润滑脂的组成

    润滑脂是由基础油、稠化剂和添加剂三部分组成。其中基础油所占比例最大,一般占润滑  脂组分的80%~90%,稠化剂含量为l0%~20%,添加剂占5%左右。这三种组分虽然在润滑脂中占的比例不同,但对润滑脂的某些性能起着主要作用。现分别讨论。

    (1)基础油

    润滑脂基础油的类型和组成,能决定润滑脂的高温蒸发性能,润滑脂的低温泵送性和相似粘度,亦取决于基础油的粘度和凝点。基础油的粘温性能就大致决定了某种润滑脂的高低温使用范围。

润滑脂的基础油分为矿物油(石油润滑油)与合成油两大类,而合成油通常分为酯类油、硅油(甲基硅油、乙基硅油、甲苯基硅油及含卤素硅油等)、聚烯烃油,此外还有聚二乙二醇醚及含氟润滑油等。下表列出了润滑脂基础油的主要性能比较。

润滑脂基础油的性能比较

基础油

粘温特性

耐高温性

低温流动性

氧化安定性

润滑性

抗燃性

抗辐射性

石油润滑油

超精制润滑油

聚烯烃油

双酯

新戊基多元醇酯

聚二乙二醇醚

硅油

聚苯醚

全氟醚

氟碳油

一般

一般~良

一般~良

一般

一般~良

一般

一般~良

一般

优~良

一般

一般

一般

一般

-

-

从上表可见,矿物油除润滑性能优良外,其它多项性能都不如合成润滑油;超精制石油润滑油的性能有所改善。不同类型的合成润滑油性能亦各有优劣,但绝大多数性能优良,个别的性能较差,如硅油的润滑性能差(对钢-钢摩擦副),酯类油的橡胶溶胀小等。由于合成油价格昂贵。所以在工业上作为润滑脂的基础油使用最多的仍是矿物油。

    基础油选用的原则:

    用于低温、轻负荷、高速轴承的润滑脂,以低粘度润滑油作为基础油较为适宜;对于中速、中等负荷和温度不太高条件下使用的润滑脂,以选用中等粘度馏分油作为基础油;用于高负荷、较高温度和低速工作的润滑脂则选用高粘度馏分油为基础油是适宜的。

    (2)稠化剂

    稠化剂的基本作用就是它的稠化性能,稠化剂分散在基础油中,形成三维结构的胶束纤维,将润滑油分割包围,使油失去流动性(如图a所示),保持在润滑部位上;当运动时,胶束纤维受剪切,三维结构遭到破坏,润滑油流出(如图b所示)起润滑作用;当运动停止后,胶束纤维又恢复三维结构,又使润滑油失去流动性,保持在润滑部位上。

 

 

 

用于制备制备脂的稠化剂有两大类:皂基稠化剂,即脂肪酸金属盐(包括单皂或混合皂及复合皂);非皂基稠化剂(包括烃类、无机类及有机类)。皂基稠化剂制备的润滑脂占润滑脂总量的90%左右,得到广泛地应用。

    A皂基稠化剂

    1)单皂基  以单一金属皂作为稠化剂而制成的润滑脂,就以这种金属皂的名称来命名,如钙基脂、钠基脂、锂基脂等。

    2)混合皂基  以两种或两种以上的单一金属皂作为混合剂制成的润滑脂。两种单一皂可按一定比例混合,如钙—钠基脂,它兼有钙基脂的抗水性和钠基脂耐较高温度的性能。

  3)复合皂基  在金属皂的基础上加以复合剂而形成两种不同的脂肪酸根结合在同一金属原子上形成复合皂稠化剂所制成的脂。它一般具有较高耐温性能,并可以改善润滑脂的机械安定性和胶体安定性。如以醋酸钙为复合剂制成复合钙基脂以苯甲酸与脂肪酸铝皂为稠化剂制成的复合铝基脂等。

    作为润滑脂原料的脂肪材料,来源较广,有动、植物油、硬化油、脂肪酸等。为了弥补天然脂肪原料不足,采用石蜡氧化制取的合成脂肪酸,用于制造一般润滑脂的脂肪的标准温度在37℃43℃为好。

  B非皂基稠化剂

    1)石蜡和地蜡  是制备烃基润滑脂的稠化剂。

    地蜡稠化石油润滑油制备的烃基脂具有良好的抗水性,并有一定的抗化学介质和良好的防护能力。

    2)无机稠化剂  有表面改性的无机澎润土和硅胶(一般均使用表面改质的微细硅胶)。

    3)有机稠化剂  有阴丹士林染料、有机脲类、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙稀共聚物等。

    无机和有机稠化剂,都各具特点,一般有良好的耐热性,所制备的润滑脂有较高的滴点,有的脂还有优良的抗辐射性、抗化学介质等特征。此外,还有炭黑、石墨及二硫化钼等填料、添加在润滑脂中可提高润滑脂的抗负荷能力。

    (3)添加剂

    在润滑脂中加入添加剂以改善润滑脂的某些性能,其作用基本上与润滑油中添加剂的作用是相同的,但由于一般的润滑脂呈弱碱性,并含有某种稠化剂,对添加剂的感受性与润滑油有所不同。对润滑油有效的添加剂在润滑脂中可能无效。所以选择时要通过试验决定。润滑脂中的添加剂主要有以下几种:

    A.结构改善剂  是润滑脂中稳定胶体结构用的添加剂。它在润滑脂中含量虽少,但作用很大。有的润滑脂如果不含适量的结构改善剂,稠化剂和基础油就会分离而不能制成润滑脂。

    结构改善剂是一种极性较强的化合物,如有机酸、甘油、醇、胺、醚等化合物。水也是一种结构改善剂。例如在钠基润滑脂中用甘油作为结构改善剂;在钙基润滑脂中用水作为结构改善剂。

    B抗氧化剂  主要用来提高润滑脂的抗氧化安定性。它能阻碍基础油的氧化,延长润滑脂的使用寿命。主要有两种:在微碱性润滑脂中以胺类抗氧剂为主,如二苯胺、苯基- -萘胺等。在微酸性润滑脂中以酚类抗氧剂为主,如2,6-二叔丁基对甲酚、硫氮杂蒽等。此外还有高温抗氧剂,如吩噻嗪等。

    C防锈剂  主要用来提高防锈性。防止空气、水分等透过润滑脂膜对金属腐蚀。主要有石油磺酸盐、亚硝酸钠、氧化石油脂钡皂、苯并三氮唑等。

    这些化合物由于其极性基能吸附在金属面上,或能与金属发生化学反应而生成盐类,它们能在金属表面形成致密而牢固的薄膜,使金属表面与水、空气等相隔离,以达到隔离的作用。

    D极压抗磨剂  在苛刻条件下工作的齿轮、轴承等摩擦面的负荷和温度都很高,摩擦表面处于边界润滑状态,很容易发生过度磨损擦伤和烧结现象。

极压抗磨剂的作用是在边界润滑条件下,其分解产物在摩擦、高温下与金属发生化学反应,生成剪切应力和熔点均比纯金属低的化合物,从而防止金属摩擦面的擦伤、咬合或熔焊。

    一些含磷、氯、硫的化合物具有抗磨和极压性。一般磷化物具有抗磨性,而氯化物与硫化物或含疏和磷化合物,即具有极压性也有抗磨性。为改进润滑脂的抗磨性和极压性,可以混合作用两种或多种添加剂。

    极压抗磨剂有硫化物(如硫化烯烃等)、磷化物(磷酸三甲酚酯等)、氯化物(如氯化石蜡)、铅盐(如环烷酸铅)等。

    现将润滑脂三个组成部分分别列于下表:

表  滑  脂  组  分

基础油

石油润滑油

中粘度或高粘度溶剂精制油、超精制石油润滑油

合成润滑油

合成烃,聚烯烃油

聚乙二醇醚、聚苯醚

酯类油:二元酸酯、三羟甲基丙烷酯、季戊四醇酯、双季戊四醇酯

硅  油:甲基硅油、甲苯基硅油、氯苯基硅油,乙基硅油、烷基硅油

氟碳类,氟油、全氟醚、氟氯油

稠化剂

皂  基

脂肪、脂肪酸

(皂化物)

天然脂肪、动物油脂:牛油、猪油、鲸油

植物油酯:蓖麻油、棉籽油等

十二羟基脂肪酸、氢化脂肪(硬化油)

单体脂肪酸:硬脂酸、棕搁酸、油酸

合成脂肪酸、环烷酸

碱类(皂化剂)NaOH、Ca(OH)2、LiOH等

非皂基

烃  类:地蜡  石蜡

有机物:染料、阴丹士林、酞菁铜

   脲类:芳基脲

酰胺:十八烷基对苯二甲酸金属盐

氟化物:聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物

无机物:有机膨润土:改质硅质、石墨、二硫化钼、炭黑

添加剂

抗氧剂

胺类:二苯胺、苯基- -萘胺、苯基- -萘胺、二异辛基胺二苯胺、苯二胺

酚类、2,6-叔丁基对甲酚、硫氮杂蒽

硒化物:二烷基硒

极压抗磨剂

硫化物:硫化烯烃、硫化鲸油、硫苄、硫化脂肪

磷化物:磷酸三甲苯酯、磷酸三乙酯、亚磷酸二正丁酯

氯化物:氯化石蜡

铅  盐:环烷酸铅

其  它:二烷基硫代氨基甲酸盐(铅、锌、钼、锑)

二烷基硫代磷酸盐类、石墨、二硫化钼

防锈剂

磺酸盐:石油磺酸盐(钠、钙、钡)、二壬基萘磺酸钡

山梨糖醇单油酸酯

亚硝酸钠、癸二酸钠

氧化石油脂钡皂

苯并三唑、眯唑啉

结构改善剂

聚甲基丙烯酸酯、聚异丁烯、乙烯丙烯共聚物、橡胶、蜂蜡

胶溶剂

水、甘油、三乙醇胺

 

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