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聚脲潤滑脂在軸承潤滑中的作用
2010-07-14
滾動軸承作為典型的“減摩”機(jī)械基礎(chǔ)件，潤滑技術(shù)一直是其研究的重要組成部分。潤滑脂被人們稱為與內(nèi)圈、外圈、滾動體、保持架并駕齊驅(qū)的軸承的第五個零件。用于每套軸承的配套維修的潤滑脂的量雖然很小，但它對軸承性能影響很大，在高速運轉(zhuǎn)的情況下，缺脂或斷脂幾秒鐘就有可能燒壞整套軸承；對密封軸承來說，脂的壽命就決定了軸承的壽命。
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的品種、應(yīng)用領(lǐng)域及工況愈來愈復(fù)雜，對軸承潤滑脂的要求也日益苛刻。因此研制開發(fā)長壽命、低噪聲的潤滑脂以滿足軸承工業(yè)的飛速發(fā)展已勢在必行。聚脲潤滑脂就是為了適應(yīng)上述需要而開發(fā)的一類優(yōu)質(zhì)高溫潤滑脂。
聚脲潤滑脂（簡稱聚脲脂）是由分子中含有脲基的有機(jī)化合物稠化礦油或合成油所制備的潤滑脂。由于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基礎(chǔ)油的催化氧化作用，因此聚脲潤滑脂具有良好的氧化安定性和熱穩(wěn)定性，并具有一系列優(yōu)良的使用性能，如：良好的泵送性、抗氧性、機(jī)械安定性、膠體安定性和抗水淋性，特別適用于高溫、高載荷、寬速度范圍和與不良介質(zhì)接觸的潤滑場合，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于電器工業(yè)、冶金工業(yè)、食品工業(yè)、造紙工業(yè)、汽車行業(yè)、飛機(jī)等軍事工業(yè)。
1 世界潤滑脂發(fā)展趨勢及我國潤滑脂現(xiàn)狀及差距
近年來，我國在潤滑脂的生產(chǎn)技術(shù)及應(yīng)用技術(shù)上都取得了很大進(jìn)展，然而同發(fā)達(dá)國家相比，我們在產(chǎn)品構(gòu)成尤其是在高檔產(chǎn)品的發(fā)展上還存在著差距?，F(xiàn)將國內(nèi)外潤滑脂的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢做一簡略論述。
1.1 國外潤滑脂的應(yīng)用現(xiàn)狀
對于世界發(fā)達(dá)國家，如美國、歐洲、加拿大，目前應(yīng)用Z多、生產(chǎn)量Z大的是鋰系列潤滑脂，其次是鈣基潤滑脂，而復(fù)合鋁基脂也占有相當(dāng)?shù)谋壤６谌毡?，聚脲潤滑脂的?yīng)用卻相當(dāng)普遍，今后對潤滑脂的性能要求大致有如下方面：1）、長壽命；2）、寬溫性能；3）、良好的機(jī)械安定性及放漏性；4）、良好的高速及低轉(zhuǎn)矩特性；5）、極壓、抗磨、耐微振磨損、抗針性等；6）、塵埃、雜質(zhì)較少，音響性能良好；7）、泵送性、可供性等輸送性能良好；8）、良好的防護(hù)性能；與密封材料的適應(yīng)性；10）、與其他脂類的混合安定性。
1.2 發(fā)展趨勢
潤滑脂的發(fā)展歷史很長，它伴隨著機(jī)械化的發(fā)展而成熟起來。目前使用較為廣泛的潤滑脂，如鋰基脂、復(fù)合鋰基脂、鈣基脂、復(fù)合鈣基脂、復(fù)合鋁基脂等是20世紀(jì)40～50年代發(fā)展起來的，這些潤滑脂的用量占到年產(chǎn)量的95%以上。而聚脲潤滑脂、磺酸鹽復(fù)合鈣基潤滑脂、復(fù)合鈦潤滑脂則是潤滑脂種類中的后起之秀?，F(xiàn)分述如下：
1954年首次開發(fā)聚脲潤滑脂產(chǎn)品，Swaken等人在考察硅油的熱穩(wěn)定性和氧化安定性稠化劑時，發(fā)現(xiàn)聚脲稠化劑具有許多優(yōu)良性能，進(jìn)一步研究合成了大批聚脲稠化劑和制備了系列聚脲潤滑脂產(chǎn)品，作為一類高溫潤滑脂，聚脲潤滑脂具有比其它高溫潤滑脂更好的綜合性性能。美國Z先開發(fā)了聚脲脂，雪佛隆（Chevron）公司在聚脲潤滑脂的研制和生產(chǎn)方面均占領(lǐng)先地位。近年來，德國、英國、日本、前蘇聯(lián)、波蘭和中國相繼開展了聚脲潤滑脂的研制和生產(chǎn)工作。2001年美國潤滑脂協(xié)會（NLGI）發(fā)表的潤滑脂生產(chǎn)調(diào)查統(tǒng)計報告顯示，全世界聚脲潤滑脂產(chǎn)量達(dá)到3.03萬噸。其中美國/加拿大生產(chǎn)了1.33萬噸，日本生產(chǎn)了1.03萬噸，而中國聚脲潤滑脂的產(chǎn)量僅有500噸左右。印度研究者率先開發(fā)出以鈦為稠化劑的復(fù)合鈦基潤滑脂，從毒性和安全性的角度研究表明，復(fù)合鈦基脂對生產(chǎn)者和使用者都是安全的，而且用植物油代替礦物油制備的潤滑脂具有良好的生物降解性；從使用性能上看，復(fù)合鈦基脂與目前廣泛應(yīng)用的極壓復(fù)合鋰（鋁）基脂相比，極壓性能相當(dāng)，而且該脂與傳統(tǒng)的高性能潤滑脂具有很好的相容性，已被認(rèn)為是多功能高效率的一類潤滑脂，而且也是Z有希望成為目前廣泛應(yīng)用的高性能潤滑脂的替代品。
1.2.1復(fù)合鈦基脂的應(yīng)用情況
水泥回轉(zhuǎn)爐、粉碎機(jī)、球磨機(jī)等設(shè)備上的開式齒輪均處于高溫、重載荷及惡劣的工作環(huán)境中，因此要求潤滑劑具有較高的極壓性能、耐高溫性能，另外根據(jù)潤滑方式的不同還有一定的噴射性。此外，在國外，復(fù)合鈦基脂還被廣泛應(yīng)用于鋼廠、發(fā)電廠、包裝工業(yè)、化工廠、汽車上。
總之，（1）復(fù)合鈦基脂在不同的方面應(yīng)用情況表明其為一種多效高性能的潤滑脂；（2）添加功能劑后可提高復(fù)合鈦基脂的性能，從而可擴(kuò)大其應(yīng)用的范圍；（3）復(fù)合鈦基脂與其他脂混合后，可提高某些特性而不影響脂的內(nèi)在特性，這表明其良好的相容性；（4）我國優(yōu)良好的鈦礦資源，可大力發(fā)展鈦基潤滑脂。
高堿性磺酸鈣一直作為潤滑油的添加劑使用的。20世紀(jì)80年代有人成功地將其轉(zhuǎn)化為潤滑脂的稠化劑。復(fù)合磺酸鈣基脂的稠化體系主要由兩部分組成，一部分是非牛頓體的磺酸鈣，另一部分是復(fù)合鈣皂，它們在體系中既有物理混合，又有化學(xué)締合，是一個較復(fù)雜的化合物體系。非牛頓體系磺酸鈣是由牛頓體高堿性磺酸鈣轉(zhuǎn)化而來。牛頓體高堿性磺酸鈣主要由磺酸鈣正鹽和碳酸鈣堿式鹽組成。用這種稠化劑制成得潤滑脂，具有良好的高低溫性能、剪切安定性、極壓抗磨性能以及抗水性能等。有人預(yù)測其將在鋼鐵、造紙、機(jī)械加工、礦山和汽車行業(yè)上獲得應(yīng)用。
綜上所述，當(dāng)今世界潤滑脂品種發(fā)展的趨勢是多效鋰基脂占主導(dǎo)地位并得到繼續(xù)發(fā)展，低檔的鈣、鈉基脂逐年下降，高滴點、多效能的潤滑脂發(fā)展很快，復(fù)合鋰基脂和聚脲潤滑脂是發(fā)展高滴點潤滑脂品種的主要方向。
1.3我國潤滑脂現(xiàn)狀及差距
我國是潤滑脂生產(chǎn)大國，潤滑脂工業(yè)從20世紀(jì)80年代以來有了長足的發(fā)展。近年來產(chǎn)量基本穩(wěn)定在65000～70000噸的范圍，其中80%的潤滑脂用于軸承潤滑，品種結(jié)構(gòu)向著世界先進(jìn)水平方向發(fā)展。2000年鋰基類潤滑脂所占比例為65.50%，達(dá)到先進(jìn)水平。但在生產(chǎn)規(guī)模、高滴點品種發(fā)展方向與國外尚有較大差距。適當(dāng)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，保持鋰基脂占主導(dǎo)地位的發(fā)展態(tài)勢，努力開發(fā)高滴點、多效能潤滑脂種類，重視環(huán)保產(chǎn)品，乃為新世紀(jì)我國潤滑脂品種發(fā)展的努力方向。
2 軸承用潤滑脂簡介
2.1軸承潤滑的作用
潤滑對滾動軸承的疲勞壽命和磨擦、磨損、溫升、振動等有重要影響。沒有正常的潤滑，軸承就不能工作。分析軸承損壞的原因時，40％左右的軸承損壞都與潤滑不良有關(guān)。因此，軸承的良好潤滑是減小軸承磨擦和磨損的有效措施。除此之外，軸承的潤滑還對散熱、防銹、密封、緩和沖擊等起作用，軸承潤滑的作用可以簡要地說明如下：
(1) 在相互接觸的兩滾動表面或滑動表面之間形成一層油膜，把兩表面隔開，減少接觸面的磨擦和。
(2) 采用油潤滑時，特別是采用循環(huán)油潤滑、油霧潤滑和噴油潤滑時，潤滑油能帶走軸承內(nèi)部的大部分磨擦熱起到有效的散熱作用。
(3) 采用脂潤滑時，可以防止外部的灰塵等污物進(jìn)入軸承，起到密封作用。潤滑脂是由基礎(chǔ)油、增稠劑及添加劑組成的潤滑劑。在選擇潤滑脂時，應(yīng)選擇非常適合于軸承使用條件的潤滑脂。即使是同種潤滑脂，由于商標(biāo)不同，在性能上也將會有很大的差別。軸承常用的潤滑脂有鈣基潤滑脂、鈉基潤滑脂、鈣鈉基潤滑脂、鋰基潤滑脂、鋁基潤滑脂和二硫化鉬潤滑脂等。軸承充填潤滑脂的數(shù)量，以充滿軸承內(nèi)部空間的1/2～1/3為宜。高速時應(yīng)減少至1/3。過多的潤滑脂將使溫升增高。
2.2 潤滑脂的選擇
一般來說，軸承溫度每升高10～15℃，潤滑脂的壽命將減少一半，按照工作溫度選擇潤滑脂時，主要指標(biāo)應(yīng)是滴點、氧化安定性和低溫性能，滴點一般可用來評價高溫性能，軸承實際工作溫度應(yīng)低于滴點10～20℃。合成潤滑脂的使用溫度應(yīng)低于滴點20～30℃。對于160～200℃左右的溫度要求，一般應(yīng)選用以復(fù)合皂、聚脲、膨潤土為稠化劑，酯類油、合成烴、硅油作基礎(chǔ)油的潤滑脂。溫度要求在250℃，應(yīng)選用以脲類有機(jī)物、氟化物為稠化劑，以苯基硅油、全氟聚醚為基礎(chǔ)油的潤滑脂。根據(jù)軸承載荷選擇潤滑脂時，對重載荷應(yīng)選錐入度小的潤滑脂。在高壓下工作時除錐入度小外，還要有較高的油膜強度和極壓性能。根據(jù)環(huán)境條件選擇潤滑脂時，鈣基潤滑脂不易溶于水，適于潮濕和水分較多的工作環(huán)境。鈉基潤滑脂易溶于水，適于干燥和水分較少的環(huán)境。
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的品種、應(yīng)用領(lǐng)域及工況愈來愈復(fù)雜，對軸承潤滑脂的要求也日益苛刻。因此研制開發(fā)長壽命、低噪聲的潤滑脂以滿足軸承工業(yè)的飛速發(fā)展已勢在必行。聚脲潤滑脂就是為了適應(yīng)上述需要而開發(fā)的一類優(yōu)質(zhì)高溫潤滑脂。
聚脲潤滑脂（簡稱聚脲脂）是由分子中含有脲基的有機(jī)化合物稠化礦油或合成油所制備的潤滑脂。由于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基礎(chǔ)油的催化氧化作用，因此聚脲潤滑脂具有良好的氧化安定性和熱穩(wěn)定性，并具有一系列優(yōu)良的使用性能，如：良好的泵送性、抗氧性、機(jī)械安定性、膠體安定性和抗水淋性，特別適用于高溫、高載荷、寬速度范圍和與不良介質(zhì)接觸的潤滑場合，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于電器工業(yè)、冶金工業(yè)、食品工業(yè)、造紙工業(yè)、汽車行業(yè)、飛機(jī)等軍事工業(yè)。
1 世界潤滑脂發(fā)展趨勢及我國潤滑脂現(xiàn)狀及差距
近年來，我國在潤滑脂的生產(chǎn)技術(shù)及應(yīng)用技術(shù)上都取得了很大進(jìn)展，然而同發(fā)達(dá)國家相比，我們在產(chǎn)品構(gòu)成尤其是在高檔產(chǎn)品的發(fā)展上還存在著差距?，F(xiàn)將國內(nèi)外潤滑脂的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢做一簡略論述。
1.1 國外潤滑脂的應(yīng)用現(xiàn)狀
對于世界發(fā)達(dá)國家，如美國、歐洲、加拿大，目前應(yīng)用Z多、生產(chǎn)量Z大的是鋰系列潤滑脂，其次是鈣基潤滑脂，而復(fù)合鋁基脂也占有相當(dāng)?shù)谋壤６谌毡?，聚脲潤滑脂的?yīng)用卻相當(dāng)普遍，今后對潤滑脂的性能要求大致有如下方面：1）、長壽命；2）、寬溫性能；3）、良好的機(jī)械安定性及放漏性；4）、良好的高速及低轉(zhuǎn)矩特性；5）、極壓、抗磨、耐微振磨損、抗針性等；6）、塵埃、雜質(zhì)較少，音響性能良好；7）、泵送性、可供性等輸送性能良好；8）、良好的防護(hù)性能；與密封材料的適應(yīng)性；10）、與其他脂類的混合安定性。
1.2 發(fā)展趨勢
潤滑脂的發(fā)展歷史很長，它伴隨著機(jī)械化的發(fā)展而成熟起來。目前使用較為廣泛的潤滑脂，如鋰基脂、復(fù)合鋰基脂、鈣基脂、復(fù)合鈣基脂、復(fù)合鋁基脂等是20世紀(jì)40～50年代發(fā)展起來的，這些潤滑脂的用量占到年產(chǎn)量的95%以上。而聚脲潤滑脂、磺酸鹽復(fù)合鈣基潤滑脂、復(fù)合鈦潤滑脂則是潤滑脂種類中的后起之秀?，F(xiàn)分述如下：
1954年首次開發(fā)聚脲潤滑脂產(chǎn)品，Swaken等人在考察硅油的熱穩(wěn)定性和氧化安定性稠化劑時，發(fā)現(xiàn)聚脲稠化劑具有許多優(yōu)良性能，進(jìn)一步研究合成了大批聚脲稠化劑和制備了系列聚脲潤滑脂產(chǎn)品，作為一類高溫潤滑脂，聚脲潤滑脂具有比其它高溫潤滑脂更好的綜合性性能。美國Z先開發(fā)了聚脲脂，雪佛隆（Chevron）公司在聚脲潤滑脂的研制和生產(chǎn)方面均占領(lǐng)先地位。近年來，德國、英國、日本、前蘇聯(lián)、波蘭和中國相繼開展了聚脲潤滑脂的研制和生產(chǎn)工作。2001年美國潤滑脂協(xié)會（NLGI）發(fā)表的潤滑脂生產(chǎn)調(diào)查統(tǒng)計報告顯示，全世界聚脲潤滑脂產(chǎn)量達(dá)到3.03萬噸。其中美國/加拿大生產(chǎn)了1.33萬噸，日本生產(chǎn)了1.03萬噸，而中國聚脲潤滑脂的產(chǎn)量僅有500噸左右。印度研究者率先開發(fā)出以鈦為稠化劑的復(fù)合鈦基潤滑脂，從毒性和安全性的角度研究表明，復(fù)合鈦基脂對生產(chǎn)者和使用者都是安全的，而且用植物油代替礦物油制備的潤滑脂具有良好的生物降解性；從使用性能上看，復(fù)合鈦基脂與目前廣泛應(yīng)用的極壓復(fù)合鋰（鋁）基脂相比，極壓性能相當(dāng)，而且該脂與傳統(tǒng)的高性能潤滑脂具有很好的相容性，已被認(rèn)為是多功能高效率的一類潤滑脂，而且也是Z有希望成為目前廣泛應(yīng)用的高性能潤滑脂的替代品。
1.2.1復(fù)合鈦基脂的應(yīng)用情況
水泥回轉(zhuǎn)爐、粉碎機(jī)、球磨機(jī)等設(shè)備上的開式齒輪均處于高溫、重載荷及惡劣的工作環(huán)境中，因此要求潤滑劑具有較高的極壓性能、耐高溫性能，另外根據(jù)潤滑方式的不同還有一定的噴射性。此外，在國外，復(fù)合鈦基脂還被廣泛應(yīng)用于鋼廠、發(fā)電廠、包裝工業(yè)、化工廠、汽車上。
總之，（1）復(fù)合鈦基脂在不同的方面應(yīng)用情況表明其為一種多效高性能的潤滑脂；（2）添加功能劑后可提高復(fù)合鈦基脂的性能，從而可擴(kuò)大其應(yīng)用的范圍；（3）復(fù)合鈦基脂與其他脂混合后，可提高某些特性而不影響脂的內(nèi)在特性，這表明其良好的相容性；（4）我國優(yōu)良好的鈦礦資源，可大力發(fā)展鈦基潤滑脂。
高堿性磺酸鈣一直作為潤滑油的添加劑使用的。20世紀(jì)80年代有人成功地將其轉(zhuǎn)化為潤滑脂的稠化劑。復(fù)合磺酸鈣基脂的稠化體系主要由兩部分組成，一部分是非牛頓體的磺酸鈣，另一部分是復(fù)合鈣皂，它們在體系中既有物理混合，又有化學(xué)締合，是一個較復(fù)雜的化合物體系。非牛頓體系磺酸鈣是由牛頓體高堿性磺酸鈣轉(zhuǎn)化而來。牛頓體高堿性磺酸鈣主要由磺酸鈣正鹽和碳酸鈣堿式鹽組成。用這種稠化劑制成得潤滑脂，具有良好的高低溫性能、剪切安定性、極壓抗磨性能以及抗水性能等。有人預(yù)測其將在鋼鐵、造紙、機(jī)械加工、礦山和汽車行業(yè)上獲得應(yīng)用。
綜上所述，當(dāng)今世界潤滑脂品種發(fā)展的趨勢是多效鋰基脂占主導(dǎo)地位并得到繼續(xù)發(fā)展，低檔的鈣、鈉基脂逐年下降，高滴點、多效能的潤滑脂發(fā)展很快，復(fù)合鋰基脂和聚脲潤滑脂是發(fā)展高滴點潤滑脂品種的主要方向。
1.3我國潤滑脂現(xiàn)狀及差距
我國是潤滑脂生產(chǎn)大國，潤滑脂工業(yè)從20世紀(jì)80年代以來有了長足的發(fā)展。近年來產(chǎn)量基本穩(wěn)定在65000～70000噸的范圍，其中80%的潤滑脂用于軸承潤滑，品種結(jié)構(gòu)向著世界先進(jìn)水平方向發(fā)展。2000年鋰基類潤滑脂所占比例為65.50%，達(dá)到先進(jìn)水平。但在生產(chǎn)規(guī)模、高滴點品種發(fā)展方向與國外尚有較大差距。適當(dāng)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，保持鋰基脂占主導(dǎo)地位的發(fā)展態(tài)勢，努力開發(fā)高滴點、多效能潤滑脂種類，重視環(huán)保產(chǎn)品，乃為新世紀(jì)我國潤滑脂品種發(fā)展的努力方向。
2 軸承用潤滑脂簡介
2.1軸承潤滑的作用
潤滑對滾動軸承的疲勞壽命和磨擦、磨損、溫升、振動等有重要影響。沒有正常的潤滑，軸承就不能工作。分析軸承損壞的原因時，40％左右的軸承損壞都與潤滑不良有關(guān)。因此，軸承的良好潤滑是減小軸承磨擦和磨損的有效措施。除此之外，軸承的潤滑還對散熱、防銹、密封、緩和沖擊等起作用，軸承潤滑的作用可以簡要地說明如下：
(1) 在相互接觸的兩滾動表面或滑動表面之間形成一層油膜，把兩表面隔開，減少接觸面的磨擦和。
(2) 采用油潤滑時，特別是采用循環(huán)油潤滑、油霧潤滑和噴油潤滑時，潤滑油能帶走軸承內(nèi)部的大部分磨擦熱起到有效的散熱作用。
(3) 采用脂潤滑時，可以防止外部的灰塵等污物進(jìn)入軸承，起到密封作用。潤滑脂是由基礎(chǔ)油、增稠劑及添加劑組成的潤滑劑。在選擇潤滑脂時，應(yīng)選擇非常適合于軸承使用條件的潤滑脂。即使是同種潤滑脂，由于商標(biāo)不同，在性能上也將會有很大的差別。軸承常用的潤滑脂有鈣基潤滑脂、鈉基潤滑脂、鈣鈉基潤滑脂、鋰基潤滑脂、鋁基潤滑脂和二硫化鉬潤滑脂等。軸承充填潤滑脂的數(shù)量，以充滿軸承內(nèi)部空間的1/2～1/3為宜。高速時應(yīng)減少至1/3。過多的潤滑脂將使溫升增高。
2.2 潤滑脂的選擇
一般來說，軸承溫度每升高10～15℃，潤滑脂的壽命將減少一半，按照工作溫度選擇潤滑脂時，主要指標(biāo)應(yīng)是滴點、氧化安定性和低溫性能，滴點一般可用來評價高溫性能，軸承實際工作溫度應(yīng)低于滴點10～20℃。合成潤滑脂的使用溫度應(yīng)低于滴點20～30℃。對于160～200℃左右的溫度要求，一般應(yīng)選用以復(fù)合皂、聚脲、膨潤土為稠化劑，酯類油、合成烴、硅油作基礎(chǔ)油的潤滑脂。溫度要求在250℃，應(yīng)選用以脲類有機(jī)物、氟化物為稠化劑，以苯基硅油、全氟聚醚為基礎(chǔ)油的潤滑脂。根據(jù)軸承載荷選擇潤滑脂時，對重載荷應(yīng)選錐入度小的潤滑脂。在高壓下工作時除錐入度小外，還要有較高的油膜強度和極壓性能。根據(jù)環(huán)境條件選擇潤滑脂時，鈣基潤滑脂不易溶于水，適于潮濕和水分較多的工作環(huán)境。鈉基潤滑脂易溶于水，適于干燥和水分較少的環(huán)境。
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