機車輪緣用菜籽油－DOP潤滑脂配方工藝研究

王 寧，潘 濛，熊先江，羅琴琴，胡 萍

（武漢理工大學 化學工程學院，武漢 430070）

機車輪緣用菜籽油－DOP潤滑脂配方工藝研究

王 寧，潘 濛，熊先江，羅琴琴，胡 萍＊

（武漢理工大學 化學工程學院，武漢 430070）

采用12－羥基硬脂酸與堿液皂化生成稠化劑來稠化菜籽油與對苯二甲酸二辛酯（DOP）的復配物，制備一種機車輪緣用的菜籽油－DOP潤滑脂.探討其不同配比對潤滑脂性能的影響，在較佳配比的基礎上研究添加劑的加入對潤滑脂性能的影響.研究結(jié)果表明：當菜籽油與鄰苯二甲酸二辛脂（DOP）的配比為6∶4時潤滑脂性能較好，其滴點為148℃，錐入度為31.41mm.當石油磺酸鋇作為防銹劑時，產(chǎn)品的防銹性能較好，達到2c級別.最大無卡咬負荷PB值為647N，與外購產(chǎn)品相比，增大了50.11%.

機車輪緣；菜籽油；DOP；潤滑脂；性能

列車在行駛過程中，總會傾斜繼而造成車輪輪緣與鋼軌內(nèi)側(cè)相接觸，從而產(chǎn)生經(jīng)常性摩擦.通常用輪緣潤滑脂對鋼軌和車輪進行潤滑減少輪緣和鋼軌間的摩擦，改善輪軌相互作用，減少輪軌磨損.國內(nèi)外的研究表明：使用了潤滑劑的列車總阻力降低了約27%，輪軌壽命均延長了1倍以上［1-4］.針對潤滑劑在鐵道輪軌方面的大量應用，如果用環(huán)境友好的可生物降解的菜籽油與DOP復配作為潤滑脂基礎油，可部分取代礦物油，解決我國石油資源緊缺和環(huán)境污染等問題［4-8］.本論文研究了一種機車輪緣用的鈣基潤滑脂，它以菜籽油和DOP復配作為基礎油，并加入稠化劑十二羥基硬脂酸鈣、抗氧劑1010、防銹劑石油磺酸鋇、極壓耐磨劑二丁基二硫代氨基甲酸鉬、固體添加劑石墨改善其性能，對制備的潤滑脂的性能進行表征，制備的潤滑脂［9-15］滿足當今對火車輪緣潤滑的性能以及環(huán)保節(jié)能的要求.

1 實驗部分

1.1 實驗試劑與主要儀器

菜籽油：原香壓榨，湖北宏工貿(mào)發(fā)展有限公司；DOP：分析純，天津市博迪化工有限公司；12－羥基硬脂酸：工業(yè)級，山東廣饒縣煜立化工有限公司；氫氧化鈣、抗氧劑1010：分析純，國藥集團化學試劑有限公司；石油磺酸鋇：工業(yè)級，無錫玉煉潤滑油添加劑有限公司；二丁基二硫代氨基甲酸鉬（T351）：工業(yè)級，廣州鉑麗化工科技有限公司；石墨：1 000目，青島市天河達石墨有限公司.

電子天平，DF－101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，SHZ－D（Ⅲ）型循環(huán)水真空泵，增力電動攪拌機JB50－D型，儀表恒溫水浴鍋，潤滑脂滴點試驗器SYA－4929，銅腐蝕試驗裝置，針入度試驗器SYD－2801A，MRS－10A型四球摩擦試驗機，紅外吸收光譜機（605XB型）.

圖1 鈣基潤滑脂的合成工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of calcium base grease

1.2 鈣基潤滑脂的合成方法

鈣基潤滑脂工藝說明：在500mL四口燒瓶中加入1／3基礎油、12－羥基硬脂酸和3g石油磺酸鋇，搭上裝置，中間口插有攪拌器，一口插溫度計，一口連接冷凝裝置，另一口留著加料用；加熱至90℃使12－羥基硬脂酸溶解，加入質(zhì)量分數(shù)為15%的Ca（OH）2水溶液16.4g，皂化2.5h后加入抗氧劑1010和1／3基礎油，升溫至140℃，移去加熱源，加入1／3基礎油作為急冷油；冷卻至84℃左右，加入添加劑二丁基二硫代氨基甲酸鉬、石墨，冷卻、研磨室溫出料.

1.3 性能測試方法

性能表征及測試方法見表1.

表1 性能表征及測試方法Tab.1 Performance characterization and test method

2 實驗結(jié)果分析

2.1 配方說明

配方中變量為菜籽油與DOP的比例和石墨的加入量（表2）.

表2 配方號Tab.2 Formula number

2.2 滴點

圖2 各配方潤滑脂滴點Fig.2 Drop point grease of each formulation

由圖2可知，1?！?＃的鈣基潤滑脂滴點都在148℃、149℃左右，這是由于潤滑脂的滴點主要取決于稠化劑的種類與含量，即由皂基決定，而與基礎油的性質(zhì)關系很小.潤滑脂的滴點大致反映了其使用溫度的上限，因此，在選擇使用潤滑脂時要考慮它所使用的外部環(huán)境.當使用溫度超過滴點時，潤滑脂就喪失了對金屬表面的粘附能力.一般，潤滑脂應在滴點以下20℃～30℃或更低溫度下使用.在各配方滴點相近的情況下，考慮原料的經(jīng)濟性以及環(huán)保需要，盡量選擇多用菜籽油，因為菜籽油是一種綠色基礎油，具有很好的降解性能.

2.3 錐入度

表3 錐入度Tab.3 Penetration of each formulation

由表3分析可知，1＃、3＃、4＃、5＃潤滑脂的錐入度為310～340×0.1mm之間，滿足國家標準的要求；但是2＃的錐入度為276.1×0.1mm，石墨的加入量為1%.結(jié)果證明，石墨加入量的多少對潤滑脂的錐入度有影響，加入過多會使?jié)櫥冇?、變稠，也不易變形和流動，會對使用造成影?外購的鋰基潤滑脂的錐入度為310×0.1mm，所以1＃、4＃、5＃潤滑脂與其更加接近.同時考慮到原料的節(jié)約與環(huán)保性，選擇5＃配方進行下面的實驗.

2.4 腐蝕性

防腐性是潤滑脂阻止與其相接觸金屬被腐蝕的能力.潤滑脂的基礎油和稠化劑本身不會腐蝕金屬，但是潤滑脂產(chǎn)生腐蝕性的原因很多，主要是由于氧化產(chǎn)生酸性物質(zhì)所致.防腐的一般機理為防銹劑成膠束溶于潤滑脂中，在金屬表面形成牢固的吸附膜，潤滑脂組分中的烴鏈，則與防銹劑形成混合多分子層，從而防止水和氧的侵蝕，阻止金屬表面生銹.

圖3 銅片腐蝕及比色卡Fig.3 Images of copper corrosion and color grade

本實驗中銅片如圖3所示，有被輕微腐蝕，與標準比色卡對照，級別在2c以下，雖滿足國家標準的要求，但仍需進一步改變防銹劑的類型，或與其他防銹劑復配，以達到更高的防腐性能.

2.5 摩擦性能

潤滑脂的摩擦性能用最大無卡咬負荷PB表征，最大無卡咬負荷PB是指在規(guī)定的試驗條件下，上下鋼球之間不發(fā)生卡咬的最高負荷.極壓抗磨劑的作用機理一般認為是發(fā)生化學反應而形成硫化物對金屬的覆蓋膜，這種膜的特點是熔點低且軟，能防止金屬表面在重負荷條件下摩擦燒結(jié)從而增加了該脂的油膜強度，達到了抗磨的作用.

表4 最大無卡咬負荷（PB）Tab.4 The maximum no seizure load（PB）

從表4可以看出，本實驗合成鈣基脂的承載能力比礦物油鋰基脂的強，極壓能力比較好，這可能是由于菜籽油與DOP在鈣基的皂基下成脂的烷基鏈比鋰基脂鏈長，油溶性比較好，在摩擦過程中形成一層有機化合物表膜，這層膜會提高潤滑脂的承載能力；同時，鈣基脂的粘度比鋰基脂的大，這也是提高油膜強度的另一個原因.由于外購潤滑脂摩擦性能指標已經(jīng)用于實際工況，說明自制潤滑脂的改性性能指標也達到了使用要求.

2.6 結(jié)構(gòu)表征

由潤滑脂的紅外光譜圖知，在2 925cm－1處有一個很強的吸收峰，屬于C－H的伸縮振動，周圍在2 956cm－1和2 854cm－1出現(xiàn)疊加峰，是由于CH3和CH的伸縮振動與CH2的振動疊加在一起；1 464cm－1有吸收峰，屬于C＝C骨架振動；在2 250～1 450cm－1頻區(qū)內(nèi)有不飽和碳碳鍵的伸縮振動吸收特征峰，同時在1 600cm－1、1 580cm－1、1 500cm－1、1 450cm－1有4個強度不等的峰，是芳香化合物的重要特征；1 272cm－1有C－O伸縮振動吸收峰；1 741cm－1的吸收峰說明有飽和酯C－C（＝O）－O.

3 結(jié)論

（1）紅外光譜圖中相關峰證明了DOP與菜籽油合成的鈣基脂中有脂基、芳香環(huán)、以及C＝C雙鍵等結(jié)構(gòu).

（2）當菜籽油與DOP的配比為6∶4時，所制鈣基潤滑脂的滴點為148℃，錐入度為31.41mm，銅片在100℃、24h的實驗條件下，腐蝕級別為2c以內(nèi)，含水量為痕跡，基本符合實際應用的要求.

（3）實驗室合成的鈣基脂的PB值為647N，比購買的礦物油鋰基脂的PB值431N大，前者的抗壓性能比后者的抗壓性能好.

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The study on the formula and process of rapeseed oil－DOP grease used on locomotive rim

WANG Ning，PAN Meng，XIONG Xianjiang，LUO Qinqin，HU Ping
（Department of Chemical Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070）

The compound of rapeseed oil and dioctyl phthalate（DOP）was thicken by using gelatinizer which was formed by saponification of the 12－oxystearic acid and calcium hydroxide to prepare a grease for locomotive wheel flange.On the basis of the better ratio of rapeseed oil and dioctyl phthalate，the influence of adding addtives on the properties of grease was studied.Experimental results show that when the ratio of rapeseed oil and dioctyl phthalate was 6∶4，the lubricant overall performance is better.Its drop point is 148℃，and its penetration is 31.41mm.When using petroleum sulfonate barium as the rust－preventing agent，the product rust prevention performance is better and could achieve 2clevel.The maximum nonseizure load PBof the self－made grease is 647N，and increased by 50.11%，comparing with the purchased grease.

locomotive wheel flange；rapeseed oil；DOP；grease；performance

TE626.4；TQ646

A

1000－1190（2012）04－0444－04

2012－02－13.

科技部中小企業(yè)創(chuàng)新基金項目（09c26214211862）.

＊通訊聯(lián)系人.E－mail：huping87850507＠126.com.