润滑脂橡胶相容性试验影响因素的考察

王兆坤 杨子楠 张晓凯 冯强 刘亚春

中国石化润滑油有限公司润滑脂分公司

橡胶相容性试验是一种在润滑脂产品开发过程和实际应用中指导意义很强的试验方法，与实际工况结合比较紧密。本文选择硫化丁腈橡胶为主要考察对象，采用矿物锂基脂A及半合成锂基脂B，通过对润滑脂橡胶相容性试验相关影响因素的分析，有针对性地制定了对比试验方案，考察了不同影响因素对试验结果的影响，提出了相应的试验建议。

为了使轴承保持良好的润滑条件和正常的工作环境，充分发挥轴承的工作性能，延长使用寿命，要求滚动轴承必须具有适宜的密封，以防止润滑剂的泄漏和灰尘、水气或其他污染物的侵入。一般轴承密封都是由骨架和橡胶密封组成，常用的橡胶密封材料包括天然橡胶（NR）、丁腈橡胶（NBR）、氯丁橡胶（CR）、氟橡胶（FKM）和聚氨酯（PU）橡胶等。其中，丁腈橡胶是最具代表性的橡胶之一，其耐油性、物理机械性能和耐化学药品性等综合性能优异，因此广泛用于各种耐油橡胶制品[1]。

密封材料的特点直接关系到轴承润滑脂的选择和使用，同时润滑脂的性能也对轴承的密封性能和使用寿命造成影响，因此润滑脂与密封材料的相容性决定了轴承组件的使用性能和使用寿命。为了满足应用要求，大多数轴承润滑脂产品开发过程中都要考虑与橡胶材料的相容性问题，并通过橡胶相容性试验来考察和评定润滑脂产品与橡胶材料的匹配性。

国内目前润滑脂常用的橡胶试验 方 法 有GB/T 1690—2010《硫化橡胶或热塑性橡胶 耐液体试验方法》和SH/T 0429—2007《润滑脂和液体润滑剂与橡胶相容性测定法》，GB/T 1690适用范围和测试内容更加广泛，SH/T 0429仅针对润滑脂的试验材料、试验过程进行了更加明确的规定，不适用于包含橡胶拉伸、扯断性能的测试。若润滑脂仅进行橡胶件密度、体积、硬度的测试，选用SH/T 0429方法更加合适，若润滑脂需要进行体积、硬度、拉伸等综合性能的测试，选用GB/T 1690方法更全面。本文选用丁腈橡胶为主要考察对象，进行了体积、硬度、拉断伸长率和拉伸强度的测试，因此参照GB/T 1690方法进行。

本文通过对橡胶相容性试验操作过程、放置方式、测试条件中的影响因素的对比考察，分析不同影响因素对试验结果的影响程度，以期在实际操作中给予指导[2]。

试验部分

试验样品

矿物锂基脂A（简称脂A）：采用开口釜工艺制备，经过均质、过滤、脱气等后处理得到光滑均匀油膏，基础油为VG100黏度级别矿物基础油，稠化剂为锂皂，添加剂仅含0.5%（质量分数）抗氧剂，牌号为NGLI 2。

半合成锂基脂B（简称脂B）：采用开口釜工艺制备，经过均质、过滤、脱气等后处理得到光滑均匀油膏，基础油为VG100黏度级别基础油，矿物油与合成油质量比为6:4，稠化剂为锂皂，添加剂仅含0.5%（质量分数）抗氧剂，牌号为NGLI 2。

试验材料与设备

◇邵氏A型硬度计；

◇天平；

◇恒温试验箱；

◇橡胶拉伸试验机；

◇玻璃培养皿（带盖）、标准瓶（带盖）；

◇橡胶试片：市售硫化丁腈橡胶（储存时间＜6个月），哑铃样片（II型），矩形样片（50 mm×25 mm×2 mm）。橡胶试片组成和生产厂家均保持一致，避免因橡胶试片的波动对试验结果带来影响。

试验方案

考察不同操作过程对试验结果的影响

GB/T 1690方法要求试验液体体积至少为试验总体积的15倍，试验容器中液体上部空气体积应尽可能达到最小。在实际操作中，有两方面的问题容易忽视：一次试验中，同一试验装置中样片放置太多；润滑脂量不足，试验装置上部留有空气。针对上述两点，设计试验方案（测试条件：100 ℃，14 d）如下：

◇P1（脂多样片少）：两种油脂各在一个培养皿中放置3个哑铃样片、3个矩形样片，润滑脂装满培养皿，然后盖上玻璃盖子；

◇P2（脂少样片少）：两种油脂各在一个培养皿中放置3个哑铃样片、3个矩形样片，润滑脂不装满培养皿（空气高度约5 mm），然后盖上玻璃盖子；

◇P3（脂多样片多）：两种油脂各在一个培养皿中放置5个哑铃样片、5个矩形样片，润滑脂装满表面皿，然后盖上玻璃盖子；

◇P4（脂少样片多）：两种油脂各在一个培养皿中放置5个哑铃样片、5个矩形样片，润滑脂不装满培养皿（空气高度约5 mm），然后盖上玻璃盖子。

考察橡胶试片不同放置方式对试验结果的影响

常用橡胶相容性试验装置为玻璃培养皿，样片多在装置内水平放置；经调研，部分用户采用标准瓶进行橡胶相容性试验，标准瓶中样片为竖直放置，为了考察两种放置方式对试验结果的影响，设计试验方案（测试条件：100 ℃，14 d）如下：

◇D1（样片水平放置）：两种油脂各在一个培养皿中放置3个哑铃样片、3个矩形样片，润滑脂装满培养皿，然后盖上玻璃盖子；

◇D2（样片竖直放置）：两种油脂各在一个标准瓶中放置3个哑铃样片、3个矩形样片，润滑脂装满标准瓶，然后盖上玻璃盖子。

考察试片清洗后测试前静置时间对试验结果的影响

按照GB/T 1690—2010 7.1的要求 ，对于非挥发性润滑剂需要在试验测试前在标准实验室温度下调节30 min，但在实际操作中容易出现时间超标的情况。为了考察测试前样片静置时间对试验结果的影响，设计试验方案（测试条件：100 ℃，14 d）如下：

◇两种油脂各在3个培养皿中放置3个哑铃样片、3个矩形样片，润滑脂装满培养皿，然后盖上玻璃盖子；

◇浸泡试验结束后，将6个培养皿放置在实验室内降温30 min后，两种油脂各取一个培养皿对样片进行清洁（仅用棉纱不用清洗剂），清洗完毕后立即进行测试；

◇然后，将一个培养皿的样片进行清洗后放置于塑料密封口袋中24 h后测试；将另一个培养皿的样片进行清洗后放置在空气中，静置24 h后测试。

考察拉伸试验机不同测试条件对试验结果的影响

根据GB/T 1690方法要求，拉伸性能采用GB/T 528《硫化橡胶或热塑性橡胶 拉伸应力应变性能的测定》进行测定，而GB/T 528中规定测试1型、2型和1A型试样时夹持器的移动速度为（500±50） mm/min，测试3型、4型试样时夹持器的移动速度为(200±20) mm/min。在实际测试中，存在夹持器移动速度未按标准调整的现象，造成试验条件不符合标准要求。因此，为了考察夹持器移动速度对测试的影响，设计试验方案（测试条件：100 ℃，14 d）如下：

◇一个培养皿中放置6个哑铃样片，分别用A脂脂装满培养皿，然后盖上玻璃盖子；

◇一个培养皿中放置6个哑铃样片，用B脂装满培养皿，然后盖上玻璃盖子；

◇浸泡试验结束后，各取3个哑铃片按照500 mm/min速度进行拉伸测试；另各取3个哑铃片按照200 mm/min速度进行拉伸测试。

结果及讨论

不同操作过程的试验结果对比

按照方案P1～P4开展浸脂试验，考察对润滑脂量填充量、容器上部残留空气量以及试片放置数量对试验结果的影响，结果见表1。

表1 不同试验过程结果对比

从表1中试验P1和P3以及试验P2和P4的对比可以看出，同样的装脂量，样片放置越多，橡胶的拉伸测试值越差；由试验P1和P2以及试验P3和P4的对比可以看出，同样装置、同样多的样片，装脂量少、装置有空气残留时，橡胶的拉伸测试值比无空气残留时明显变差；上述试验因素对体积和硬度的影响较小，对拉伸强度和拉断伸长率的影响更明显，两款试验用脂表现出的变化趋势相近。因此，在试验中，尽量在橡胶试片周围保持足够的润滑脂，且样片间避免接触，且装置尽可能填满脂，保证无空气残留。

不同放置方式的试验结果对比

按照方案D1、D2开展试验，橡胶试片水平放置与竖直放置时相容性试验结果见表2。

从表2中试验D1和D2的对比可以看出，由于试验装置不同，橡胶放置方向不同，试验测试结果有所不同，使用标准瓶的橡胶测试数据比培养皿的测试数据略好，两款试验用脂表现出的变化趋势相近。因此，在试验时，可以根据实际需要来调整橡胶试片的放置方式。

表2 不同试验装置结果对比

测试前不同静置时间的试验结果对比

测试前经过不同的静置时间后橡胶相容性测试结果见表3。

从表3可以看出，对试验脂来说，样片清洗后密封放置24 h后与样片清洗后直接测试的数据相比相差不大，样片清洗后暴露在空气中放置24 h后与样片清洗后直接测试的数据相比相差较大。因此，在试验后、测试前，可以将样片清洗干净后密封保存，为了保证试验的可靠性，不宜长时间存放。

表3 测试前经过不同静置时间下的结果对比

拉伸试验机不同测试条件的影响

拉伸试验机不同夹持器移动速度下测试结果见表4。

从表4可以看出，对于试验脂来说，样片在夹持器标准移动速度下的拉断伸长率和拉伸强度测试结果比夹持器低移动速度下的要好，说明不同夹持器移动速度下试验结果差距较大。因此，在试验后如果遇到测试数据差距较大时，可以考虑试验机参数设置的影响。

表4 拉伸试验机不同夹持器移动速度下的结果对比

结论

☆通过对润滑脂橡胶相容性试验过程、试验条件等的考察，表明：有空气残留、样片多、脂量不足时，橡胶拉伸强度和拉断伸长率性能测试结果明显变差；浸脂试验后，橡胶样片清洗干净后密封保存比暴露在空气中的测试结果更可靠；橡胶试片放置方式、拉伸试验机夹持器移动速度对橡胶相容性试验结果有一定影响，样片竖直放置时测试数据略好，样片在夹持器标准移动速度下的拉伸测试结果较好。。

☆在润滑脂橡胶相容性测试数据差异性比较大时，应核实试验过程、测试条件的差异。为保证橡胶相容性试验结果的有效性，保持试验操作的规范性和一致性。