專利名稱：改善無(wú)級(jí)變速器牽引性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種潤(rùn)滑油，具體而言，本發(fā)明涉及的是一種可以改善無(wú)級(jí)變速器牽引性能的潤(rùn)滑油。
背景技術(shù)：
機(jī)械無(wú)級(jí)變速器(簡(jiǎn)稱CVT)主要是指依靠變速器的摩擦元件或齒鏈等嚙合件相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)無(wú)級(jí)地改變輸入與輸出軸的傳動(dòng)比或輸出軸轉(zhuǎn)速的動(dòng)力傳輸設(shè)備。其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，多用于精密儀器、精密機(jī)床、化纖加工及汽車傳動(dòng)等設(shè)備。其中用于儀器、機(jī)床等設(shè)備的CVT，其常用類型有鋼球式、環(huán)推式、棱錐式、多盤式、齒鏈?zhǔn)降?。用于汽車領(lǐng)域的CVT可分為金屬帶式CVT(簡(jiǎn)稱B-CVT)和曲面型CVT(Toroidal CVT，簡(jiǎn)稱T-CVT)，具有傳動(dòng)比連續(xù)，傳遞動(dòng)力平穩(wěn)，操作方便等特點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。由于車用CVT可以使發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于其經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，從而大大改善燃油經(jīng)濟(jì)特性。近年來(lái)，隨著汽車工業(yè)對(duì)能耗規(guī)格的提升以及環(huán)保對(duì)汽車尾氣的排放限制，車用CVT得到了迅猛發(fā)展。
CVT動(dòng)力的傳遞實(shí)際上是依靠彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑(EHL)接觸區(qū)內(nèi)油膜的剪切力完成的，因此，機(jī)械無(wú)級(jí)變速器性能的優(yōu)劣在很大程度上取決于牽引液(CVTF)的牽引性能。一般以牽引系數(shù)表征牽引液的牽引性能。在彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑(EHL)的異曲表面接觸中，油膜薄、壓力高，滑動(dòng)摩擦總是遠(yuǎn)大于滾動(dòng)摩擦，通常稱摩擦力為牽引力。牽引系數(shù)定義為μ=TF.]]>其中T是接觸表面單位長(zhǎng)度的牽引力，F(xiàn)是法向的單位長(zhǎng)度負(fù)載；而T又是由切向剪切應(yīng)力τ按接觸長(zhǎng)度進(jìn)行線積分獲得的。由于機(jī)器部件的疲勞壽命與接觸負(fù)載的三次方成反比，故不希望選用過(guò)高的法向負(fù)荷。因此，牽引液的牽引系數(shù)成為影響CVTF的重要因素。優(yōu)良的牽引液應(yīng)當(dāng)具有較高的牽引系數(shù)。此外，牽引液在工作時(shí)應(yīng)當(dāng)具有較低的運(yùn)動(dòng)粘度，低粘度意味著動(dòng)力傳遞過(guò)程中的能量損耗較低。同時(shí)，為應(yīng)對(duì)某些低溫應(yīng)用的特殊場(chǎng)合(如車用CVTF)，要求牽引液具有良好的低溫流動(dòng)性能，一般以傾點(diǎn)表示。
牽引液就其分子結(jié)構(gòu)而言可大致分為(1)多環(huán)脂環(huán)族類型(多六元環(huán))；(2)合成聚烯烴型(高枝化度)；(3)礦物油型；(4)酯類、醚類(分子結(jié)構(gòu)中含多個(gè)六元環(huán))；(5)硅油型等。其中，多環(huán)己基脂環(huán)族類牽引液的牽引性能良好，特別是高溫牽引系數(shù)較高，所以獲得了廣泛的使用。自US.3975278，4046703分別提出雙環(huán)己基脂環(huán)族類牽引液后，世界各國(guó)特別是日本，圍繞此類分子結(jié)構(gòu)提出了大量的發(fā)明專利，如NIPPON MITSUBISHI OIL Co.申請(qǐng)的JP2001294880～83，JP11349968～69，JP6201010193(EP0208541)；COSMO OIL公司申請(qǐng)的JP10025489，JP917665，JP8176571；IDEMITSU KOSAN公司申請(qǐng)的JP7133235，JP63222127等。此外，美國(guó)專利US.4302618，4604492，4922047，5043497，6372696等也介紹了多種多環(huán)己環(huán)脂環(huán)族類的牽引液。各專利牽引液有著共同的分子結(jié)構(gòu)通式 不同處在環(huán)己環(huán)間的聯(lián)接方式各不相同，具體表現(xiàn)為亞甲基個(gè)數(shù)的差異、以及亞甲基之間的聯(lián)接方式的不同；此外，環(huán)己環(huán)上短鏈烷基R1、R2的類型、數(shù)量也各不相同。
較為成功的商用牽引液也多為多環(huán)己環(huán)類脂環(huán)烴，如Santotrac系列產(chǎn)品等。這些牽引液一般都具有較好的牽引系數(shù)，室溫下的牽引系數(shù)最高達(dá)到0.12左右。但它們的低溫流動(dòng)性能、及工作條件下的粘度各不相同，有的無(wú)法滿足無(wú)級(jí)變數(shù)器的特殊要求。特別是在牽引系數(shù)與低溫流動(dòng)性之間存在著矛盾，高牽引系數(shù)往往伴隨著高粘度、高傾點(diǎn)的同時(shí)出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種改善無(wú)級(jí)變速器牽引性能的方法，就是在無(wú)級(jí)變速器表面引入一種化合物作為牽引液，該牽引液同時(shí)具備較高的牽引系數(shù)、良好的低溫流動(dòng)性等性能，此外在工作條件下還具備正常的粘度特性。
具體而言，該牽引液的主要組成為雙環(huán)己環(huán)類脂環(huán)烴，其中2個(gè)環(huán)己基由1個(gè)亞甲基聯(lián)接，且每個(gè)環(huán)己環(huán)上均有一個(gè)或多個(gè)含有偕位二甲基結(jié)構(gòu)的短鏈烷基取代基團(tuán)，如異丙基、叔丁基等。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式如下 其中R為含有偕位二甲基結(jié)構(gòu)的C3～C5短鏈烷基，如異丙基、叔丁基等，n為正整數(shù)1～3。
所說(shuō)的雙環(huán)己環(huán)類脂環(huán)烴的制備可分為兩步即芳香中間體的合成和芳香中間體的氫化飽和。
(1)芳香中間體的合成以短鏈烷基苯、甲醛為原料，在酸性催化劑的作用下，經(jīng)縮合反應(yīng)生成二芳基甲烷型芳香中間體。短鏈烷基苯的結(jié)構(gòu)通式如下 其中R為含有偕位二甲基結(jié)構(gòu)的短鏈烷基取代基團(tuán)，如異丙基、叔丁基等，n為正整數(shù)1～3。催化劑可選用濃硫酸，磺酸或雜多酸，優(yōu)選濃硫酸98％(w)。甲醛原料可選用多聚甲醛或甲醛水溶液，優(yōu)選37％的甲醛水溶液。反應(yīng)溫度可以是106～130℃。
二芳基甲烷型芳香中間體通式如下 由于烷基的不同取代位造成多個(gè)異構(gòu)體同時(shí)存在，故芳香中間體實(shí)為混合物，但混合物對(duì)最終產(chǎn)品的性能無(wú)太大影響。
(2)芳香中間體的氫化飽和由于芳香中間體分子中含有兩個(gè)苯環(huán)，所以加氫飽和的難度較大?？蛇x擇不溶于反應(yīng)介質(zhì)的固體催化劑即多相催化劑，主要分為下列三大類1)第VIII族元素中的金屬本身(Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt)以及由合金制成的骨架催化劑或非晶合金催化劑；2)金屬氧化物(MgO、ZnO、Cr2O3、Fe2O3等)；3)復(fù)合氧化物或硫化物。上述物質(zhì)，特別是金屬本身，除骨架型催化劑外，多數(shù)分散在多孔性載體上以增強(qiáng)活性。
以雙(異丙苯基)甲烷為例說(shuō)明芳香中間體經(jīng)加氫后的產(chǎn)品構(gòu)成。其最終產(chǎn)品的組成為雙(異丙基環(huán)己基)甲烷。其中主要含有以下兩種異構(gòu)體 雙(4-異丙基環(huán)己基)甲烷 雙(3-異丙基環(huán)己基)甲烷由于空間位阻的關(guān)系，前者的含量較高。分離上述混合物是困難的，同時(shí)對(duì)于本發(fā)明而言也是沒(méi)有意義的。
本發(fā)明選用的無(wú)級(jí)變速牽引液，具有如下特點(diǎn)1)常溫下具備較高的牽引系數(shù)；2)具有良好的低溫流動(dòng)性等性能，即較低的傾點(diǎn)；3)常溫下的運(yùn)動(dòng)粘度較低。
本發(fā)明所說(shuō)的雙環(huán)己環(huán)類脂環(huán)烴可用作牽引液基礎(chǔ)液，與其它添加劑相調(diào)和可進(jìn)一步滿足牽引液的其它性能要求。這些添加劑包括抗氧劑、粘度指數(shù)改進(jìn)劑、清凈分散劑、抗泡劑等。本產(chǎn)品可單獨(dú)使用，也可與其它脂環(huán)族類的基礎(chǔ)液相調(diào)和，以滿足特殊的使用要求。
具體實(shí)施例方式
(1)牽引系數(shù)的測(cè)定牽引曲線的測(cè)定使用英國(guó)PCS Instruments公司生產(chǎn)的Mini Traction Machine(MTM)儀器，其幾何接觸型式為球-盤型。試驗(yàn)條件及試件參數(shù)見(jiàn)表1、表2。對(duì)得到的牽引曲線進(jìn)行非線性擬合，隨后求得最大牽引系數(shù)μmax。牽引曲線多呈線性彈性-極限應(yīng)力型，即牽引系數(shù)隨滑滾比的上升先表現(xiàn)為線性升高，但隨后進(jìn)入非線性上升區(qū)，在達(dá)到最值后緩慢下降。實(shí)驗(yàn)中的最值滑滾比多出現(xiàn)在5％之前。
表1牽引性能試驗(yàn)條件

表2試件參數(shù)

(2)實(shí)施例參照以下實(shí)例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。然而，這些實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
實(shí)例1取異丙苯(純度99w％)240克，甲醛(37％水溶液)47.8克，硫酸(濃度98w％)58.2克為原料。其中異丙苯、硫酸混置于四頸瓶中攪拌，并在一定時(shí)間內(nèi)由室溫升溫至120℃。在達(dá)到設(shè)定溫度后，將置于滴加漏斗中的甲醛水溶液，緩慢的滴加入四頸瓶，控制滴加速度使其在一定時(shí)間內(nèi)完成滴加。甲醛滴加完畢，保溫反應(yīng)約1小時(shí)后，出料入分液漏斗，用80℃左右的蒸餾水、正丁醇混合液(水∶醇體積比約為4∶1)萃取洗滌至PH＝7，切出上層油相產(chǎn)品。油相產(chǎn)品匯集后，先在殘壓為24～40mmHg條件下蒸出未反應(yīng)的原料異丙苯后，再在殘壓小于1mmHg的條件下，取176～186℃的減壓餾份為目標(biāo)中間體產(chǎn)物。
將上述中間體——雙(異丙苯基)甲烷139.6克，與10％Pd/C催化劑6.5克混合置于高壓釜內(nèi)。于溫度190℃，氫壓7.0MPa，攪拌速度250RPM的條件下，進(jìn)行加氫飽和。產(chǎn)物經(jīng)減壓拔頭后得最終產(chǎn)品126.2克，1H-NMR測(cè)定加氫飽和度為98.6％。13C-NMR分子結(jié)構(gòu)鑒定表明，雙(4-異丙基環(huán)己基)甲烷為其主要成份。對(duì)加氫產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)的物性測(cè)定及牽引性能的測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表3。
實(shí)例2合成過(guò)程同實(shí)例1，只是原料換為叔丁基苯268克，甲醛與濃硫酸的質(zhì)量不變。120℃下進(jìn)行縮合反應(yīng)，并進(jìn)行萃取分離及減壓蒸餾，共得到中間體——雙(叔丁苯基)甲烷產(chǎn)品125.5克。將它與10％Pd/C催化劑6.7克混合置于高壓釜內(nèi)。于溫度190℃，氫壓7.0MPa，攪拌速度250RPM的條件下，進(jìn)行加氫飽和。產(chǎn)物經(jīng)減壓拔頭后得最終產(chǎn)品115.3克，1H-NMR測(cè)定加氫飽和度為97.3％。13C-NMR分子結(jié)構(gòu)鑒定表明，雙(4-叔丁基環(huán)己基)甲烷為其主要成份。對(duì)加氫產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)的物性測(cè)定及牽引性能的測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表3。
對(duì)照例1按專利US 5043497的敘述，取1，2，4-三甲苯(純度98w％)240克，甲醛(37％水溶液)47.8克，硫酸(98w％)58.2克為原料。將三甲苯、硫酸混置于四頸瓶中攪拌，并在一定時(shí)間內(nèi)由室溫升溫至130℃。在達(dá)到設(shè)定溫度后，將置于滴加漏斗中的甲醛水溶液，緩慢的滴加入四頸瓶，控制滴加速度使其在一定時(shí)間內(nèi)完成滴加。甲醛滴加完畢，保溫反應(yīng)約1小時(shí)后，出料入分液漏斗，用80℃左右的蒸餾水、正丁醇混合液(水∶醇體積比約為4∶1)萃取洗滌至PH＝7，切出上層油相產(chǎn)品。油相產(chǎn)品經(jīng)兩段減壓蒸餾獲得中間產(chǎn)品雙三甲苯基甲烷(固體)56.4克。
將雙三甲苯基甲烷(固體)56.4克與環(huán)己烷200ml，Pd/C(10％負(fù)載量)催化劑2.1克，混合后置于高壓釜內(nèi)。于溫度200℃、氫壓7.0MPa、攪拌速度250RPM的條件下加氫飽和。產(chǎn)物經(jīng)常壓、減壓拔頭后得最終產(chǎn)品46.8克，1H-NMR測(cè)定加氫飽和度為95.0％。對(duì)加氫產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)的物性測(cè)定及牽引性能的測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表3。
對(duì)照例2過(guò)程同對(duì)照例1，只是原料換為混合二甲苯(間二甲苯、對(duì)二甲苯)240克。兩次縮合反應(yīng)得到中間產(chǎn)品129.2克，將它與Pd/C催化劑2.6克混合后置于高壓釜內(nèi)。于溫度190℃、氫壓7.0MPa、攪拌速度250RPM的條件下加氫飽和。產(chǎn)物經(jīng)減壓拔頭后得最終產(chǎn)品122.3克，1H-NMR測(cè)定加氫飽和度為100.0％。對(duì)加氫產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)的物性測(cè)定及牽引性能的測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表3。
對(duì)照例3過(guò)程同對(duì)照例1，只是原料換為甲苯240克。兩次縮合反應(yīng)得到中間產(chǎn)品130.6克，將它與Pd/C催化劑2.6克，混合后置于高壓釜內(nèi)。于溫度190℃、氫壓7.0MPa、攪拌速度250RPM的條件下加氫飽和。產(chǎn)物經(jīng)減壓拔頭后得最終產(chǎn)品123.5克，1H-NMR測(cè)定加氫飽和度為99.9％。對(duì)加氫產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)的物性測(cè)定及牽引性能的測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表3。
對(duì)照例4取高純度2，4-二苯基-4-甲基-1-戊烯194.0克，將它Pd/C催化劑4.0克，混合后置于高壓釜內(nèi)。于溫度90、190℃兩個(gè)溫度段、氫壓7.0MPa、攪拌速度250RPM的條件下加氫飽和。產(chǎn)物經(jīng)減壓拔頭后得最終產(chǎn)品183.1克，1H-NMR測(cè)定加氫飽和度為99.9％。加氫產(chǎn)品同專利US 3975278，對(duì)加氫產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)的物性測(cè)定及牽引性能的測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表3。
對(duì)照例5取高純度的1，1，3-三甲基-3-苯基茚滿122.0克，環(huán)己烷40ml，Pd/C催化劑4.5克，混合后置于高壓釜內(nèi)。于溫度200℃、氫壓7.0MPa、攪拌速度250RPM的條件下加氫飽和。產(chǎn)物經(jīng)常壓、減壓拔頭后得最終產(chǎn)品101.7克，1H-NMR測(cè)定加氫飽和度為97.9％。加氫產(chǎn)品同專利US 4046703，對(duì)加氫產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)的物性測(cè)定及牽引性能的測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表3。
表3實(shí)施例及對(duì)照例數(shù)據(jù)對(duì)比表

注PHz為平均赫茲接觸壓力。
通過(guò)表3可以看出，本發(fā)明所述無(wú)級(jí)變速牽引液(CVTF)產(chǎn)品，具有如下特點(diǎn)1)常溫下具備較高的牽引系數(shù)；2)具有良好的低溫流動(dòng)性等性能，即較低的傾點(diǎn)；3)常溫下的運(yùn)動(dòng)粘度較低。
權(quán)利要求
1.一種改善無(wú)級(jí)變速器牽引性能的方法，是在無(wú)級(jí)變速器表面引入包含以下結(jié)構(gòu)的化合物作為牽引液 其中R為含有偕位二甲基結(jié)構(gòu)的C3～C5短鏈烷基，n為正整數(shù)1～3。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，R為異丙基或叔丁基。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，牽引液中還含有添加劑。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所說(shuō)添加劑是抗氧劑、粘度指數(shù)改進(jìn)劑、清凈分散劑、抗泡劑中的一種或多種。
全文摘要
一種改善無(wú)級(jí)變速器牽引性能的方法，是在無(wú)級(jí)變速器表面引入包含以下結(jié)構(gòu)的化合物作為牽引液其中R為含有偕位二甲基結(jié)構(gòu)的C3～C5短鏈烷基，n為正整數(shù)1～3。該牽引液同時(shí)具備較高的牽引系數(shù)、良好的低溫流動(dòng)性等性能，此外在工作條件下還具備正常的粘度特性。
文檔編號(hào)C10M105/04GK1727454SQ200410071110
公開(kāi)日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2004年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月29日
發(fā)明者卜嘉川, 汪孟言, 梁宇翔 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院