干货 | 聚脲润滑脂性能研究与应用

聚脲润滑脂由于具有高的滴点、优良的综合性能，在钢铁工业、汽车工业、电器设备、军事工业等领域获得了广泛的应用，已成为当今世界上高性能润滑脂品种的一个发展方向，且已成为衡量一个国家润滑脂工业水平的重要标志。

1. 聚脲稠化剂的结构与聚脲润滑脂的性能

聚脲稠化剂通常由异氰酸酯与胺类反应聚合而成，脲基润滑脂稠化剂中含有官能团：—NH—CO—NH—，分子之间以较强的氢键相结合，使整个胶体体系处于非常稳定的状态; 同时，氮原子孤电子对的存在，增强了整个分子的极性，使得脲基脂对金属有非常强的亲和力，氮原子的存在又使其具有一定的防锈、抗磨性，从而决定了脲基脂具有独特的性能，且聚脲润滑脂不同于金属皂基稠化剂，不含金属离子，避免了皂基稠化剂中金属离子对润滑脂基础油的催化氧化作用。因此，聚脲润滑脂具有一系列优良的使用性能：良好的热稳定性和氧化安定性、良好的低温性能、良好的抗腐蚀性和抗水性、良好的相容性、长的使用寿命、良好的胶体安定性及润滑性。

2. 聚脲润滑脂的性能影响因素

2.1 基础油

选择合适的基础油是制备优质聚脲润滑脂的重要条件，通常选用高温性能较好的硅油、酯类油、矿物油和合成烃油等作为生产聚脲润滑脂的基础油。

2.1.1 硅油

由硅油制备的聚脲润滑脂产品的各个方面的性能都比较突出，但是润滑性很差，抗磨性能 PB 值很低。其合成的脲基润滑脂的极压性不能达到要求，且硅油的价格比较高，不适合做连铸机脂的基础油。另外，硅油是以硅氧烷为主链，在硅氧烷的侧链上连接一些基团（苯基、甲基）或者元素（氯、氟）均可以提高润滑脂的高温性能。采用氨基聚硅氧烷、多异氰酸酯和多氨基的含有活性基团的硅烷，通过它们的共聚合反应获得有机硅聚脲基础聚合物。该有机硅聚脲基础聚合物具有很好的耐高低温、耐溶剂性能以及较好的力学性能且可以室温固化，通过分子链端基和侧链的烷氧基基团相互交联，形成分子内和分子间的交联网状结构，由此生产黏合剂、密封胶、涂料及抗缓冲层，尤其是在汽车工业的密封胶领域有较好的用途。

2.1.2 酯类油

由于各种酯类油的结构不同，所得聚脲润滑脂的稠度、滴点、蒸发量差别也很大。其共同的特点就是对添加剂的感受性比较好，性能都能满足要求。但是由于酯类油的抗水解能力比较差和极性结构需要的稠化剂的量很大，给生产工艺带来很大的麻烦，不利于生产的顺利进行。

用多羟基酯类油作基础油合成了聚脲脂，该脂具有很好的热稳定性、电导性和生物降解性。将聚脲稠化剂与金属皂基稠化剂加入到动力黏度 40 ℃时为 20～80 mm2/s 的酯类油中制备了复合聚脲润滑脂，该脂在高温下稳定，不易产生灰尘，而且具有很好的高温性能。采用动力黏度 40 ℃时为 80～300 mm2/s 的酯类油作为基础油合成了脲基脂，该脂能够提高高温工作下轴承的噪声特性，而且在转速改变较大范围内保持这种性质。

2.1.3 矿物油

随着聚脲润滑脂的发展，矿物润滑油尤其是精制矿物润滑油也越来越多地被选择用作聚脲润滑脂的基础油。以 50 ℃黏度为 20～450mm2/s、黏度指数 50～100 的深度精制石蜡基、环烷基或者中间基矿物油润滑油作为生产聚脲润滑脂的基础油较为适宜。以高黏度矿物油为基础油，以复合聚脲为稠化剂，加入多种高效添加剂制备了一种复合高温脲基脂。该脂的优点是高温性能突出，滴点高达 260 ℃以上，高温时不流淌，不结焦；抗水性能优异，38 ℃水淋流失量只有 2％，能保证大量水冲刷时流失少；抗磨性能高，不结焦，不卡轴承，使用寿命长。

2.1.4 合成烃油

报道较多的为聚 α-烯烃（PAO）。以 PAO 为基础油合成的脲基润滑脂各个方面的性能优越，能满足连铸机的工况要求，且能使轴承的寿命大大增加。但是相比脂类油略差一些。在 PAO 中适当加入脂类油能改善润滑脂对添加剂的感受性，提高其润滑性能等，其综合性能在各个方面都优于以矿物油脲基脂，而且高温下不结焦、不硬化，可以满足更为苛刻的连铸润滑系统。另外，在聚烯烃中引入杂原子也有报道。Berger采用了全氟聚醚和聚四氟乙烯作为基础油合成了聚脲润滑脂，实验结果表明，润滑脂的滴点和寿命均有很大的提高。用烷基硫化联苯做为基础油合成了脂，该脂非常适合在高温、高速、高负载和高振动下轴承中应用。

此外，将上述油类混合作为基础油近年来也所报道。将矿物油、合成烃及类似的油混合作为基础油制备了一种脲基脂，实验结果表明该脂即使在高速高负载的情况下都能降低摩擦转矩。

2.2 稠化剂

选择不同结构的异氰酸酯和有机胺原料制备的聚脲稠化剂，对润滑脂的性能具有较大的影响。改变异氰酸酯的结构，更多的是改变有机胺的结构，可以有效地改善润滑脂的某些性质；还可以向脲基稠化剂分子中引入苯并噻吩以进一步改善聚脲润滑脂的高温氧化安定性，引入含氧或含硫基团等以改善聚脲润滑脂的抗磨性。如专利 JP1139696是通过改变二异氰酸酯的结构来制备高滴点的二脲润滑脂；专利 EP 0274756采用伯胺与伯醇共同与二异氰酸酯反应制备成以脲-氨基甲酸酯为稠化剂的高滴点润滑脂。

M D 康纳发明了一种新型预聚物，它包含由甲苯二异氰酸酯与多元醇生成的甲苯二异氰酸酯预聚物与二苯甲烷二异氰酸酯或二苯甲烷二异氰酸酯准预聚物的共混物，再由该新型预聚物共混物与胺端基增链剂或交联剂反应生成聚脲弹性体。以含脂环族侧基的取代二氨基苯并噻唑与二异氰酸酯为起始原料，合成了含脂肪族侧基的聚二苯并噻唑-脲，由于该聚合物中苯并噻唑结构的引入能够提高聚脲的热性能，而聚合物中脂环族大侧基以及脲键的引入能提高聚苯并噻唑的溶解性能，从而制备出具有优良溶解性能及较好热稳定性的新型聚合物材料。

此外，对于二脲润滑脂，稠化剂的对称性对润滑脂的滴点有较大的影响。采用对称的稠化剂将很难合成高滴点的润滑脂，一般采用不对称的稠化剂来合成二脲润滑脂。研究发现：二脲润滑脂中如果一个烃基是环己基而另一个是烷基中含 8～16 个碳原子的烷基苯基，则二脲润滑脂会具有较好的高温性能。另外，一般采取“双胺联桥，单胺封头”的方法来制取多脲，Singh 等用 MDI与单胺和双胺混合的方法制备了四脲润滑脂，四球和提姆肯实验表明，该润滑脂具有较高的 OK 值（60磅）和较小的磨斑直径，而且均较好地通过了防锈、腐蚀、氧化稳定性和剪切稳定性试验。

2.3 添加剂

用于润滑脂的添加剂按照功能一般可分为结构稳定剂、抗氧剂、抗磨剂、金属钝化与减活剂等。添加剂的存在，或者是改变稠化剂在基础油中的溶解度，或者是影响了稠化剂的结晶，从而导致稠化剂的稠化结构在很大程度上发生了改变。添加剂分子首先与稠化剂的纤维吸附在一起，然后附有添加剂的稠化剂分子链可控制基础油。

润滑脂中应用最多的是抗氧剂。研究发现：润滑脂在 170 ℃以下具有良好的氧化安定性，尤其是以合成油为基础油的脲基润滑脂其氧化诱导期均超过 70 h，几乎是以矿物油为基础油的脲基润滑脂的 2 倍。在 170 ℃以下加入抗氧化剂对润滑脂的抗氧诱导期几乎没有太大的提高。

除了以上两种添加剂以外，研究较多的还有抗磨添加剂。曾腊梅考察了锌盐、磷酸酯、硫磷酸酯衍生物、硼酸盐等低灰分或无灰分抗磨剂对聚脲润滑脂性能的影响。实验结果表明：添加锌盐、亚磷酸酯复合剂的聚脲润滑脂性能较好。加入硼酸盐后，能改善脂的极压抗磨性，但脂的抗水淋性，机械安定性（加水）稍变差。合成脲基润滑脂时采用了硫代磷酸钼盐。实验结果表明：在脲基润滑脂中加入了有机钼盐，尤其是 S/Mo比值高的硫代磷酸钼盐，可以有效地降低摩擦系数。此外，金属钝化与减活剂也是脲基润滑脂中重要的添加剂。减活剂的作用原理为其与金属离子反应生成催化不活泼的化合物。金属钝化剂是借助化学键在金属氧化层上形成致密的钝化膜，阻止金属离子逸出渗入油相中发生催化氧化反应。如苯三唑衍生物、巯基苯并噻唑、三烃基磷酸脂。

2.4 与金属皂基脂的复合

近年来的研究发现将脲基脂与金属皂基脂复合能显著提高脲基脂的性能。将脲基脂与钙基脂复合合成了复合脂，该脂具有很高的热稳定性、承载能力与抗水能力。通过在聚脲润滑脂中加入含钙化合物来提高润滑脂的氧化安定性，从而无须引入具有芳环的抗氧剂，有利于环境保护。同时含钙化合物的引入还提高了润滑脂的抗磨性能。Nakatani 等按照质量分数10%～90%脲基脂与质量分数 90%～10%的金属皂基脂进行了复合，实验结果表明，复合脂具有很好的高温高速运转性能，而且能够延长旋转仪器的使用寿命。Nakatani 等将 N-取代二甲酰对酸金属盐与脲基混合制备了复合脂，该脂具有很好的热稳定性、氧化安定性与润滑性能。发明了一种方法，该方法使脲基与锂基润滑脂能够在一个釜中同时反应生成，简化了制备工艺，并达到了与现有技术相同的效果。  

3. 聚脲基润滑脂的产品性能

聚脲基润滑脂由脲类化合物稠化优质矿物油精制而成，并加有抗磨、抗氧和防锈等添加剂制成的脲类润滑脂。具有耐高温，不结焦，不积碳，低噪音，抗磨，抗水淋，泵送性好的特点。

聚脲润滑脂产品特性：

1、具有良好的抗磨性，可满足高负荷条件下的润滑要求；

2、滴点高，耐热性、抗氧化性能好，高温轴承寿命长；
3、具有良好的抗水性，遇水不乳化、不流失；
4、具备优良的抗辐射性；
5、具有良好的机械安定性和泵送性；
6、不含金属皂，使用寿命长，无灰。

典型数据 ：

4. 聚脲基润滑脂的应用

聚脲基润滑脂作为一种性能全面的新型润滑脂,最突出的性能是使用寿命长,广泛应用于冶金、汽车、轴承等苛刻的机械设备上。未来聚脲润滑脂的发展趋势将是发展复合聚脲润滑脂,以满足现代工业更高的使用要求。随着现代工业和科学技术的快速发展,许多机械设备在高温、高速、重载等苛刻工况下运转,因此要求润滑脂除了具有基本的润滑、密封、防护性能外,还具有较长的使用寿命。相比复合锂基润滑脂、复合磺酸钙基润滑脂、复合铝基润滑脂和膨润土润滑脂等其他高性能润滑脂,聚脲润滑脂作为一种性能全面的新型润滑脂,其突出的性能是使用寿命长。

5. 结 语

目前，我国聚脲脂的品种和产量较少，聚脲脂的研究及应用也刚刚起步。整个润滑脂行业存在着高滴点、高质量润滑脂品种和数量与发达国家存在较大的差距、润滑脂技术标准管理和实施力度不够、润滑脂应用技术和润滑知识普及和推广不够等方面的问题。聚脲脂作为润滑脂产品之一也存在着上述问题。这就要求今后应对脲基润滑脂技术进行更深入的研究，采用不同的方法和途径，提高脲基润滑脂的各项性能，并逐步增加其产量，提高其在润滑脂总产量中的比例；加快润滑脂实验标准的自主开发，提高自主技术含量，加大润滑脂技术标准管理和实施力度；此外，还应加紧产品应用技术及知识的推广、宣传和普及。