復合鋁基潤滑脂的研究現狀與發展趨勢

徐爽，孫志強，賈鵬輝

（華北水利水電大學 機械學院，河南 鄭州 450045）

前言

眾所周知，復合鋁基潤滑脂的滴點是較高的，能夠高于260℃，因此被人們視為高溫潤滑脂的范疇。同時由于該脂的性價比較好，尤其是其優良的可逆性能夠保證潤滑脂在集中潤滑系統中輸送流動，所以復合鋁基潤滑脂獲得了非常普遍的運用。

1 復合鋁基潤滑脂組成的影響

1.1 基礎油

通常來說，基礎油在一定程度上決定了潤滑脂的微觀結構和性能的，所以應合適地進行篩選。

劉顯秋[2]等將150BS 與合成油進行了多種所占不同比例的混合使用，分析了不同的比例會對潤滑脂性能的影響。結果表明當礦物油與合成油的比例為4:6 時所制得的潤滑脂綜合性能是最好的。[1]

王偉軍[3]等對比分析了只使用一種基礎油與多種基礎油混合使用會對潤滑脂的性能有何不同之處。研究結果表明隨著基礎油的組分變多，潤滑脂的滴點會越來越高，纖維結構也越集中粗壯。

綜上所述，在日后為了能夠適應不同工況的需求，礦物油與合成油的混合使用必然成為制備鋁基潤滑脂的一種趨勢。

1.2 稠化劑

雖然稠化劑在所有原料中的比重不是最大的，但卻是至關重要的成分。

李業煜[4]闡述了兩種不同的原料在皂化反應時所表現出的差異。研究發現若是以異丙醇鋁為原料，那么在皂化階段需要加入適量的水，這就會導致皂化時放出的異丙醇不易回收，造成生產成本的增加，且所制出的脂表面粗糙，顆粒較大。但要是以異丙醇鋁三聚體為原料就會避免出現這種問題。

綜合來說，在制備復合鋁基脂時應選擇使用異丙醇鋁三聚體作原料，這樣在皂化反應階段異丙醇的排放量大大減少，有利于排放物的處理，并能提高所制脂的穩定性。

1.3 添加劑

不同的潤滑脂制備過程中由于工況需求的不同，所使用的添加劑必然存在著不同之處，但在工業生產中經常使用的添加劑卻都能夠加入到復合鋁基潤滑脂中。

李茂森[5]等對復合鋁基脂的抗磨性進行了研究，結果發現不含磷的抗磨劑噻二唑衍生物和硫代脂不能改善復合鋁基脂的抗磨性，但無毒的固體填料可以改善，且磨斑直徑較小。

陳政[6]等將3 種含硼化合物作添加劑應用在膨潤土-復合鋁基潤滑脂來研究可能產生的不同效果。結果發現3 種添加劑都能夠明顯地改善減摩作用，但在其他性能方面就差別較大。其中硼酸鉀在脂的膠體結構中所表現出來的最差，可以發現膠體結構遭到了嚴重的破壞，所以在此類脂中是不能夠用硼酸鉀來提高減摩性的。而另外兩種添加劑各方面的綜合表現都較好，還能和ZDDP 相容，并一起呈現出抗磨的效果。

2 復合鋁基潤滑脂的制備及其工藝條件的影響

潤滑脂的制備工藝較復雜，不同的制備工藝可能會對最終潤滑脂的成脂效果、性能等產生截然不同的結果。

2.1 苯甲酸、硬脂酸和鋁三者的比例

在實際生產復合鋁基潤滑脂時，人們一直關心的一個問題就是在潤滑脂中苯甲酸、硬脂酸和鋁的摩爾比的變化會對脂性質的影響程度。

劉顯秋[2]等認為硬脂酸：苯甲酸：異丙醇鋁=1:1:1.2 時，脂的錐入度適中，機械安定性最好；

蔣明俊[7]等認為比較好的范圍是苯甲酸：硬脂酸=0.8~1: 1，總酸：鋁=1.9~2:1；

郭永剛[8]等認為當有機酸與鋁的摩爾比小于2:1 時，潤滑脂經高溫滾筒試驗后，潤滑脂稠度不但不變軟反而適度變硬。

綜合所有的實驗結果可以總結出，在制備復合鋁基潤滑脂時，應控制苯甲酸：硬脂酸=0.9-1:1，有機酸：鋁=2:1，此范圍所制備得的潤滑脂稠度最大。

2.2 低分子酸的組成

在工業生產中一般采用的低分子酸為苯甲酸。

譚戈[9]探討了其他低分子酸的可能性。結果表明，當硬脂酸和乙酸的摩爾比在1:1~2 時制備的復合鋁基脂機械安定性好，但此范圍下潤滑脂的滴點和熱硬化性等性能不如苯甲酸和硬脂酸制備的脂。選用C2、C9和C10二元酸時，只能獲得錐入度為430-450 的流體體系。選用C4、C5和C6二元酸時，雖然可以成脂，但是潤滑脂的性質遠遠不如采用苯甲酸制備的潤滑脂。

2.3 脂肪酸的用量

申華峰[10]分別利用了4 種基礎油和6 種市售的脂肪酸來制備復合鋁基脂。通過檢測各種指標以及紅外光譜分析結果發現，不同的基礎油和脂肪酸對復合鋁皂的稠化能力是有差異的，脂肪酸的影響更大。

前蘇聯學者用紅外光譜研究了一系列復合鋁基脂的樣品表明，熱硬化性低于50%的樣品，在游離羧酸基特性范圍區具有吸收峰（1720cm-1），而熱硬化性為66%-71%的樣品在游離羧酸基特性范圍內則不出現吸收峰。研究表示在紅外譜圖中沒有出現羧酸基吸收峰的復合鋁基脂樣品，可以用補加脂肪酸的方法來改進其性質。

2.4 水化的影響

在制備復合鋁基脂時，若采用異丙醇鋁為原料時需要在皂化反應結束時加入水來置換出異丙醇，否則會難以成脂而呈現出流體狀。

蔣明俊[7]、郭永剛[10]等研究分析了加水的多少和加水時的溫度不同會對潤滑脂的性能產生的不同影響。結果發現在加水溫度為110-120℃時效果最好，此時滴點較高，性能穩定。

3 在食品級方面的研究

眾所周知，工業生產中所使用的的潤滑油脂是不能應用在食品機械當中去的。因為工業中一般所用的基礎油都沒有深層精制，里面含有比較多的稠環芳烴，這是能夠讓人體致癌的一種物質，對身體健康產生嚴重的威脅。所以，對有關食品級潤滑油脂方面的研究就有著十分重要的意義。

楊操[11]等根據市場需求研發了一款食品級復合鋁基潤滑脂。通過大量的小樣調制試驗對各個組分所占比例有了一個較優的選擇，并具體地探討了可能會對潤滑脂性能產生影響的一些的制備工藝參數及條件。

李超強[12]等給出了現有的食品級潤滑劑的標準規范，并介紹了滾動軸承食品級潤滑脂的應用以及發展趨勢，提出了復合鋁皂作為食品級稠化劑的可行性。

4 發展趨勢分析

高性能的潤滑脂種類是很多的，但在使用的過程中會不同程度地出現一些問題。綜合來說，雖然復合鋁基潤滑脂整體的性能良好，但若是將其一直置于高溫下就會出現嚴重的分油現象，并且稠度有增大的趨勢。因此，在實際的生產工作中，為了盡可能的滿足不同工況的要求，很多學者研究開發了組合型的潤滑脂，也就是將兩種或者多種潤滑脂結合在一起，發揮各自的優勢，改善脂的性能。例如將膨潤土稠化劑加入到復合鋁基潤滑脂中，可以提高脂的流變性，增強穩定性，減少老化的現象；將鋰皂稠化劑加入到復合鋁基潤滑脂中，可以提高潤滑脂的抗磨性與耐高溫性能。

在這個生活水平整體提高的時代，人們所要求的不再僅僅是吃飽穿暖的現狀，首要考慮的逐漸變成了所食用的產品質量是否可靠。目前，我國雖還沒有完整的一系列法規，但隨著人們日益增長的對食品安全衛生的要求，越來越多的食品企業中所涉及的機械設備也會使用符合安全標準的食品級潤滑劑，食品級潤滑脂的發展前景非常良好。

我國復合鋁基潤滑脂的研究及應用起步較晚，與常規潤滑脂相比，復合鋁基潤滑脂的品種和產量均較少。隨著設備的升級，對潤滑脂的要求也會越來越高，這就要求對復合鋁基脂進行更為深入的研究并開發新產品：提高復合鋁基脂的使用性能，增加復合鋁基脂的產量（直接皂化法制備工藝的優化與應用）并提高其在潤滑脂總產量中的比例；加快新型技術的開發（新型添加劑及復合技術；混合型潤滑脂）以應對現代工業愈加復雜的工作。