随着我国经济的不断发展,工业化水平不断提高,先进设备的使用越来越多。许多润滑部位工作温度越来越高,对润滑脂耐高温性能的要求也不断提高。我国目前常用的润滑脂是以矿物油为基础油的金属皂基脂,使用温度不超过120°C.研究高温润滑脂,对满足某些设备的高温润滑要求具有重要意义。
润滑脂是由基础油和稠化剂组成的,本文作者主要从这两方面来探讨高温润滑脂的现状及发展趋势。
1基础油基础油是润滑脂的主要成分,占到润滑脂重量的70%~90%.基础油的性能直接影响了润滑脂各方面的性能。目前润滑脂的基础油主要以矿物油为主。矿物油价格低廉,在一定温度范围内能够满足使用要求,但矿物油成分复杂,含有较多不饱和烯烃和芳香烃,容易氧化变质,一般不能用作高温润滑脂的基础油。合成油具有较好的高温稳定性、氧化安定性、较好的粘温性能、较低的挥发性,能够满足高温情况下各方面的要求,已经成为高温润滑脂主要使用的基础油。作为高温润滑脂的基础油主要有以下几种合成油。
1.1合成烃:2005-01-04由化学合成方法制备的含碳和烃两种元素的一类油品,统称为合成烃油。包括聚a烯烃、聚丁烯、烷基苯和合成环烷烃。作为润滑脂基础油使用的合成烃常用的是聚a烯烃,聚a烯烃合成油是一类性能比较全面的油品,主要优点有粘度范围宽,粘温性好,粘度指数高;热氧化安定性好,高温下不易氧化变质;与矿物油和其它合成油的相溶性好;对添加剂感受性好,加入适量抗氧化剂后,可大幅度改善氧化安定性;抗水解能力强,在有水条件下安定性好。
由于聚a烯烃性能全面,价格相对较低,使得它的应用越来越广泛。以聚a烯烃为基础油的非皂基润滑脂用途广泛,在轴承中的使用温度为-62~204C在轴承温度为17 ~121C时,使用情况显示聚a烯烃润滑脂明显减少高温流失。使用普通润滑脂每次设备停止都要换脂,使用聚a烯烃润滑脂只需每六个月换一次。此外,由于蒸发减少,摩擦部位一直能得到较好的润滑,轴承寿命大大增加。
1.2酯类油酯类油和聚a烯烃的化学性质相似,闪点高、热安定性和氧化安定性好,使用温度可达180C.酯类油极性很强,使得它的挥发性更低而润滑性增加。
同时酯类油对金属,尤其是铁和钢具有很好的吸附作反应。与-大多胶接触时胶的溶胀和和收缩的影Msh的的优点是e良好的|誉行行1特的热逆bookmark3备的磨损。大多数无机和有机稠化剂可以稠化酯类油,制备高低温用润滑脂,使用温度范围随稠化剂及酯类油种类而异。制润滑脂时,根据产品使用要求可选择一种或两种酯类油作基础油,也可以选用酯类油和其它合成油的混合油。例如,7602号高温密封脂是由发烟硅胶经表面处理后稠化酯类油,并加有聚烯烃和固体填料制成。其具有良好的高温稳定性、密封性,对水蒸气、氨、弱酸和天然气介质有良好的适应性。用于高温高压调节阀门和阀杆的密封和润滑,使用温度范围为-40~530°4. 1.3硅油硅油是一类液体聚有机硅氧烷,具有良好的高温热安定性,蒸发性小,低温性好,凝点很低;具有极好的粘温特性;同时硅油具有良好的剪切安定性、无毒、憎水、阻燃,呈化学惰性。硅油的主要缺点是边界润滑性差,同时对普通的润滑型添加剂感受性差,可以与别的合成油混合使用以改进其性能。连接于硅原子上的烃基越小,粘度越小,粘温性能越好,热安定性也越好。例如甲基硅油在200°C开始氧化,而乙基硅油在150°q更开始氧化。为改善其高温性能,在硅油分子中引入苯基,在性质上除具有甲基硅油的一般性能外,耐热温度大大增加(250C)氯硅油是在硅原子相连的有机基上引入氯原子,可以改善硅油的润滑性能而对硅油粘温性质及热安定性影响不大。
高温性仅次于甲基苯基硅油,可单独作为中等负荷脂的基础油。例如70171号润滑脂,由聚脲稠化硅油组成,适用于宽温度条件下工作的轴承润滑,使用温度可达250C短期可达300C. 1.4聚苯醚聚苯醚是一类比较新的高温润滑液,可以作为润滑脂的基础油,但价格昂贵。国外已合成了多种聚苯醚,性能较好的为间五苯醚。聚苯醚的优点是高温安定性较好,热分解温度为452C比硅油高,并具有特别强的抗辐射能力和抗氧化能力。由于聚苯醚这些突出的优点,因而很受重视。但是聚苯醚的凝点高,如对四苯醚的凝点达110C粘温性能也差,因此目前实际应用较少。7058和7805号润滑脂都是以氟醚油为基础油(7058含有少量硅油),具有优良粘附性、抗水性、化学安定性、润滑性和高低温性能。
2稠化剂稠化剂是润滑脂不可缺少的固体部分,占润滑脂总重量的5%~30%.稠化剂将基础油增稠至半固态,它和基础油一样决定了润滑脂的性质。稠化剂种类可分4大类,即皂基、烃基、有机和无机稠化剂。
烃基稠化剂一般使用温度很低(小于80C)高温稠化剂以皂基、有机和无机为主。
2.1皂基稠化剂皂基润滑脂是目前最常用的润滑脂,单金属皂润滑脂使用温度不高(小于120C)不能满足高温条件,目前使用的高温皂基脂主要是复合皂基脂,主要有复合锂、复合钙、复合铝,其中以复合锂使用最多。
2.1.1复合锂复合锂基脂的高温性能优越,滴点可达283比锂基润滑脂的滴点提高1WC左右,使用温度可达160°C.同时还具有较好的机械安定性和高温轴承性能。复合锂是由锂皂和其它锂盐一起共结晶组成的。
研究表明,二元酸或硼酸与12羟基硬脂酸制成的复合锂基脂性能较好,三组分锂基脂性能优于二组分,尤其以12羟基硬脂酸、硼酸、二元酸三组分复合效果最好,成脂滴点高,热安定性好。
2.1.2复合钙复合磺酸钙基脂具有高的滴点(大于260其使用温度可以提高到177°C.复合磺酸钙基脂的稠化体系,主要由两部分组成,一部分是非牛顿体的磺酸钙,另一部分是复合钙皂,它们在体系中既有物理混合,又有化学缔合,是一个较复杂的化合物体系。
高碱性磺酸盐复合钙基脂不仅具有良好的高温性、胶体安定性、抗水抗腐性,而且具有突出的极压抗磨性和机械安定性,其低温性能也有很大改善。
2.1.3复合铝复合铝基润滑脂具有较高滴点、优良的抗水性、良好的热稳定性和氧化稳定性。它较复合锂基脂突出冷却短时间就能恢复原来的结构,特别适合集中润滑系统使用。
2.1.4复合钛复合钛基润滑脂是一种较新的高温润滑脂,目前我国还没有工业化生产。复合钛基润滑脂具有很好的高温性能,滴点可达294°C,在高温下有较长的使用寿命。此外还有较好的极压抗磨性和抗水淋性,性能超过了复合锂基脂和铝基脂。
2.2有机稠化剂有机稠化剂是指金属皂和固体烃以外的有稠化作用的有机物,如芳基脲、酰胺、酞青颜料和阴丹士林染料等。它们多是一些带芳香环的、热安定性好的化合物。有机稠化剂在一定的工艺条件下,在基础油中形成结构骨架,从而制成润滑脂。有机稠化剂中用得较多且具有发展潜力的是脲基稠化剂。
脲基稠化剂是分子中含有一个或多个脲基一NH―CO一NH―的化合物。在较高温度下,脲基稠化剂通过分子间氢键连接成管状结构,各纤维又交联为空间网状结构,最后,在同样高温条件下基础油分子活化,并被吸入空间网状结构中,最终形成结合紧密,热稳定性极好的脲基润滑脂。蒸发损失小于0.4%(ASTMD972)。其次,因为脲基稠化剂不含金属离子,不会对基础油产生氧化催化作用,抗氧化稳定性很好,有试验显示用相同量的复合锂和脲基稠化同种基础油得到的润滑脂,在氧弹试验中,脲基脂压力降了6894.76Pa锂基脂则降了0.68MPa.脲基润滑脂除具有上述特点外,还具有良好的胶体安定性,这使得它在轴承中有较长的高温工作寿命。可以在160C下长期使用。以某种合成混合油为基础油的脲基脂,200C时可以长期在中负荷轴承中使用,轻负荷下甚至可以在220C下使用,在某种程度上可以替代全氟脂,大大降低使用成本。在高速下,脲基脂比较容易形成“沟槽”,从而使摩擦力矩和温升保持在较低的水平。有试验显示,脲基脂用在电机轴承上,温度较之前降低约20C.此外,脲基脂耐水性好,化学性能稳定,对酸性气体也很稳定,可以在摩擦环境很恶劣的情况下保持较好的润滑。例如二脲型连铸机脂,在高温、多水、多尘、重载的条件下使用周期大大延长。
酞青铜是颜料的一种,其分子式为CiHWu分子量为576酞青铜具有良好的化学安定性和热安的润滑脂可以耐高温,滴点一般大于600C使用温度大于300C阴丹士林是一种有机染料,也是一种很好的润滑脂高温稠化剂。它在空气中的分解温度高(469~482C)不仅本身不易氧化,而且对润滑脂的氧化有抑制作用。阴丹士林制成的润滑脂有良好的耐高温、抗辐射性能。使用温度可达3W°C.聚四氟乙烯化学稳定性好,并有很好的润滑性能,稠化聚全氟烷基醚制成的润滑脂具有独特的化学惰性、热安定性、良好的润滑性和不燃性。能在特别苛刻的工作环境下提供安全可靠的润滑,已经成为航空、航天、原子能工业的主要润滑脂。
2.3无机稠化剂常用的无机稠化剂有膨润土、硅胶、氮化硼、碳黑等。无机稠化剂一般都具有良好的高温性能,是制造高温润滑脂比较理想的稠化剂,具有良好的高温性能和高温氧化安定性,但是其它性能(如防护性、基础油挥发后固体残留等)相对不足。
1膨润土膨润土是一种含有90%以上微晶高领土(蒙脱石)的粘土矿物。膨润土润滑脂没有滴点,高温下稠度较大,有较好的抗氧化安定和抗水性。当稠化耐高温的基础油时,其使用温度可达250C适用于高温、重负荷、低转速的机械润滑。在制备膨润土稠化剂时,首先将原土粉碎,在水中分散并除去杂质,再经过表面改型,使其它类型的膨润土变成钠型,然后再用覆盖剂覆盖其表面,接着是分离、洗涤、干燥和粉碎。膨润土常用的覆盖剂有酰胺基胺和季胺盐。有机取代基,特别是碳链链长和类型不同,对亲油性有明显影响,可根据用途选择适当的基团。王重。我国高滴点脂比例近年有所提高,但由于我国工业发展及机械设备状况等原因,高温润滑脂起步晚,发展较慢,品种还不够理想。努力发展高温润滑脂,尤其是复合锂基脂和聚脲润滑脂,是目前我国润滑脂发展的主要方向。
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