不同有機(jī)胺配比對聚脲潤滑脂性能的影響

陳治 曾俊 康軍

中國石化潤滑油有限公司天津分公司

近年來，國內(nèi)外汽車正朝著低油耗和小型輕量化方向發(fā)展，對汽車運動部位的用脂提出了更高的要求，原有的汽車通用鋰基潤滑脂、極壓鋰基潤滑脂已無法滿足苛刻的工況要求[1,2]。聚脲型潤滑脂是一種由分子中含有脲基的有機(jī)化合物稠化基礎(chǔ)油所制備的潤滑脂，具有優(yōu)異的黏附性、耐高溫、長壽命等優(yōu)點，目前廣泛應(yīng)用于汽車、冶金等對潤滑脂要求十分苛刻的機(jī)械設(shè)備上。

聚脲稠化劑分子內(nèi)部含有脲基官能團(tuán)，因其數(shù)量不同可分為二聚脲、三聚脲及四聚脲，因其末端烴基種類不同可分為脂肪族、脂環(huán)族及芳香族。選用不同類型的有機(jī)胺和二異氰酸酯為原料制備的聚脲潤滑脂，其性能也存在較大差異。蔣明俊等采用有機(jī)胺與二異氰酸酯制備聚脲潤滑脂，其中脂肪胺制備的聚脲潤滑脂從稠化性能、膠體安定性方面都比較優(yōu)異[3]；趙改青等探討了不同稠化劑組成、不同制備工藝對聚脲潤滑脂微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響[4]；鄧才超等探討了基礎(chǔ)油、稠化劑、添加劑對脲基潤滑脂性能影響，發(fā)現(xiàn)芳香胺制備的聚脲脂滴點高[5]。

本文以不同比例的脂環(huán)胺、芳香胺與二異氰酸酯為原料，采用相同的工藝，制備出不同的聚脲潤滑脂樣品，對其機(jī)械安定性、耐高溫性、高溫硬化性和抗氧化性進(jìn)行檢測，同時利用掃描電子顯微鏡(SEM)對樣品稠化劑纖維微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征；旨在研究脂環(huán)胺、芳香胺不同配比對聚脲潤滑脂性能的影響和規(guī)律。

試驗部分

試驗原料及設(shè)備

◇基礎(chǔ)油：礦物油500SN；

◇有機(jī)胺：脂環(huán)胺A、芳香胺B；

◇異氰酸酯：二苯基甲烷二異氰酸酯；

◇試驗所用設(shè)備：小型制脂裝置、燒杯、天平、溫度計、三輥研磨機(jī)、壓力差示掃描量熱儀（PDSC）、電子顯微鏡（SEM）等。

樣品制備

采用的聚脲潤滑脂制備工藝見圖1。

采用不同比例的脂環(huán)胺A、芳香胺B制備了5組聚脲潤滑脂樣品，見表1。

結(jié)果及討論

不同有機(jī)胺配比對聚脲潤滑脂性能的影響

5組潤聚脲滑脂樣品的工作錐入度見表2。

由表2可以看出，稠化劑總量一定，隨著脂環(huán)胺A比例的增加，樣品稠度逐漸變硬，稠化能力逐漸變好；而隨著芳香胺B比例的增加，樣品稠度有明顯變軟趨勢。因此，在相同制備工藝下，脂環(huán)胺A比芳香胺B的稠化能力要強(qiáng)。

機(jī)械安定性

潤滑脂在潤滑部位都要受到機(jī)械性剪切，錐入度會發(fā)生變化（主要是軟化）?？梢钥紤]是由于剪切，稠化劑膠團(tuán)被切斷或結(jié)構(gòu)發(fā)生變化造成。機(jī)械安定性是指潤滑脂受到機(jī)械剪切，錐入度不易發(fā)生變化的性質(zhì)，即潤滑脂受到機(jī)械剪切力作用前后的錐入度變化值。5組聚脲潤滑脂樣品剪切錐入度變化值(60次與105次錐入度差值)見圖2。

圖1 聚脲潤滑脂制備工藝示意

表1 不同比例的脂環(huán)胺A和芳香胺B制備聚脲潤滑脂樣品

表2 5組聚脲潤滑脂樣品的工作錐入度

由圖2可知，隨著脂環(huán)胺A比例的增加，聚脲潤滑脂樣品的剪切錐入度變化值總體呈下降趨勢，剪切安定性逐漸增強(qiáng)。

耐高溫性

滴點是將潤滑脂在規(guī)定的容器內(nèi)加熱，潤滑脂在高溫下變成液態(tài)，開始滴下的溫度。滴點越高，潤滑脂的耐高溫性能越好，5組聚脲潤滑脂樣品的滴點值見表3。

由表3可以看出，隨著脂環(huán)胺A比例的增加，聚脲潤滑脂的滴點呈現(xiàn)下降趨勢，耐高溫性能變差，因此提高芳香胺B的含量更有利于提高潤滑脂的滴點。

高溫硬化

高溫硬化是聚脲潤滑脂普遍的問題。高溫硬化，又稱熱硬化傾向，是高溫下聚脲潤滑脂抗稠度變化的能力，以加熱前后樣品錐入度變化表示熱硬化傾向。試驗方法為：選取5組潤滑脂樣品，分別在150 ℃、180 ℃烘箱內(nèi)放置24 h，檢測烘烤前后錐入度變化值。5組聚脲潤滑脂樣品烘烤前后錐入度值見圖3。

圖2 5組聚脲潤滑脂樣品剪切錐入度變化值

表3 5組聚脲潤滑脂樣品的滴點

圖3 5組聚脲潤滑脂樣品烘烤前后錐入度值

由圖3可以看出，1號樣品硬化較為嚴(yán)重。隨著脂環(huán)胺A的比例增加，潤滑脂在高溫烘烤下，熱硬化傾向呈現(xiàn)下降趨勢。脂環(huán)胺A比例在60%～80%的4、5號樣品硬化現(xiàn)象較為緩和。

抗氧化性

潤滑脂接觸空氣中的氧氣發(fā)生氧化、老化，由此產(chǎn)生異味、腐蝕性物質(zhì)，發(fā)生變色、錐入度變化及滴點變化等。潤滑脂的氧化大致分為靜態(tài)氧化（長期儲存）與動態(tài)氧化（使用時）[6]。脲基稠化劑本身不含有金屬原子，對基礎(chǔ)油的氧化不起催化作用，因而聚脲基潤滑脂具有優(yōu)良的氧化安定性[7]。

選用壓力差示掃描量熱儀（PDSC）對5組潤滑脂樣品的抗氧化性進(jìn)行測試（試驗方法為SH/T 0325），結(jié)果見圖4。

從圖4可以看出，1號樣品的氧化誘導(dǎo)期最短(5.2 min)，2號、3號、4號樣品氧化誘導(dǎo)期分別14.4 min、15.5 min、19.3 min，而5號樣品氧化誘導(dǎo)期最長，達(dá)到了21.6 min。脂環(huán)胺A含量高的聚脲基潤滑脂抗氧化能力明顯優(yōu)于芳香胺B含量高的聚脲基潤滑脂。

不同有機(jī)胺配比的聚脲潤滑脂稠化劑纖維形態(tài)

稠化劑是潤滑脂的骨架，含量占潤滑脂總量的5%～30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。稠化劑通過范德華力和毛細(xì)管力等作用穩(wěn)固基礎(chǔ)油，降低基礎(chǔ)油的流動性，形成半固體的非牛頓流體[7]。不同類型的有機(jī)胺制備的聚脲潤滑脂的性質(zhì)也有著一定的差異性，其與脲基稠化劑的纖維結(jié)構(gòu)有關(guān)。通過掃描電子顯微鏡SEM考察5組潤滑脂樣品稠化劑纖維形態(tài)，見圖5。

由圖5可見，當(dāng)芳香胺B含量較高時，聚脲潤滑脂稠化劑呈現(xiàn)短纖維條形狀結(jié)構(gòu)（如4、5號樣品），而此時制備的潤滑脂耐高溫性能好，但同時纖維結(jié)構(gòu)的短粗條狀結(jié)構(gòu)，反映出芳香胺B稠化能力弱，同時導(dǎo)致了高溫條件硬化嚴(yán)重。當(dāng)脂環(huán)胺A含量較高時，聚脲潤滑脂稠化劑呈現(xiàn)長短相似的針狀結(jié)構(gòu)（如1、2號樣品），制備的潤滑脂稠度大，高溫硬化和機(jī)械安定性能良好，但滴點低。

圖4 5組潤滑脂樣品PDSC氧化誘導(dǎo)期

圖5 5組潤滑脂樣品稠化劑纖維形態(tài)

結(jié)論

考察了不同比例的脂環(huán)胺、芳香胺脲基稠化劑對制備的聚脲潤滑脂樣品性能的影響，結(jié)果表明，其對潤滑脂樣品的機(jī)械安定性、耐高溫性、高溫硬化、抗氧化性能有較大影響。當(dāng)脂環(huán)胺在稠化劑中比例較高時，制備的潤滑脂皂纖維呈現(xiàn)長短相似的針狀結(jié)構(gòu)，潤滑脂稠度大，高溫硬化和機(jī)械安定性能良好；當(dāng)芳香胺在稠化劑中比例較高時，制備的潤滑脂皂纖維呈現(xiàn)短纖維條形狀結(jié)構(gòu)，潤滑脂耐高溫性能優(yōu)異，抗氧化性能良好。