王 川，蔣明俊，郭小川，何 燕，劉 浩

(陸軍勤務(wù)學院油料系，重慶 401311)

復合鈦基潤滑脂是潤滑脂行業(yè)的一類新型潤滑脂，因具有優(yōu)異的性能而受到業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，但存在儲存安定性不佳、價格高昂等不足，限制了其進一步發(fā)展和應(yīng)用[1]。復合鈦基潤滑脂制備方法和性能特點與復合鋁基潤滑脂存在許多相似之處[2]，也都存在儲存分油的缺陷。史程飛等[3]發(fā)現(xiàn)膨潤土潤滑脂與復合鋁基潤滑脂在理化性能上具有一定的互補性，制備的膨潤土-復合鋁基潤滑脂既延續(xù)了兩種單一潤滑脂的優(yōu)勢性能，又改善了復合鋁基潤滑脂儲存分油、膨潤土潤滑脂機械安定性不佳等性能缺陷[4]，而且膨潤土潤滑脂具備滴點高、制備成本低等優(yōu)點[5-6]，加入到復合鋁基潤滑脂中制備成膨潤土-復合鋁基潤滑脂既可以改善兩種單一潤滑脂的理化性能，又可以降低生產(chǎn)成本。鑒于膨潤土-復合鋁基潤滑脂成功制備的經(jīng)驗，本研究主要在復合鈦基潤滑脂中引入膨潤土潤滑脂，以期制得高性能的膨潤土-復合鈦基潤滑脂，既降低復合鈦基潤滑脂的制備成本，又達到改善其性能的效果。

結(jié)合膨潤土潤滑脂和復合鈦基潤滑脂的制備工藝路線以及前人制備膨潤土-復合鋁基潤滑脂的相關(guān)經(jīng)驗，設(shè)計膨潤土-復合鈦基潤滑脂的制備路線，通過性能對比確定最佳的制備路線，并分別考察膨潤土潤滑脂添加量、極性助分散劑種類及添加量對膨潤土-復合鈦基潤滑脂性能的影響。

1 實 驗

1.1 原 料

膨潤土-復合鈦基潤滑脂制備過程中所用的原料如表1所示。

表1 主要原料的規(guī)格及生產(chǎn)廠家

1.2 性能測試方法和儀器

所制得的膨潤土-復合鈦基潤滑脂的理化性能測試標準方法和儀器名稱如表2所示。

表2 測試方法及儀器名稱

1.3 分析鑒定儀器和方法

1.4 膨潤土-復合鈦基潤滑脂的制備

1.4.1 膨潤土潤滑脂的制備以基礎(chǔ)油、有機膨潤土等為原料，通過混合、活化和稠化等過程制備膨潤土潤滑脂。具體過程為：基礎(chǔ)油分成2份，將其中的1份與有機膨潤土進行混合并充分攪拌，混合物攪拌均勻后加入極性助分散劑進行活化處理，然后加入另1份基礎(chǔ)油并將混合物逐漸升溫至30～50 ℃進行稠化處理，稠化處理過程大約持續(xù)15 min，最后將混合物進行冷卻、研磨處理即可制得膨潤土潤滑脂。

1.4.2 復合鈦基潤滑脂的制備以基礎(chǔ)油、鈦酸異丙酯、硬脂酸、苯甲酸和水為原料，經(jīng)皂化反應(yīng)、脫水、高溫煉制和冷卻研磨等工藝制備復合鈦基潤滑脂?；A(chǔ)油采用MVI500與600N礦物基礎(chǔ)油按質(zhì)量比1∶1調(diào)合而成，鈦酸異丙酯、硬脂酸、苯甲酸和水的摩爾比為2.2∶1.1∶1.0∶3.08。將基礎(chǔ)油等分成4份，鈦酸異丙酯等分成2份。具體的制備過程為：第一步，將硬脂酸溶于1份基礎(chǔ)油中，向其中加入1份的鈦酸異丙酯，得到混合物A，同時將苯甲酸溶于1份基礎(chǔ)油中，而后向其中加入余下的1份鈦酸異丙酯，得到混合物B；第二步，將混合物A與B進行混合，加熱至90 ℃左右，并進行皂化反應(yīng)1.5 h；第三步，皂化反應(yīng)后，加入去離子水進行水化反應(yīng)；第四步，水化反應(yīng)后，攪拌逐漸升溫至120 ℃再進行脫水處理；第五步，加入剩下的2份基礎(chǔ)油，脫水完成后，將混合體系繼續(xù)升溫至180 ℃左右進行高溫煉制，最后進行冷卻、研磨處理，得到復合鈦基潤滑脂樣品。

圖1 混合物A的紅外吸收光譜

圖2 混合物B的紅外吸收光譜

圖3 混合物C的紅外吸收光譜

復合鈦基潤滑脂的制備過程中，分別取少量混合物A、混合物B以及混合物C(混合物A和混合物B進一步混合的物質(zhì))，進行紅外光譜分析，結(jié)果如圖1～圖3所示。由圖1～圖3可知：混合物A在波數(shù)1 740 cm-1和1 580 cm-1附近出現(xiàn)了較強的吸收峰，分別對應(yīng)正常飽和酯伸縮振動和鈦羧酸鹽的特征峰，混合物B在波數(shù)1 480 cm-1和1 580 cm-1附近出現(xiàn)了較強的吸收峰，分別對應(yīng)苯環(huán)的骨架振動和鈦羧酸鹽的特征峰，表明硬脂酸、苯甲酸與鈦酸異丙酯分別進行了酯化反應(yīng)，生成兩種鈦酸酯衍生物；混合物C在波數(shù)600 cm-1處出現(xiàn)了Ti—O—Ti吸收峰，說明A和B混合后，鈦酸酯衍生物之間發(fā)生了縮聚反應(yīng)生成大量的Ti—O—Ti結(jié)構(gòu)，能夠起到固定混合體系內(nèi)基礎(chǔ)油的作用。

1.4.3 膨潤土-復合鈦基潤滑脂的制備膨潤土-復合鈦基潤滑脂和復合鈦基潤滑脂的制備工藝路線和工藝條件基本相同。根據(jù)加入膨潤土或者預制膨潤土潤滑脂前后順序的不同，本課題設(shè)計了4條制備膨潤土-復合鈦基潤滑脂的路線：路線a為高溫煉制前加膨潤土；路線b為高溫煉制前加預制膨潤土潤滑脂；路線c為高溫煉制后加膨潤土；路線d為高溫煉制后加預制膨潤土潤滑脂。利用以上4條工藝路線分別制備的膨潤土-復合鈦基潤滑脂樣品如圖4所示。對其基本理化性能進行測試，結(jié)果如表3所示。由圖4和表3可見，路線d制備的膨潤土-復合鈦基潤滑脂在外觀形貌和理化性能上都要優(yōu)于另外3條路線制得的潤滑脂樣品，因此后續(xù)工作均采用路線d制備膨潤土-復合鈦基潤滑脂。

圖4 不同工藝路線制備的膨潤土-復合鈦基潤滑脂

表3 不同工藝路線制備的膨潤土-復合鈦基潤滑脂的基本性能

1)Δr表示滾筒試驗前后的錐入度差值。

2 結(jié)果與討論

2.1 膨潤土潤滑脂添加量對膨潤土-復合鈦基潤滑脂性能的影響

為考察膨潤土潤滑脂添加量以及膨潤土含量對膨潤土-復合鈦基脂性能的影響，將不同膨潤土潤滑脂按不同比例與復合鈦基潤滑脂進行混合制備樣品。首先，制備膨潤土質(zhì)量分數(shù)分別為10%,12%，15%,18%，20%的5組膨潤土潤滑脂，然后每組膨潤土潤滑脂分別以質(zhì)量分數(shù)為10%,20%,30%，40%,50%與復合鈦基脂進行混合，共得到25組膨潤土-復合鈦基潤滑脂樣品，測試所制得樣品的各項理化性能，結(jié)果如圖5所示。

由圖5(a)可見：當預制膨潤土潤滑脂中膨潤土含量保持不變時，隨著膨潤土潤滑脂添加量增大，膨潤土-復合鈦基潤滑脂的滴點呈先增大后減小的趨勢；當固定膨潤土潤滑脂的添加量時，隨著膨潤土含量增大，膨潤土-復合鈦基潤滑脂的滴點呈先增大后減小的趨勢，主要是因為有機膨潤土中含有極性季銨鹽型改性劑，由于靜電作用使其對基礎(chǔ)油產(chǎn)生較強的吸附性，能夠提高基礎(chǔ)油與稠化劑結(jié)合的穩(wěn)定性[7]，因此在一定范圍內(nèi)增大膨潤土添加量，能夠增強對基礎(chǔ)油的吸附作用，滴點隨之升高；但膨潤土質(zhì)量分數(shù)超過15%后，滴點出現(xiàn)下降的趨勢，這是因為以此膨潤土含量制得的膨潤土潤滑脂稠度較大，攪拌作用無法讓膨潤土潤滑脂均勻分散在復合鈦基脂中，制得的膨潤土-復合鈦基脂對基礎(chǔ)油的束縛力減弱[8]，故滴點隨之降低。

這樣一個復雜的團隊結(jié)構(gòu)，在日常工作過程中，不免會有因文化差異以及溝通障礙造成的各種沖突事件。而這在當時是我最頭痛的事情，一個很小的沖突就會對團隊造成很大的影響，而且很多時候，這些影響又會引發(fā)一些更加負面的連鎖反應(yīng)。比如，一句簡單的“國罵”最終上升為宗族歧視問題、民族尊嚴問題等。中國工人的帶頭作用其實不是很好，由于受教育程度大都較低，易怒，粗魯。而外籍人員，在開始的時候，他們很聽話，是以試探的心態(tài)去融入團隊，當他發(fā)現(xiàn)頂頭的小領(lǐng)導能力不濟的時候，慢慢就會產(chǎn)生蔑視等心理。這一切，都在影響著當時團隊的氛圍。同時，因為此事，我們還受到過領(lǐng)導的點名批評。

由圖5(b)可見，復合鈦基潤滑脂中加入膨潤土質(zhì)量分數(shù)大于12%的膨潤土潤滑脂，隨著膨潤土潤滑脂添加量增大，膨潤土-復合鈦基潤滑脂的工作錐入度逐漸減小，主要是因為膨潤土中含有長鏈親油的有機官能團，膨潤土潤滑脂中膨潤土含量越高，制得的膨潤土-復合鈦基脂含有的親油有機官能團越多，對基礎(chǔ)油能起到更好的吸附作用，一定程度上可以提高潤滑脂皂油結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使工作錐入度減小。

由圖5(c)可以明顯地看到，預制膨潤土潤滑脂中膨潤土含量越大、膨潤土潤滑脂添加量越多，制得的膨潤土-復合鈦基潤滑脂的鋼網(wǎng)分油率越低，增加膨潤土含量或提高膨潤土潤滑脂添加量，可以有效增強有機膨潤土對皂油體系中基礎(chǔ)油的

圖5 預制膨潤土潤滑脂中膨潤土含量及其添加量對膨潤土-復合鈦基潤滑脂性能的影響膨潤土質(zhì)量分數(shù)：■—10%; ●—12%; ▲—15%;

吸附力而減少游離油數(shù)量，使皂油之間的結(jié)合更緊密，持續(xù)加熱下穩(wěn)定性好，鋼網(wǎng)分油率降低。

由圖5(d)可知，膨潤土質(zhì)量分數(shù)為10%和12%的膨潤土潤滑脂由于稠度小、滾筒安定性差，隨著其添加量增大，制備的膨潤土-復合鈦基潤滑脂滾筒安定性逐漸變差；但對于膨潤土質(zhì)量分數(shù)大于12%的膨潤土潤滑脂，隨著其添加量增大，制備出的膨潤土-復合鈦基潤滑脂的Δr呈先增大后減小的趨勢，分析認為是有機膨潤土表面的羥基起到了氫鍵的作用，當膨潤土含量或膨潤土潤滑脂添加量達到一定水平后，這些“氫鍵”能夠增強膨潤土與鈦皂纖維之間的作用力，很大程度上提高了膨潤土-復合鈦基潤滑脂結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[7]，Δr減小，滾筒安定性得到提高。

通過考察不同原料配方制得的膨潤土-復合鈦基潤滑脂的基本理化性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)膨潤土潤滑脂中膨潤土質(zhì)量分數(shù)為15%、膨潤土潤滑脂質(zhì)量分數(shù)為30%時，制備的膨潤土-復合鈦基膨潤土潤滑脂的各項基本性能處于較好的水平，因此采用該配方制備膨潤土-復合鈦基潤滑脂。

2.2 助分散劑對膨潤土-復合鈦基潤滑脂性能的影響

采用優(yōu)化的合成路線和配方制備膨潤土-復合鈦基潤滑脂，分別加入甲醇、無水乙醇、丙三醇和碳酸丙烯酯4類常用的助分散劑，每種助分散劑的添加量(w)為10%，20%，30%，40%，考察助分散劑的種類和添加量對膨潤土-復合鈦基脂性能的影響，結(jié)果如圖6所示。

由圖6(a)可見，隨著極性助分散劑添加量增大，制得的膨潤土-復合鈦基脂的滴點呈先緩慢升高再降低的趨勢，其中加入無水乙醇作助分散劑的膨潤土-復合鈦基潤滑脂滴點升高最明顯，說明無水乙醇對于提高其熱安定性的效果最好；當助分散劑的添加質(zhì)量分數(shù)為30%時，制得的潤滑脂的熱安定性最佳，滴點最高。

由圖6(b)和(d)可以看出，膨潤土-復合鈦基潤滑脂的稠度隨助分散劑添加量增加而增大，其工作錐入度以及滾筒安定性試驗的Δr都隨助分散劑添加量增加而減小，其中添加質(zhì)量分數(shù)為40%的無水乙醇時，膨潤土-復合鈦基潤滑脂的增稠效果明顯，凝膠效果最佳。

圖6 極性助分散劑對膨潤土-復合鈦基潤滑脂性能的影響■—甲醇; ●—無水乙醇; ▲—丙三醇; 碳酸丙烯酯

由圖6(c)可見，隨著助分散劑添加量增大，膨潤土-復合鈦基脂的鋼網(wǎng)分油率逐漸減小，即膨潤土-復合鈦基潤滑脂的膠體安定性提高，其中無水乙醇對于改善其鋼網(wǎng)分油情況具有很好的效果，當其添加量(w)為40%時制備的膨潤土-復合鈦基潤滑脂膠體安定性優(yōu)異，鋼網(wǎng)分油率僅為0.3%。

綜合以上分析可知，助分散劑的種類和添加量會對膨潤土-復合鈦基潤滑脂性能產(chǎn)生較大影響，其中無水乙醇作為助分散劑與膨潤土-復合鈦基潤滑脂體系具有較好的配伍性，當其添加量(w)為40%時，制得的膨潤土-復合鈦基潤滑脂的綜合性能最好。

3 膨潤土-復合鈦基潤滑脂的性能評定

向基礎(chǔ)油中加入質(zhì)量分數(shù)為15%的有機膨潤土，混合攪拌后繼續(xù)向有機膨潤土-基礎(chǔ)油體系中加入質(zhì)量分數(shù)為40%的無水乙醇增強凝膠效果，機械攪拌一段時間后制得膨潤土潤滑脂，放置備用；復合鈦基脂經(jīng)過高溫煉制后，向混合體系中加入質(zhì)量分數(shù)為30%的預制膨潤土潤滑脂制備得到膨潤土-復合鈦基潤滑脂，測試其基本理化性能，并將其與復合鈦基潤滑脂、膨潤土潤滑脂進行對比，評價其性能特點以及分析兩種潤滑脂的相容性，結(jié)果如表5所示。

表5 3種潤滑脂的性能對比

由表5可知：膨潤土-復合鈦基潤滑脂既保持了復合鈦基潤滑脂和膨潤土潤滑脂的優(yōu)點，尤其是高滴點特性，又改善了膨潤土潤滑脂機械安定性不佳以及復合鈦基潤滑脂膠體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等缺陷；膨潤土潤滑脂與復合鈦基潤滑脂具有較好的相容性，二者結(jié)合后潤滑脂內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到了一定程度的增強，膨潤土-復合鈦基潤滑脂的抗水淋性能、膠體安定性、熱安定性、機械安定性和抗磨性等理化性能均處于較好的水平，實現(xiàn)了降低制備成本和改善理化性能的目標。在抗磨減摩性能方面，膨潤土-復合鈦基潤滑脂試驗測得的平均磨斑直徑和平均摩擦因數(shù)均處于較好的水平，其中摩擦因數(shù)的變化規(guī)律如圖7所示，并利用光學顯微鏡對3種潤滑脂試驗后的鋼球磨斑表面形貌進行觀察，如圖8所示。

圖7 不同潤滑脂試驗測得的瞬時摩擦因數(shù)變化規(guī)律 —膨潤土潤滑脂; —復合鈦基潤滑脂; —膨潤土-復合鈦基潤滑脂

圖8 不同潤滑脂試驗后的鋼球磨斑表面形貌

由上述試驗結(jié)果可以看出，膨潤土潤滑脂長磨試驗后鋼球的平均磨斑直徑最大，且鋼球表面的磨痕較深、犁溝明顯，鋼球表面的磨損較嚴重；而復合鈦基潤滑脂具有較好的抗磨性能，試驗后鋼球表面的磨痕較淺，平均磨斑直徑較??；膨潤土-復合鈦基潤滑脂試驗后鋼球的平均磨斑直徑與復合鈦基脂相差不大，且鋼球表面磨痕較淺。分析認為，主要是由于復合鈦基潤滑脂在一定程度改善了膨潤土潤滑脂的機械安定性，在一定工作載荷下體系內(nèi)基礎(chǔ)油不易流失，對基礎(chǔ)油的吸附能力增強，提高了油膜的承載能力，抗磨性能得到提高[9]。由不同潤滑脂試驗時平均摩擦因數(shù)可得，相比于膨潤土潤滑脂和復合鈦基潤滑脂這兩類單一潤滑脂，膨潤土-復合鈦基潤滑脂試驗時平均摩擦因數(shù)分別減小了0.017 2和0.008 9，減摩性能提高較為顯著；而且從圖7可以看出，膨潤土-復合鈦基潤滑脂在長磨試驗過程中摩擦因數(shù)隨時間的變化更為穩(wěn)定，波動較小。說明在復合鈦基潤滑脂中加入膨潤土潤滑脂后，摩擦因數(shù)有較大程度的降低且更穩(wěn)定，減摩性能得到提高。

4 結(jié) 論

(1) 結(jié)合復合鈦基潤滑脂和膨潤土潤滑脂的制備工藝，設(shè)計了膨潤土-復合鈦基潤滑脂合成路線，通過對比所制得膨潤土-復合鈦基潤滑脂的性能，最終確定了高溫煉制后加預制膨潤土潤滑脂的合成路線。

(2) 針對高溫煉制后加脂工藝，設(shè)計試驗考察了膨潤土和助分散劑對膨潤土-復合鈦基潤滑脂性能的影響，結(jié)果表明：加入質(zhì)量分數(shù)為40%的無水乙醇助分散劑，預制膨潤土質(zhì)量分數(shù)為15%的膨潤土潤滑脂，當其添加量占膨潤土-復合鈦基潤滑脂30%時，制得的膨潤土-復合鈦基潤滑脂綜合理化性能最佳。

(3) 復合鈦基潤滑脂與膨潤土潤滑脂具有很好的相容性，膨潤土-復合鈦基潤滑脂既保持了復合鈦基潤滑脂和膨潤土潤滑脂的優(yōu)勢性能，又改善了膨潤土潤滑脂機械安定性以及復合鈦基潤滑脂皂油結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。