潘 濛 胡 萍 袁繼勇 黃樟華 羅琴琴 熊先江 舒 婷

（武漢理工大學化學工程學院1） 武漢 430070） （浙江寶晟鐵路新材料科技有限公司2） 嵊州 312400）

0 引 言

合理有效的輪軌潤滑可減少輪軌磨損，對節(jié)能和提高機車牽引效率也有重要意義，同時可提高列車運行的安全性［1－3］.當前，我國潤滑脂工業(yè)正處于一個充滿機遇的關鍵時期，機車運行速度和載重量的不斷提高，使得對潤滑脂的高性能需求迅速增加.而國內潤滑脂工業(yè)仍存在著或多或少的問題，如年產(chǎn)量較小、高性能潤滑脂產(chǎn)品品種及產(chǎn)量少等［4－5］.我國現(xiàn)在使用的鋰基潤滑脂雖然是一種用途廣泛、使用范圍較寬的潤滑脂，但也有不足之處：滴點不夠高（一般不超過190℃）、氧化安定性、使用軸承壽命等性能不能適應鐵路內燃機車、電力機車牽引電動機軸承潤滑的需要.隨著鐵路速度提高、載重增加、檢修期延長等的要求越來越高，還需進一步提高潤滑脂的綜合性能.1996年，鐵道科學研究院金屬及化學研究所與燕化集團天津潤滑油脂有限公司合作，開始研制鐵道車輛滾動軸承IV型潤滑脂［6］.2003年3月起，鐵道車輛滾動軸承IV型潤滑脂開始在部分鐵路局使用，改脂具有良好的機械安定性、膠體安定性、極壓抗磨性、抗水性和長壽命等特點.李宇等［7］研制了一種高熔點和高稠度的專用潤滑脂，適用于機車大軸摩擦部位，以及高速高壓的摩擦界面的潤滑.

1 試驗部分

1.1 試驗原料與儀器

礦物油500SN，工業(yè)級，上海市海濱化工有限公司；12－羥基硬脂酸，工業(yè)級，山東廣饒縣煜立化工有限公司；硬脂酸，工業(yè)級，國藥集團化學試劑有限公司；一水氫氧化鋰，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；聚異丁烯，工業(yè)級，廣州市佳林化學科技有限公司；石油磺酸鋇，工業(yè)級，無錫玉煉潤滑添加劑有限公司.

滴點試驗儀SYA－4929，上海安德儀器設備有限公司；針入度試驗儀SYD－2801A，上海安德儀器設備有限公司；銅腐蝕試驗儀，上海安德儀器設備有限公司；MRS－10A型四球摩擦試驗機，濟南試金集團公司；差熱和失重分析儀（STA 449C），德國NETZSCH公司.

1.2 測試標準及方法

滴點GB／T 3948－2008；針入度GB／T 269－1991；腐蝕GB／T 5096－1985；含水量GB／T 512－1965；分油SH／T 0324；摩擦磨損試驗（四球機），SH／T 0204；差熱和失重分析儀（STA 449C），N2氛圍，10～1 000℃，升溫速率為10℃／min.

1.3 工藝過程

采用分步皂化法制備鋰基潤滑脂［8－10］，制備工藝流程見圖1.反應開始時要先升溫，將12－羥基硬脂酸與硬脂酸溶解.皂化反應完畢后，燒瓶內抽真空，抽出未完全冷凝的水分.反應過程要一直攪拌，直到出料為止.

圖1 鐵道潤滑脂制備工藝圖

2 結果與分析

2.1 12－羥基硬脂酸與硬脂酸的配比對潤滑脂性能的影響

圖2為12－羥基硬脂酸與硬脂酸的不同質量比對潤滑脂滴點與針入度的影響圖.

圖2 12－羥基硬脂酸與硬脂酸不同比例的潤滑脂滴點與錐入度

由圖2可見，隨著12－羥基硬脂酸與硬脂酸的質量比從10∶0減小到5∶5，滴點逐漸降低到最小值196℃.這是因為12－羥基硬脂酸制成的鋰皂稠化能力較強，這樣隨著12－羥基硬脂酸量的減少，潤滑脂結構體系中稠化劑的稠化能力有所下降，導致滴點隨之減小.當其質量比由5∶5降到0∶10時，硬脂酸的量逐漸增大，這時體系中稠化劑結構將以硬脂酸鋰皂為主，導致結構更加穩(wěn)定，反而還能提高潤滑脂的滴點.

圖2中潤滑脂的針入度隨硬脂酸比例增加而降低，這可能是因為硬脂酸分子與12－羥基硬脂酸相比，極性基團羥基含量少，導致生成的鋰皂結構更緊湊，能夠更好的將油包裹在體系內，從而潤滑脂的硬度比較大，針入度就隨之降低.

本文所制備的潤滑脂是采用噴涂的方式作用于鐵軌進行潤滑，因此潤滑脂的滴點要高，針入度也要大.同時考慮到12－羥基硬脂酸的價格比硬脂酸貴，這樣采用復配的形式可以大大地降低原料的成本.實踐證明，12羥基硬脂酸與硬脂酸的比例為6∶4時，制成的鋰基潤滑脂，能兼顧到稠化能力、膠體安定性和機械安定性［11］，滴點與針入度也達到滿足實際應用需要，同時也與現(xiàn)有成熟配方所制的潤滑脂性能相似.下面選取質量比為6∶4作為基礎配方并進行改進.

2.2 石油磺酸鋇對潤滑脂防銹性能的影響

引起金屬腐蝕的物質是潤滑脂中所含有的其他物質，例如，活性硫化物或游離硫的存在會對銅片產(chǎn)生腐蝕.未加防銹劑的潤滑脂的防腐蝕性能級別為2，石油磺酸鋇加入后，潤滑脂的防腐性能級別為1b，防銹性能有所提高，且符合鐵道潤滑脂的使用要求.

2.3 聚異丁烯對潤滑脂性能的影響

表1為聚異丁烯加入前后對潤滑脂各性能指標的影響，圖3～4分別為聚異丁烯加入前后潤滑脂摩擦磨損試驗圖和鋼球磨痕圖.

從表1可知，聚異丁烯的加入對潤滑脂的滴點基本沒有影響，這是因為滴點的影響因素主要是稠化劑，而兩種潤滑脂的稠化劑一樣.但是潤滑脂的針入度略有下降，原因可能是聚異丁烯為具有一定分子量的有機物，降低了油脂的流動性，提高了油脂的粘度［12］.

從表1還可以看出，加入聚異丁烯的潤滑脂分油率基本沒有變化.這是因為聚異丁烯作為潤滑脂的粘度指數(shù)改進劑，可用于改善潤滑脂粘附性，這樣就可以提高潤滑脂的膠體安定性.潤滑脂的膠體安定性好則不易分油，差則易分油［13］.但是潤滑脂樣品的分油率都大于5，根據(jù)潤滑脂質量指標規(guī)定，膠體安定性還有待提高.這可能是由于稠化劑種類和含量不同造成的，也有可能是基礎油不同造成的，因為基礎油粘度對分油也有影響，一般來說，基礎油粘度越小，所制的潤滑脂越易分油.

表1 產(chǎn)品質量指標

圖3 自制潤滑脂的摩擦系數(shù)與時間的關系

從表1和圖3可以看出，聚異丁烯的加入使得自制潤滑脂的最大無卡咬負荷PB值由598N提高到863N，燒結負荷PD值由1236N增大到1 961N，使得潤滑脂摩擦系數(shù)數(shù)值波動范圍由0.050～0.069降低為0.008～0.032.這是因為聚異丁烯可改善潤滑脂與金屬的粘附性，能提高潤滑脂在金屬表面的粘附能力，增加油脂膜強度，從而提高潤滑脂的抗磨性能.

不同潤滑脂潤滑的鋼球磨痕圖見圖4.

圖4 不同潤滑脂潤滑的鋼球磨痕圖

由圖4可以看到，加聚異丁烯的潤滑脂潤滑磨痕明顯比未加聚異丁烯的潤滑脂小，加入聚異丁烯的潤滑脂磨斑直徑為0.507 5mm，明顯小于未加聚異丁烯潤滑脂的磨痕直徑為0.851mm.這說明聚異丁烯的加入能夠改善潤滑脂抗磨性能.

3 結 論

1）由12－羥基硬脂酸和硬脂酸不同配比對潤滑脂的滴點和針入度測試結果分析得出，當二者的比例為6∶4時，潤滑脂綜合性能較佳，且成本較低，此時其滴點為205℃，針入度為285（0.1m），均達到鐵道潤滑脂性能指標要求.

2）當使用石油磺酸鋇作為防銹劑時，腐蝕級別為1b，完全符合防銹指標使用要求.

3）加入聚異丁烯后，使?jié)櫥淖畲鬅o卡咬負荷PB值從598N增大到863N，燒結負荷PD值從1 236N增大到1 961N，摩擦系數(shù)數(shù)值從0.050～0.069減少到0.008～0.032，比未加如聚異丁烯的潤滑脂有顯著提高.聚異丁烯能改善潤滑脂在金屬表面的粘附性，增加油膜強度，提高潤滑性能.

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