潤滑脂的發(fā)展及技術(shù)現(xiàn)狀

張俊杰 陳炳耀,2 楊善杰 薛飛 廖輝云

(1．廣東三和控股有限公司，廣東 中山 528429；2．廣東三和化工科技有限公司，廣東 中山 528429)

潤滑脂的發(fā)展及技術(shù)現(xiàn)狀

張俊杰1陳炳耀1,2楊善杰1薛飛1廖輝云1

(1．廣東三和控股有限公司，廣東 中山 528429；2．廣東三和化工科技有限公司，廣東 中山 528429)

伴隨著現(xiàn)代工業(yè)的進(jìn)步，潤滑脂領(lǐng)域也在蓬勃發(fā)展，但人們對其的認(rèn)識還需要加強(qiáng)。本文主要對潤滑脂的發(fā)展及目前的技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行闡述論證，并對各種潤滑脂的性能及優(yōu)缺點進(jìn)行探究，最終得出鋰基和復(fù)合鋰基潤滑脂占據(jù)目前市場主導(dǎo)，同時礦物基礎(chǔ)油和硫-磷型極壓抗磨劑成本及性能極佳，在潤滑脂領(lǐng)域有著重要的地位。

鈣基;鋰基;聚脲;礦物油;、極壓抗磨劑

0 引言

伴隨著工業(yè)化程度的不斷提高，潤滑脂的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展，幾乎涵蓋了工業(yè)機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、交通運(yùn)輸行業(yè)、電子信息行業(yè)和各種軍事裝備，同時鋰基和復(fù)合鋰基潤滑脂占據(jù)目前市場主導(dǎo)，礦物基礎(chǔ)油也在該領(lǐng)域大放異彩，但最初人們對潤滑脂的研究和認(rèn)識遠(yuǎn)不如對潤滑油的研究，這主要由于初期潤滑脂的年產(chǎn)量和市場占有率大大低于潤滑油。

近年來潤滑脂的生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)也在不斷發(fā)展，并且已經(jīng)達(dá)到新的高度，但還需加強(qiáng)對其的研究。本文主要對潤滑脂的發(fā)展及技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析探究，加深人們對其的認(rèn)知，并對潤滑脂的研究奠定一定的基礎(chǔ)。潤滑脂按照其發(fā)展歷程和稠化劑不同，主要分為初期的鈣基潤滑脂，成熟期的鋰基潤滑脂和創(chuàng)新階段的聚脲潤滑脂。下文主要是通過這三個階段闡述論證潤滑脂的發(fā)展歷程，性能和優(yōu)缺點，最后對潤滑脂的技術(shù)現(xiàn)狀加以分析總結(jié)。

1 鈣基潤滑脂

鈣基潤滑脂是最早問世的潤滑脂產(chǎn)品，最初人們對潤滑部位要求提高，進(jìn)而找到了向動植物油脂中加入石灰制成稠化劑，石灰皂化油脂，未被皂化的作為分散介質(zhì)，這種產(chǎn)品是最早最原始的鈣基潤滑脂。我國于20世紀(jì)40年代開始生產(chǎn)鈣基脂，當(dāng)時產(chǎn)量在潤滑脂領(lǐng)域中遙遙領(lǐng)先。

鈣基潤滑脂成為當(dāng)時潤滑脂領(lǐng)域的主流有著其不可替代的優(yōu)勢，鈣基脂的生產(chǎn)設(shè)備簡單，原料易得，產(chǎn)品成本及價格低廉。這些優(yōu)勢對市場造成極大的沖擊，市場占有率隨之提高。產(chǎn)品本身具有良好的抗水性，在潮濕或接觸水的部位可以使用，對金屬表面有較好的粘附性，并具有不錯的膠體安定性，性能指標(biāo)達(dá)到上世紀(jì)的潤滑脂要求。鈣基潤滑脂最大的缺點是滴點較低，正常在90℃左右。而水是其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑，當(dāng)使用溫度超過100℃時，水會蒸發(fā)損失，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)被破壞，失去潤滑作用。所以鈣基潤滑脂在摩擦部位的最大工作溫度不超過60℃。20世紀(jì)工業(yè)發(fā)展程度不高，工作負(fù)荷較輕，所以各大行業(yè)均可大量使用鈣基潤滑脂。

2 鋰基潤滑脂

隨著科技的進(jìn)步，各大行業(yè)對潤滑的要求也在不斷提高，主要體現(xiàn)在對抗磨極壓性能和耐高溫性能的提高，這兩項指標(biāo)決定著工作負(fù)荷和工作溫度的極限值。隨著性能提高，新型潤滑脂要求能在更加嚴(yán)苛的工作環(huán)境下使用。而繼鈣基潤滑脂之后發(fā)展起來的新型潤滑脂中最典型的代表即鋰基潤滑脂。

鋰基潤滑脂是至今發(fā)展最快、當(dāng)前生產(chǎn)量最大、應(yīng)用領(lǐng)域最廣泛、最受各國潤滑脂行業(yè)重視并且是21世紀(jì)最具有發(fā)展前景的潤滑脂品種之一。鋰基潤滑脂的發(fā)展歷程可以追溯到20世紀(jì)40年代，美國率先展開鋰基潤滑脂的研究及生產(chǎn)工作，隨后在40年代后期將硬脂酸鋰皂引入西歐，并隨之生產(chǎn)滿足航空工業(yè)需要的高性能鋰基潤滑脂。并出現(xiàn)了鋰基潤滑脂規(guī)格DTD577。中國于20世紀(jì)60年代初期開始生產(chǎn)鋰基潤滑脂，整體發(fā)展速度緩慢，在1990年產(chǎn)量已達(dá)到21.5%，2007年 我國潤滑脂已向國際先進(jìn)水平發(fā)展，鋰基潤滑脂產(chǎn)量比例提高到81.81%。

鋰基潤滑脂在國內(nèi)初期發(fā)展較慢主要是由于其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，產(chǎn)品成本高，同時其高性能在當(dāng)時市場較小。90年代后隨著工業(yè)領(lǐng)域的快速發(fā)展，人們對潤滑脂要求提高，鋰基潤滑脂的市場地位得以確定。鋰基潤滑脂本身具有良好的抗水性，機(jī)械安定性和高滴點，屬于多用途、長壽命、使用溫度寬的潤滑脂，適用于-20℃～120℃溫度范圍內(nèi)各種機(jī)械設(shè)備的滾動和滑動軸承及其他摩擦部位。同時其對多數(shù)添加劑具有良好的配伍性，通過加入少量添加劑，可以有效提高氧化安定性和極壓抗磨性能，使其適用于更加嚴(yán)苛的工作環(huán)境。

而在鋰基潤滑脂的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開發(fā)出來的復(fù)合鋰基潤滑脂，也就是我們通常所說的高溫鋰基潤滑脂，可在200℃的工作環(huán)境下長時間工作。復(fù)合鋰基脂和通用鋰基脂性能的差異主要取決于其獨(dú)特的稠化劑—復(fù)合鋰皂。由于不同的稠化劑，其生產(chǎn)工藝也存在區(qū)別。鋰基脂的稠化劑主要通過脂肪酸和氫氧化鋰水溶液經(jīng)過皂化反應(yīng)制備，在生產(chǎn)工藝中采用一步法直接皂化，后續(xù)進(jìn)行升溫，急冷，后處理工藝。而復(fù)合鋰基脂的稠化劑體系是由脂肪酸鋰皂和低分子酸鋰鹽共同結(jié)晶形成。在生產(chǎn)工藝中采用兩步法通過皂化，復(fù)合以及后續(xù)的升溫，急冷，后處理工藝[1]。

3 聚脲潤滑脂

隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，人們對潤滑脂的要求日益苛刻。在高負(fù)荷、高速和高溫下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備，對潤滑脂高溫使用范圍達(dá)到175～250℃，并且要求具有較長的使用壽命，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。為此新型潤滑脂不斷問世，其中最具代表性的即聚脲潤滑脂，其本身屬于優(yōu)質(zhì)高溫潤滑脂。

聚脲潤滑脂是由分子中含有脲基的有機(jī)化合物作為稠化劑進(jìn)而制備的潤滑脂。聚脲稠化劑不同于金屬皂基稠化劑，不含金屬離子，避免了皂基稠化劑中金屬離子對潤滑脂中基礎(chǔ)油的催化氧化作用[2]，因此聚脲潤滑脂具有良好的氧化安定性和熱穩(wěn)定性。同時泵送性，抗氧性，抗水性和機(jī)械安定性優(yōu)良，特別適合在高溫高負(fù)荷，寬溫度范圍和與不良介質(zhì)接觸的潤滑界面使用。

目前在市場的占有率上沒有鋰基潤滑脂大主要是由于其生產(chǎn)成本和價格較高，同時其優(yōu)良的性能在一些機(jī)械使用中會造成性能過剩，多數(shù)企業(yè)考慮到自身生產(chǎn)成本和實際工作環(huán)境后不會選用聚脲潤滑脂。

4 潤滑脂技術(shù)現(xiàn)狀

現(xiàn)代工業(yè)的大踏步前進(jìn)，帶動相關(guān)領(lǐng)域的提高。當(dāng)前的潤滑脂領(lǐng)域，同樣在隨著工業(yè)的進(jìn)步不斷發(fā)展。而潤滑脂的性能主要取決于基礎(chǔ)油，稠化劑和添加劑。目前的技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀同時也是圍繞這三個板塊。

在潤滑脂的組成中，基礎(chǔ)油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大約在75%以上，因此其對潤滑脂的性能影響很大。主要的發(fā)展歷程經(jīng)過最初的動植物油脂階段，當(dāng)時主要用于鈣基潤滑脂的生產(chǎn)。隨后在高性能潤滑脂中礦物油和合成基礎(chǔ)油的大量使用?？梢钥闯?，基礎(chǔ)油的性能直觀反映出潤滑脂性能的高低。目前以礦物油作為基礎(chǔ)油的潤滑脂占到全部潤滑脂的85%以上。在一些特殊的設(shè)備和工作環(huán)境中，潤滑脂需采用部分或全部合成油做基礎(chǔ)油。合成基礎(chǔ)油相比礦物油，具有更佳的抗氧化性能，同時高低溫性能優(yōu)良，但價格昂貴和性能過剩限制其在潤滑脂中的大范圍使用。礦物油價格便宜，同時潤滑性能優(yōu)良，其中的Ⅲ類基礎(chǔ)油低溫性能接近PAO型合成基礎(chǔ)油，在潤滑脂中有極大的使用空間。

稠化劑在潤滑脂中占20%以下，一般是以膠體狀態(tài)分散在液體潤滑劑中形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，或僅以分散相的形式分散在基礎(chǔ)油中，起到吸附和限制基礎(chǔ)油流動的作用。稠化劑的選擇直接影響潤滑脂的耐高溫性，氧化安定性和抗水性等性能。

目前主要有金屬皂基和有機(jī)化合物皂基稠化劑。金屬皂基相比有機(jī)化合物皂基，抗磨性能更佳，同時價格相對較低。而有機(jī)化合物作為皂基主要優(yōu)勢是其不含金屬離子，對潤滑脂中基礎(chǔ)油沒有催化氧化過程，氧化安定性更佳。目前潤滑脂中最常見的稠化劑是鋰基皂和復(fù)合鋰基皂，這是由于其性能優(yōu)良，同時生產(chǎn)成本較低。鋰基潤滑脂屬于通用脂，在一些沒有高溫工作環(huán)境的機(jī)械上使用極佳。復(fù)合鋰基脂屬于高溫脂，相比于聚脲潤滑脂，兩者性能基本一致，氧化安定性可以通過少量添加劑進(jìn)行改善。

添加劑在潤滑脂中占10%以下，可以改善或賦予潤滑脂某些使用性能。主要包括極壓抗磨性能，抗氧化性能和防銹性能。潤滑脂最基本也是最主要的目的即減少摩擦，而極壓抗磨劑作為核心添加劑，可大幅度改善其潤滑性能和使用壽命。其發(fā)展歷程由最初的硫型、氯型、磷型、鉬型，到后期的有機(jī)金屬型、硼型。目前主要使用復(fù)合型極壓抗磨劑，主要含有硫型和磷型，硫型耐負(fù)荷性能優(yōu)良，磷型抗磨性能極佳。

對于新型添加劑的研發(fā)亦是當(dāng)下的技術(shù)現(xiàn)狀。目前主要是針對納米粒子型極壓抗磨劑進(jìn)行分析探究。研究發(fā)現(xiàn)納米材料具有易燒結(jié)、熔點低等特性，因此以其為基礎(chǔ)制取的新型極壓抗磨劑作用機(jī)理并不是傳統(tǒng)的在兩摩擦副表面形成一層低剪切強(qiáng)度的物理化學(xué)膜，使摩擦磨損發(fā)生在生成的保護(hù)膜之間，而是將單一的滑動摩擦改變?yōu)榛瑒优c滾動的復(fù)合摩擦，通過改變摩擦方式達(dá)到減小摩擦的目的[3]。

5 結(jié)語

(1)潤滑脂的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段，各階段代表是鈣基潤滑酯，鋰基潤滑脂和聚脲潤滑脂。其中鈣基脂工藝簡單，成本低廉，在上世紀(jì)占據(jù)主導(dǎo)地位。鋰基和復(fù)合鋰基潤滑脂是目前使用最廣的潤滑脂，高溫性能極佳，占據(jù)市場主導(dǎo)地位。聚脲潤滑脂是高性能的潤滑脂，目前用于一些特殊的工作環(huán)境，市場占有量不大。

(2)潤滑脂的技術(shù)現(xiàn)狀圍繞基礎(chǔ)油，稠化劑和添加劑展開，目前85%以上的潤滑脂采用礦物油作為基礎(chǔ)油，其成本及性能滿足目前主流潤滑脂的需求。稠化劑主要采用鋰基皂和復(fù)合鋰基皂，兩者性能極佳，且成本相比聚脲皂更低。添加劑中極壓抗磨劑目前主要采用硫-磷型劑，同時有極壓和抗磨性能。

[1]何懿峰,孫洪偉,段慶華.潤滑脂合成機(jī)理探索[J].石油學(xué)報(石油加工)，2009,(S9):98-102.

[2]朱延彬.潤滑脂技術(shù)大全[M].中國石化出版社.2005.

[3]張宜哲,郭小川,何燕.納米材料在潤滑脂中的應(yīng)用[J].合成潤滑材料，2017,(01):29-31.

張俊杰(1993- )，男，陜西寶雞人，主要研究方向潤滑劑。