机车轮缘用菜籽油－DOP润滑脂配方工艺研究

王 宁，潘 濛，熊先江，罗琴琴，胡 萍

（武汉理工大学 化学工程学院，武汉 430070）

机车轮缘用菜籽油－DOP润滑脂配方工艺研究

王 宁，潘 濛，熊先江，罗琴琴，胡 萍＊

（武汉理工大学 化学工程学院，武汉 430070）

采用12－羟基硬脂酸与碱液皂化生成稠化剂来稠化菜籽油与对苯二甲酸二辛酯（DOP）的复配物，制备一种机车轮缘用的菜籽油－DOP润滑脂.探讨其不同配比对润滑脂性能的影响，在较佳配比的基础上研究添加剂的加入对润滑脂性能的影响.研究结果表明：当菜籽油与邻苯二甲酸二辛脂（DOP）的配比为6∶4时润滑脂性能较好，其滴点为148℃，锥入度为31.41mm.当石油磺酸钡作为防锈剂时，产品的防锈性能较好，达到2c级别.最大无卡咬负荷PB值为647N，与外购产品相比，增大了50.11%.

机车轮缘；菜籽油；DOP；润滑脂；性能

列车在行驶过程中，总会倾斜继而造成车轮轮缘与钢轨内侧相接触，从而产生经常性摩擦.通常用轮缘润滑脂对钢轨和车轮进行润滑减少轮缘和钢轨间的摩擦，改善轮轨相互作用，减少轮轨磨损.国内外的研究表明：使用了润滑剂的列车总阻力降低了约27%，轮轨寿命均延长了1倍以上［1-4］.针对润滑剂在铁道轮轨方面的大量应用，如果用环境友好的可生物降解的菜籽油与DOP复配作为润滑脂基础油，可部分取代矿物油，解决我国石油资源紧缺和环境污染等问题［4-8］.本论文研究了一种机车轮缘用的钙基润滑脂，它以菜籽油和DOP复配作为基础油，并加入稠化剂十二羟基硬脂酸钙、抗氧剂1010、防锈剂石油磺酸钡、极压耐磨剂二丁基二硫代氨基甲酸钼、固体添加剂石墨改善其性能，对制备的润滑脂的性能进行表征，制备的润滑脂［9-15］满足当今对火车轮缘润滑的性能以及环保节能的要求.

1 实验部分

1.1 实验试剂与主要仪器

菜籽油：原香压榨，湖北宏工贸发展有限公司；DOP：分析纯，天津市博迪化工有限公司；12－羟基硬脂酸：工业级，山东广饶县煜立化工有限公司；氢氧化钙、抗氧剂1010：分析纯，国药集团化学试剂有限公司；石油磺酸钡：工业级，无锡玉炼润滑油添加剂有限公司；二丁基二硫代氨基甲酸钼（T351）：工业级，广州铂丽化工科技有限公司；石墨：1 000目，青岛市天河达石墨有限公司.

电子天平，DF－101S集热式恒温加热磁力搅拌器，SHZ－D（Ⅲ）型循环水真空泵，增力电动搅拌机JB50－D型，仪表恒温水浴锅，润滑脂滴点试验器SYA－4929，铜腐蚀试验装置，针入度试验器SYD－2801A，MRS－10A型四球摩擦试验机，红外吸收光谱机（605XB型）.

图1 钙基润滑脂的合成工艺流程图Fig.1 Process flow diagram of calcium base grease

1.2 钙基润滑脂的合成方法

钙基润滑脂工艺说明：在500mL四口烧瓶中加入1／3基础油、12－羟基硬脂酸和3g石油磺酸钡，搭上装置，中间口插有搅拌器，一口插温度计，一口连接冷凝装置，另一口留着加料用；加热至90℃使12－羟基硬脂酸溶解，加入质量分数为15%的Ca（OH）2水溶液16.4g，皂化2.5h后加入抗氧剂1010和1／3基础油，升温至140℃，移去加热源，加入1／3基础油作为急冷油；冷却至84℃左右，加入添加剂二丁基二硫代氨基甲酸钼、石墨，冷却、研磨室温出料.

1.3 性能测试方法

性能表征及测试方法见表1.

表1 性能表征及测试方法Tab.1 Performance characterization and test method

2 实验结果分析

2.1 配方说明

配方中变量为菜籽油与DOP的比例和石墨的加入量（表2）.

表2 配方号Tab.2 Formula number

2.2 滴点

图2 各配方润滑脂滴点Fig.2 Drop point grease of each formulation

由图2可知，1＃～5＃的钙基润滑脂滴点都在148℃、149℃左右，这是由于润滑脂的滴点主要取决于稠化剂的种类与含量，即由皂基决定，而与基础油的性质关系很小.润滑脂的滴点大致反映了其使用温度的上限，因此，在选择使用润滑脂时要考虑它所使用的外部环境.当使用温度超过滴点时，润滑脂就丧失了对金属表面的粘附能力.一般，润滑脂应在滴点以下20℃～30℃或更低温度下使用.在各配方滴点相近的情况下，考虑原料的经济性以及环保需要，尽量选择多用菜籽油，因为菜籽油是一种绿色基础油，具有很好的降解性能.

2.3 锥入度

表3 锥入度Tab.3 Penetration of each formulation

由表3分析可知，1＃、3＃、4＃、5＃润滑脂的锥入度为310～340×0.1mm之间，满足国家标准的要求；但是2＃的锥入度为276.1×0.1mm，石墨的加入量为1%.结果证明，石墨加入量的多少对润滑脂的锥入度有影响，加入过多会使润滑脂变硬、变稠，也不易变形和流动，会对使用造成影响.外购的锂基润滑脂的锥入度为310×0.1mm，所以1＃、4＃、5＃润滑脂与其更加接近.同时考虑到原料的节约与环保性，选择5＃配方进行下面的实验.

2.4 腐蚀性

防腐性是润滑脂阻止与其相接触金属被腐蚀的能力.润滑脂的基础油和稠化剂本身不会腐蚀金属，但是润滑脂产生腐蚀性的原因很多，主要是由于氧化产生酸性物质所致.防腐的一般机理为防锈剂成胶束溶于润滑脂中，在金属表面形成牢固的吸附膜，润滑脂组分中的烃链，则与防锈剂形成混合多分子层，从而防止水和氧的侵蚀，阻止金属表面生锈.

图3 铜片腐蚀及比色卡Fig.3 Images of copper corrosion and color grade

本实验中铜片如图3所示，有被轻微腐蚀，与标准比色卡对照，级别在2c以下，虽满足国家标准的要求，但仍需进一步改变防锈剂的类型，或与其他防锈剂复配，以达到更高的防腐性能.

2.5 摩擦性能

润滑脂的摩擦性能用最大无卡咬负荷PB表征，最大无卡咬负荷PB是指在规定的试验条件下，上下钢球之间不发生卡咬的最高负荷.极压抗磨剂的作用机理一般认为是发生化学反应而形成硫化物对金属的覆盖膜，这种膜的特点是熔点低且软，能防止金属表面在重负荷条件下摩擦烧结从而增加了该脂的油膜强度，达到了抗磨的作用.

表4 最大无卡咬负荷（PB）Tab.4 The maximum no seizure load（PB）

从表4可以看出，本实验合成钙基脂的承载能力比矿物油锂基脂的强，极压能力比较好，这可能是由于菜籽油与DOP在钙基的皂基下成脂的烷基链比锂基脂链长，油溶性比较好，在摩擦过程中形成一层有机化合物表膜，这层膜会提高润滑脂的承载能力；同时，钙基脂的粘度比锂基脂的大，这也是提高油膜强度的另一个原因.由于外购润滑脂摩擦性能指标已经用于实际工况，说明自制润滑脂的改性性能指标也达到了使用要求.

2.6 结构表征

由润滑脂的红外光谱图知，在2 925cm－1处有一个很强的吸收峰，属于C－H的伸缩振动，周围在2 956cm－1和2 854cm－1出现叠加峰，是由于CH3和CH的伸缩振动与CH2的振动叠加在一起；1 464cm－1有吸收峰，属于C＝C骨架振动；在2 250～1 450cm－1频区内有不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰，同时在1 600cm－1、1 580cm－1、1 500cm－1、1 450cm－1有4个强度不等的峰，是芳香化合物的重要特征；1 272cm－1有C－O伸缩振动吸收峰；1 741cm－1的吸收峰说明有饱和酯C－C（＝O）－O.

3 结论

（1）红外光谱图中相关峰证明了DOP与菜籽油合成的钙基脂中有脂基、芳香环、以及C＝C双键等结构.

（2）当菜籽油与DOP的配比为6∶4时，所制钙基润滑脂的滴点为148℃，锥入度为31.41mm，铜片在100℃、24h的实验条件下，腐蚀级别为2c以内，含水量为痕迹，基本符合实际应用的要求.

（3）实验室合成的钙基脂的PB值为647N，比购买的矿物油锂基脂的PB值431N大，前者的抗压性能比后者的抗压性能好.

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The study on the formula and process of rapeseed oil－DOP grease used on locomotive rim

WANG Ning，PAN Meng，XIONG Xianjiang，LUO Qinqin，HU Ping
（Department of Chemical Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070）

The compound of rapeseed oil and dioctyl phthalate（DOP）was thicken by using gelatinizer which was formed by saponification of the 12－oxystearic acid and calcium hydroxide to prepare a grease for locomotive wheel flange.On the basis of the better ratio of rapeseed oil and dioctyl phthalate，the influence of adding addtives on the properties of grease was studied.Experimental results show that when the ratio of rapeseed oil and dioctyl phthalate was 6∶4，the lubricant overall performance is better.Its drop point is 148℃，and its penetration is 31.41mm.When using petroleum sulfonate barium as the rust－preventing agent，the product rust prevention performance is better and could achieve 2clevel.The maximum nonseizure load PBof the self－made grease is 647N，and increased by 50.11%，comparing with the purchased grease.

locomotive wheel flange；rapeseed oil；DOP；grease；performance

TE626.4；TQ646

A

1000－1190（2012）04－0444－04

2012－02－13.

科技部中小企业创新基金项目（09c26214211862）.

＊通讯联系人.E－mail：huping87850507＠126.com.