3聚脲润滑脂的研究与应用

第五届（成都）国际摩擦与密封材料技术交流暨产品展示会论文
聚脲润滑脂的研究与应用
郑发正孙霞李新年刘广龙
（中国人民解放军空军后勤学院物资油料系。

徐州２２１０００】
＼摘要：本文简述了聚脲润滑脂的结构、性能以及研究现状，并介绍了改善聚脲润滑脂剪切安定性的研究。

关键词：聚脲润滑脂性能剪切安定性
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ？ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｓｔｕｄｙｏｆａｖｉａｔｉｏｎｐｏｌｙｕｒｅａｇｒｅａｓｅａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｓｈｅｅｒｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｏｌｙｕｒｅａｇｒｅａｓｅｉｓａｌｓｏｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｏｌｙｕｒｅａ；Ｇｒｅａｓｅ；Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；Ｓｈｅｅｒｓｔａｂｉｌｉｔｙ；
一、前言
１９５４年，Ｓｗａｋｅｎ等人在考察硅油的热稳定性和氧化安定性稠化剂时，发现了聚脲润滑脂。

聚脲润滑脂由于具有高的滴点、优良的综合性能，尤其是突出的氧化安定性、热安定性及长的使用寿命，在钢铁工业、汽车工业、电器设备、军事工业等各个领域获得了日益广泛的应用，已成为当今世界上高性能润滑脂品种的一个发展方向…。

聚脲润滑脂是一种优质润滑脂，它代表了润滑脂的国际先进水平。

美国在７０年代末期开始生产聚脲润滑脂。

８０年代初期，日本润滑脂公司为适应电子产品及精密仪表工业的发展需要，也成功地生产聚脲润滑脂。

据美国润滑脂协会（ＮＬＧＩ）调查统计，１９９７年，美国和日本的聚脲脂产量分别占该国润滑脂总产量的６．６％和１４．５９％ｈＩ。

我国对聚脲脂的研究与应用起步较晚，聚脲脂的产品也很少，在我国润滑脂总产量中几乎为零。

对聚脲润滑脂技术的研究也不多。

但是８０年代以来，我国也相继开发了一些聚脲脂产品应用于某些相关领域。

特别是空军油料研究所自８０年代初，研制开发了９３１高温航空脂，９３２低温通用航空脂及９３３航空仪表脂【２Ｊ。

这些脂均采用聚脲稠化剂技术，并在航空领域进行了较为成功的应用，填补了我国的空白。

二、聚脲脂的结构与性能：
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聚脲稠化剂通常由二异氰酸酯与胺类反应聚合而成，异氰酸酯与有机胺的反应是一个比较简单的加成反应：
？
Ｒ一一Ｎｃｏ＋Ｒ～ＮＨ，一Ｒ—ＮＨ—ｅ—ＮＨ—Ｒｚ—ＮＨ—ｃ—ＮＨ—Ｒ
其中，Ｒ为有机胺的烃链，Ｒ，为异氰酸酯分子中的芳香链。

该反应为强烈的放热反应，反应开始后釜温很快上升，３ｍｉｎ内即可升至８０℃。

脲基润滑脂稠化剂中含有工』一工一官能团，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自身防锈、抗磨性，从而决定了脲基脂具有独特的性能Ｌ３Ｊ。

杨玮等研究发现：聚脲润滑脂中脲分子问是以分子间的氢键相连接的Ｌ４Ｊ。

这些起初排列杂乱的分子在高温条件下慢慢通过氢键连接起来变成长链，随着温度的升高链越变越长，并且分子在通过氢键连接的过程中还会产生键的翻转，造成扭曲，形成空间螺旋管状结构；同时，长链与长链之间也通过氢键交联，从照片上可看到互相交织在一起的网状结构。

最后当达到一定温度，空间网络状结构基本形成时，基础油会
摩擦密封材料２００３年第三期
慢慢被吸入脲分子围成的空心管中，经过一定时间的膨化，空心管就变成了实心管，此时聚脲润滑脂的胶体结构达到稳定状态。

聚脲脂具有多种优异性能，可概述为‘２，５Ｊ：
１）良好的热稳定性和氧化安定性氧化安定性是指油、脂产品在充满氧气的密闭容器内形成一定压力后，在１００。

Ｃ下保持一定时间所吸收氧（本身被氧化、系统压力下降）的能力。

脲基润滑脂在较高温度下不易被氧化，即不会出现碳化、结焦；、硬化等不良现象。

脲基脂的高温性和抗氧化安定性比其他类型的脂都好，可不加任何抗氧化添加剂长期使用。

２）良好的低温性能脲基脂的低温性能与复合钙、复合锂等润滑脂基本相当。

３）良好的抗腐蚀性和抗水性
４）良好的相容性聚脲脂与橡胶和塑料均具有较好的相容性，同时脲基脂与其他型稠化剂制成的脂，如复合锂、复合钙、复合铝基脂及膨润土脂等均具有较好的相容性。

５）长的使用寿命聚脲脂是日前工作寿命最长的润滑脂，特别是在高温下尤为突出，高温工作寿命是其他脂的几倍。

６）良好的胶体安定性及润滑性，泵送性优良，不含有毒或有害成分，从而使聚脲润滑脂在高温、高负荷、宽速度范围和与不良介质接触时仍具有良好的工作能力。

综上所述，聚脲脂是一种性能优良的润滑脂，在长的使用寿命和多用途方面具有良好的应用前景。

三、后处理工艺对性能的影响
聚脲润滑脂的结构与性能，取决于使用的原料配方，也与采用的制备工艺条件息息相关。

聚脲润滑脂通常是采用有机胺与异氰酸酯直接在油中翩备的，由于异氰酸酯化学活泼性很强，与有机胺的成脲反应几乎可以在瞬问完成。

但反应完成并不等于得到了结构和性能稳定的聚脲润滑脂，还需要进行后加工。

这些年来，国外不仅对聚脲润滑脂的原料组成、品种与应用、结构与性能改进等方面进行了广泛的研究，而且在制备工艺方面也作了不少工作。

ＫｅｎＫｒｅｎｚ报告了采用接触器过程生产聚脲脂，ＷＩＴＣＯ公司发展了连续制备脲基脂的工艺。

在我国聚脲脂尚处于初期发展阶段，有关制备工艺研究的报道很少。

徐世敏等以脂肪族双脲润滑脂为对象，重点考察冷却、研磨与脱气后处理工艺条件对聚脲脂基本理化性能的影响，试验取得了某些规律性的结果…。

１）试验结果表明，后处理工艺对聚脲润滑脂的外观、稠度、分油、滴点等理化性能有明显的影响，要制备结构稳定、性能良好的聚脲润滑脂，必须针对配方体系选择适宜的后处理工艺条件。

２）三种冷却方式，以采用搅拌循环冷却方式较为理想。

３）聚脲润滑脂产品必须经过研磨分散处理，其方式以采用循环剪切～一均化器组合研磨的分散方式为好。

均化器的适宜操作条件是：均化温度为１１卜１３０℃，均化压力大于１７ＭＰａ，均化遍数１—２遍。

４）真空脱气可明显改善聚脲润滑脂的外观，对一般的理化性能影响不大。

四、聚脲脂剪切安定性的改善
尽管聚脲脂的各项性能优良，但剪切安定性差是聚脲稠化剂的主要缺点，通常在低剪速下严重软化。

如在ＡＳＴＭ滑脂工作器１０万次工作后，锥人度变化了近９０个单位。

锥人度下降会导致润滑脂在轴承中的渗漏和流失，使润滑失效。

因此聚脲脂剪切安定性差，限制了它的应用。

目前对于聚脲脂剪切安定性差的原因，从理论上还没有较为明确解释。

根据润滑脂皂油凝胶理论，聚脲稠化剂凝胶粒子的结构强度不高，在遭到剪切作用下容易被破坏，使脂稠度下降。

为改善聚脲脂的剪切安定性，席瀛、杨文毅等对组成、工艺及多羟基化合物对聚脲脂剪切安定性的影响进行了考察Ｅ５，６，７３。

（１）组成与剪切安定性关系
根据对不同组成聚脲脂剪切安定性的研究，得出如下结论：
不论端基是脂肪胺还是芳胺，以及采用不同的二胺，脂的剪切安定性均不好，工作１０万次与工作６０次锥人度差值（简写为Ａ１０万一６０）都在８０个单位以上，芳胺端基的聚脲脂的
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剪切安定性稍好于脂肪胺端基的聚脲脂，但稠化能力较低。

这说明聚脲稠化剂凝胶粒子的结构强度较低。

（２）基础油的选择对剪切安定性的影响
聚脲稠化剂通常对所有的基础油都有良好的稠化能力和成脂性能，且能保持良好的高、低温性、抗氧性等性能在各基础油体系中的体现。

但是就剪切安定性而言，却显现出不同的选择性。

脲基稠化剂稠化甲苯基硅油脂的剪切安定性最好。

（３）多羟基化合物与剪切安定性关系
根据试验研究，向聚脲脂中添加适量的多羟基化合物，可以改善聚脲稠化剂凝胶粒子的结构强度，提高其剪切安定性。

根据红外光谱试验，加入多羟基化合物后，羟基与脲基形成氢链一ｏＨ…ｏ—Ｃ。

这些化合物的多羟基与不同脲分子的碳基形成氢链，使脲分子通过多羟基化合物的分子间力形成了脲分子的绞联结构，改变了凝胶粒子的结构强度，提高了剪切安定性。

（４）高聚物可以改善脲基稠化荆的结构强度。

为了提高润滑脂的粘附性，有些润滑脂需要加入某种增粘剂，以提高滑脂体系的内聚力，通常这些增粘剂都是高聚物，虽然从总体上看４１０万一６０值仍然较大，但可贵的是在提高粘附性的同时，也使剪切安定性有了一定的改善。

（５）工艺与剪切安定性关系
对润滑脂而言，不同的工艺条件可以得到不同结构和性能的产品。

通过考察，不同工艺条件对聚脲脂结构和性能均有影响，特别是剪切安定性相差较大。

不同后处理温度得到不同稠化剂结构和相差较大的剪切安定性的脂；最终以细长棒状纤维结构的聚脲稠化剂的剪切安定性和胶体安定性要好，Ａ１０万一６０达到５６个单位。

五、结束语：
目前，我国聚脲脂的品种和产量都很少，聚脲脂的研究及应用也刚刚起步。

随着我国现代化工业的不断发展，人们对润滑材料质量要求的不断提高，聚脲脂作为一种高性能多用途润滑脂产品必将得到广泛的应用。

今后我们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，以满足现代工业各种不同的使用要求。

同时还应加紧产品的推广和宣传，使聚脲润滑脂在我国得到更加广泛的应用。

参考文献：
（１）徐世敏、陈崇会、姚立丹，后处理工艺对聚脲润滑脂性能的影响，合成润滑材料，１９９９，２，６—１０
（２）席瀛、杨文教，聚脲航空润滑脂的研究与应用．合成润滑材料，２０００，１，１１—１６
（３）陈秀云、杜东根、刘文，用脲基聚合物生产聚脲基润滑脂，河南化工，１９９８年，１２，１８一１９（４）杨玮、姚立丹、郑善伟，脲基润滑脂的结构及反应机理的研究，石油学报（石油加工），２０００，１６（４），３８—４２
（５）朱君荣，黄精忠等，聚脲润滑脂的研制及其应用，军用航油，１９８９，３，
（６）席瀛，聚脲稠化剂的剪切安定性，军用航油，１９９０，３，４—７
（７）曾腊梅，聚脲润滑脂性能影响因素的探讨，合成润滑材料，２００１，３，９—１３
Ｔ＇ｒＴＴＴＴＴＴＴＴ’ｒＴＴＴＴｌ—ｒＴＴＴＴＴＴ＿ｒＴＴＴ‘ｒ‘ｒＴＴＴＴＴＴｌ—ｒ１—ｒＴＴＴ（上接第１０４页）
应用技能将在今后几年中逐渐得到系统和持续的发展，ＥＳＥＭ—ＦＥＧ将成为能更好地解读摩擦材料现象的诸多有效方法中的一种。

最后，我应该感谢在欧本堡（Ｏｂｅｒｎｂｅｒｇ）的ＡＳＯＰＡ部门的ＡｎｄｒｅａｓＴｕｌｋｓ博士和Ｒａｉｎｅｒ
１１２Ｚｉｅｌ先生，他们不仅做了大量的ＥＳＥＭ—ＦＥＧ试验，还集中讨论了本文中所论及的结果。

如果这篇论文已经唤起您对使用ＥＳＥＭ—ＦＥＧ检测分析摩擦材料的兴趣，谨请联络我们。

聚脲润滑脂的研究与应用
作者：郑发正， 孙霞， 李新年， 刘广龙
作者单位：中国人民解放军空军后勤学院物资油料系(徐州)
1.期刊论文邓才超.郭小川.王少文.赵光哲.DENG Cai-chao.GUO Xiao-chuan.WANG Shao-wen.ZHAO Guang-zhe聚脲金属盐复合润滑脂的研究-润滑油2008,23(5)
在二聚脲润滑脂的基础上研制了复合锂-脲、钠-脲、钾-脲、镁-脲、钙-脲和钡-脲润滑脂,并考察其性能.结果表明,聚脲稠化剂与金属盐在一定条件下能复合成脂,研制的聚脲金属盐复合润滑脂在保持聚脲润滑脂优良性能的基础上,具有突出的极压抗磨性和高温轴承寿命,成本较聚脲润滑脂低.
2.会议论文孙洪伟.徐世敏.姚立丹聚脲润滑脂氧化安定性的研究2001
采用差示扫描量热法探讨了诸多因素对聚脲润滑脂氧化安定性的影响.结果表明:聚脲的组成结构,混入的皂基、非皂基润滑脂的类型,加入的不同种类的金属粉均对氧化安定性有所影响;聚脲脂对抗氧剂的感受性良好,大多数极压抗磨剂能改善聚脲脂的氧化安定性,防锈剂的影响不显著.
3.期刊论文曾腊梅.Zeng Lamei聚脲润滑脂性能影响因素的探讨-合成润滑材料2001,28(3)
探讨了基础油、稠化剂、添加剂对聚脲润滑脂性能的影响.不同的基础油和稠化剂,其聚脲润滑脂性能差别较大,采用特定的脂肪胺,芳胺和有机酸酯稠化剂所制成的聚脲润滑脂性能最优.不同的添加剂配伍,聚脲润滑脂的极压抗磨性也不一样.
4.会议论文柳瑜.候思逖.高云高性能多效聚脲基润滑脂在钢铁企业设备润滑中的推广应用1999
5.学位论文杨文毅聚脲基润滑脂的制备及其流变学特性的研究1998
该文对聚脲基润滑脂的结构和流变学性能进行了深入的研究,发现二聚脲和一种改进工艺的三聚脲润滑脂具有较完整的骨架结构和良好的流变学性能.
6.学位论文李小红低噪音聚脲润滑脂的研制及摩擦学性能研究2007
近年来，随着精密滚动轴承应用的逐渐增多，轴承震动和噪音越来越引起人们的重视。

现代精密轴承使用条件越来越苛刻，对润滑脂的要求也越来越高，主要体现在长寿命、适应高/低温、高/低速使用、低噪音等。

聚脲润滑脂兼具长寿命、耐高温、低噪音和多效用的特点，被称为“新一代高效润滑脂”，是21世纪最有发展前景的润滑脂品种之一。

在上世纪90年代初期，由于脲基润滑脂技术的发展，才开发出脲基型低噪音润滑脂并已获得广泛的应用。

市场上销售的低噪音润滑脂多是国外品牌，仅有的几种国产低噪音脂，其降噪性能与国外同类产品相比差距较大。

目前，有关轴承噪声特性的研究和低噪音润滑脂的开发成为国外的热门研究方向，而国内的研究报道还很少。

因此，研究轴承润滑脂的噪音特性，开发研制低噪音滚动轴承润滑脂，解决长期依赖进口的问题，具有重要的经济和社会意义为了开发研制低噪音聚脲润滑脂，本文主要开展了以下研究工作。

1.通过大量实验，找到了一种配方模式和工艺制备方法，使聚脲润滑脂具有较好的降噪性能。

2.研制出一种低噪音聚脲润滑脂，并同其他润滑脂进行了噪音性能和摩擦学性能对比，试验结果表明，自制聚脲润滑脂降噪效果好，摩擦学性能好。

3.分析了炼制温度、脲基稠化剂的组成对聚脲润滑脂理化性能的影响。

提高炼制温度可以改善润滑脂的理化性能，提高滴点。

4.讨论了炼制温度、基础油的类型与性质、脲基稠化剂的组成、后处理工艺和杂质等方面对聚脲润滑脂噪音性能的影响。

7.期刊论文于贤福.孙霞.郑发正.李新年.Yu Xianfu.Sun Xia.Zheng Fazheng.Li Xinnian聚脲润滑脂的性能及应用-合成润滑材料2003,30(4)
简述了聚脲润滑脂的结构和特性,对比了聚脲润滑脂与其它稠化剂润滑脂的性能,介绍了改善聚脲润滑脂剪切安定性的研究.
8.期刊论文胡轶.闵晓兵聚脲润滑脂的技术现状和发展趋势-甘肃科技2008,24(16)
由于聚脲润滑脂中脲分子间是以氢键相连接的,这些分子在高温条件下慢慢通过氢键连接起来变成长链,随着温度的升高,链越变越长,并且分子在通过氢键连接的过程中还会产生键的翻转,造成扭曲,形成空间螺旋管状结构同时,长链与长链之间也通过氢键交联,从而形成互相交织在一起的网状结构.最后当达到一定温度,空间网络状结构基本形成时,基础油会慢慢被吸入脲分子围成的空心管中,经过一定时间的膨化,空心管就变成了实心管,此时聚脲润滑脂的胶体结构达到稳定状态,所以具有良好的氧化安定性和热稳定性以及一系列优良的使用性能,越来越受到人们的关注.分析阐述了聚脲润滑脂的技术现状和发展趋势及其在各领域中的应用情况.
9.会议论文曾腊梅聚脲润滑脂性能影响因素的探讨2001
探讨了基础油、稠化剂和添加剂对聚脲润滑脂性能的影响.选择适当的基础油、稠化剂和添加剂,可以获得性能优良的聚脲润滑脂.
10.会议论文张群敏.张强.沈建华极压聚脲润滑脂在连铸机上的应用2001
极压聚脲润滑脂具有优异的耐高温性、抗水性、胶体安定性和低灰分的特点:本文介绍了极压聚脲润滑脂的生产工艺,研制过程及其在连铸机上的应用.
本文链接：/Conference_4403442.aspx
下载时间：2009年12月28日。