尾門撐桿潤滑脂的研制

姚曉菲

中國石化潤滑油有限公司潤滑脂分公司

近年來，隨著智能化汽車時(shí)代的發(fā)展，人們對(duì)汽車的舒適性、安全性、智能化提出了更高的要求，電子驅(qū)動(dòng)技術(shù)在汽車上得到了廣泛應(yīng)用，電動(dòng)尾門作為電子驅(qū)動(dòng)技術(shù)的一種，在各種車型上廣泛應(yīng)用。

電動(dòng)尾門撐桿（圖1）是電動(dòng)尾門系統(tǒng)的重要組成部分之一，由彈簧、螺桿、套筒和電機(jī)等部件組成，如圖2所示。電動(dòng)尾門撐桿的基本工作原理為電機(jī)通過電子控制單元（ECU）輸入工作電流后，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后會(huì)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩并通過電機(jī)組合中的齒輪箱傳動(dòng)比放大力矩輸出，驅(qū)動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)螺桿套管相對(duì)螺桿產(chǎn)生直線伸縮運(yùn)動(dòng)，從而推拉尾門開啟或關(guān)閉[1]。

圖1 尾門撐桿實(shí)物外觀

圖2 尾門撐桿內(nèi)部組成示意［1]

市場(chǎng)上常用的潤滑脂多為鋰皂稠化的礦物油，常反映的問題有：

◇潤滑脂膠體安定性差，長時(shí)間使用易析油，導(dǎo)致使用壽命縮短；

◇潤滑脂耐低溫性能差，容易出現(xiàn)潤滑不良，導(dǎo)致異響；

◇潤滑脂耐腐蝕效果差，彈簧易銹蝕。

為了解決上述問題，本文研制了一款尾門撐桿潤滑脂，重點(diǎn)關(guān)注潤滑脂的黏附性、低溫性能、防腐蝕性、抗磨損性能等，選用低溫性能較好的基礎(chǔ)油，加入一定量的增黏劑、極壓抗磨劑和防銹劑，以保證產(chǎn)品的性能達(dá)到最優(yōu)且成本最低。

尾門撐桿的工況及潤滑要求

電動(dòng)尾門撐桿安裝在汽車的后備箱，對(duì)靜音、潤滑的要求較高，隨著使用次數(shù)的增多，尾門不斷地開啟和閉合，這就要求尾門撐桿潤滑脂具有良好的潤滑性、黏附性和極壓性，實(shí)現(xiàn)終身潤滑。

根據(jù)尾門撐桿的工況，尾門撐桿潤滑脂應(yīng)滿足以下要求：

◇良好的潤滑性：油膜分子充當(dāng)良好的潤滑劑，同時(shí)皂纖維分子為填充物，保證有效潤滑；

◇優(yōu)異的黏附性：高分子聚合物形成的氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改變了潤滑脂的黏彈性，使?jié)櫥灰妆凰Τ觯?/p>

◇優(yōu)異的高低溫性能：保證潤滑脂在高溫下不易滴落、低溫情況下能起到較好的潤滑性及流動(dòng)性；

◇優(yōu)異的防腐蝕性：保證潤滑脂在雨雪等復(fù)雜的天氣中正常使用，達(dá)到終身壽命。

尾門撐桿潤滑脂的研制

根據(jù)尾門撐桿的工作原理，以及保證尾門撐桿潤滑脂具有優(yōu)異的高低溫性能、抗氧化性能、防腐蝕性能、黏附性能等以實(shí)現(xiàn)終身潤滑的目的，制定了尾門撐桿潤滑脂研制標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1 尾門撐桿潤滑脂研制指標(biāo)

基礎(chǔ)油的選擇

基礎(chǔ)油作為潤滑脂的重要部分，在潤滑脂中的占比達(dá)80%以上，其本身的組成及性能對(duì)潤滑脂有十分重要的影響。常用的基礎(chǔ)油主要有礦物油、合成油及酯類油等。根據(jù)尾門撐桿的實(shí)際工況及成本要素，選取了低溫性能優(yōu)異的合成油為基礎(chǔ)油[2]，其典型的理化數(shù)據(jù)見表2。

表2 基礎(chǔ)油的典型理化數(shù)據(jù)

在極端的天氣下汽車在戶外行駛，尾門撐桿對(duì)潤滑脂的高低溫和黏附性有一定要求，因此對(duì)基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)和黏溫特性（黏度指數(shù)）要求較高，而合成油熱穩(wěn)定性好熱穩(wěn)定性好，在高溫條件下不易產(chǎn)生積碳，且要求潤滑脂具有一定的黏附性，與基礎(chǔ)油的黏度線性相關(guān)。

從表2可以看出，所選基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)、黏溫特性（黏度指數(shù)）及黏度等均可滿足作為尾門撐桿潤滑脂基礎(chǔ)油的條件。

稠化劑的選擇

稠化劑影響著潤滑脂的流動(dòng)性、機(jī)械安定性、高溫性能及抗水性能等。不同的稠化劑形成皂纖維的大小、長短各不相同，對(duì)油分子的束縛能力不同：12-羥基硬脂酸鋰鈣皂的相變溫度較高，在200 ℃以上，因此潤滑脂的滴點(diǎn)較高，耐高溫能力較強(qiáng)；其結(jié)構(gòu)為細(xì)長的纖維結(jié)構(gòu)，有球狀顆粒填充，該脂具有良好的機(jī)械安定性；堿金屬中鋰鈣對(duì)水的溶解度較小，該脂具有良好的抗水性。

根據(jù)尾門撐桿的潤滑工況及對(duì)潤滑脂的性能要求，確定以12-羥基硬脂酸鋰-鈣皂稠化劑作為擬研制的尾門撐桿潤滑脂的稠化劑。

添加劑的選擇

基礎(chǔ)脂是由基礎(chǔ)油和稠化劑兩部分組成，但由于基礎(chǔ)脂的抗磨、抗氧化等綜合性能不能滿足尾門撐桿的使用要求，常常需要加入一定量的添加劑來改善基礎(chǔ)脂的性能。針對(duì)尾門撐桿工況使用特點(diǎn)，主要考察了增黏劑、極壓抗磨劑、抗氧化劑、防銹劑對(duì)潤滑脂性能的影響。

增黏劑的選擇

由于尾門撐桿內(nèi)部有彈簧長期會(huì)受到慣性和振動(dòng)的影響，潤滑脂容易脫落而失去潤滑作用，為了防止?jié)櫥撀洌娱L潤滑脂的使用壽命，改善潤滑脂對(duì)金屬的附著力，因此需要添加一定量的增黏劑。

在基礎(chǔ)脂中添加等量的其他類別添加劑，考察了不同比例（為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以下其他類型添加劑均是）不同類型的增黏劑對(duì)于改善黏附性的影響，其中增黏劑的加入不影響錐入度和皂分，結(jié)果見表3。

表3 增黏劑的考察

由表3可見，在同樣的稠度及皂分下，加入1%的A抑制分油效果最顯著，對(duì)低溫性能影響最小化，可在保證汽車在嚴(yán)寒天氣中后備箱的正常使用的同時(shí)使成本最優(yōu)化；未加入增黏劑的潤滑脂抑制分油能力較差，若潤滑脂受到長期的慣性和振動(dòng)影響易析油進(jìn)而脫落導(dǎo)致失效。

極壓抗磨劑的選擇

由于尾門撐桿長時(shí)間使用后容易出現(xiàn)異響、磨損的情況，因此需要加入一定的極壓抗磨劑，提高潤滑脂的耐負(fù)荷和抗磨能力。在基礎(chǔ)脂中加入等量的其他類別添加劑，考察了不同種類及比例的極壓抗磨劑的影響，結(jié)果見表4。

表4 極壓抗磨劑的考察

由表4可以看出，在加入等量其他添加劑的條件下，未添加極壓抗磨劑的潤滑脂耐負(fù)荷能力最差，加入一定含量的不同類別極壓抗磨劑效果都有所改善，其中加入極壓抗磨劑3用來改善極壓抗磨性效果最佳，成本最優(yōu)。

抗氧劑的選擇

尾門撐桿受到頻繁開合的影響，若潤滑脂的抗氧化性能不佳，此時(shí)潤滑脂長時(shí)間受到機(jī)械應(yīng)力作用下會(huì)發(fā)生氧化造成皂結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致油皂分離，使用壽命縮短。因此加入一定量的抗氧劑可阻礙基礎(chǔ)油的氧化，抑制脂肪酸碳鏈的氧化，提高潤滑脂的使用壽命。

在基礎(chǔ)脂中加入等量的其他類別添加劑，考察了不同類型的抗氧劑對(duì)潤滑脂壽命的影響，結(jié)果見表5。氧化壓力降越小說明抗氧化能力越好，壽命越長。

表5 抗氧劑的考察

由表5可以看出，在加入等量其他添加劑的條件下，未添加抗氧劑的潤滑脂抗氧化能力最差，加入一定含量的不同類別抗氧劑效果都有所改善，其中加入1%抗氧劑3效果最佳。

防銹劑的選擇

電動(dòng)尾門撐桿內(nèi)部含有彈簧、螺桿等部件，易與空氣中的水蒸氣接觸產(chǎn)生銹蝕，因此對(duì)尾門撐桿潤滑脂的防銹性能有一定的要求。潤滑脂防銹劑主要為表面活性大的極性化合物，可以吸附在金屬表面，能夠在金屬表面形成單分子或多分子保護(hù)層，阻止外界空氣和/或水等直接與金屬表面接觸，保護(hù)尾門撐桿不易銹蝕。在基礎(chǔ)脂中加入等量的其他類別添加劑，考察了不同類別防銹劑對(duì)潤滑脂性能的影響，結(jié)果見表6。

表6 防銹劑的考察

從表6可以看出，加入0.5%的防銹劑A的效果最佳，可作為尾門撐桿潤滑脂的防銹劑。

尾門撐桿潤滑脂的性能

對(duì)研制的尾門撐桿潤滑脂的性能進(jìn)行了全面的評(píng)價(jià)，并與國外某尾門撐桿潤滑脂的性能進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果見表7；另外對(duì)潤滑脂的摩擦磨損性能（采用ASTM D5707測(cè)試）進(jìn)行評(píng)定，結(jié)果如圖3所示。

表7 研制的潤滑脂與國外潤滑脂的性能對(duì)比

圖3 研制脂與國外脂的摩擦磨損性能測(cè)試對(duì)比

從表7可以看出，研制的尾門撐桿潤滑脂的膠體安定性、抗磨損性能及抗氧化性能明顯優(yōu)于進(jìn)口潤滑脂，高低溫性能也達(dá)到或超過了進(jìn)口潤滑脂的水平。另外，從圖3中可以看出，研制脂的摩擦系數(shù)較低，抗摩擦能力較強(qiáng)，與耐久臺(tái)架的測(cè)試結(jié)果相對(duì)應(yīng)。

將潤滑脂裝入電動(dòng)撐桿進(jìn)行3萬次變溫耐久臺(tái)架測(cè)試，包括在80℃高溫、25 ℃常溫和-30 ℃低溫下連續(xù)進(jìn)行測(cè)試，頻率為2次/min，要求整個(gè)測(cè)試無異常噪音，評(píng)價(jià)經(jīng)耐久臺(tái)架測(cè)試后產(chǎn)品的摩擦阻力。耐久臺(tái)架測(cè)試結(jié)果見表8。

表8 研制的潤滑脂與國外潤滑脂的臺(tái)架測(cè)試結(jié)果對(duì)比

從表8可以看出，研制脂的摩擦阻力小于國外脂，植絨彈簧無異響，產(chǎn)品經(jīng)過3萬次測(cè)試后無基礎(chǔ)油擴(kuò)散，產(chǎn)品外觀無油污。研制的尾門撐桿潤滑脂通過了客戶耐久臺(tái)架試驗(yàn)，有利于延長電動(dòng)尾門撐桿的使用壽命，使用性能得到客戶認(rèn)可。

結(jié)論

☆針對(duì)汽車電動(dòng)尾門撐桿的工況特點(diǎn)和潤滑要求，研制出具有優(yōu)良的高低溫性能、黏附性能、抗磨損性、機(jī)械安定性（抗剪切性）、降噪性、防腐防銹性的尾門撐桿潤滑脂，研制產(chǎn)品的性能達(dá)到或超過了進(jìn)口潤滑脂的水平，通過了客戶耐久臺(tái)架測(cè)試。

☆研制的尾門撐桿潤滑脂的使用性能得到了客戶的認(rèn)可，經(jīng)過3萬次變溫耐久臺(tái)架測(cè)試摩擦阻力最小且外觀無油污，實(shí)現(xiàn)了尾門撐桿潤滑脂的國產(chǎn)化。