小編整理: 潤滑脂是一種混合物,由基礎(chǔ)油、稠化劑和添加劑組成,用于潤滑劑。它是一種固體或半固體狀的潤滑劑,屬于膠體分散劑。潤滑脂的特點(diǎn)是粘度大且受溫度影響不大,對載荷性質(zhì)、運(yùn)動速度的變化等
適應(yīng) 范圍較大。其理化指標(biāo)包括外觀、滴點(diǎn)、膠體安定性和抗水性。潤滑脂通常用于需要長期潤滑和保護(hù)的場合,如機(jī)械設(shè)備的軸承等。
潤滑脂 潤滑脂外觀圖
潤滑脂(英文名lubricating grease),別名 黃油 ,是一種混合物,主要由 基礎(chǔ)油 、 稠化劑 、 添加劑 (包括填料)三部分組成。潤滑脂是一種固體或半固體狀的潤滑劑,屬于 膠體分散劑 。潤滑脂的特點(diǎn)是粘度大且受溫度影響不大,對載荷性質(zhì)、運(yùn)動速度的變化等適應(yīng)范圍較大,其理化指標(biāo)有外觀、滴點(diǎn)、 膠體安定性 、 抗水性 、 機(jī)械安定性 等。潤滑脂的分類方式有多種,按稠化劑類型可分為 皂基 、 烴基 、無機(jī)和 有機(jī)潤滑脂 ,其中皂基潤滑脂產(chǎn)量在潤滑脂總產(chǎn)量中占比最大。作為一種重要的潤滑材料,不僅可用于機(jī)械潤滑,降低磨損,同時還兼有 密封防護(hù) 、防止金屬腐蝕等作用,在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸和國防等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
發(fā)展歷史 1835年,英國 人使用堿和油脂制成了一種 軸承潤滑脂 ,同年,有英國人用 橄欖油 和 魚油 以及石灰乳制成了一種軸承潤滑脂,這是一種科學(xué)但作坊式的制脂方法。1859年,美國 賓夕法尼亞州 打出了第一口油井,從石油中可分餾得到石油潤滑油可以作為潤滑脂的基礎(chǔ)油,建立了“皂基+ 礦物油 ”型的潤滑脂,從此以天然動植物油脂作潤滑劑的場景逐漸減少。 二十世紀(jì)30年代, 蘇聯(lián) 潤滑脂發(fā)展出了冶金用潤滑脂、鐵路車輛用潤滑脂、 滾珠軸承脂 等潤滑脂品種。 40年代,蘇聯(lián)潤滑脂的牌號達(dá)到60多個;德國發(fā)展了 合成脂肪酸 鈉基脂和 硅膠脂 ;美國則完成了復(fù)合 鈣基脂 的研究和生產(chǎn),并開始了 鋰基脂 的研究和生產(chǎn)工作,并在40年代后期將理材料引進(jìn)西歐生產(chǎn)用于航空工業(yè)的高質(zhì)量 鋰基潤滑脂 。 50年代美國潤滑油產(chǎn)量增加了一倍且品種也豐富許多,用于鋼鐵工業(yè)的 復(fù)合鋁基脂 、 極壓鋰基脂 等得到了極大發(fā)展;蘇聯(lián)則開發(fā)了新型 高低溫潤滑脂 ,生產(chǎn)復(fù)合鈣基脂、氟碳脂等新型潤滑脂;中國在蘇聯(lián)潤滑脂規(guī)格的基礎(chǔ)上,生產(chǎn)以 鈣皂 、 鈉皂 為主要稠化劑的潤滑脂,同時還有復(fù)合鈣基潤滑脂。 60年代,美國以及西歐的 復(fù)合鋰基潤滑脂 、 復(fù)合鋁基潤滑脂 等新品種得到快速發(fā)展,1969年鋰基脂產(chǎn)量首次突破潤滑脂總產(chǎn)量的50%,這是潤滑脂工業(yè)上新的 里程碑;蘇聯(lián)發(fā)展了 鉆井絲扣脂 ,生產(chǎn)了 抗化學(xué)脂 、 抗輻射脂 等。 70年代,美國在研發(fā) 聚脲 脂等 非皂基潤滑脂 上取得了成果并將其在工業(yè)中實(shí)際應(yīng)用;西歐開發(fā)出了抗燃潤滑脂、 航空潤滑脂 和高速機(jī)車潤滑脂;蘇聯(lián)則制造出多效鋰基脂,并進(jìn)一步開發(fā)了適用用尖端技術(shù)設(shè)備合成油潤滑脂。 80年代初,美國的潤滑脂技術(shù)在世界依舊處于領(lǐng)先地位;蘇聯(lián)開發(fā)出許多新的潤滑脂品種,使用稠化石油潤滑油和 合成潤滑油 生產(chǎn)高低溫潤滑脂和一些專用潤滑脂等。 美國潤滑脂協(xié)會的資料顯示,2016年全球潤滑脂產(chǎn)量達(dá) (1 b≈453.6 g),按稠化劑類型劃分,鋰基脂產(chǎn)量為潤滑脂總產(chǎn)量的75%。不同國家和地區(qū)2016年潤滑脂總產(chǎn)量分別為:中國 , 北美洲 ,歐洲 。
組成成分 潤滑脂主要由基礎(chǔ)油、稠化劑、添加劑(包括填料)三部分組成,此外還有脂肪、 脂肪酸 、堿以及 甘油脂肪醇 這些 不皂化物 。
基礎(chǔ)油 基礎(chǔ)油一般在潤滑脂中的占比為75-90%,是潤滑脂中分散介質(zhì)。衡量油品是否適合作 為基礎(chǔ)油,主要看油品的黏度、凝點(diǎn)、苯胺點(diǎn)和酸值等,基礎(chǔ)油一般為中等黏度和高等黏度的石油潤滑油,不過為了適應(yīng)苛刻條件下工作的機(jī)械潤滑及密封的需求,一些潤滑脂也用合成潤滑油作為基礎(chǔ)油,如合成 硅油 、酯類油等。
稠化劑 稠化劑是潤滑脂的骨架 ,能夠在潤滑脂中形成海綿或蜂窩狀的結(jié)構(gòu)并將基礎(chǔ)油吸附固定在其中,使基礎(chǔ)油失去流動性形成膏狀物。稠化劑能夠決定潤滑脂的抗水性、粘稠度、耐熱性能。 潤滑脂中的稠化劑主要有兩大類皂基稠化劑(脂肪酸金屬鹽)和非皂基稠化劑。應(yīng)用廣泛的是皂基稠化劑,皂基稠化劑可分為三種: 單皂基 (鈣基脂、鈉基脂、鋁基脂、鋰基脂等)、 混合皂基 (鈣鈉基脂、鈣鋰基脂、鋁鋇基脂等)、復(fù)合基脂(復(fù)合鈣基脂、復(fù)合鋰基脂、復(fù)合鋁基脂等);非皂基稠化劑有 烴類 、有機(jī)類、無機(jī)類三種。
添加劑和填料 潤滑脂中的添加劑可以改善潤滑脂的某些性能,常用的添加劑有抗氧化劑、防銹和 防腐蝕劑 、抗水劑、 極壓添加劑 、拉絲性增強(qiáng)劑等。 填料主要用來提高潤滑脂的潤滑能力,同時可使?jié)櫥龀恚怪灰琢魇?,還可以增強(qiáng)密封性和防護(hù)性并提高熱安定性。其中大部分填料本身可作固體潤滑劑用。填料大多都是無機(jī)固體化合物,常用的填料有石墨、 二硫化鉬 、 氮化硼 、 氧化鋅 、 二氧化鈦 、硫酸鋇及 硅酸鹽 等。
理化指標(biāo) 潤滑脂的理化指標(biāo)可分為物理性質(zhì)(滴點(diǎn)、針入度、外觀、膠體安定性等)、化學(xué)性質(zhì)(抗水性、防銹性、游離酸堿、化學(xué)安定性等)、使用性能(軸承壽命、漏失量、機(jī)械安定性、低溫啟動性等)三種。
物理指標(biāo)
外觀 潤滑脂的外觀檢驗(yàn)包括顏色、光亮、通名都、均一性、纖維狀況等。 皂基潤滑脂 一般呈淡黃色至暗褐色,且大部分皂基潤滑脂呈半透明或不透明狀,具有不同程度的纖維感,是有一定光澤的均勻油膏。
滴點(diǎn) 滴定的定義為:潤滑脂受熱后隨溫度上升而逐漸變成流體,從滴點(diǎn)針上開始滴落第一滴液體時的溫度。滴點(diǎn)反映的是潤滑脂的耐溫性能。介紹幾種常用 潤滑脂滴點(diǎn) 范圍: 烴基脂:40-70 ℃
鈣基脂:75-100 ℃
鈉基脂:130-200 ℃
鈣鈉基脂:120-135 ℃
鋰基脂:170 ℃以上
針入度 針入度是通過指標(biāo)準(zhǔn)圓錐體在5 s內(nèi)陷入潤滑脂的深度表示的,測定溫度為25 ℃,以1/10 mm為單位。針入度反映的是潤滑脂的軟硬程度,針入度越大,潤滑脂就越軟。常用脂的針入度為200-300,針入度超過400時,潤滑脂失去塑性成為流體。
膠體安定性——分油 潤滑脂的膠體安定性就是指在皂纖維空間骨架中基礎(chǔ)油的穩(wěn)定性(也稱作分油性能),使用時如果潤滑脂分油太少就無法起到潤滑作用,如果分油太多,潤滑脂的膠體安定性就太差。所以潤滑脂的膠體安定性需要有一個適中的要求。
化學(xué)指標(biāo)
抗水性 潤滑脂的抗水性主要由稠化乳的性能決定。烴類稠化劑抗水性最好,如使用烴類稠化劑的工業(yè)凡林抗水性就很好。皂類稠化劑中鈉皂、鈣鈉皂制成的潤滑脂抗水性不好,其它如鋇皂、鋁皂、鋰皂等制成的潤滑脂都有很好的抗水性。
游離酸堿 潤滑脂中的 游離堿 產(chǎn)生的原因有未與脂肪酸反應(yīng)完的剩余堿和生產(chǎn)過程皂化不完全; 游離酸 產(chǎn)生的原因是儲存和使用過程中基礎(chǔ)油氧化生成酸以及受到外界污染物的侵襲等。
化學(xué)安定性 化學(xué)安定性主要衡量的是潤滑脂的抗氧化安定性,若潤滑脂的氧化安定性差,就容易生成有機(jī)酸,對金屬構(gòu)成腐蝕,同時也會破壞潤滑脂的結(jié)構(gòu)和使用性能。
性能方面
機(jī)械安定性 機(jī)械安定性也稱剪切安定性,指的是潤滑脂在軸承或移動機(jī)件上隨運(yùn)動部件運(yùn)動而受到剪切時仍能保持期結(jié)構(gòu),并且不影響潤滑的能力。
低溫啟動性 一般通過低溫時的粘度來研究潤滑脂的低溫性能,影響潤滑脂低溫啟動性的因素有:基礎(chǔ)油的粘度和粘溫性能、基礎(chǔ)油的凝固點(diǎn)和稠化劑的用量。
產(chǎn)品分類與特性 潤滑脂的分類方式有多種,按液相潤滑劑組分可分為石油基潤滑脂和合成油潤滑脂;根據(jù)用途可分為減磨脂、密封脂、防護(hù)脂。而稠化劑的類型是決定潤滑脂性能的主要因素,所以一般常按稠化劑來劃分潤滑脂類型,可分為皂基潤滑脂、 烴基潤滑脂 、無基潤滑脂、有基潤滑脂。
皂基潤滑脂 皂基潤滑脂是以金屬皂類稠化劑與潤滑油制成的脂,常用的有鈉基、鈣基、鈣鈉基、鋰基、鋁基等,其產(chǎn)量約占潤滑脂總產(chǎn)量的90%,是應(yīng)用最廣泛的一類潤滑脂。
鈣基潤滑脂 的特點(diǎn)包括:耐水性好,在潮濕水存在的條件下仍能保持正常的潤滑;剪切安定性好;流動性能良好;粘溫特性好,使用低粘度低凝點(diǎn)潤滑油作為基礎(chǔ)油時具有較好的低溫性能。
鈉基潤滑脂 的特點(diǎn)為:滴點(diǎn)高,均高于140 ℃;親水性強(qiáng);剪切安定性好。 鋇基潤滑脂 的特點(diǎn)是:抗水性、機(jī)械安定性、熱安定性優(yōu)良,其對金屬表面的粘附性好,防護(hù)能力強(qiáng)。 鋁基潤滑脂 的特點(diǎn)是:外觀細(xì)膩,方便涂抹;不溶于水;滴點(diǎn)均在70-80 ℃;機(jī)械安定性差;采用低傾點(diǎn)潤滑油時具有好的低溫流動性。
烴基潤滑脂 烴基潤滑脂是指以 石蠟 、 地蠟 等固體烴為稠化劑的脂,其特點(diǎn)為:親油、憎水能力特強(qiáng)。一般來說固體烴熔點(diǎn)越高,所得烴基潤滑脂粘附性越好,可塑性也較強(qiáng);化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定,化學(xué)安定性和膠體安定性好,不易因稠化劑氧化變質(zhì)而喪失稠度;幾乎不溶于水,也不乳化,阻止水氣和空氣透過脂層的能力較強(qiáng)。 烴基潤滑脂的主要缺點(diǎn)為熔點(diǎn)低,一般在70 ℃以下。烴基潤滑脂的品種較多,有鋼絲繩脂、 凡士林 、特種烴基潤滑脂和 防銹潤滑脂 等。
無機(jī)潤滑脂 無機(jī)潤滑脂是指以 膨潤土 、 硅膠 、 炭黑 、氮化硼、二硫化鉬等無機(jī)物為稠化劑的脂,下面介紹兩種無機(jī)潤滑脂。 膨潤土潤滑脂 具有特殊的性能,其特點(diǎn)為:熱安定性高,其在高溫下稠度沒有突然的變更且錐入度值隨溫度變化不大;剪切安定性尚好;極壓性能良好,能承受較大的負(fù)荷;耐水性和膠體安定性比較好。膨潤土潤滑脂的缺點(diǎn)有:高溫下長期使用會發(fā)干、對添加劑的感受性不夠好、防護(hù)性較差等。 硅膠潤滑脂 與膨潤土潤滑脂類似,也是無滴點(diǎn)耐高溫的無機(jī)潤滑脂,具有耐高溫、無熔點(diǎn)、化學(xué)安定性好、使用壽命長的特點(diǎn)。
有機(jī)潤滑脂 有機(jī)潤滑脂是指以陰丹士林、 酞菁銅 、酰胺、脲基衍生物等有機(jī)物為稠化劑的脂。有機(jī)潤滑脂大多各自具有不同的特性,多有特殊用途,下面介紹三種有機(jī)潤滑脂。 酰胺鈉潤滑脂的主要特點(diǎn)是:耐高溫性能好,其滴點(diǎn)一般高于200 ℃;抗水性良好;抗氧化安定性良好;抗輻射性能良好;軸承運(yùn)轉(zhuǎn)壽命長。其缺點(diǎn)是生產(chǎn)工藝繁瑣復(fù)雜,具有無法去除的少量胺和酰胺以為,外觀也不夠光滑細(xì)膩。
聚脲基潤滑脂 的特性包括:耐高溫性能好,滴點(diǎn)能達(dá)到300 ℃以上,高溫下不易氧化;抗氧化安定性和熱安定性好,對基礎(chǔ)油無催化氧化作用;膠體安定性好,幾乎不分油;高溫軸承運(yùn)轉(zhuǎn)壽命長;抗水性好,抗水淋抗鹽水性能都強(qiáng);高速性能好,機(jī)械安定性好,在高剪切速率下粘稠狀態(tài)變化?。黄渌€有抗酸性氣體、抗輻射、抗腐蝕介質(zhì)性能好。 酞菁銅潤滑脂具有優(yōu)良的耐高溫、耐極壓性和抗水性能,在潮濕的環(huán)境下也能保持良好的潤滑能力,其缺點(diǎn)是稠化劑昂貴成本高。
生產(chǎn)制備 不同種類的潤滑脂制備方法各異,但基本的制脂方法都是通過分散、冷卻、均化的過程將基礎(chǔ)油和稠化劑制成均一體系的潤滑脂。以應(yīng)用最廣泛的皂基潤滑脂為例,生產(chǎn)工序如下:
1.皂化工序:在制脂釜中將部分基礎(chǔ)油、動植物油或脂肪酸混合加熱,與堿反應(yīng)生成皂基稠化劑,也叫濃稠皂基
2.分散工序:將皂基稠化劑分散于基礎(chǔ)油中并通過加熱進(jìn)行脫水,可采用加熱熔化再冷卻的方法或采用較低溫度下調(diào)合法使皂基稠化劑與基礎(chǔ)油形成均勻分散體系。
3.冷卻工序:直接皂化制備皂基潤滑脂時,在達(dá)到最高煉制溫度、皂基稠化劑與基礎(chǔ)油完全相融后,可根據(jù)產(chǎn)品性能要求選擇 不同的冷卻工藝使其冷卻成脂,常見冷卻工藝有慢冷、快冷、動態(tài)冷卻、靜態(tài)冷卻等。 4.后處理工序:通過均化、脫氣等工序,改善潤滑脂的最終性能和外觀。
應(yīng)用領(lǐng)域 潤滑脂是一種常用潤滑劑,可以起到減少摩擦、磨損,保護(hù)金屬表面不受腐蝕。 工農(nóng)業(yè)中各種機(jī)械設(shè)備都離不開潤滑脂,采礦、冶金、機(jī)械等重工業(yè)以及紡織、印染、食品、造紙等輕工業(yè)用到的各種機(jī)械設(shè)備都需要用到潤滑脂。 交通運(yùn)輸工具如汽車、飛機(jī)、艦船、鐵路機(jī)車等以及軍用車輛、坦克、各種武器都需要使用潤滑脂潤滑或密封保護(hù)。
安全事宜 潤滑脂也分 食品級潤滑脂 和工業(yè)級潤滑脂,其本身無毒或低毒,但生產(chǎn)潤滑脂的原料可能帶有一定毒性,其中,基礎(chǔ)油一般是動物油或合成油提煉后的油,基本無毒,長期接觸一般不會有不良反應(yīng),但一些稠化劑和添加劑可能存在有毒物質(zhì)。例如脲基潤滑脂的稠化劑中可能殘留脲化合物的反應(yīng)物,具有一定毒性,且毒性大小取決于殘留物的含量,誤食后可能出現(xiàn)頭暈、手癢、皮膚發(fā)黃等癥狀,應(yīng)該即刻就醫(yī)。 雖然潤滑脂本身無毒或低毒,但在生產(chǎn)過程中可能會帶有一定毒性,因此,在生產(chǎn)過程中應(yīng)該采取一些必要措施:
1、反應(yīng)物用量需嚴(yán)格按照化學(xué)方程式來計(jì)算。
2、保證足夠的反應(yīng)時間,使其充分反應(yīng)。
3、保證適宜的反應(yīng)溫度,將不需要的反應(yīng)物揮發(fā)。
4、如有必要,加入其他物質(zhì)來分解某些殘留物,同時保證其分解產(chǎn)物不會對潤滑脂性能產(chǎn)生不良影響。