不同有機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，國內外汽車正朝著低油耗和小型輕量化方向發展，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化合物稠化基礎油所制備的潤滑脂，具有優異的黏附性、耐高溫、長壽命等優點，目前廣泛應用于汽車、冶金等對潤滑脂要求十分苛刻的機械設備上。

聚脲稠化劑分子內部含有脲基官能團，因其數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、脂環族及芳香族。選用不同類型的有機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構和性能的影響[4]；鄧才超等探討了基礎油、稠化劑、添加劑對脲基潤滑脂性能影響，發現芳香胺制備的聚脲脂滴點高[5]。

本文以不同比例的脂環胺、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，對其機械安定性、耐高溫性、高溫硬化性和抗氧化性進行檢測，同時利用掃描電子顯微鏡(SEM)對樣品稠化劑纖維微觀結構進行表征；旨在研究脂環胺、芳香胺不同配比對聚脲潤滑脂性能的影響和規律。

試驗部分

試驗原料及設備

◇基礎油：礦物油500SN；

◇有機胺：脂環胺A、芳香胺B；

◇異氰酸酯：二苯基甲烷二異氰酸酯；

◇試驗所用設備：小型制脂裝置、燒杯、天平、溫度計、三輥研磨機、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胺A、芳香胺B制備了5組聚脲潤滑脂樣品，見表1。

結果及討論

不同有機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，脂環胺A比芳香胺B的稠化能力要強。

機械安定性

潤滑脂在潤滑部位都要受到機械性剪切，錐入度會發生變化（主要是軟化）。可以考慮是由于剪切，稠化劑膠團被切斷或結構發生變化造成。機械安定性是指潤滑脂受到機械剪切，錐入度不易發生變化的性質，即潤滑脂受到機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。

耐高溫性

滴點是將潤滑脂在規定的容器內加熱，潤滑脂在高溫下變成液態，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，隨著脂環胺A比例的增加，聚脲潤滑脂的滴點呈現下降趨勢，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號樣品硬化較為嚴重。隨著脂環胺A的比例增加，潤滑脂在高溫烘烤下，熱硬化傾向呈現下降趨勢。脂環胺A比例在60%～80%的4、5號樣品硬化現象較為緩和。

抗氧化性

潤滑脂接觸空氣中的氧氣發生氧化、老化，由此產生異味、腐蝕性物質，發生變色、錐入度變化及滴點變化等。潤滑脂的氧化大致分為靜態氧化（長期儲存）與動態氧化（使用時）[6]。脲基稠化劑本身不含有金屬原子，對基礎油的氧化不起催化作用，因而聚脲基潤滑脂具有優良的氧化安定性[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行測試（試驗方法為SH/T 0325），結果見圖4。

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

不同有機胺配比的聚脲潤滑脂稠化劑纖維形態

稠化劑是潤滑脂的骨架，含量占潤滑脂總量的5%～30%（質量分數）。稠化劑通過范德華力和毛細管力等作用穩固基礎油，降低基礎油的流動性，形成半固體的非牛頓流體[7]。不同類型的有機胺制備的聚脲潤滑脂的性質也有著一定的差異性，其與脲基稠化劑的纖維結構有關。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，見圖5。

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

圖4 5組潤滑脂樣品PDSC氧化誘導期

圖5 5組潤滑脂樣品稠化劑纖維形態

結論

考察了不同比例的脂環胺、芳香胺脲基稠化劑對制備的聚脲潤滑脂樣品性能的影響，結果表明，其對潤滑脂樣品的機械安定性、耐高溫性、高溫硬化、抗氧化性能有較大影響。當脂環胺在稠化劑中比例較高時，制備的潤滑脂皂纖維呈現長短相似的針狀結構，潤滑脂稠度大，高溫硬化和機械安定性能良好；當芳香胺在稠化劑中比例較高時，制備的潤滑脂皂纖維呈現短纖維條形狀結構，潤滑脂耐高溫性能優異，抗氧化性能良好。