胡斌,續(xù)景,張龍華,謝龍,徐紅芳

(中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心,甘肅蘭州 730060)

聚脲脂性能研究

胡斌,續(xù)景,張龍華,謝龍,徐紅芳

(中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心,甘肅蘭州 730060)

介紹了一種新型聚脲脂,具有優(yōu)異的抗剪切性能,錐入度變化率在 3%以內(nèi)。這種聚脲脂是以礦物油為基礎(chǔ)油、以異氰酸酯與脂肪胺和環(huán)烷胺合成的脲類化合物為稠化劑的潤滑脂,并利用均勻設(shè)計(jì)優(yōu)化其組分配比。另外,采用紅外光譜(FT-IR)、DSC分析和 SRV測(cè)試等多種分析手段對(duì)其進(jìn)行了表征,說明此聚脲脂具有優(yōu)異的抗氧化性能和潤滑作用。

聚脲;潤滑脂;剪切;均勻設(shè)計(jì);紅外光譜

Abstract:A new po lyurea grease w ith excellent anti-shear perfo r m ance w as introduced,and the change rate of penetration w as less than three percent.This polyurea grease w as based on m ineralo il,and the urea compounds as thickenerw ere synthesized by isocyanate,aliphatic am ine and naphthenic am ine.The rat io of components w as op t im ized by uniform design.In addition,the polyurea grease w as characterized by such m ethods as infrared spectroscopy(FT- IR),DSC analysis and SRV testing.It show ed that the po lyurea grease has excellent oxidation resistance and lubrication.

Key words:polyurea;grease;shear;unifor m design; IR

0 前言

聚脲脂是脲類化合物稠化基礎(chǔ)油形成的一種具有塑性的潤滑劑,具有突出的氧化安定性、熱穩(wěn)定性及長的使用壽命,已廣泛應(yīng)用在鋼鐵工業(yè)、汽車工業(yè)、電器設(shè)備、軍事工業(yè)等領(lǐng)域[1]。各國研究人員已經(jīng)研發(fā)出許多種聚脲脂[2-4],以往的研究主要側(cè)重于潤滑脂配方和工藝,提高聚脲脂的性能。在實(shí)際使用中,潤滑脂的纖維結(jié)構(gòu)會(huì)由于機(jī)械的剪切作用而遭到破壞,而聚脲脂唯一的缺點(diǎn)就是剪切安定性較差,特別是在低剪速下嚴(yán)重軟化。研究脲基脂剪切安定性對(duì)其應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義,筆者合成了一種新型的聚脲脂,從結(jié)構(gòu)層面改善了聚脲脂的剪切安定性,并應(yīng)用多種分析手段對(duì)聚脲脂的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析表征。

1 實(shí)驗(yàn)部分

目前對(duì)于聚脲脂剪切安定性差的原因,在理論上還沒有較為明確的解釋。根據(jù)潤滑脂皂油凝膠理論,在遭到剪切作用下容易被破壞,使脂稠度下降。從膠體化學(xué)理論來看,筆者合成一種新型的聚脲脂,具有良好的剪切安定性能。

1.1 原料

為工業(yè)化需要,實(shí)驗(yàn)原料全部采用工業(yè)產(chǎn)品,主要有:二苯甲烷二異氰酸酯 (MD I-100)、十二胺(ODA)、乙二胺(EDA)、環(huán)己胺(CHA)、MV I150BS。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)中涉及到的主要試驗(yàn)方法有:工作錐入度, GB/T 269;延長工作錐入度 (105),GB/T 269;潤滑脂摩擦磨損性能測(cè)定(SRV法)SH/T 0721-2002。

1.3 均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)

1.3.1 因素與水平

以錐入度的變化百分率為指標(biāo),根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)中單因素考察的結(jié)果,確定ODA、EDA、CHA的加入量為 3個(gè)考察因素,每個(gè)因素選擇 7個(gè)水平。

1.3.2 試驗(yàn)方案與試驗(yàn)結(jié)果(見表 1)

表1 因素—水平

采用 U7＊(74)均勻設(shè)計(jì)表的使用表,選用第2、3、4列,D值為 0.2132。根據(jù)均勻設(shè)計(jì)表安排試驗(yàn):將有機(jī)胺三組分加入到MV I150BS油中,在一定溫度下融化,再加入過量 1.1倍 (摩爾比)的MD I-100,與有機(jī)胺組分反應(yīng),充分反應(yīng)后,物料溫度升高到 100～105℃,加入一定量水,待水與MD I完全反應(yīng)并蒸發(fā)后,溫度升至 150℃,恒溫 20 min,冷卻出釜,最后用三輥機(jī)研磨兩次,得產(chǎn)品。

圖1 樣品紅外光譜

1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本文采用了 Access數(shù)據(jù)處理軟件結(jié)合均勻?qū)嶒?yàn)回歸軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了多元線性回歸,所得到回歸方程式為:Y=254.230-17.115×X1+ 52.496×X2+0.012×X3。Y,產(chǎn)品錐入度變化率; X1,ODA(十二胺)物質(zhì)的量;X2,EDA(乙二胺)物質(zhì)的量;X3,CHA(環(huán)己胺)物質(zhì)的量。相關(guān)系數(shù) R為0.8954,說明回歸方程的擬合效果較好。在此回歸方程中,從系數(shù)的絕對(duì)值可以看出各組分對(duì)于剪切安定性能的影響大小順序?yàn)?X2＞X1＞X3;X1的系數(shù)為負(fù)值,X2的系數(shù)為正值,為了達(dá)到剪切前后最小值,應(yīng)增大 X1而減小X2;X3的系數(shù)很小,說明 X3對(duì)于剪切安定性能的影響較小,基本可以忽略。在試驗(yàn)范圍之內(nèi),最優(yōu)條件與所選取的典型數(shù)值接近,因此,在典型值中選取最優(yōu)者,即實(shí)驗(yàn) 1條件為最優(yōu)。按照實(shí)驗(yàn) 1條件重復(fù)兩次,結(jié)果重復(fù)性較好。

2 樣品表征

2.1 紅外分析(見圖 1、圖 2)

圖2 文獻(xiàn)聚脲脂紅外光譜

利用紅外光譜對(duì)聚脲脂的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。圖 1為聚脲脂的紅外光譜圖,從圖中可以看出,比正常的N—H振動(dòng)吸收(3414 cm-1)向低波數(shù)位移了約 100 cm-1,脲分子間氫鍵化 N—H伸縮振動(dòng)吸收在 3293 cm-1處,與文獻(xiàn)報(bào)道的 3310～3332 cm-1范圍內(nèi)接近[5]。另外,羰基的振動(dòng)吸收在 1633 cm-1處與其正常條件下的 1710 cm-1相比也有很明顯的移動(dòng),氫鍵化的羰基振動(dòng)譜帶在 1630～1640 cm-1。這些都說明聚脲潤滑脂中的脲分子間有較強(qiáng)的氫鍵締合。

2.2 DSC分析

利用氧化誘導(dǎo)期測(cè)試儀對(duì)幾種市售聚脲脂的氧化起始溫度進(jìn)行測(cè)定。實(shí)驗(yàn)條件為:壓力 1.5 MPa,溫度從40℃加熱至400℃,加熱速率10℃/min。圖3中樣品脂為1.3制備的基礎(chǔ)脂加入蘭州潤滑油研究開發(fā)中心自主研發(fā)的抗氧劑、極壓抗磨劑、防銹劑、金屬鈍化劑等各種功能添加劑,圖4～圖6分別為國內(nèi)外三種典型聚脲脂。從圖中可以看出,蘭州潤滑油研究開發(fā)中心聚脲脂產(chǎn)品的氧化起始溫度優(yōu)于這三種聚脲脂產(chǎn)品,說明這種新型聚脲脂的具有優(yōu)異的抗氧化性能。

圖3 樣品氧化起始溫度

圖4 市售聚脲脂產(chǎn)品 1氧化起始溫度

圖5 市售聚脲脂產(chǎn)品 2氧化起始溫度

圖6 市售聚脲脂產(chǎn)品 3氧化起始溫度

2.3 SRV測(cè)試

2.2 中聚脲脂樣品 SRV測(cè)試如圖 7所示,從圖中看,試驗(yàn)球與摩擦副之間的摩擦系數(shù)在剛開始的時(shí)候最大為 0.14,這可能是由于摩擦副之間的啟動(dòng)摩擦所致。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中,摩擦系數(shù)基本上穩(wěn)定在 0.108左右,很小,說明此聚脲脂在摩擦副之間具有較好的潤滑作用。

圖7 樣品SRV測(cè)試

3 結(jié)論

采用脂肪胺、環(huán)烷胺和異氰酸酯合成了一種新型的聚脲脂,其錐入度變化率小于 3%,說明其具有優(yōu)異的抗剪切性能,并采用均勻設(shè)計(jì)方法對(duì)這種聚脲脂的原料組分進(jìn)行優(yōu)化,獲得了較優(yōu)的配比。

另外,采用蘭州潤滑油研究開發(fā)中心自主研發(fā)的各種功能添加劑與聚脲脂形成了復(fù)合配方體系,并利用紅外光譜(FT-I R)、DSC分析和 SRV測(cè)試等多種分析手段對(duì)其進(jìn)行了表征,說明此聚脲脂具有優(yōu)異的抗氧化性能和潤滑作用。并且,此聚脲脂已在江蘇常州某鋼廠爐前設(shè)備進(jìn)行使用實(shí)驗(yàn),據(jù)用戶反映該產(chǎn)品具有優(yōu)良的耐高溫性、粘附性及潤滑性,目前使用效果良好。

[1]楊瑋,姚立丹,鄭善偉.脲基潤滑脂的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)機(jī)理的研究[J].石油學(xué)報(bào),2000,16(4):38-42.

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S tudy on the Prop e rties of Polyurea G rease

HU Bin,XU J ing,ZHANG Long-hua,XIE Long,XU Hong-fang
(PetroChina Lanzhou Lubricating O ilR&D Institute,Lanzhou 730060,China)

TE626.4

A

2009-09-09。

胡斌(1981-),男,工程師,2007年畢業(yè)于鄭州大學(xué)工業(yè)催化專業(yè),現(xiàn)從事潤滑油脂研究工作,已公開發(fā)表論文數(shù)篇。

1002-3119(2010)03-0038-03