王 晶，郭小川，何 燕，劉萬杰

(后勤工程學院軍事油料應用與管理工程系，重慶 401311)

基礎油對超微化膨潤土潤滑脂性能的影響

王 晶，郭小川，何 燕，劉萬杰

(后勤工程學院軍事油料應用與管理工程系，重慶 401311)

以T400，T110，200DN 3種環(huán)烷基油及MVI500，150BS，PAO8為基礎油、超微化前后有機膨潤土為稠化劑制備膨潤土潤滑脂，考察所制潤滑脂的稠度、剪切安定性、膠體安定性、抗水淋性能和抗磨減摩性能。結果表明，超微化后膨潤土制備的潤滑脂的主要性能較傳統(tǒng)膨潤土潤滑脂有明顯改善，且不同基礎油對超微化膨潤土潤滑脂的性能影響較大，以T110為基礎油制備的超微化膨潤土潤滑脂具有較好的剪切安定性、抗水淋性能和抗磨性。

超微化膨潤土 潤滑脂 基礎油 稠化劑

工業(yè)設備潤滑部位工作條件的日益苛刻對潤滑脂的機械安定性、膠體安定性、高溫性能、抗水性能及極壓抗磨性等提出了更高的要求。潤滑脂正朝著高溫、多效能、多用途的方向發(fā)展。膨潤土潤滑脂由于具有滴點高、化學性質穩(wěn)定以及生物降解性好的特點，正越來越被廣泛應用于各個行業(yè)。根據美國潤滑脂協(xié)會(NLGI)統(tǒng)計，2012年北美洲膨潤土潤滑脂占潤滑脂總產量的4.71%，世界平均水平為膨潤土潤滑脂占潤滑脂總產量的1.84%；而我國膨潤土潤滑脂占潤滑脂總產量僅為0.53%，遠遠落后于其它國家，還有較大的增長空間[1]。目前，國內外針對膨潤土潤滑脂的研究主要集中在膨潤土插層劑、基礎油和助分散劑三者之間的配伍性及其對制備潤滑脂的性能影響等方面，也有人對膨潤土潤滑脂的后處理工藝以及添加劑的篩選等進行研究[2-6]。但關于膨潤土粒徑對潤滑脂性能影響的報道較少[7-9]，未見有直接球磨有機膨潤土制備超細粉體并考察其性能的報道。本課題[10]已通過濕法球磨制備超微化膨潤土粉體及超微化膨潤土潤滑脂，并以稠度和鋼網分油為基本指標，針對不同基礎油篩選與之相適應的助分散劑。現進一步考察不同基礎油對超微化膨潤土制備的潤滑脂性能的影響，并與傳統(tǒng)膨潤土潤滑脂進行對比，以期確定超微化膨潤土潤滑脂的特征性能，為制備新型膨潤土潤滑脂奠定基礎。

1 實 驗

1.1 實驗原料及儀器

有機膨潤土HFGEL 310，浙江豐虹新材料股份有限公司生產；基礎油T400、T110，Nynas公司生產；200DN，MVI500，150BS，PAO8，成都曙光石化廠生產，基礎油的主要理化性質見表1。

采用大連北方分析儀器有限公司生產的BF-38萬次剪切實驗儀和BF-48潤滑脂抗水淋性測定器分別測定潤滑脂的剪切安定性和抗水淋性能；采用濟南舜茂試驗儀器有限公司生產的MMW-1立式萬能摩擦磨損試驗機測定樣品的抗磨減摩性能；采用日立S-3700掃描電子顯微鏡檢測摩擦副的表面形貌。

1.2 膨潤土潤滑脂的制備

1.2.1 傳統(tǒng)膨潤土制備潤滑脂 將有機膨潤土置于反應容器中，加入適量基礎油后，水浴加熱至90 ℃，恒溫攪拌1 h，以使基礎油充分膨化于膨潤土中，冷卻至室溫，加入適量助分散劑，繼續(xù)攪拌30 min后升溫至140 ℃，恒溫攪拌10 min，室溫冷卻后用三輥磨研磨3次，成脂。

1.2.2 超微化膨潤土制備潤滑脂 將有機膨潤土干燥后與乙醇混合，機械攪拌30 min制成一定濃度漿料，置于砂磨機(上海銀雋機械設備有限公司生產)中濕法球磨，到達預定時間后，得到粒徑為250 nm左右的超微化膨潤土[10]，傾出漿料于密封瓶中備用。將球磨所得漿料置于反應容器中，加入適量基礎油后，水浴加熱至90 ℃，恒溫攪拌1 h，以使基礎油充分膨化于膨潤土中，同時除去膨潤土中多余乙醇后攪拌、冷卻至室溫，加入適量助分散劑，繼續(xù)攪拌30 min后升溫至140 ℃，恒溫攪拌10 min，室溫冷卻后用三輥磨研磨3次，成脂。

表1 基礎油的主要理化性質

1.3 測試與表征

根據GB/T 269—1991測定膨潤土潤滑脂的錐入度，以剪切前后錐入度變化值來表征其剪切安定性，其中Δr1表示剪切10 000次后潤滑脂錐入度與工作錐入度(剪切60次)的差值，Δr2表示剪切100 000次后潤滑脂錐入度與工作錐入度(剪切60次)的差值；按照SH/T 0324—1999、GB/T 392—1977(1982)測試膨潤土潤滑脂的鋼網分油量、壓力分油量，以鋼網分油量和壓力分油量表征其膠體安定性；按照SH/T 0109測定膨潤土潤滑脂的抗水淋性能，表征其抗水性能以及在軸承中的黏附性；按照SH/T0204—1992測定潤滑脂摩擦試驗的摩擦因數和磨斑直徑，分別表征其減摩性能和抗磨性能。

2 基礎油對膨潤土潤滑脂性能的影響

2.1 剪切安定性

不同基礎油制備的膨潤土潤滑脂的剪切安定性比較見圖1。從圖1可以看出：①與傳統(tǒng)膨潤土潤滑脂相比，超微化膨潤土潤滑脂的Δr1和Δr2要小，剪切前后超微化膨潤土潤滑脂錐入度差值更小，說明超微化膨潤土潤滑脂的剪切安定性優(yōu)于傳統(tǒng)膨潤土潤滑脂。這是由于超微化膨潤土的粒徑減小、表面積增大、端面面積增大、端面羥基數目增多、顆粒之間形成氫鍵數目增多，剪切過程中氫鍵恢復能力強于傳統(tǒng)膨潤土潤滑脂，使?jié)櫥诩羟羞^程中氫鍵破壞速率與形成速率差距減小，從而使剪切安定性提高。②不同基礎油制備的潤滑脂剪切前后錐入度差值較大，即剪切安定性差異較大，其中以T110為基礎油制備的超微化膨潤土潤滑脂剪切前后錐入度差值最小，即剪切安定性最好；環(huán)烷基油T110，T400，200DN的黏度由大到小的順序為T400>T110>200DN，因此，環(huán)烷基油黏度過高或過低時，所制膨潤土潤滑脂剪切前后錐入度差值均較大，即剪切安定性均較差。③與MVI500，150BS，PAO8的對比可以看出，環(huán)烷基油制備的膨潤土潤滑脂的剪切安定性均優(yōu)于同等黏度的其它種類基礎油制備的膨潤土潤滑脂，要得到剪切安定性較好的膨潤土潤滑脂，應選用中等黏度的基礎油。

圖1 不同基礎油制備的膨潤土潤滑脂的剪切安定性■—傳統(tǒng)膨潤土制備的潤滑脂； ■—超微化膨潤土制備的潤滑脂。圖3、圖4、圖6、圖8同

以T110為基礎油制備的超微化膨潤土潤滑脂剪切10 000次前后的紅外光譜見圖2。從圖2可以看出，超微化膨潤土潤滑脂在波數3 624 cm-1、3 431 cm-1處出現-OH伸縮振動峰是膨潤土層間水分子的特征峰，1 645 cm-1處吸收峰與水分子的彎曲振動有關，表明在膨潤土中含有一定量的結晶水。從圖2還可以看出，超微化膨潤土潤滑脂剪切后，波數3 624，3 431，1 645 cm-1三處振動峰均發(fā)生一定程度的弱化，尤其是3 431 cm-1處伸縮振動峰基本消失，這在一定程度上反映膨潤土潤滑脂在剪切過程層間水脫失，說明剪切作用使膨潤土層狀結構發(fā)生剝離，使膨潤土潤滑脂結構發(fā)生破壞。

圖2 T110膨潤土潤滑脂剪切前后的紅外光譜(1)—剪切前； (2)—剪切后

2.2 膠體安定性

膠體安定性是表征潤滑脂在一定溫度或壓力作用下保持其膠體結構的能力，是潤滑脂的最基本、最重要的指標之一。不同基礎油制備的膨潤土潤滑脂的鋼網分油量和壓力分油量見圖3。由圖3可見：①與傳統(tǒng)膨潤土潤滑脂相比，超微化膨潤土制備的潤滑脂的鋼網分油量和壓力分油量要小，即其膠體安定性優(yōu)于傳統(tǒng)膨潤土潤滑脂。這是因為膨潤土粒徑減小，顆粒間相互作用力增強，同時比表面積增大，端面氫鍵數目增多，所形成的膨潤土潤滑脂骨架結構強度提高，同時膨潤土對基礎油的吸附能力增強，膨化油與吸附油增多，游離油減少，相應在熱與壓力作用下，分油量減少。②膨潤土潤滑脂鋼網分油與基礎油種類及黏度關系密切，環(huán)烷基油黏度越大分油量越?。皇灮蚆VI500鋼網分油量最低，150BS黏度較MVI500的大，其鋼網分油量次之；PAO8與T110的黏度相近，分油量也相近。總體來說，除200DN為基礎油制備膨潤土潤滑脂外，其余10種潤滑脂鋼網分油量均在5%以下，符合膨潤土潤滑脂產品標準(SH/T 0536—1993(2003)對鋼網分油量的要求)。③膨潤土潤滑脂在壓力作用下的分油量較大，且與其基礎油黏度及種類相關性小，但基礎油黏度大時，其壓力分油量相對較小。這是因為鋼網分油表征潤滑脂在熱作用下的分油情況，壓力分油表征潤滑脂在壓力作用下的分油量。基礎油的黏度隨溫度變化較大，因此，在相同稠度時，鋼網分油量受基礎油黏度影響大；而在一定壓力作用下，形成結構骨架的分散相動力聚沉，結構骨架空隙的基礎油被擠出，使?jié)櫥糠纸Y構被破壞，產生分油，所以壓力分油量一般都大于鋼網分油量；而基礎油黏度較大時，抵抗擠壓的能力增強，使得基礎油黏度較大的潤滑脂壓力分油量較小。

圖3 不同基礎油制備的膨潤土潤滑脂的膠體安定性

2.3 抗水淋性能

不同基礎油制備的膨潤土潤滑脂的水淋流失量見圖4。從圖4可以看出：①與傳統(tǒng)膨潤土潤滑脂相比，超微化后膨潤土潤滑脂的水淋流失量要小，即超微化膨潤土潤滑脂具有較優(yōu)異的抗水淋性能；②由200DN和PAO8制備的潤滑脂的水淋流失量在10%左右，抗水淋性能較差，流失嚴重，這是由于200DN基礎油本身的黏度過小及PAO8制備的潤滑脂黏附性較差所致；③MVI500，T400，T110制備的膨潤土潤滑脂流失量均為3%左右，150BS制備的潤滑脂流失量為負值；這是因為該潤滑脂與水發(fā)生嚴重乳化(如圖5紅外光譜所示，水淋試驗后，3 433 cm-1處出現明顯—OH吸收峰，為H2O特征吸收峰)，使試驗后軸承與潤滑脂的質量增加，但超微化后膨潤土潤滑脂與水發(fā)生乳化的現象得到改善。

圖4 不同基礎油制備的膨潤土潤滑脂的抗水淋性能

圖5 150BS膨潤土潤滑脂水淋試驗前后的紅外光譜(1)—水淋試驗前； (2)—水淋試驗后

2.4 抗磨減摩性能

2.4.1 摩擦因數 不同基礎油制備的膨潤土潤滑脂摩擦試驗的平均摩擦因數見圖6。不同基礎油制備的膨潤土潤滑脂試驗的瞬時摩擦因數見圖7。

由圖6可見， 與傳統(tǒng)膨潤土潤滑脂相比，T400為基礎油時，超微化前后膨潤土潤滑脂試驗的平均摩擦因數差值為0.012 95，說明超微化后潤滑脂的減摩性能得到提高；以PAO8為基礎油時，超微化前后膨潤土潤滑脂試驗的平均摩擦因數較低，為0.085左右，差值較?。徊捎?50BS為基礎油時，超微化前后膨潤土潤滑脂試驗的平均摩擦因數差值較小，即減磨性能提高不明顯。但從圖7可以看出，超微化膨潤土潤滑脂試驗時摩擦因數隨時間變化均比傳統(tǒng)膨潤土潤滑脂更為穩(wěn)定，這是因為蒙脫石晶體結構具有力學各向異性，在外力作用下將沿不同晶面發(fā)生解理。當硅氧四面體片層平行疊加時，上一層下部氧原子的孤對電子，恰好伸進了由下一層上部氧原子孤對電子組成的負電空穴區(qū)，由于電子間的靜電斥力，使層與層之間結合不牢，而球磨超微化作用進一步弱化了這種層間結合力，所以在切向力作用下，膨潤土更加容易沿片層滑動，使摩擦因數有不同程度的降低且更加趨于穩(wěn)定，潤滑脂減摩性能得到提高。

圖6 不同基礎油制備的膨潤土潤滑脂試驗的平均摩擦因數

圖7 不同基礎油制備的膨潤土潤滑脂試驗的瞬時摩擦因數 —傳統(tǒng)膨潤土制備的潤滑脂; —超微化膨潤土制備的潤滑脂

2.4.2 磨斑直徑 不同基礎油制備的膨潤土潤滑脂摩擦試驗后的磨斑直徑見圖8。由圖8可見，幾種基礎油中，T110制備的膨潤土潤滑脂試驗的磨斑直徑較小，與傳統(tǒng)膨潤土制備的潤滑脂相比，超微化膨潤土制備的潤滑脂試驗的磨斑直徑減小0.05 mm；以T400為基礎油制備的潤滑脂，超微化前后差值達到0.19 mm，即超微化膨潤土制備的潤滑脂的抗磨性能顯著提高。

不同基礎油制備的膨潤土潤滑脂試驗后的磨斑表面形貌見圖9和圖10。對比圖9和圖10可以看出，傳統(tǒng)膨潤土潤滑脂試驗后的鋼球磨痕較深，出現了比較明顯的擦傷和劃痕，且擦傷紋路不規(guī)則，說明摩擦副表面的微凸體及摩擦過程中所產生的鐵屑對摩擦副表面形成犁溝作用，使得摩擦副表面損傷較為嚴重。而超微化膨潤土試驗后的鋼球磨痕表面外貌更加均勻圓整平滑，磨斑表面呈現輕微擦傷跡象，劃痕較淺。分析認為，在一定載荷下，這是因為超微化后膨潤土粒徑減小，對基礎油的吸附能力增強，提高了油膜的承載能力；且膨潤土具有層狀硅酸鹽的一般性質，熱穩(wěn)定性、機械強度和硬度較高。由于其粒徑處于亞微米量級，所以熔點低于常規(guī)的層狀硅酸鹽，當其隨潤滑脂進入摩擦表面時，在摩擦的高溫及高剪切力作用下，很容易在金屬表面的微凹陷處熔融沉積，在摩擦表面沉積成膜，形成摩擦學性能優(yōu)異的表面膜，起到抗磨作用。

圖8 不同基礎油制備的膨潤土潤滑脂試驗后的磨斑直徑

圖9 不同基礎油制備的傳統(tǒng)膨潤土潤滑脂試驗后的鋼球磨斑表面形貌

圖10 不同基礎油制備的超微化膨潤土潤滑脂試驗后的鋼球磨斑表面形貌

3 結 論

(1) 超微化后膨潤土制備的潤滑脂的性能較傳統(tǒng)膨潤土潤滑脂有明顯改善，且不同基礎油對制備超微化膨潤土潤滑脂的性能影響較大。

(2) 以T110為基礎油制備的超微化膨潤土潤滑脂具有良好的剪切安定性、抗水淋性能和抗磨性能。

(3) 在下一步制備新型膨潤土潤滑脂時，可以根據使用工況，優(yōu)先選擇T110，PAO8，MVI500混合油為基礎油，綜合3種基礎油各自的優(yōu)點，制備具有良好剪切安定性、膠體安定性和抗水性的潤滑脂。

[1] 姚立丹，楊海寧.2012年中國及全球潤滑脂生產狀況分析[M].全國第十七屆潤滑脂技術交流會論文集.北京：2013：1-12

[2] Kieke M D，Klein R J.Earth friendly vegetable oil based greases thickened with organophilic clay[J].NLGI Spokesman，2003，67(9)：14-26

[3] Magauran E D，Kieke M D，ReichertW W，et al.Effective utilization of organoclay dispersants[J].NLGI Spokesman，1987，50(12)：453-460

[4] 楊海寧，姚立丹，孫宏偉，等.影響膨潤土潤滑脂稠化能力因素的分析[C]//全國第十七屆潤滑脂技術交流會論文集，北京，2013：137-140

[5] 米紅英，郭小川，楊廷棟，等.十八胺封端脲醛樹脂改性膨潤土制備潤滑脂的研究[J].潤滑與密封，2007，32(4)：156-158

[6] Nae. Organoclay thickener compatible with system to be thickened：The United States，US613025[P].2000

[7] Pogosian A K， Martirosyan T R.Effect of thickener modification on bentonite-based plastic lubricant properties[C]//Proc of 14th Inter Colloquium，Tribology and Lubrication Engineering，Esslingen，2004：729-731

[8] Pogosian A K，Martirosyan T R.Impact of surfactant structure on the tribological properties of bentonite-based greases[J].Journal of Tribology，2007，129：920-922

[9] Pogosian A K，Martirosyan T R.Tribological properties of bentonite thickener-containing greases[J].Journal of Friction and Wear，2008，29(3)：205-209

[10]王晶，郭小川，鐘遠利，等.濕法球磨制備超細膨潤土稠化劑的研究[J].石油煉制與化工，2014，45(11)：95-99

IMPACT OF BASE OIL ON THE PERFORMANCE OF ULTRAFINE BENTONITE GREASE

Wang Jing， Guo Xiaochuan， He Yan， Liu Wanjie

(Dept.ofMilitaryOilApplication&ManagementEngineering，LogisticalEngineeringUniversity，Chongqing401311)

The bentonite greases were prepared with six kinds of oil， T400， T110， 200DN， MVI500， 150BS and PAO8 as the base oil， with bentonite powders before and after ball-milling as thickening agent. Their thickness， shear stability， colloid invariability， water resistance， anti-wear and antifriction properties were researched. The results show that the ultrafine bentonite grease has improved in most performances compared with the traditional one. And the base oils have huge influences on the performance of ultrafine bentonite greases. The ultrafine bentonite grease prepared with the base oil of T110 has good shear stability， water resistance and anti-wear property.

ultrafine bentonite； grease； base oil； thickening agent

2015-01-04； 修改稿收到日期： 2015-02-09。

王晶，碩士研究生，主要從事潤滑脂產品的研發(fā)工作。

郭小川，E-mail：wangjinghg@sina.com。

后勤工程學院青年科學基金資助項目(YQ14-420602)。