復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

徐爽，孫志強(qiáng)，賈鵬輝

（華北水利水電大學(xué) 機(jī)械學(xué)院，河南 鄭州 450045）

前言

眾所周知，復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)是較高的，能夠高于260℃，因此被人們視為高溫潤(rùn)滑脂的范疇。同時(shí)由于該脂的性價(jià)比較好，尤其是其優(yōu)良的可逆性能夠保證潤(rùn)滑脂在集中潤(rùn)滑系統(tǒng)中輸送流動(dòng)，所以復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂獲得了非常普遍的運(yùn)用。

1 復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂組成的影響

1.1 基礎(chǔ)油

通常來(lái)說(shuō)，基礎(chǔ)油在一定程度上決定了潤(rùn)滑脂的微觀結(jié)構(gòu)和性能的，所以應(yīng)合適地進(jìn)行篩選。

劉顯秋[2]等將150BS 與合成油進(jìn)行了多種所占不同比例的混合使用，分析了不同的比例會(huì)對(duì)潤(rùn)滑脂性能的影響。結(jié)果表明當(dāng)?shù)V物油與合成油的比例為4:6 時(shí)所制得的潤(rùn)滑脂綜合性能是最好的。[1]

王偉軍[3]等對(duì)比分析了只使用一種基礎(chǔ)油與多種基礎(chǔ)油混合使用會(huì)對(duì)潤(rùn)滑脂的性能有何不同之處。研究結(jié)果表明隨著基礎(chǔ)油的組分變多，潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)會(huì)越來(lái)越高，纖維結(jié)構(gòu)也越集中粗壯。

綜上所述，在日后為了能夠適應(yīng)不同工況的需求，礦物油與合成油的混合使用必然成為制備鋁基潤(rùn)滑脂的一種趨勢(shì)。

1.2 稠化劑

雖然稠化劑在所有原料中的比重不是最大的，但卻是至關(guān)重要的成分。

李業(yè)煜[4]闡述了兩種不同的原料在皂化反應(yīng)時(shí)所表現(xiàn)出的差異。研究發(fā)現(xiàn)若是以異丙醇鋁為原料，那么在皂化階段需要加入適量的水，這就會(huì)導(dǎo)致皂化時(shí)放出的異丙醇不易回收，造成生產(chǎn)成本的增加，且所制出的脂表面粗糙，顆粒較大。但要是以異丙醇鋁三聚體為原料就會(huì)避免出現(xiàn)這種問(wèn)題。

綜合來(lái)說(shuō)，在制備復(fù)合鋁基脂時(shí)應(yīng)選擇使用異丙醇鋁三聚體作原料，這樣在皂化反應(yīng)階段異丙醇的排放量大大減少，有利于排放物的處理，并能提高所制脂的穩(wěn)定性。

1.3 添加劑

不同的潤(rùn)滑脂制備過(guò)程中由于工況需求的不同，所使用的添加劑必然存在著不同之處，但在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常使用的添加劑卻都能夠加入到復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂中。

李茂森[5]等對(duì)復(fù)合鋁基脂的抗磨性進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不含磷的抗磨劑噻二唑衍生物和硫代脂不能改善復(fù)合鋁基脂的抗磨性，但無(wú)毒的固體填料可以改善，且磨斑直徑較小。

陳政[6]等將3 種含硼化合物作添加劑應(yīng)用在膨潤(rùn)土-復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂來(lái)研究可能產(chǎn)生的不同效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)3 種添加劑都能夠明顯地改善減摩作用，但在其他性能方面就差別較大。其中硼酸鉀在脂的膠體結(jié)構(gòu)中所表現(xiàn)出來(lái)的最差，可以發(fā)現(xiàn)膠體結(jié)構(gòu)遭到了嚴(yán)重的破壞，所以在此類脂中是不能夠用硼酸鉀來(lái)提高減摩性的。而另外兩種添加劑各方面的綜合表現(xiàn)都較好，還能和ZDDP 相容，并一起呈現(xiàn)出抗磨的效果。

2 復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂的制備及其工藝條件的影響

潤(rùn)滑脂的制備工藝較復(fù)雜，不同的制備工藝可能會(huì)對(duì)最終潤(rùn)滑脂的成脂效果、性能等產(chǎn)生截然不同的結(jié)果。

2.1 苯甲酸、硬脂酸和鋁三者的比例

在實(shí)際生產(chǎn)復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂時(shí)，人們一直關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題就是在潤(rùn)滑脂中苯甲酸、硬脂酸和鋁的摩爾比的變化會(huì)對(duì)脂性質(zhì)的影響程度。

劉顯秋[2]等認(rèn)為硬脂酸：苯甲酸：異丙醇鋁=1:1:1.2 時(shí)，脂的錐入度適中，機(jī)械安定性最好；

蔣明俊[7]等認(rèn)為比較好的范圍是苯甲酸：硬脂酸=0.8~1: 1，總酸：鋁=1.9~2:1；

郭永剛[8]等認(rèn)為當(dāng)有機(jī)酸與鋁的摩爾比小于2:1 時(shí)，潤(rùn)滑脂經(jīng)高溫滾筒試驗(yàn)后，潤(rùn)滑脂稠度不但不變軟反而適度變硬。

綜合所有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以總結(jié)出，在制備復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂時(shí)，應(yīng)控制苯甲酸：硬脂酸=0.9-1:1，有機(jī)酸：鋁=2:1，此范圍所制備得的潤(rùn)滑脂稠度最大。

2.2 低分子酸的組成

在工業(yè)生產(chǎn)中一般采用的低分子酸為苯甲酸。

譚戈[9]探討了其他低分子酸的可能性。結(jié)果表明，當(dāng)硬脂酸和乙酸的摩爾比在1:1~2 時(shí)制備的復(fù)合鋁基脂機(jī)械安定性好，但此范圍下潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)和熱硬化性等性能不如苯甲酸和硬脂酸制備的脂。選用C2、C9和C10二元酸時(shí)，只能獲得錐入度為430-450 的流體體系。選用C4、C5和C6二元酸時(shí)，雖然可以成脂，但是潤(rùn)滑脂的性質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如采用苯甲酸制備的潤(rùn)滑脂。

2.3 脂肪酸的用量

申華峰[10]分別利用了4 種基礎(chǔ)油和6 種市售的脂肪酸來(lái)制備復(fù)合鋁基脂。通過(guò)檢測(cè)各種指標(biāo)以及紅外光譜分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同的基礎(chǔ)油和脂肪酸對(duì)復(fù)合鋁皂的稠化能力是有差異的，脂肪酸的影響更大。

前蘇聯(lián)學(xué)者用紅外光譜研究了一系列復(fù)合鋁基脂的樣品表明，熱硬化性低于50%的樣品，在游離羧酸基特性范圍區(qū)具有吸收峰（1720cm-1），而熱硬化性為66%-71%的樣品在游離羧酸基特性范圍內(nèi)則不出現(xiàn)吸收峰。研究表示在紅外譜圖中沒(méi)有出現(xiàn)羧酸基吸收峰的復(fù)合鋁基脂樣品，可以用補(bǔ)加脂肪酸的方法來(lái)改進(jìn)其性質(zhì)。

2.4 水化的影響

在制備復(fù)合鋁基脂時(shí)，若采用異丙醇鋁為原料時(shí)需要在皂化反應(yīng)結(jié)束時(shí)加入水來(lái)置換出異丙醇，否則會(huì)難以成脂而呈現(xiàn)出流體狀。

蔣明俊[7]、郭永剛[10]等研究分析了加水的多少和加水時(shí)的溫度不同會(huì)對(duì)潤(rùn)滑脂的性能產(chǎn)生的不同影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在加水溫度為110-120℃時(shí)效果最好，此時(shí)滴點(diǎn)較高，性能穩(wěn)定。

3 在食品級(jí)方面的研究

眾所周知，工業(yè)生產(chǎn)中所使用的的潤(rùn)滑油脂是不能應(yīng)用在食品機(jī)械當(dāng)中去的。因?yàn)楣I(yè)中一般所用的基礎(chǔ)油都沒(méi)有深層精制，里面含有比較多的稠環(huán)芳烴，這是能夠讓人體致癌的一種物質(zhì)，對(duì)身體健康產(chǎn)生嚴(yán)重的威脅。所以，對(duì)有關(guān)食品級(jí)潤(rùn)滑油脂方面的研究就有著十分重要的意義。

楊操[11]等根據(jù)市場(chǎng)需求研發(fā)了一款食品級(jí)復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂。通過(guò)大量的小樣調(diào)制試驗(yàn)對(duì)各個(gè)組分所占比例有了一個(gè)較優(yōu)的選擇，并具體地探討了可能會(huì)對(duì)潤(rùn)滑脂性能產(chǎn)生影響的一些的制備工藝參數(shù)及條件。

李超強(qiáng)[12]等給出了現(xiàn)有的食品級(jí)潤(rùn)滑劑的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并介紹了滾動(dòng)軸承食品級(jí)潤(rùn)滑脂的應(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì)，提出了復(fù)合鋁皂作為食品級(jí)稠化劑的可行性。

4 發(fā)展趨勢(shì)分析

高性能的潤(rùn)滑脂種類是很多的，但在使用的過(guò)程中會(huì)不同程度地出現(xiàn)一些問(wèn)題。綜合來(lái)說(shuō)，雖然復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂整體的性能良好，但若是將其一直置于高溫下就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的分油現(xiàn)象，并且稠度有增大的趨勢(shì)。因此，在實(shí)際的生產(chǎn)工作中，為了盡可能的滿足不同工況的要求，很多學(xué)者研究開(kāi)發(fā)了組合型的潤(rùn)滑脂，也就是將兩種或者多種潤(rùn)滑脂結(jié)合在一起，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，改善脂的性能。例如將膨潤(rùn)土稠化劑加入到復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂中，可以提高脂的流變性，增強(qiáng)穩(wěn)定性，減少老化的現(xiàn)象；將鋰皂稠化劑加入到復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂中，可以提高潤(rùn)滑脂的抗磨性與耐高溫性能。

在這個(gè)生活水平整體提高的時(shí)代，人們所要求的不再僅僅是吃飽穿暖的現(xiàn)狀，首要考慮的逐漸變成了所食用的產(chǎn)品質(zhì)量是否可靠。目前，我國(guó)雖還沒(méi)有完整的一系列法規(guī)，但隨著人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的對(duì)食品安全衛(wèi)生的要求，越來(lái)越多的食品企業(yè)中所涉及的機(jī)械設(shè)備也會(huì)使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的食品級(jí)潤(rùn)滑劑，食品級(jí)潤(rùn)滑脂的發(fā)展前景非常良好。

我國(guó)復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂的研究及應(yīng)用起步較晚，與常規(guī)潤(rùn)滑脂相比，復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂的品種和產(chǎn)量均較少。隨著設(shè)備的升級(jí)，對(duì)潤(rùn)滑脂的要求也會(huì)越來(lái)越高，這就要求對(duì)復(fù)合鋁基脂進(jìn)行更為深入的研究并開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品：提高復(fù)合鋁基脂的使用性能，增加復(fù)合鋁基脂的產(chǎn)量（直接皂化法制備工藝的優(yōu)化與應(yīng)用）并提高其在潤(rùn)滑脂總產(chǎn)量中的比例；加快新型技術(shù)的開(kāi)發(fā)（新型添加劑及復(fù)合技術(shù)；混合型潤(rùn)滑脂）以應(yīng)對(duì)現(xiàn)代工業(yè)愈加復(fù)雜的工作。