Effect of Additives on the Performance of Polyurea Lubricating Grease

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2024.02.002

Abstract

Abstract:

The direct method was used to prepare polyurea lubricating grease, and the effects of several different types of additives on the extreme pressure and anti?wear performance for polyurea lubricating grease were investigated and studied. The results demonstrate that several types of additives have good compatibility with polyurea grease, and they have little undesirable influence on colloidal stability of polyurea grease, and they can also enhance thermal stability of polyurea grease. Moreover, the addition of additives can significantly improve the performance of extreme pressure and wear resistance for polyurea lubricating grease. And in the experiments, it was found that the composite multifunctional additive containing sulfur and phosphorus has a relatively better effect on improving the extreme pressure and wear resistance of polyurea lubricating grease. The research results can provide a reference basis for the improvement of extreme pressure and anti?wear property for polyurea lubricating grease, achieving a relatively optimized comprehensive performance, thereby enhancing its practical utilization performance under the harsh working conditions for high load and high speed mechanical equipment.

Key words: Additives, Polyurea lubricating grease, Performance indicators, Extreme pressure and wear resistance

摘要：

采用直接法制备聚脲润滑脂，考察了五种添加剂对聚脲润滑脂极压抗磨性能的影响。结果表明，五种添加剂均与聚脲润滑脂具有良好的相容性，且对聚脲润滑脂的胶体安定性等基本无影响，并可增强其热稳定性；添加剂可显著强化聚脲润滑脂的极压抗磨性，含硫磷的复合多效添加剂对聚脲润滑脂极压抗磨性能的提升作用相对较好。研究结果可为聚脲润滑脂极压抗磨性能的改善提供可参考的基础，使其综合性能达到相对最优，从而增强聚脲润滑脂在高负荷、高速机械设备等苛刻工况下的实际使用性能。

关键词: 添加剂, 聚脲润滑脂, 性能指标, 极压抗磨性

CLC Number:

TQ626.4

Xiaohui LI, Ze ZHANG, Lulu YANG, Weiqi WU, Xiaochen REN, Weihua MA, Guangtao LI. Effect of Additives on the Performance of Polyurea Lubricating Grease[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2024, 44(2): 7-13.

黎小辉, 张泽, 杨露露, 吴韦岐, 任晓辰, 马伟华, 李广涛. 添加剂对聚脲润滑脂性能的影响[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2024, 44(2): 7-13.

Figures/Tables 8

Table 1 Physical and chemical properties of mineral base oil

参数	数值
运动黏度（40 ℃）/(mm²·s^-1)	87.51
运动黏度（100 ℃）/(mm²·s^-1)	11.75
黏温指数	107
密度（20 ℃）/(kg·m^-3)	855.4
闪点/℃	256
倾点/℃	-17
w（饱和烃）/%	99.67
w（链烷烃）/%	29.20
w（环烷烃）/%	70.47
w（芳香烃）/%	0.33

Fig.1 Appearance pictures of polyurea greases containing different additives

Table 2 Physical and chemical properties for polyurea lubricating grease with different additives

添加剂	滴点/ ℃	铜片腐蚀(100 ℃，24 h)	锥入度/（0.1 mm）	钢网分油率(100 ℃，24 h)/%
无	298	1a	282.1	3.8
T1	296	1a	284.9	4.1
T2	301	1a	286.2	3.6
T3	299	1a	280.6	3.4
T4	302	1a	278.4	4.1
T5	301	1a	280.1	4.2

Fig.2 TG/DTG curves of polyurea lubricating grease with and without additives

Fig.3 Relationship between droplet point and key temperature points for polyurea lubricating grease on TG/DTG curves

Table 3 Frictional properties after adding different additives to polyurea lubricating grease

添加剂	磨斑直径/mm	P_B（四球机法）/N
无	0.515	441
T1	0.391	696
T2	0.419	696
T3	0.413	696
T4	0.402	696
T5	0.413	883

Fig.4 Wear spot pattern of polyurea grease before and after adding additives

Fig.5 Friction coefficient of polyurea grease before and after adding additives

References 21

1	张连惠，王晓. 新型复合锂钙基润滑脂的研制与性能分析［J］. 辽宁石油化工大学学报， 2013， 33（2）： 16⁃19.
	ZHANG L H， WANG X. Preparation and properties analysis of new lithium/calcium complex grease［J］. Journal of Liaoning Shihua University， 2013， 33（2）：16⁃19.
2	姚立丹，杨海宁. 2022年中国及全球润滑脂生产状况分析［J］. 石油商技， 2023， 41（5）： 4⁃22.
	YAO L D， YANG H N. Analysis of China and global grease production in 2022［J］. Petroleum Products Application Research， 2023， 41（5）： 4⁃22.
3	刘丽君，张丽娟，毛菁菁，等. 国内外复合磺酸钙基润滑脂的发展现状［J］.当代化工，2023，52（10）：2449⁃2452.
	LIU L J， ZHANG L J， MAO J J， et al. Research status of calcium culfonate complex grease at home and abroad［J］. Contemporary Chemical Industry， 2023， 52（10）：2449⁃2452.
4	黎小辉，胡远海，杨露露，等. 聚脲基润滑脂发展研究（Ⅰ）——组成、结构与性能［J］. 润滑与密封， 2023， 48（8）： 196⁃205.
	LI X H， HU Y H， YANG L L， et al. Development of polyurea grease（Ⅰ）——Composition， structure and properties［J］. Lubrication Engineering， 2023， 48（8）：196⁃205.
5	夏延秋，杨阔，冯欣，等. 添加剂在聚脲润滑脂中的感受性［J］. 石油炼制与化工， 2021， 52（12）： 79⁃86.
	XIA Y Q， YANG K， FENG X， et al. Sensibility of grease additives in polyurea grease［J］. Petroleum Processing and Petrochemicals， 2021，52（12）：79⁃86.
6	曹正锋，夏延秋. 非硫磷型添加剂在聚脲基润滑脂中的摩擦学性能［J］. 石油炼制与化工， 2016， 47（1）： 71⁃75.
	CAO Z F， XIA Y Q. Tribological properties of phosphorus and sulfur⁃free additives in polyurea grease［J］. Petroleum Processing and Petrochemicals， 2016，47（1）：71⁃75.
7	沈铁军，卢春喜，单影，等. 极压、抗磨剂对锂基润滑脂抗磨减摩性能的影响［J］. 石油学报（石油加工）， 2009， 25（S1）： 15⁃21.
	SHEN T J， LU C X， SHAN Y， et al. The influence of extreme pressure⁃antiwear additives on the antiwear and friction⁃reduction properties of lithium⁃base grease［J］. Acta Petrolei Sinica（Petroleum Processing Section）， 2009， 25（S1）：15⁃21.
8	XIONG C H， MI H Y， FENG Q， et al. Comparative studies on low noise greases operating under high temperature oxidation conditions［J］. China Petroleum Processing & Petrochemical Technology， 2014， 16（4）： 100⁃106.
9	石琛，毛大恒，盛丽萍. 二辛基二硫代氨基甲酸钨的抗磨性和作用机理［J］. 石油学报（石油加工）， 2009， 25（6）： 812⁃818.
	SHI C， MAO D H， SHENG L P. Tribological performances and tribochemistry principle of tungsten dioctyl⁃dithiocarbamate［J］. Acta Petrolei Sinica（Petroleum Processing Section）， 2009， 25（6）：812⁃818.
10	CAI M R， LIANG Y M， ZHOU F， et al. Tribological properties of novel imidazolium Ionic liquids bearing benzotriazole group as the antiwear/anticorrosion additive in poly （ethylene glycol） and polyurea grease for steel/steel contacts［J］. ACS Applied Materials & Interfaces， 2011， 3（12）： 4580⁃4592.
11	WESTERHOLT A， WESCHTA M， BÖSMANN A， et al. Halide⁃free synthesis and tribological performance of oil⁃miscible ammonium and phosphonium⁃based ionic liquids［J］. ACS Sustainable Chemistry & Engineering， 2015， 3（5）： 797⁃808.
12	WANG Z Y， WU W. The tribological properties of the polyurea greases based on oil⁃miscible phosphonium⁃based ionic liquids［J］. Lubrication Science， 2018， 30（1）： 16⁃22.
13	夏延秋，王远慧，冯欣，等. 二硫化钼/碳纳米管对聚脲润滑脂的摩擦学性能影响研究［J］. 润滑油， 2022， 37（2）： 28⁃31.
	XIA Y Q， WANG Y H， FENG X， et al. Influence of MoS₂/carbon nanotubes on tribological properties of polyurea grease［J］. Lubricating Oil， 2022， 37（2）： 28⁃31.
14	成思远，郭小川，蒋明俊. 润滑脂新型添加剂研究进展［J］. 当代化工， 2018， 47（10）： 2215⁃2217.
	CHENG S Y， GUO X C， JIANG M J. Research progress of grease additives［J］. Contemporary Chemical Industry， 2018， 47（10）：2215⁃2217.
15	黎小辉，杨露露，李晓鹏，等. 预制法制备四聚脲润滑脂的工艺研究［J］. 石油炼制与化工， 2023， 54（5）： 80⁃87.
	LI X H， YANG L L， LI X P， et al. Study on preparation of tetraurea lubricating grease by prefabrication method［J］. Petroleum Processing and Petrochemicals， 2023， 54（5）： 80⁃87.
16	杨露露. 聚脲基润滑脂制备工艺及性能研究［D］. 西安：西安石油大学， 2023.
17	郭萧，丁丽芹，姚文钊. 高碱值复合磺酸钙基润滑脂的制备工艺优化［J］. 石油炼制与化工， 2022， 53（11）： 96⁃101.
	GUO X， DING L Q， YAO W Z. Optimization of preparation process for high alkaline complex calcium sulfonate grease［J］. Petroleum Processing and Petrochemicals， 2022， 53（11）： 96⁃101.
18	王玉新，金银秀，张昕欣，等. 润滑脂结构的扫描电镜观察及其制样方法的研究［J］. 石油化工高等学校学报， 2014， 27（5）： 24⁃27.
	WANG Y X， JIN Y X， ZHNG X X， et al. Study on the observation on the structure of grease by scanning electron microscope and sample preparation method［J］. Journal of Petrochemical Universities， 2014， 27（5）：24⁃27.
19	夏勇，阳宇，朱聪，等. 废轮胎热解过程中的动力学与热力学特性及热解油组分分析［J］. 低碳化学与化工， 2023， 48（4）： 36⁃45.
	XIA Y， YANG Y， ZHU C， et al. Kinetic and thermodynamic characteristics in scrap tyres pyrolysis process and components analysis of pyrolysis oil［J］. Low⁃Carbon Chemistry and Chemical Engineering， 2023， 48（4）： 36⁃45.
20	夏迪，陈国需，赵立涛，等. 二烷基二硫代磷酸氧钼多效润滑油添加剂性能［J］. 石油学报（石油加工）， 2015， 31（6）： 1338⁃1344.
	XIA D， CHEN G X， ZHAO L T， et al. Performance research of molybdenum dialkyl dithiophosphate as multifunctional additive in lubricant［J］. Acta Petrolei Sinica（Petroleum Processing Section）， 2015，31（6）：1338⁃1344.
21	张志平，周立. 亚磷酸二正丁酯的摩擦化学研究［J］. 润滑与密封， 2005（4）： 93⁃95.
	ZHANG Z P， ZHOU L. Analytical study on tribochemistry of dibutyl phosphite［J］. Lubrication Engineering， 2005（4）： 93⁃95.

[1]	Gao Yu, Wang Jingyun, Wang Xin, Zhou Mingdong, Zang Shuliang. Study on the Reaction of Aromatic Ketones Removal Benzoyl [J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2015, 35(1): 1-3,7.
[2]	Liang Lu, Li Lihua, Zhang Jinsheng, Wang Jing. Laboratory Study of the Composite OilWell Cement Early Strength Agent LL [J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2014, 34(2): 33-36.
[3]	GAN Lu, LI Shuxin, GUO Wenli, XIAO Qi. Influence of the Additives on Vulcanization of the  Brominated IsobutyleIsoprene Rubber [J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2013, 33(2): 24-26.
[4]	QIU Chun-yang,ZHANG Ke-zheng. The Stability of SiO₂ Sol [J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2005, 25(2): 1-4.