不同用途。一方面，提供一種高速軸承的潤滑脂組合物，該潤滑脂組合物包括一種合成的烴 以及一種蠟。在另一方面，提供一種軸承潤滑脂，該軸承潤滑脂包括一種具有在10(TC小于 150cSt的D-445粘度的聚α烯烴以及一種蠟。在另一方面，提供一種軸承組件，該軸承組件包括一個以下的軸承，該軸承包括兩個相對的，被構造并且安排為彼此獨立地運動的表面(至少一個表面包括一種聚合物)， 以及在這些相對表面之間的一個潤滑劑層，該潤滑劑包括一種合成的烴以及一種石蠟族的蠟。在另一方面，提供一種高速無密封液體動壓軸承，該軸承包括兩個相對的軸承表面，至少一個表面包括一種聚合物，以及在這些軸承表面之間的一個潤滑劑層，其中該軸承 能夠以大于lm/s的滑動速度運行大于1000小時的時間段。附圖簡要說明在附圖中

圖1是展示測試結果的框圖；圖2是展示了一個實施方案的溫度對比速度的曲線圖；圖3是一個展示一個實施方案的溫度對比負載的曲線圖；圖4提供了一個實施方案的長期測試的溫度與扭矩的曲線圖結果；
圖5是一個展示了一種潤滑脂及其單獨組分的一個實施方案的復態(tài)粘度的曲線 圖；圖6是一個展示了一種潤滑脂與三種可商購的潤滑脂比較的一個實施方案的復 態(tài)粘度的曲線圖；圖7提供了一個實施方案及其各個組分的FTIR數(shù)據(jù)。詳細說明在一方面，描述了一種用于流體動力軸承的潤滑脂組合物。該軸承可以是例如一 種套筒軸承、徑向軸承或軸襯，如在與此同一日期提交的、律師卷號0-5055、標題為“軸承” 的共同未決專利申請中所描述的，該申請?zhí)卮送ㄟ^引用結合在此。這些軸承可以是高速軸 承，例如以大于lm/s的表面速度運行、或者展現(xiàn)大于IMPa · m/s的壓力χ粘度(PV)的那 些。這些流體動力軸承并不包含滾動元件，并且提供了可以用于多種高速應用中的安靜的、 緊湊的、廉價的軸承。這些軸承可以是流體動力學的，可以是無密封的，并且可以連續(xù)運行 而無需補充或循環(huán)一種潤滑劑。軸承壽命可以大于2000、3000或4000小時而無需維修。軸 承表面中的至少一個可以包括(或者由其制造)一種聚合物，如一種氟聚合物。在這些條 件下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)常規(guī)的潤滑脂不能夠提供對于服務期的一個充足的流體層，在許多應用中 這是這些軸承所希望的。已經(jīng)顯示在此描述的潤滑脂組合物提供了在這些軸承中數(shù)千小時 的連續(xù)服務，而無需循環(huán)、替換或補充軸承中的潤滑脂。該潤滑脂可以包括2種或多種組分，這些組分可以是一種油潤滑劑以及一種蠟增 稠劑。該油可以是例如一種烴或一種合成油如一種聚α烯烴(PAO)。該增稠劑可以是一 種石蠟族蠟。一種第三組分可以是一種油穩(wěn)定劑，如Lucas HeaVy Duty Oil Stabilizer. Lucas油穩(wěn)定劑是一種設計用于內(nèi)燃機的基于烴的材料。該潤滑脂沒有非蠟型增稠劑如聚 脲類、鋰化合物、有機粘土、和硅石。該潤滑脂組合物的油的部分按體積計可以形成該潤滑脂組合物的多于50%、多 于60%、多于70%或多于80%。該油部分按體積計也可以占該該潤滑脂的小于95%、小 于90%、小于80%或小于70%。在一個實施方案中，該油部分按體積計占該潤滑脂組合物 的62%。該潤滑脂組合物的蠟的部分按體積計可以形成該潤滑脂組合物的多于5%、多于 10%、多于15%或多于20%。在一個實施方案中，該蠟按體積計占該組合物的19%。該油 穩(wěn)定劑的部分可以貢獻該潤滑脂組合物按體積計的0%、多于1%、多于5%、多于10%或多 于15%。在一個實施方案中，該油穩(wěn)定劑按體積計占該組合物的19%。該潤滑脂可以用在多種高速軸承中，包括在電動機中使用的軸承中。這些軸承表 面中的一個或多個可以包括(或者由其制造)一種聚合物。該聚合物可以是一種氟聚合物， 如聚四氟乙烯(PTFE)。該軸承襯可以是金屬、合金或聚合物，并且可以是一種復合材料，如 粘和至金屬背襯上的一個聚合物層。軸承表面的聚合物的層可以包括另外的組分，如石墨、 碳黑、碳纖維、玻璃纖維、二硫化鉬、云母、硅灰石、青銅、銅、不銹鋼、氧化鋁、二硫化鎢、氮化 硼、氟化鈣、芳族聚酰胺纖維、玄武巖、纖維、顏料、耐熱性聚合物粉末、或芳香族聚酯類，例 如EKONOL。表面材料也可以包括填充的聚酰亞胺類，如青銅填充的聚酰亞胺類。該軸承的 旋轉部件可以是金屬、合金、聚合物、或它們的一個組合。一個軸承的旋轉與靜止的同軸部 件之間的直徑的間隙可以小于0. Imm并且可以在0. 013至0. 076mm的范圍內(nèi)。該潤滑脂 在這個間隙中提供一種低粘度的流體，在其上可以支撐該軸承的運動部件以及任何相關的軸。相信在此描述的潤滑脂展現(xiàn)了特殊的特性，這些特性提供了該聚合物表面的改進的潤 濕性，從而允許該潤滑脂在相對的同軸表面之間提供一個足夠的流體層而對于延長的時間 段、或甚至對于該軸承的壽命不要求更換。相信這種潤滑脂組合物在由一個氟聚合物表面和一個金屬的表面所限定的間隙 中展現(xiàn)了增大的毛細作用。這種增大的毛細作用將該潤滑脂吸引到該間隙中并且防止了該 潤滑脂被該間隙擠壓，即使是在液體狀態(tài)并且在負荷下。與可得的潤滑脂相比，這種改進的 毛細作用可能是氟聚合物表面的高度的可潤濕性的結果。其結果是一種潤滑脂可以為液壓 軸承提供一個低粘度的液體層而不從該軸承間隙中被壓出，即使是在高的負荷以及高的速 度下。該潤滑脂也可以配置為展示特殊的抗氧化性。該潤滑脂的油部分可以是一種天然或合成的烴。合成的烴類包括V族的基礎油 (合成的酯類以及聚亞烷基二醇類)以及IV族的基礎油(聚α烯烴(ΡΑ0))。其他的合成 油包括例如多元醇酯類、有機硅、聚內(nèi)烯烴類(polyinernalolefin)、酯類、中性的磷酸酯 類、聚合物酯類、聚亞烷基二醇類、烷基化的芳香族化合物、全氟烷基聚醚類、聚苯醚類、環(huán) 烴類、聚氯三氟乙烯類、硅雜烴類(silahydrocarbon)、磷腈類、碳酸二烷基酯類、烷基環(huán)戊 烷類、聚丁烯類、或化學改性的礦物油類。非合成油包括例如環(huán)烷的礦物油類、以及石蠟族 的礦物油類。聚α烯烴是本領域的普通技術人員已知的并且典型地是通過使具有從6至 12個碳原子的α烯烴聚合來制備的。在某些實施方案中，可優(yōu)選的是8、9、10、11或16個 碳的α烯烴。一種特別的PAO可以是單體、二聚體、三聚體和四聚體的一種混合物。該潤 滑脂中的PAO可以是一種低聚物或多種低聚物的混合物，這些低聚物可以進行選擇來實現(xiàn) 所希望的粘度范圍。在某些實施方案中，該油部分可以具有在100°C下10至1000cSt、20至500cSt或 50至150cSt的運動粘度。在40°C下，該運動粘度可能是在1至100cSt、5至50cSt或5至 20cSt的范圍內(nèi)。100°C下的復態(tài)粘度可以是從0. 1至0. 001Pa-S、從0. 05至0. 003Pa_S、或 從0. 02至0. 005Pa-S。該油的復態(tài)粘度在40°C與100°C之間的差可以是小于一個因數(shù)20 或小于一個因數(shù)10。在某些實施方案中，該油的復態(tài)粘度在40°C與100°C之間的差可以大 于一個因數(shù)5、大于一個因數(shù)10或大于一個因數(shù)20。在這些情況下，該潤滑脂可以在40°C 具有比70°C下的動力粘度大5倍、10倍、或15倍的動力粘度(平行板)。該動力粘度(VI) 可以是例如從10至1000、50至500、或100至300。該油可以具有一個適當?shù)拿芏?，并且?以是在0. 70至0. 95g/cm3的范圍內(nèi)或者是在0. 80至0. 90g/cm3的范圍內(nèi)。該油組分的分 子量可以是例如在100與10，000之間或者在300與1000之間、或者是在600與900之間。 一種優(yōu)選的PAO具有約761的平均分子量(數(shù)均值為約610)以及約1. 25的多分散性指數(shù)。在一組實施方案中，該油部分是一種可商購的IV族或V族車用機油，如Mobil 1 0W-40。Mobil 1 0W-40的特性中的某些提供在下表1中。表 權利要求
一種高速軸承潤滑脂組合物，包括一種合成的烴；以及一種蠟。
2.如權利要求1所述的潤滑脂組合物，其中該合成的烴包括由C6、C7、C8、C9、C10,Cn、 C12、和/或C16 α-烯烴類的單體所形成的一種聚α烯烴。
3.如權利要求1所述的潤滑脂組合物，其中該蠟包括一種石蠟族的蠟。
4.如權利要求1所述的潤滑脂組合物，進一步包括一種基于石油的油穩(wěn)定劑。
5.如權利要求2所述的潤滑脂組合物，其中該聚α烯烴具有在100°C下小于150cSt 的D-445粘度。
6.如權利要求2所述的潤滑脂組合物，其中該聚α烯烴具有在100°C下小于IOOcSt 的D-445粘度。
7.如權利要求2所述的潤滑脂組合物，其中該聚α烯烴具有在100°C下小于50cSt的 D-445粘度。
8.如權利要求2所述的潤滑脂組合物，其中該聚α烯烴具有在100°C下大于IOcSt的 D-445粘度。
9.如權利要求4所述的潤滑脂組合物，其中該油穩(wěn)定劑包括一種EP添加劑。
10.如權利要求1所述的潤滑脂組合物，其中該潤滑脂在210°C下表現(xiàn)出大于5分鐘的 ASTM D5483氧化誘導時間。
11.如權利要求1所述的潤滑脂組合物，其中該潤滑脂在210°C下表現(xiàn)出大于30分鐘 的ASTM D5483氧化誘導時間。
12.如權利要求1所述的潤滑脂組合物，其中該組合物基本上沒有金屬的皂類和聚脲。
13.如權利要求1所述的潤滑脂組合物，其中該合成烴基本上沒有聚脲。
14.一種高速軸承，包含權利要求1所述的潤滑脂組合物。
15.一種電動機，包含權利要求14所述的高速軸承。
16.一種軸承潤滑脂組合物，包括一種具有在100°C小于150cSt的D-445粘度的聚α烯烴；以及一種蠟。
17.如權利要求16所述的軸承潤滑脂，進一步包括一種油穩(wěn)定劑。
18.如權利要求17所述的軸承潤滑脂，其中該油穩(wěn)定劑包括一種EP添加劑。
19.如權利要求16所述的軸承潤滑脂，其中該蠟包括一種具有的熔點在75°C至125°C 的范圍內(nèi)的石蠟族的蠟。
20.如權利要求16所述的軸承潤滑脂，其中該聚α烯烴在40°C下具有大于IOcSt的 D-445粘度。
21.如權利要求16所述的軸承潤滑脂，包括按體積計從50%至90%的聚α烯烴。
22.—種軸承組件，包括一種軸承，該軸承包括被構造并安排為彼此獨立運動的兩個相對的表面，至少一個表 面包括一種聚合物；在這些相對的表面之間的一個潤滑劑層，該潤滑劑包括一種合成的烴；以及一種石蠟族的蠟。
23.如權利要求22所述的軸承組件，其中該合成的烴是IV族或V組的基礎油。
24.如權利要求23所述的軸承組件，其中，該合成的烴包括一種聚α烯烴。
25.如權利要求22所述的軸承組件，其中，該兩個表面中的至少一個包括一種氟聚合 物材料。
26.如權利要求22所述的軸承組件，其中，該兩個表面中的至少一個包括一種金屬或金屬合金。
27.如權利要求22所述的軸承組件，其中，該軸承并不包括滾動元件。
28.如權利要求22所述的軸承組件，其中，該兩個相對的表面是同軸的并且被分開至 少0. 1mm的一個間隙。
29.一種高速無密封液體動壓的軸承，包括兩個相對的軸承表面，至少一個表面包括一種聚合物；以及放置在這些軸承表面之間的一種潤滑劑，其中該軸承能夠以大于lm/s的滑動速度運 行超過1000小時的時段。
30.如權利要求29所述的軸承，其中該軸承經(jīng)受大于一個MPa的軸承壓力。
31.如權利要求29所述的軸承，其中該聚合物包括PTFE。
32.如權利要求29所述的軸承，其中該軸承的溫度不超過70°C。
全文摘要
可以通過結合一種合成油以及一種石蠟族的蠟來制備一種用于液壓軸承中的潤滑脂。該潤滑脂可以粘至軸承上的聚合物表面如PTFE上，并且可以改善高速軸承(如電動機中使用的那些)的使用壽命。
文檔編號C10N40/14GK101990568SQ200980109930
公開日2011年3月23日 申請日期2009年4月9日 優(yōu)先權日2008年4月9日
發(fā)明者T·J·哈根, V·迪瑪提諾 申請人:美國圣戈班性能塑料公司