聚脲润滑脂在轴承润滑中的作用.docx

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聚脲润滑脂在轴承润滑中的作用

聚脲润滑脂在轴承润滑中的作用

聚脲润滑脂在轴承润滑中的作用孙洪伟（防锈与润滑专业委员会推荐）滚动轴承作为典型的减摩机械基础件，润滑技术一直是其研究的重要组成部分。

润滑脂被人们称为与内圈、外圈、滚动体、保持架并驾齐驱的轴承的第五个零件。

用于每套轴承的配套维修、的润滑脂的量虽然很小，但它对轴承性能影响很大，在高速运转的情况下，缺脂或断脂几秒钟就有可能烧坏整套轴承；对密封轴承来说，脂的寿命就决定了轴承的寿命。

随着现代工业的发展，机械产品的品种、应用领域及工况愈来愈复杂，对轴承润滑脂的要求也日益苛刻。

因此研制开发长寿命、低噪声的润滑脂以满足轴承工业的飞速发展已势在必行。

聚脲润滑脂就是为了适应上述需要而开发的一类优质高温润滑脂。

聚脲润滑脂（简称聚脲脂）是由分子中含有脲基的有机化合物稠化矿油或合成油所制备的润滑脂。

由于聚脲稠化剂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良好的氧化安定性和热稳定性，并具有一系列优良的使用性能，如：

良好的泵送性、抗氧性、机械安定性、胶体安定性和抗水淋性，特别适用于高温、高载荷、宽速度范围和与不良介质接触的润滑场合，现在广泛应用于电器工业、冶金工业、食品工业、造纸工业、汽车行业、飞机等军事工业。

1世界润滑脂发展趋势及我国润滑脂现状及差距近年来，我国在润滑脂的生产技术及应用技术上都取得了很大进展，然而同发达国家相比，我们在产品构成尤其是在高档产品的发展上还存在着差距。

现将国内外润滑脂的应用现状及发展趋势做一简略论述。

1.1国外润滑脂的应用现状对于世界发达国家，如美国、欧洲、加拿大，目前应用最多、生产量最大的是锂系列润滑脂，其次是钙基润滑脂，而复合铝基脂也占有相当的比例。

而在日本，聚脲润滑脂的应用却相当普遍，表1所示的是当今日本各行业中润滑脂的应用实例[1]。

从机械装备、运载条件、密封机构等方面考虑，今后对润滑脂的性能要求大致有如下方面：

1）、长寿命；2）、宽温性能；3）、良好的机械安定性及放漏性；4）、良好的高速及低转矩特性；5）、极压、抗磨、耐微振磨损、抗针性等；6）、尘埃、杂质较少，音响性能良好；7）、泵送性、可供性等输送性能良好；8）、良好的防护性能；与密封材料的适应性；10）、与其他脂类的混合安定性。

表1日本润滑脂应用实例发展趋势性能要求应用行业应用实例（基础油/稠化剂）汽车等速联轴节FF化耐热、耐磨、耐振动及与橡胶材料适应性矿油/聚脲矿油/锂皂轮毂轴承整体布轮化耐热、耐微振磨损矿油/聚脲矿油/锂皂矿油/复合锂皂电气设备高温、高速化高温、高速性、防振性宽、温度范围内的使用特性、防锈性合成烃/聚脲酯类油/聚脲微型轴承家用电器小型、轻量化低噪音、低转矩、低飞散性、耐热性、与树脂等的适应性矿油/锂皂酯类油/锂皂矿油/复合钠皂冶金连铸机高温化耐热性、耐水性矿油/聚脲矿油/复合铝皂轧机轴承高PV化极压、耐水、防锈及高速高载荷矿油/锂皂矿油/聚脲矿油/复合钙皂铁道车辆高速化矿油/锂皂矿油/钙皂牵引电机高速化矿油/复合锂皂1.2发展趋势润滑脂的发展历史很长，它伴随着机械化的发展而成熟起来。

目前使用较为广泛的润滑脂，如锂基脂、复合锂基脂、钙基脂、复合钙基脂、复合铝基脂等是20世纪40～50年代发展起来的，这些润滑脂的用量占到年产量的95%以上。

而聚脲润滑脂、磺酸盐复合钙基润滑脂、复合钛润滑脂则是润滑脂种类中的后起之秀。

现分述如下：

1954年首次开发聚脲润滑脂产品，Swaken[2]等人在考察硅油的热稳定性和氧化安定性稠化剂时，发现聚脲稠化剂具有许多优良性能，进一步研究合成了大批聚脲稠化剂和制备了系列聚脲润滑脂产品，作为一类高温润滑脂，聚脲润滑脂具有比其它高温润滑脂更好的综合性性能。

美国最先开发了聚脲脂，雪佛隆（Chevron）公司在聚脲润滑脂的研制和生产方面均占领先地位。

近年来，德国、英国、日本、前苏联、波兰和中国相继开展了聚脲润滑脂的研制和生产工作。

2001年美国润滑脂协会（NLGI）发表的润滑脂生产调查统计报告显示，全世界聚脲润滑脂产量达到3.03万吨。

其中美国/加拿大生产了1.33万吨，日本生产了1.03万吨，而中国聚脲润滑脂的产量仅有500吨左右。

表2列出了2001年世界及国家和地区的聚脲润滑脂产量。

表22001年中国及世界聚脲润滑脂产量统计地区世界中国美国/加拿大欧洲印度日本拉丁美洲大洋州/东南亚非洲/中东聚脲占润滑脂总产量，%4.620.766.502.260.0020.270.060.000.00润滑脂总产量，万吨65.546.5520.4817.536.115.073.282.602.39印度研究者[3]率先开发出以钛为稠化剂的复合钛基润滑脂，从毒性和安全性的角度研究表明，复合钛基脂对生产者和使用者都是安全的，而且用植物油代替矿物油制备的润滑脂具有良好的生物降解性；从使用性能上看，复合钛基脂与目前广泛应用的极压复合锂（铝）基脂相比，极压性能相当，而且该脂与传统的高性能润滑脂具有很好的相容性，已被认为是多功能高效率的一类润滑脂，而且也是最有希望成为目前广泛应用的高性能润滑脂的替代品。

表3为复合钛基脂的理化性能表3未加添加剂的复合钛基脂的理化性能分析结果均匀油膏分析项目外观测试结果目测颜色棕色目测锥入度/0.1mm265ASTM217滴点/℃汽车轮毂轴承的寿命试验/h294ASTM2265160ASTM3527防腐蚀性合格ASTM1743水淋流失量（80℃）/%四球试验PD/N2.9ASTM12643089ASTM2266磨痕直径/mm0.6ASTM2266氧化安定性，100h后的压力降/kPa10.3ASTM942铜腐合格IP112高温寿命试验（149℃）/h420ASTM33361.2.1复合钛基脂的应用情况水泥回转炉、粉碎机、球磨机等设备上的开式齿轮均处于高温、重载荷及恶劣的工作环境中，因此要求润滑剂具有较高的极压性能、耐高温性能，另外根据润滑方式的不同还有一定的喷射性。

表4为复合钛基脂用于圆齿轮的典型数据。

表4用于圆齿轮的复合钛基脂的性能指标典型数据复合钛基脂项目测试方法NLGI稠度00D217工作锥入度/0.1mm406D217滴点/℃烧结载荷/N260D5667845IP236FZG12级通过DIN51354喷射性基础油40℃粘度/mm2s-1铜腐好540D445通过IP112此外，在国外，复合钛基脂还被广泛应用于钢厂、发电厂、包装工业、化工厂、汽车上[4]总之，

（1）复合钛基脂在不同的方面应用情况表明其为一种多效高性能的润滑脂；

（2）添加功能剂后可提高复合钛基脂的性能，从而可扩大其应用的范围；（3）复合钛基脂与其他脂混合后，可提高某些特性而不影响脂的内在特性，这表明其良好的相容性；（4）我国优良好的钛矿资源，可大力发展钛基润滑脂。

高碱性磺酸钙一直作为润滑油的添加剂使用的。

20世纪80年代有人成功地将其转化为润滑脂的稠化剂[5]。

复合磺酸钙基脂的稠化体系主要由两部分组成，一部分是非牛顿体的磺酸钙，另一部分是复合钙皂，它们在体系中既有物理混合，又有化学缔合，是一个较复杂的化合物体系。

非牛顿体系磺酸钙是由牛顿体高碱性磺酸钙转化而来。

牛顿体高碱性磺酸钙主要由磺酸钙正盐和碳酸钙碱式盐组成。

用这种稠化剂制成得润滑脂，具有良好的高低温性能、剪切安定性、极压抗磨性能以及抗水性能[6]等。

有人[7]预测其将在钢铁、造纸、机械加工、矿山和汽车行业上获得应用。

综上所述，当今世界润滑脂品种发展的趋势是多效锂基脂占主导地位并得到继续发展，低档的钙、钠基脂逐年下降，高滴点、多效能的润滑脂发展很快，复合锂基脂和聚脲润滑脂是发展高滴点润滑脂品种的主要方向。

1.3我国润滑脂现状及差距我国是润滑脂生产大国，润滑脂工业从20世纪80年代以来有了长足的发展。

近年来产量基本稳定在65000～70000吨的范围，其中80%的润滑脂用于轴承润滑，品种结构向着世界先进水平方向发展。

2000年锂基类润滑脂所占比例为65.50%，达到国际先进水平。

但在生产规模、高滴点品种发展方向与国外尚有较大差距。

适当扩大生产规模，保持锂基脂占主导地位的发展态势，努力开发高滴点、多效能润滑脂种类，重视环保产品，乃为新世纪我国润滑脂品种发展的努力方向。

2轴承用润滑脂简介2.1轴承润滑的作用润滑对滚动轴承的疲劳寿命和磨擦、磨损、温升、振动等有重要影响。

没有正常的润滑，轴承就不能工作。

分析轴承损坏的原因时，40％左右的轴承损坏都与润滑不良有关。

因此，轴承的良好润滑是减小轴承磨擦和磨损的有效措施。

除此之外，轴承的润滑还对散热、防锈、密封、缓和冲击等起作用，轴承润滑的作用可以简要地说明如下：

（1）在相互接触的两滚动表面或滑动表面之间形成一层油膜，把两表面隔开，减少接触面的磨擦和。

（2）采用油润滑时，特别是采用循环油润滑、油雾润滑和喷油润滑时，润滑油能带走轴承内部的大部分磨擦热起到有效的散热作用。

（3）采用脂润滑时，可以防止外部的灰尘等污物进入轴承，起到密封作用。

润滑脂是由基础油、增稠剂及添加剂组成的润滑剂。

在选择润滑脂时，应选择非常适合于轴承使用条件的润滑脂。

即使是同种润滑脂，由于商标不同，在性能上也将会有很大的差别。

轴承常用的润滑脂有钙基润滑脂、钠基润滑脂、钙钠基润滑脂、锂基润滑脂、铝基润滑脂和二硫化钼润滑脂等。

轴承充填润滑脂的数量，以充满轴承内部空间的1/2～1/3为宜。

高速时应减少至1/3。

过多的润滑脂将使温升增高。

2.2润滑脂的选择一般来说，轴承温度每升高10～15℃，润滑脂的寿命将减少一半，按照工作温度选择润滑脂时，主要指标应是滴点、氧化安定性和低温性能，滴点一般可用来评价高温性能，轴承实际工作温度应低于滴点10～20℃。

合成润滑脂的使用温度应低于滴点20～30℃。

对于160～200℃左右的温度要求，一般应选用以复合皂、聚脲、膨润土为稠化剂，酯类油、合成烃、硅油作基础油的润滑脂。

温度要求在250℃，应选用以脲类有机物、氟化物为稠化剂，以苯基硅油、全氟聚醚为基础油的润滑脂。

根据轴承载荷选择润滑脂时，对重载荷应选锥入度小的润滑脂。

在高压下工作时除锥入度小外，还要有较高的油膜强度和极压性能。

根据环境条件选择润滑脂时，钙基润滑脂不易溶于水，适于潮湿和水分较多的工作环境。

钠基润滑脂易溶于水，适于干燥和水分较少的环境。

3聚脲润滑脂在实际应用中的优异性能3.1高温下的抗氧化性能表5列出了几种润滑脂动态氧化试验测试的氧化安定性结果，试验数据显示锂基润滑脂和复合铝基润滑脂经96h氧化后变成了流体，而聚脲润滑脂仍保持润滑脂结构，而且氧化压力降远远小于锂基润滑脂和复合铝基润滑脂表5以动态氧化试验测试几种脂的氧化安定性3.2高温下抗稠度变化的能力和滴点高温下聚脲润滑脂抗稠度变化的能力和滴点的比较图1表示几种润滑脂在宽温度范围内润滑脂稠度的变化趋势，从各种润滑脂的未工作锥入度的变化情况比较，显示出聚脲润滑脂（曲线1、4、6）在较宽的温度变化范围内稠度变化最小，尤其是在高于150C的温度条件下，聚脲润滑脂锥入度变化也是最小，表6列出了聚脲润滑脂与其它几种润滑脂的滴点比较，可以看出：

聚脲润滑脂与膨润土润滑脂、复合皂基润滑脂一样具有较的高滴点，可以用于润滑在较高项目聚脲润滑脂A聚脲润滑脂B聚脲润滑脂C锂基润滑脂A锂基润滑脂B复铝合润脂滑压力降，Pa/（25.4mm）24h248h72h96h3510181245236846256051522558213848锥入度变化+90+22+18流体流体流体温度条件下工作的设备。

图1、锥入度随温度的变化.表6几种脂的滴点对比较润滑脂聚脲润滑脂1滑脂2聚脲润复合锂基润滑脂1复合锂基润滑脂2复合钙基润滑脂锂基润滑脂膨润土润滑脂滴点，（GB3498）℃3313243302303301863403.3.聚脲润滑脂的胶体安定性润滑脂胶体安定性是衡量一个润滑脂使用性能和贮存性能好坏的一个很重要指标。

聚脲化合物是有机物，与基础油具有良好的亲和能力，并且一般聚脲稠化剂都含有芳基，所以聚脲润滑脂都具有良好的胶体安定性。

图2列出了聚脲润滑脂、复合铝基润滑脂、膨润土润滑脂和锂基润滑脂在高温下不同时间的分油量试验数据，可以看出，在相同的试验温度和时间下，聚脲润滑脂（曲线5、6）的分油量是所有参加试验的各类润滑脂中最小的，尤其是在高于100C温度条件下聚脲润滑脂的分油量仍然是最小，说明聚脲润滑脂在高温下具有良好的胶体安定性。

图2不同种类润滑脂在150℃下的分油量3.4聚脲润滑脂的抗水性聚脲润滑脂具有良好的抗水性，表7为按ASTMD1264试验方法对几种润滑脂进行水淋试验的结果对比数据。

试验结果表明，在所有参加试验的润滑脂试样中，聚脲润滑脂的水淋损失量最低，抗水性能最好。

表7几种脂的水淋试验结果聚脲润滑脂2润滑脂0.702.20润滑脂聚脲润滑脂1复合钙基复合铝基润滑脂3.77复合锂基润滑脂8.73膨润土润滑脂4.95锂基润滑脂6.40水淋损失，%0.13聚脲润滑脂在盐水作用下的抗水淋性能也很好。

表8是涂有不同种类润滑脂的金属片在海水中的试验结果，可以看出，在基础油粘度相近时，聚脲润滑脂试验结果最好，钙基或脂和铝基润滑脂较好。

表8润滑脂水淋试验结果（海水，30℃，6h）基础油粘度38℃，CSt稠化剂平均失重%芳脲[1]8800.8钙皂8851.2钙皂[1]膨润土1002.78755.6锂皂[1]1102.4锂皂聚脲12005.41753.2聚四氟乙烯9059.6[1]按MIL-G-23549规格制脂3.5聚脲润滑脂的高温性能润滑脂的高温性能是指润滑脂在高温下轴承寿命，是润滑脂综合使用性能的反映，能最本质的反映润滑脂的胶体安定性、机械安定性和化学安定性等基本性能的水平。

许多研究结果表明，聚脲润滑脂具有良好的轴承工作能力，具有较长的使用寿命。

图3是几种润滑脂在电机轴承中的使用寿命试验结果。

从图3可以看出，在相同的试验条件下，由于润滑脂使用寿命完结而导致轴承损坏率达到50%左右时，钙-钠基润滑脂使用寿命仅50h左右，锂基润滑脂使用寿命约1500h，但是聚脲润滑脂的使用寿命却高达3800h，是所有参加试验的润滑脂试样中使用寿命最长的品种。

图3几种润滑脂在电机轴承中的使用寿命试验结果3.6润滑脂的轴承漏失量和轴承寿命表9给出了几种脂的轴承漏失量试验结果。

试验条件：

轴承为密封轴承为6204-2RS和开式轴承6204，转速10000r/min，温度120℃，径向载荷5Pa，轴向载荷5Pa，运转3h，测定润滑脂的漏失量。

结果表明：

聚脲润滑脂在轴承中的漏失量最小，尤其在开式轴承中表现得最为突出。

表9几种脂的轴承漏失量聚脲润滑脂酰胺润滑脂5.5158.95脂名漏失量，%密封轴承6204－2RS漏失量，%开式轴承6204复合锂基润滑脂锂基润滑脂5.506.2016.055.433.542.9在试验温度为149℃，转速为10000r/min，载荷为3Pa的海军试验装置（FTMS331.2）上评价了几种采用矿物润滑油作基础油的润滑脂轴承寿命，结果见表10。

试验结果表明，聚脲润滑脂的使用寿命大于4000h.是参加试验的所有润滑脂产品中使用寿命最长的产品。

表10几种脂的轴承寿命脂名聚脲脂A聚脲脂B锂基脂A锂基脂B复合铝基脂轴承寿命,h40004000215265320同时在250℃条件下，评定了采用硅油作基础油的几种润滑脂的轴承寿命，试验条件是：

试验轴承为6204轴承，载荷为22.5N，转速为6000r/min。

试验结果见图4。

试验结果表明，在250℃高温条件下，硅油聚脲润滑脂的使用寿命接近500h，是参加试验的所有润滑脂产品中使用寿命最长的产品。

图4稠化剂对润滑脂轴承寿命影响上述两种润滑脂轴承寿命试验结果说明，无论是矿物润滑油聚脲润滑脂还是硅油聚脲润滑脂产品，其轴承寿命结果都优于其它皂基和复合皂基润滑脂产品.3.7聚脲润滑脂与其它润滑脂的相容性一般情况下，两种或多种润滑脂相混对时，往往导致混合后的润滑脂胶体安定性和机械安定性、稠度和滴点降低等不良影响，这就是所谓润滑脂的相容性。

当然对不同类型的润滑脂及不同的混对比例，其变化的程度也不尽相同。

对聚脲润滑脂与其它润滑脂的相容性看法不一。

从聚脲润滑脂与第二种润滑脂混合后的滴点变化情况来看，聚脲润滑脂与钠基润滑脂、锂基润滑脂和对苯二甲酸酰胺润滑脂、膨润土润滑脂相混后，滴点都有一定程度的变化，变化的幅度与聚脲润滑脂所占的比例有关，见表11。

表11不同润滑脂的互容性聚脲润滑脂与第二组分混合后混合润滑脂的滴点，混合润滑脂的组成，%聚脲脂第二组分锂基脂钠基脂对苯二甲酸酰胺脂250膨润土脂10002502502507525240245255245505023024026024525752002302652850100180225285315有关研究工作报道认为聚脲润滑脂与其它润滑脂混合时，混合的润滑脂的指标均稍稍变坏，锥入度有增大的趋势，见图5。

图5聚脲润滑脂与皂基润滑脂的相容性3.8高温轴承寿命试验聚脲金属盐制备的聚脲润滑脂具有良好的高温轴承寿命，高温轴承试验是一个检验产品综合性能的试验，在运转过程中，润滑脂的各项性能综合反映在轴承运转寿命上；我们对加有相同抗氧剂、抗磨剂的聚脲钠基润滑脂、聚脲锂基润滑脂、聚脲润滑脂进行了各项试验。

试验温度：

160℃、177℃；转速：

10000r/min；轴承型号：

6204、P6级试验结果见图6。

从图6可以看出，在160℃下，3种脂均获较长的轴承运转寿命，聚脲钠基润滑脂的轴承运转寿命最长，为1003h，聚脲润滑脂为370h，聚脲锂基润滑脂为794h；在177℃下，仍然是聚脲钠基润滑脂的高温轴承寿命最长，达到427h，而聚脲锂基润滑脂次之，为299h，聚脲润滑脂只有224h。

聚脲脂在177℃下轴承运转寿命较短或许是由于它的润滑性较差所致，高温下在基础油失去润滑作用后，稠化剂未能提供有效的补偿，造成润滑失效。

a160℃b177℃图6高温轴承寿命试验示意图4应用举例4.1脲基脂的性能及在连铸机上的应用钢铁工业中连续铸造过程的工况是高温、水淋轧钢时的氧化铁鳞片常进入轴承。

使用聚脲润滑脂克服了原用脂的高温流失硬化和水淋损失的缺点，有效地防止了氧化铁鳞片进入轴承造成的卡咬，从而减少了轴承损坏。

明显效果是：

（1）.轴承损坏由原来1套/天降为1套/月；

（2）.用脂费用降低3/4，轴承费用降低6/7；（3）.由于润滑可靠，使铸造由不连续变为连续过程，从而节约能量3.8%；（4）.由于聚脲润滑脂的抗水性良好，能使脂与水分离，因而改善了废水处理。

从国内情况来看，马钢三厂炼钢厂三分厂从德国德马克公司先后引进R5.25m小方坯连铸机和超低头板坯连铸机。

以前使用极压锂基脂，因润滑不良，经常出现设备故障，主要表现在拉矫设备直流电极电流上升至30~40A（正常值10~4A）进而报警，严重时造成自控系统自动停车。

检查时发现在二冷段拉矫钢坯的辊道轴承内润滑脂被冲走；二冷段后的轴承内润滑脂干结，轴承损坏严重。

仅1992年至1993年轴承损坏178套。

而且油脂本身有结块、分油现象，造成干油系统油嘴过滤阻塞。

仅1992年下半年，就因吸油嘴阻塞，BS-3-30干油站就拆修更换3台泵。

自1996年4月开始使用XG/UI脂（其理化性能见表12）至今，还从未发现过因润滑问题引起的报警或停车，整套系统运行良好，每年可节约轴承费用35600元左右。

表12XG/UI连铸机脂的理化性能项目典型数据2#试验方法1#3#外观光滑均匀光滑均匀光滑均匀目测锥入度（0.1mm）320280230GB/T269滴点（℃）大于钢网分油（100℃,24h）（%）小于280290300GB/T3498321SH/T0324腐蚀（T2铜，100℃,24h）（%）合格合格合格GB/T7326（乙）蒸发量度（150℃,1h）小于222SH/T0337水淋流失量（38℃,1h）（%）小于防腐蚀性（52℃,48h）级小于321SH/T0109111GB/T5018氧化安定性（99℃,100h,758kPa）压力降（kPa）小于303030SH/T0325相小于似粘度（10℃,70s-1）（Pa.S）4007001500SH/T0048四球试验PB（N）不小于115011501150GB/T3142PD（N）不小于392039203920武钢二炼厂的连铸机设备也是由国外引进的，长期以来使用1#极压锂基脂。

现将武钢4#连铸机使用新港XG/UI连铸机脂和1#极压锂基脂的情况列入表13中。

从表13可以看出，聚脲润滑脂不论在性能还是在外观均要优于锂基脂。

表134#连铸机使用极压锂与使用脲基