聚脲润滑脂在汽车行业的应用

严飞

(广州机械科学研究院有限公司汽车零部件研究所,广东广州 510700)

聚脲润滑脂在汽车行业的应用

严飞

(广州机械科学研究院有限公司汽车零部件研究所,广东广州 510700)

为满足汽车行业减少摩擦降低油耗、减少磨损延长寿命、增强密封防止泄漏、减少振动消除噪声等要求，聚脲润滑脂在润滑脂总用量中所占比例逐年递增。介绍通用聚脲润滑脂在轿车底盘、轮毂轴承和万向节的应用；提出在开发聚脲润滑脂新产品时，更要注重润滑脂结构与性能的关系，从微观层面了解聚脲润滑脂的作用机制，以满足不同的使用要求；为了减少车用润滑脂品种，应研发具有优异的耐高温性能和长寿命的汽车多用途通用聚脲润滑脂。

聚脲润滑脂；轮毂轴承；万向节；底盘

0 引言

润滑脂作为汽车的主要润滑材料之一，遍布在汽车的200 多个部位，包括发动机、底盘、车身和电器等，在汽车的安全、环保、节能等方面发挥着重要作用。润滑脂属于非牛顿流体，具有独特的流变特性，与润滑油相比，润滑脂存在使用寿命长，适用于高温润滑，具有较高的承载能力以及良好的阻尼特性，具备良好的黏附性，可以吸附在摩擦副的表面起到润滑和密封防尘的双重作用等优点[1]。

汽车行业早期使用的润滑脂为钙基润滑脂(俗称黄油)。随着汽车行业的发展，能延长润滑周期、减少磨损、降低消耗等的汽车通用锂润滑脂应运而生，并逐步取代钙基润滑脂用于汽车轮毂轴承、底盘等部件。通用锂润滑脂的使用温度范围为-25～120 ℃，相比钙基润滑脂使用温度范围已大幅提高，但随着汽车行驶速度的加快和负荷的增加，锂基脂或复合锂基脂已很难完全满足润滑要求。1954年德国科学家Swaken发现了聚脲润滑脂，标志着汽车润滑脂进入新的时期。聚脲润滑脂以其优异的抗氧化性能、高温性能及使用寿命长和可应用于苛刻工况的特点，被誉为21世纪最有发展前景的润滑脂品种之一[2]。

近年来，为满足汽车行业减少摩擦降低油耗、减少磨损延长寿命、增强密封防止泄漏、减少振动消除噪声等要求，聚脲润滑脂在润滑脂总用量中所占比例逐年递增。根据汽车用润滑脂使用部位的不同，主要可分为底盘润滑脂、轮毂轴承润滑脂、万向节传动部位润滑脂、车身附件及电器用润滑脂等[3]。汽车底盘和轮毂轴承、万向节用润滑脂，一般为通用润滑脂；而汽车电器和辅助设备轴承用润滑脂，一般为专用润滑脂。下面主要介绍用于轿车底盘、轮毂轴承和万向节通用聚脲润滑脂的性能要求及应用。

1 聚脲润滑脂在轮毂轴承中的应用

1.1 轮毂轴承对润滑脂的性能要求

在车辆行驶过程中，汽车轮毂轴承要承受径向、轴向和冲击载荷的作用，而在非工作状态下会因外部振源引起微振动而发生磨耗。因此轿车轮毂轴承润滑要求具有以下性能：

(1)良好的润滑性能。并能满足苛刻工况下的长寿命润滑要求。随着轿车轮毂轴承向单元化、小型化和整体密封化方向发展，现代轮毂轴承成为一个集轮毂轴承、刹车盘、等速万向节(CVJ)、ABS等于一体的复杂单元，其接触润滑状态更为复杂，主要以弹性流体动力润滑为主[4]，对润滑脂的要求更高。

(2)良好的抗微动磨损及高温长寿命性能。由于微动磨损会导致轴承疲劳强度降低和产生噪声等问题，因此润滑脂应具有较好的抗微动磨损性能。受汽车行驶过程中产生的剪切力或制动器制动产生的高温的影响，润滑脂会出现高温软化、基础油分离、润滑脂泄漏等问题，因此，汽车轮毂轴承用润滑脂应具有优异的耐高温性能。

(3)良好的耐水性能。汽车轮毂轴承的工况较为苛刻，而轮毂轴承的密封性一般较差，一般很容易混入水、灰尘等，而水有可能导致润滑脂软化，因此轮毂轴承用润滑脂应具有良好的耐水性能，并具有一定的密封性能。

1.2 轮毂轴承聚脲润滑脂的应用

聚脲润滑脂具有高滴点、高性能、多效、长寿命的特点，可应用于苛刻工况，完全能够满足汽车轮毂轴承对润滑脂的性能要求，已成为轿车轮毂轴承的主要用脂之一。其主要特点有：

(1)良好的高低温性能。聚脲润滑脂可在较宽的温度范围内(-40～250 ℃)使用，且具有理想的低温扭矩和泵送性、胶体安定性好、分油小，在南北方温差较大的情况下可通用，特别是在严寒地区使用具有明显的优越性。

(2)高的剪切安定性。在车轮的高速运转中润滑脂会遭受强烈的机械剪切作用，从而导致润滑脂软化、流失。聚脲润滑脂具有优良的机械安定性，长时间使用不软化、不流失。

(3)良好的密封性能。聚脲润滑脂可改进轴承的密封性，防止杂物进入轴承，避免轴承表面的点蚀，减少磨损，降低维修费用。

(4)良好的氧化安定性和热稳定性。聚脲润滑脂中的聚脲稠化剂是由有机胺和异氰酸酯合成的，其中不含金属离子，对基础油无催化氧化作用，并具有耐高温、使用寿命长等特点。此外，脲基稠化剂为有机化合物, 有很强的憎水性, 并可抗酸、碱介质的侵蚀。

(5)聚脲润滑脂具有多效、通用的特点, 可用于汽车轮毂轴承、底盘、等速万向节(CVJ)、电器等部件的润滑,减少润滑脂品种。

轿车前轮负责驱动和转向，通常选用角接触轴承，容易磨损，对润滑脂要求更加苛刻，抗微动磨损和终身润滑是其主要目标，选用聚脲润滑脂，可满足其高温、高速、安全、终身不维修的要求。表 1 中对几种常用的聚脲轮毂轴承润滑脂和复合锂基润滑脂性能进行了比较。

表1 几种轮毂轴承润滑脂性能比较

表1数据显示：聚脲润滑脂相对于锂基润滑脂有很大的优点，同时也看出不同种类聚脲润滑脂相互之间差别很大。因此，通常推荐聚脲润滑脂为轿车轮毂轴承配套用脂。

目前，我国汽车轮毂轴承用脂主要为通用锂基脂，聚脲润滑脂使用仍不太普遍。而国外特别是日本聚脲润滑脂的使用已占到80%以上。表 2 给出了日本 NTN 公司推荐的汽车轮毂轴承聚脲润滑脂的产品性能[5]。

随着轮毂轴承、制动器和其他汽车技术的发展，对于轮毂轴承润滑脂的要求也更苛刻。而聚脲润滑脂的应用，轮毂轴承的再润滑周期已不断延长，终生润滑的目标正逐步实现。

表2 日本NTN汽车轮毂轴承推荐用脂

2 聚脲润滑脂在汽车底盘中的应用

2.1 汽车底盘对润滑脂的性能要求

汽车底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系等组成，其主要的润滑装置有离合器、变速器、传动轴、悬挂装置、转向机构、制动器等。汽车底盘的这些部件在随汽车从一种环境转移到另一种环境的过程中，一般要承受不规则的载荷和冲击负荷。另外，由于底盘突出部分多，离地面近，因此润滑脂与沙尘、水等接触机会多，其工况十分苛刻。通常，汽车底盘对润滑脂的性能要求如下:

(1)极压抗磨性。汽车承载较大负荷时，受冲击和振动的影响，底盘部位承受的压力很大，尤其是钢板、弹簧等部位容易出现微动磨损，这就要求汽车底盘用润滑脂具有良好的极压性和抗磨性。

(2)抗水性能和防锈性。汽车行驶在雨水雪水中及清洗保养时，汽车底盘均会接触水，因而要求底盘润滑脂具有良好的抗水性;另外，水还会造成金属生锈，因而要求润滑脂能在潮湿多水环境中保护润滑表面不生锈。

(3)氧化安定性。随着汽车技术的发展，许多新车底盘零件是封闭的，其使用的润滑脂要求具有和底盘零件同等的寿命，这就要求底盘用润滑脂的结构稳定性好，具有良好的氧化安定性。

(4)泵送性。许多汽车底盘采用集中润滑系统，要求润滑脂要具有良好的泵送性，一般选用低黏度基础油润滑脂。

(5)抗微动磨损。汽车底盘的配件中，紧配合件的微幅振动对底盘零件损害十分严重，要求底盘用润滑脂具有良好的抗微动磨损能力。

除上述性能外，还要求底盘用润滑脂具有降低噪声和良好的橡胶相容性等性能。

2.2 汽车底盘聚脲润滑脂的应用

随着汽车技术的发展，底盘的滑动摩擦节点，如转向节主销、转向拉杆球销、钢板弹簧销等的工况更为苛刻，为满足这些部位的用脂要求，聚脲基润滑脂已得到普遍采用。表3比较了几种常用的复合锂基脂和聚脲基脂的性能。

表3 汽车底盘聚脲润滑脂性能比较

可见，聚脲基脂相比复合锂基脂，具有较高的耐高温性能、抗磨和抗水性能，更能满足汽车底盘十分苛刻的工况。我国从1995年起推荐底盘润滑脂选用汽车通用锂基润滑脂(GB 5761-1995《汽车通用锂基润滑脂》)，但执行情况不太理想，目前常用的仍是通用钙基脂和钙钠基脂。而国外大多采用多效通用锂基脂和聚脲基润滑脂，我国中高挡车型或主机配套的润滑脂也大多采用指定的进口产品，如日本道康宁、德国倍可等公司润滑脂产品，因此开发国产的汽车底盘聚脲润滑脂对提高我国汽车技术水平意义重大。

3 聚脲润滑脂在等速万向节( CVJ)中的应用

3.1 CVJ润滑脂的性能要求

随着前轮驱动而发展的等速万向节目前已得到广泛应用。汽车等速万向节(CVJ) 用于汽车底盘传动系统，其作用是在两轴间夹角及位置经常变化的转动轴之间传递动力和扭矩，由于处于高速和高转矩状态，它具有滚动和滑动的混合运动形式。现代轿车追求车辆的耐久性和舒适性，要求等速万向节振动低、噪声低和寿命长，并能够平稳地传递动力，从而推动了CVJ结构和技术的发展。如随着汽车排气量增加，固定型CVJ安装角度越来越大，已由传统的46.5°增加至目前的50°；随着CVJ小型轻量化的发展，CVJ滚珠直径减小，而为了保证负荷容量不变滚珠数量已由6个增加到8个。而滑动型CVJ的结构也有了较大的变化，如为满足人们对汽车小型轻量化日益增长的要求，滑动型CVJ的滚珠外径减小了5%左右，使得滚珠的质量下降13%左右。CVJ的小型化和高速化，对润滑脂提出了更为苛刻的要求，主要包括：

(1)耐高低温性。前轮驱动和四轮驱动轿车 CVJ的高力矩、小型化特点，使其在运行过程中因内部摩擦会产生大量的热；而在寒冷地区要求极低的启动性，以保证低温时操纵灵活，因此CVJ润滑脂要求具有良好的高低温性能。

(2)抗震动和抗磨性。CVJ 由于内部产生摩擦力并受行驶中路况、载荷影响，要求润滑脂具有低摩擦因数、良好的耐微动磨损性和极压抗磨性，一般需加入 MoS2和极压抗磨剂等。

（三）文化氛围营造及衍生产品不够，土家风情浓郁度不足。目前全县以文化旅游为核心的景区尚处于规划策划阶段，缺乏有档次、有特色的土家饰品专卖店，土家文化展示馆，土家美食体验店，土家娱乐项目等，外地游客来到石柱县后，感受不到土家文化的“土”到底体现在什么地方，尤其是能让游客看了还想看、来了不想走、走了还想来的景区景点目前还没有。

(3)良好的橡胶密封性。CVJ 采用橡胶套，要求对橡胶适应性强，相容性差的润滑脂会造成橡胶套膨胀、歪斜甚至破损，因此要求对不同的橡胶套通过橡胶相容性试验。

(4)长寿命和稳定性。CVJ用润滑脂都是预先装入润滑部件表面，并长时间运行后才更换，要求润滑脂稳定性好，具有和 CVJ 配件相同的寿命。目前，通常要求 CVJ 用润滑脂满足3×104km 使用寿命，对于高性能、免维护等速万向节，则要求装配与之同寿命的润滑脂，如10×104km 以上长寿命润滑脂。

除以上要求外，CVJ 润滑脂还要求优良的机械安定性、抗水性、防锈性以及低噪声等。因此，未来 CVJ 润滑脂将向着更好的抗磨性能、更高使用温度、更长寿命、更低用量和环保方向发展。

3.2 汽车CVJ聚脲润滑脂的应用

针对 CVJ 对润滑脂的特殊要求，聚脲润滑脂成为CVJ润滑脂的主要品种之一，在日本CVJ用润滑脂 80%以上为聚脲润滑脂。聚脲润滑脂稠化剂不含金属离子，与其他皂基润滑脂相比没有氧化催化作用，因而寿命是皂基润滑脂的几倍；相比锂基润滑脂，聚脲润滑脂在降低轴向力方面，效果更为显著，配合MoS2、MoDTC、MoDDP 等极压抗磨剂的聚脲润滑脂已成为高档车用润滑脂的主流产品。

表4给出了几种汽车CVJ润滑脂的性能比较。

表4 几种汽车CVJ润滑脂性能比较

可见，CVJ聚脲润滑脂相比锂基脂具有更好的耐高低温性能、更好的抗磨性能，并具有更高的承载能力。

4 车用聚脲酯发展方向

聚脲润滑脂具有优越的性能，产品应用潜力巨大，但聚脲润滑脂在使用过程中也存在抗剪切性能差、对温度较为敏感、反应可控性较差等问题[6]。针对这些问题，研发人员进行了研究改进：

(1)在产品配方方面，研究了基础油、稠化剂、添加剂等的选择和配伍问题。如在配方设计时，根据具体工况选择基础油种类及相应的黏度，根据工况对润滑脂的性能要求选择合适的异氰酸酯和有机胺稠化剂。另外，因聚脲润滑脂对添加剂感受性较差，在选择添加剂时要考虑配伍性问题。此外，聚脲对不同基础油具有不同的稠化能力，如聚脲对酯类油的稠化能力较差，对烷基苯的稠化能力最好，在选择稠化剂时要考虑和基础油的配伍性。郭小川等[7]采用预制稠化剂法制备脲基润滑脂，首先筛选出有效的溶剂体系，使有机胺和异氰酸酯进行有效反应，得到预制稠化剂，进而研制出性能优良的脲基润滑脂。结果表明：基于预制稠化剂制备的脲基润滑脂具有较高的滴点，并具有良好的成脂性、胶体安定性、氧化安定性和热安定性。

(2)在工艺方面，研究聚脲润滑脂生产工艺及后处理工艺的改善。如廖顺等人[8]考察了炼制温度和后处理工艺对聚脲润滑脂性能的影响，表明润滑脂的最高炼制温度对产品性能有较大的影响，且产品性能也与后处理工艺条件密切相关。

(3)在聚脲润滑脂减摩性能和极压性能改善方面，主要研究各种极压抗磨剂在聚脲润滑脂中的应用。张遂心等[9]研究了硫磷伯仲辛烷基锌盐、亚磷酸二正丁酯、酸性硫代磷酸酯铵盐极压抗磨剂对聚脲润滑脂摩擦学性能的影响。结果表明,添加少量极压抗磨剂可明显提高聚脲润滑脂的极压和抗磨性能。刘志卓[10]将纳米微粒添加到脲基润滑脂中对脲基润滑脂进行改性，结果表明,纳米微粒如纳米二氧化硅、纳米聚四氟乙烯和碳酸钙、稀土复合微粒等均具有很好的减摩抗磨作用。

(4)复合聚脲润滑脂的研发。不同的润滑脂具有不同的优越性能，但在某些性能方面又存在一些不足，如：复合锂基润滑脂高温润滑性好，但高温下易流失；磺酸钙基润滑脂防锈性能突出，但要求有水环境；复合铝基润滑脂泵送性好，但易软化漏失；膨润土润滑脂滴点高，但耐磨性差；聚脲润滑脂使用寿命长，但抗剪切性能差及存在硬化。为满足不同工况的需求，可把2种或2种以上润滑脂复合在一起，取长补短。孙洪伟等[11]将基础油与氢氧化钙或氧化钙、水以及有机酸混合，加入二异氰酸酯和有机胺进行皂化，研制一种复合聚脲润滑脂，具有优良的高温性能、胶体安定性、机械安定性及极压抗磨性，可用于高温、高速、重负荷工况。因此，为满足汽车运行的苛刻工况，复合聚脲润滑脂是今后润滑脂的发展方向之一。

5 结束语

聚脲润滑脂作为一种性能优良的润滑脂，可满足汽车技术快速发展的要求。但随着汽车行业的发展，对润滑脂的要求也将随之提高，在开发聚脲润滑脂新产品时，更要注重润滑脂结构与性能的关系，从微观层面了解聚脲润滑脂的作用机制，从而指导实际应用，以满足不同的使用要求。另外，为了减少车用润滑脂品种，需要研发具有优异的耐高温性能和长寿命的汽车多用途通用聚脲润滑脂，应用于汽车轮毂轴承、汽车底盘、CVJ等部位。

【1】邓磊,于玫，黎桂华，等.脂润滑轮毂轴承弹流润滑数值分析[J].润滑与密封,2009,34(10):21-22.

【2】孙霞,李新年,郑发正.聚脲润滑脂的研究现状[J].润滑与密封,2004,29(2):120-122.

【3】卢培刚,姚立丹,孙东宁.聚脉润滑脂在汽车行业的应用[J].汽车技术，1994(12)：40-42.

【4】严飞.轿车轮毂轴承聚脲润滑脂研究综述[J].汽车零部件，2011(11):77-79.

【5】潘元青，周惠娟，刘翠香.汽车行业润滑用脂现状及发展[J].润滑油与燃料，2014,24(1):1-10.

【6】栗志彬，董禄虎，高艳青.聚脲润滑脂研究现状及发展趋势[J].石油商技，2013(10)：18-22.

【7】郭小川，蒋明俊，施航，等.预制稠化剂法制备聚脲润滑脂的研究[J].石油炼制与化工，2012，43(2)：71-75.

【8】廖顺，彭翔，曾海.聚脲润滑脂生产工艺对产品性能影响的探讨[J].石油商技，2013(5)：54-59.

【9】张遂心，王晓波，赵改青，等.硼酸盐在聚脲润滑脂中摩擦学性能的研究[J].润滑与密封，2010，25(11)：77-81.

【10】刘志卓.含纳米微粒的脲基润滑脂摩擦学性能研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学机电学院,2006.

【11】孙洪伟,姚智勤,杨玮.聚脲-复合钙润滑脂的制备方法：中国，02146384[P].2004-05-05.

ApplicationofPolyureaGreaseinAutomotiveIndustry

YAN Fei

( Auto Parts Institute, Guangzhou Mechanical Engineering Research Institute Co., Ltd., Guangzhou Guangdong 510700, China)

In order to satisfy the requirement of decreasing friction and reducing oil consumption, reducing wear and extending service life, enhancing seal and preventing leakage, and decreasing vibration and eliminating noises, and etc, the usage of polyurea grease in automotive industry is increased yearly. Application of polyurea grease in car chassis, axle hub bearing and universal bearing was introduced. It was proposed that: in order to understand the functional mechanism of polyurea grease from microscopic level and to meet the demand in different application of grease, more attention should be paid to the relationship between grease performance and structure during development of new products of polyurea grease; in order to cut down varieties of automotive greases, multi-usage general purpose automotive polyurea greases with excellent high temperature performance and long service life should be developed.

Polyurea grease; Hub bearings; Joint; Chassis

2015-03-23

广州机械科学研究院有限公司科技发展基金项目(14300014)

严飞(1966—)，男，硕士，高级工程师，主要从事科技期刊的编辑出版工作。E-mail:yanfei@gmeri.com。