第二章　石油及合成基潤滑油脂

  石油基潤滑油脂之來源與製造│各種石油基潤滑產品簡介│合成液體潤滑油│潤滑脂

→ 潤滑脂的特性  潤滑脂的組織   潤滑脂的分類   潤滑脂的選用


四、潤滑脂

(一)潤滑脂的特性

將某種稠化劑均勻地分散在潤滑油中，得到半流體狀或粘稠膏狀的物質就是潤滑脂，俗稱黃油或牛油。潤滑脂因具有許多優點而被普遍應用，主要優點如下：

1. 黏附性好，能附著於摩擦表面，不易流失或飛濺。正常工作時，不會有漏油現象。

2. 防護性能較好，特別是防鏽能力比潤滑油強。

3. 特別適用於對滾動軸承的潤滑，不但注脂方便，而且可以在很長一段時間內不用加脂，大  大減少了維護工作量。

4. 密封性好，可以防止外界塵土侵入軸承。

5. 可在較寬廣的溫度下操作。

6. 其外顯黏度較不受溫度影響。

7. 比油有較低的磨擦係數。

8. 可混合固體添加劑使用。 

潤滑脂也有其不足的一面，因而使用範圍受到限制，主要缺點是：

1. 散熱能力差，不能像油那樣對摩擦件進行循環冷卻，因此不宜用在高轉速的軸承。

2. 對絕大多數滑動軸承不適用，其流動性差，內摩擦阻力大，無法形成液動油膜。

3. 輸送性能比潤滑油差得多。

4. 儲存程序容易變質，受到汙染後無法淨化。

由於潤滑脂的獨特優點，以及隨著品質不斷提高，其應用範圍日益擴大。例如某些封閉式減速機，過去都採用潤滑油油浴潤滑，現在試用潤滑脂潤滑，效果良好，避免了用油潤滑時的漏油現象。

(二).潤滑脂的組成

潤滑脂（Lubricating grease）為半固體之製品，主要由三種成份所組成。其一為油份，如各種潤滑油、矽油、合成油等；其二為「稠化劑」或「增稠劑」（Thickener），三為添加劑。

稠化劑有1.脂肪酸之金屬皂（Metallicsoapoffatty acids），2.金屬之有機脂類，3.特製二氧化矽粉，4.特製油土（Bentonite clay），5.金屬或非金屬之有機特製化合物。一般狀況下, 潤滑脂含65-95% w/w的油份, 5%-35% w/w的增稠劑與0-10% w/w的添加劑. 製造潤滑脂時，先將脂肪油或脂肪酸摻混少許潤滑油後，與鹼（如苛性鈉，碳酸鋰，石灰等）製成金屬皂，然後加入多量潤滑油，使金屬皂均勻分散於油中，使其變成一種半固體狀之膠凝體（Gel）。

金屬皂之作用有如看不見之海綿，可吸收大量之油料而呈半固體狀態。但皂分越多，稠度越硬；反之，含皂越少，稠度越薄，欲得不同稠度之成品，可調節皂份予以控制。

實際製造時，頗為繁雜，皂化之方法、時間、溫度、以及皂化後及膠凝化後之冷卻速率，對於成品性狀，均有重大之影響，必須慎予控制，才能製成一定品質之潤滑脂。

(三).潤滑脂的分類

一般之分類法依其稠化劑而分，有：
1. 簡單皂基潤滑脂
以簡單脂肪酸與鹼金屬化合物製成之金屬皂為主體之潤滑脂。因其製造容易，價格低廉，應用最廣。有下列各種：

    （a）杯脂
    以鈣皂（Calcium soap）或石灰皂（Lime soap）與潤滑油結合而製成之潤滑脂，稱為「杯脂」（Cup grease），亦稱為「鈣基潤滑脂」（Lime base grease），性耐水，可耐70℃以下之溫度。按其稠度之不同， 可製成No.0，1,2,3,4,5..等不同號碼之製品，供一般潤滑之用。

    （b）鈉基潤滑脂
    以鈉皂（Soda soap）與潤滑油結合製成者，稱為「鈉基潤滑脂」（Soda base grease），滴點高、抗氧化，可製成長纖維狀，適用於減阻軸承之潤滑，但耐水性不佳，故現多為「鋰基多效潤滑脂」所取代。

    （c）鋰基潤滑脂
    以鋰皂（Lithium soap）與潤滑油為主要原料而製成之潤滑脂，稱為「鋰皂基潤滑脂」（Lithium base grease）。本潤滑脂具有耐高溫（達125℃）、耐水、抗氧化、抗剪力、防銹、以及耐低溫（可達-40℃或-40℉之低溫）之特性。此潤滑脂乃美人Earle 在於1940年所研究製成，當時限用於飛機，迨其大量生產，價格低廉後，使用極為普遍。目前市售之潤滑脂中一半以上為本類潤滑脂。

    （d）鋁基潤滑脂
    鋁基潤滑脂（Aluminum base grease）乃由鋁皂與潤滑油結合而成，成長纖狀、性耐水、但耐溫性較差。

    （e）石墨潤滑脂
    含有石墨粉之潤滑脂，呈黑色，多用鈣皂製成，耐溫為70℃，但如其石墨粉含量較多，可供高溫下一般機械（不包括減阻軸承等精密機件）之潤滑。

    （f）二硫化鉬潤滑脂
    多以鋰皂基潤滑脂調和5﹪以上二硫化鉬製成。呈黑色，附著性良好，能耐高溫及嚴重之衝擊性負荷，防止極高壓力下摩擦表面之磨損，適用於重負荷之車輛底盤，車輛之球形接頭（Ball joint），巨型車輛之第五輪、火車之轉向架等。

    （g）極壓潤滑脂
    含有極壓添加劑之潤滑脂，稱為「極壓潤滑脂」（Extreme pressure grease），專供高負荷及振動負荷之軸承、齒輪等需要此種品質油料之用。

2. 複合皂基潤滑脂

由複合皂份（Complex soap）與潤滑油製成之半固體製品，稱為「複合皂基潤滑脂」（Complex soap base grease）。

所謂複合皂份者，指一皂份分子中含有兩個或兩個以上脂肪酸或其他原子團者而言。故惟有兩價以上之金屬，如鈣、鋇、鋁、鎂等金屬，才能製成複合皂份。

由複合皂份製成之潤滑脂，具有多種之共通特性，如滴點高、耐水性良好、耐高溫、具極壓性等。

    （a）複合鈣基潤滑脂
    複合鈣皂潤滑脂具有很多優點，例如：滴點約可高達500℉或570℉，而鋰基潤滑脂則在400℉以下。故複合鈣皂潤滑脂不但適用於高溫，而且適用之溫度範圍也廣。圖表14表示由複合鈣皂製成潤滑脂之代表性性質。

    複合鈣皂潤滑脂的另一特性，為極壓性（E．P．Properties）。由一分子硬脂酸與一分子醋製成的複合鈣皂其分子量為172。如果減少硬脂酸而增加醋酸，則可製成分子量為77之鈣皂。此種分子量愈低的鈣皂，其極壓特性也愈顯著。複合鈣皂潤滑脂之耐剪力較弱，但在高溫下稠度的變化有限。

    （b）複合鋇皂基潤滑脂
    複合鋇皂基潤滑脂的優點，也是滴點約可高達425-475℉之間，其他各性質，大體與鋰基多效潤滑脂相似，具有良好耐水性，抗乳化性，而且不易油皂分離。

    （c）複合鋁皂基潤滑脂
    由複合鋁皂製成之複合鋁皂潤滑脂（Aluminum complex soap grease）之滴點亦高達500℉，其稠度雖經一萬次或十萬次之捏合，亦無顯著之退化，表示其抗剪力效能良好。此外本脂亦具備良好之耐水性，低溫泵壓性等。

各種複合皂基潤滑脂性能比較如第14圖表所示。

圖表14.各種複合皂基潤滑脂性能比較

　 複合鈣皂潤滑脂
 複合鋁皂潤滑脂
 複合鋇皂潤滑脂
 鋰皂基潤滑脂
滴點
高
中至高
高
中
機械作用下之安定性
正常
正常
良好
良好
耐安定性
稍有變硬之趨勢
正常
良好
正常
耐水性
良好
良好
良好
良好
纖維結構
正常
粗大
微小
--
含皂量％
15-25
30-45
3-8
--
附著於軸承上之特性
良好
良好
良好
良好
可逆性
中至佳
劣
佳
中
泵壓性
正常
正常
好
正常
高壓下油份游離性
正常
正常
低
低
耐剪力性
正常
正常
良好
良好
製造
較難
較難
較難
普通
　

凡滴點為500℉以上之潤滑脂，通稱為高溫潤滑脂。目前品質最穩者，當推複合鈣皂潤滑脂，具有耐水性、抗氧化、耐高溫（達200℃）、防銹、以及具備極壓特性之效能。

 3.非皂基之潤滑脂

（a）Bentone潤滑脂

以一種稱為Bentonite之火山灰黏土製成之潤滑脂。

（b）矽酸潤滑脂

以極微細之二氧化矽稠化之潤滑脂。

（c）聚𠕇潤滑脂

以聚𠕇（Polyurea）為稠化劑製成之潤滑脂，性能優異，正在發展中。

4..合成潤滑脂

（a）酯類潤滑脂

以合成酯類及鋰皂為主體之潤滑脂，稱為酯類潤滑脂（Ester Grease或Fluid Ester Grease），具良好之安定性

（b）矽素脂

以矽素油（Silicone oil）與金屬皂製成之矽素脂（Silicone grease），具高黏度指數、耐水、極佳之耐低溫性、防火性特佳、但潤滑性較遜。其適用溫度與一般高溫潤滑脂相若：通常在200℃或以下。

(四).潤滑脂的選用

1.最高工作溫度的確定
潤滑脂在使用部位的最高工作溫度下，不應發生軟化流失，是選用的重要因素之一，確定這一溫度的主要參考性狀是滴點。滴點是在試驗條件下，潤滑脂受熱軟化滴出第一滴時的溫度。一般情況下，潤滑脂的最高使用溫度必須低於其滴點20∼30℃或更多些。

常用的潤滑脂滴點如下表：

潤滑脂名稱

滴點℃

最高使用溫度℃

工業凡士林

54以上

45

鈣基潤滑脂

75∼100

55∼60

石墨鈣基潤滑脂

80以上

65

鈉基潤滑脂

140∼180

110∼120

鈣鈉基潤滑脂

120∼140

80∼100

滾珠軸承潤滑脂

180以上

80∼100

工業鋰基潤滑脂

170∼190

120

鋁基潤滑脂（船用）

85∼100

65

複合鈣基潤滑脂

180∼250

130

複合鋁基潤滑脂

160∼250

130

膨土潤滑脂

250以上

130

食品機械潤滑脂

147

100

必須指出的是滴點不是確定潤滑脂最高使用溫度的唯一標準。例如，用礦物油製成的鋰基潤滑脂、膨脹土潤滑脂、複合鈣基潤滑脂等，滴點雖然可高達190∼250℃，但是，若長期處於高溫下，這些潤滑脂會氧化變質，且礦物油易蒸發而使潤滑脂變硬、乾涸。所以，多數用礦物油製成的潤滑脂的最高使用溫度都在120∼130℃以內。

2.耐水性的選擇
耐水性好的潤滑脂不易吸收空氣中的水汽，而且在接觸水的條件下也能正常使用；耐水性差的潤滑脂不但易吸收空氣中的水汽，而且遇水後像肥皂那樣變成乳白色，甚至溶水變稀完全失去作用。常用潤滑脂的耐水性由好至壞的順序為：烴基脂、鋁基脂、鈣基脂、鋰基脂、鈣鈉基脂、鈉基脂。

常接觸水，易受潮的部位必須用耐水性好的潤滑脂，鈉基潤滑脂只能在乾燥的部位使用。例如汽車、拖拉機、輪船等常接觸水的部位使用鋁基潤滑脂，易受潮的部位用鈣基潤滑脂或鋰基潤滑脂等。凡士林、通用儀表脂、彈藥保護脂等屬於烴基潤滑脂，它們廣泛用於武器彈藥、金屬材料、儀表儀器、機械部件的保護、封存或潤滑。

3.極壓性的選擇
在極壓條件下，一般的潤滑脂會被擠出而失效，像汽車的鋼板彈簧等必須使用加有極壓抗磨劑（石墨或二硫化鉬等）的極壓潤滑脂，以承受震動所產生的高壓。

4.潤滑脂硬度的選擇
NLGI號碼表示潤滑脂的軟硬程度（稠度，精密儀表脂、合成潤滑脂除外）常用的有：00、0、1、2、3、4、5等幾個編號，號數小則軟，號數大則硬。

號數小的潤滑脂運動阻力小，容易進入摩擦表面，保證良好的潤滑，有利於起動和節能（據報導，降低潤滑脂一個編號，能耗減少1∼3％）。另外，低硬度的潤滑脂泵送分配性好，適用於集中供脂潤滑系統。汽車等大多數機械應按說明書規定1號或2號；小型封閉齒輪用0號或00號；開放式齒輪箱用高滴點黏附性好的0號或1>號；集中潤滑系統用1號或0號。

NLGI號碼的分類如下表

 NLGI號碼

外觀

ASTM工作針入(1/10mm)

應用

 000

 

 445 – 475

 齒輪潤滑脂

 00

 半流體

 400 – 430

 

 0

 

 355 – 385

 

 1

 軟

 310 – 340

 

 2

 乳霜狀

 265 – 295

 軸承用潤滑脂

 3

 

 220 – 250

 

 4

 

 175 – 205

 

 5

 

 130 – 160

 

 6

 肥皂狀

 85 - 115

 塊狀潤滑脂

5.用量的要求
一般滾動軸承中填脂量約佔軸承空間的1/3~1/2為好。汙染嚴重的場合，應按說明書規定方可填滿潤滑脂。

此外，潤滑脂在儲存時還有以下注意事項：

  1. 潤滑脂不要暴曬於日光下，需放置於通風良好、溫度適宜的室內。
  2. 開啟桶蓋嚴防砂、塵、雜物混入，用後即蓋好桶蓋。
  3. 使用時應將摩擦表面擦洗清潔，不應與其它潤滑油或潤滑脂混用。
  4. 潤滑脂保存期一般為一年，儲存中發現脂內少量滲油，可自行捏和，仍可使用。

6.相容性的要求

如果兩種潤滑脂不相容但卻混合使用的話，將會改變潤滑脂的性能與物理特性，諸如黏稠性、泵動性、剪切穩定性、油分游離性、與氧化穩定性等，同時也將使混合後的潤滑脂變軟，而增加油漏量。如果兩種潤滑脂需要混合，最好是使用相同的稠化劑；如果含不同稠化劑的潤滑脂必須要混合使用，先行核對兩種稠化劑是否可相容。最保險的做法是避免將兩種不同稠化劑的潤滑脂相混合使用。

不同稠化劑間相容性對照表如下：

B – 臨界相容

C – 相容 

I – 不相容

X – 同一潤滑脂

 

複合鋁基

鋇基

鈣基

鈣 12-hydroxysteric acid 基

複合鈣基

黏土基

鋰基

鋰 12-hydroxysteric acid 基

複合鋰基

聚尿基

複合鋁基

X

I

I

C

I

I

I

 

I

C

I

鋇基

I

X

I

C

I

I

I

I

I

I

鈣基

I

I

X

C

I

C

C

B

C

I

鈣 12-hydroxysteric acid 基

C

C

C

X

B

C

C

C

C

I

複合鈣基

I

I

I

B

X

I

I

I

C

C

黏土基

I

I

C

C

I

X

I

I

I

I

鋰基

I

I

C

C

I

I

X

C

C

I

鋰 12-hydroxysteric acid 基

I

I

B

C

I

I

C

X

C

I

複合鋰基

C

I

C

C

C

I

C

C

X

I

聚尿基

I

I

I

I

C

I

I

I

I

X

　

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