鐵道潤滑脂的研制

　　李 宇,郭永剛,朱江紅

　　(中國石油玉門煉油化工總廠,甘肅玉門735200)

　　摘 要:鐵道潤滑脂是以硬脂酸和牛油或硬脂酸為稠化劑稠化高粘度汽缸油而制得,采用分步法皂化工藝,同時(shí)添加了防銹、抗氧、固體填料和高分子聚合物等添加劑,考察了添加劑的配伍性、生產(chǎn)出具有良好的潤滑性、抗氧性和極壓性的潤滑脂產(chǎn)品,質(zhì)量指標(biāo)符合鐵道潤滑脂(SH 0373-92)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　關(guān)鍵詞:鐵道潤滑脂;稠化劑;研制

　　文章編號(hào):1006-5539(2008)01-0046-04   文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,帶動(dòng)了鐵路運(yùn)輸業(yè)的騰飛�；疖嚱�(jīng)過五次大提速,縮短了我國與國外先進(jìn)國家之間的差距。但是火車經(jīng)過提速后速度加快,震動(dòng)大,為了提高潤滑效果,減少噪音,火車對潤滑脂的質(zhì)量提出苛刻要求。目前潤滑脂市場魚目混雜,產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊,售后服務(wù)跟不上及各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不均衡等原因,致使一些私人小作坊生產(chǎn)質(zhì)量比較差的潤滑脂占據(jù)一定的市場份額。擾亂了潤滑指市場的正常秩序。這就需要大中型企業(yè)潤滑脂生產(chǎn)商和供應(yīng)商齊心協(xié)力作好產(chǎn)品質(zhì)量和售后服務(wù)工作,維持良好的市場秩序,提升企業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益。

　　此潤滑脂是一種高熔點(diǎn)和高稠度的專用潤滑脂,適用于機(jī)車大軸摩擦部位,以及其他高速高壓的摩擦界面的潤滑。

　　1 實(shí)驗(yàn)部分

　　1. 1 潤滑脂原材料及實(shí)驗(yàn)方法

　　1. 1. 1 原材料

　　基礎(chǔ)油:汽缸油外購、本廠生產(chǎn)的光亮油90BS、中性油MVI600。

　　稠化劑:硬脂酸、12-羥基硬脂酸、牛油、豬油。工業(yè)級。

　　添加劑:防銹劑、抗氧劑、固體填料、極壓劑。工業(yè)級。

　　1. 1. 2 實(shí)驗(yàn)方法

　　滴點(diǎn)GB /T 4929,針入度GB /T 269,礦物油含量SH /T0319,腐蝕SH /T0328等。

　　1. 2 潤滑脂的研制標(biāo)準(zhǔn)

　　根據(jù)市場信息反饋和用戶的需求,為了調(diào)整我廠潤滑脂的產(chǎn)品結(jié)構(gòu),增加潤滑脂的產(chǎn)品品種,生產(chǎn)不同品牌的潤滑脂產(chǎn)品。也為潤滑脂裝置擴(kuò)容改造增加1. 5x10⁴t/a產(chǎn)量,決定研制鐵道潤滑脂。其技術(shù)指標(biāo)見表1。

　　2 潤滑脂研制生產(chǎn)過程

　　經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室反復(fù)攪樣和以往研制其他潤滑脂的成功經(jīng)驗(yàn),確定潤滑脂的研制方案。采用分步法生產(chǎn)工藝。

　　將1 /3基礎(chǔ)油與稠化劑升溫至100~120℃緩慢加入堿液,進(jìn)行皂化反應(yīng)180 min,然后升溫至160~220℃脫水,分析游離堿,形成真溶液,再次分析游離堿,加入剩余基礎(chǔ)油,再升溫至最高溫度,降溫至某一溫度加入極壓劑,化驗(yàn)分析,成品包裝。

　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

　　3. 1 基礎(chǔ)油對潤滑脂性能的影響

　　基礎(chǔ)油在潤滑脂中占有較大比例,是潤滑脂不可缺少的組成部分,它的性質(zhì)決定潤滑脂的性質(zhì)。

　　因此基礎(chǔ)油的篩選非常重要。由于車速快,溫差跨度大,對潤滑脂稠度要求較高。這是本研究項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)�；�礎(chǔ)油的性質(zhì)見表2。

　　根據(jù)表1中潤滑脂研制標(biāo)準(zhǔn),基礎(chǔ)油用量必須控制在45%以上這一要求,基礎(chǔ)油粘度大,閃點(diǎn)高,在研制過程中輕組分物質(zhì)含量小,損失低,產(chǎn)品收率相對較高;相反揮發(fā)性物質(zhì)含量高,研制過程中產(chǎn)生大量的氣體,致使液面上浮,過程較難控制。用MVI600基礎(chǔ)油在滿足稠度要求的情況下無法滿足基礎(chǔ)油用量45%以上的要求,只能達(dá)到32.7%,滴點(diǎn)也達(dá)不到180℃以上。而90BS基礎(chǔ)油介于二者之間,基礎(chǔ)油用量也是無法滿足質(zhì)量要求。因此,選用表2中汽缸油作為潤滑脂的基礎(chǔ)油。

　　3. 2 稠化劑對潤滑脂性能的影響

　　稠化劑是潤滑脂中不可缺少的固體組分,它的作用是將流動(dòng)的潤滑油增稠到固體至半固體狀態(tài)。稠化劑分為皂基、烴基、無機(jī)物、有機(jī)物等幾種。而該潤滑脂是皂基脂,稠化劑是在硬脂酸、十二羥基硬脂酸、牛油和豬油中選擇,按照單劑或不同比例將兩種稠化劑加入基礎(chǔ)油中,根據(jù)潤滑脂質(zhì)量選擇合適的稠化劑。具體情況見表3。

　　根據(jù)表3得知: 12-羥基酸不能作為該潤滑脂的稠化劑。因?yàn)榉謱?上層為黃色蜂窩狀,下層褐色堅(jiān)硬,可能是12-羥基酸在高溫下羥基脫落所致。隨著牛油含量的增加,潤滑脂針入度變大,滴點(diǎn)降低,要生產(chǎn)8#潤滑脂、9#潤滑脂必須控制牛油的用量,含量在5%~13%,可生產(chǎn)8#潤滑脂。要生產(chǎn)9#潤滑脂,牛油的用量必須控制在5%以下。豬油跟牛油性質(zhì)相似,不過豬油油酸含量高[1],在研制過程中產(chǎn)生大量的氣體,導(dǎo)致潤滑脂收率低,并具有一定的焦糊味,影響操作人員的身心健康。硬脂酸可以生產(chǎn)不同牌號(hào)的潤滑脂。因此本研制過程中使用硬脂酸生產(chǎn)9#潤滑脂;使用牛油和硬脂酸按不同比例混合生產(chǎn)8#潤滑脂。

　　3. 3 升溫速度及皂化溫度對潤滑脂性能的影響

　　根據(jù)以往研制潤滑脂的成功經(jīng)驗(yàn),升溫速度不能太快,否則操作不易控制,容易溢鍋;升溫速度太慢,延長工作時(shí)間,影響皂化過程。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)確定升溫速度為3~5℃/min比較適宜。對皂化溫度為85~100℃, 100~120℃, 120~140℃, 140~160℃不同情況進(jìn)行考察,經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室工作確定皂化溫度為100~120℃。

　　3. 4 皂化反應(yīng)時(shí)間對潤滑脂性能的影響

　　皂化反應(yīng)時(shí)間長短對潤滑脂有較大影響,反應(yīng)時(shí)間短,有些物質(zhì)來不及參與反應(yīng),皂化不徹底,潤滑脂針入度比較大,滴點(diǎn)也達(dá)不到要求。反應(yīng)時(shí)間越長,所有物質(zhì)均能參與反應(yīng),皂化徹底,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,外觀細(xì)膩。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室研制情況確定為3~4h較合適。

　　3. 5 加入水量多少對潤滑脂成脂過程的影響

　　水在潤滑脂研制或生產(chǎn)過程中起著非常重要的作用,水對潤滑脂的性能影響很大。水的加入量過大,升溫困難,能耗高,成本無形上升;加入量過小,皂化反應(yīng)程度小,延長了反應(yīng)時(shí)間,不能形成規(guī)模生產(chǎn),影響潤滑脂產(chǎn)量的整體上升,也不利于設(shè)備的有效使用。因此適宜水量的選擇對潤滑脂來說既能不至于能耗過高,也能使酸堿部分溶解混合,增加接觸面積,快速完成皂化反應(yīng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定加入水量為堿量的2~3倍。

　　3. 6 添加劑的配方研究

　　3. 6. 1 抗氧抑制力的考察

　　測氧化安定性(SH /T 0325)時(shí)把一定的試樣裝于試樣脂杯中并置于氧化安定性測定儀的樣品支架上,通入氧氣,并在(99±0. 5℃)溫度下恒溫100 h后,觀察其氧化前后壓力降的變化情況。壓力降變化大,說明潤滑脂抗氧化能力差,反之則好。潤滑脂在使用和儲(chǔ)存過程中[2],它的基礎(chǔ)油和稠化劑都會(huì)產(chǎn)生氧化變質(zhì),作為稠化劑使用的脂肪酸金屬皂還能促進(jìn)氧化作用,加速了基礎(chǔ)油的進(jìn)一步氧化形成酸性氧化物及酮或醛,致使?jié)櫥�脂的粘度變大、結(jié)構(gòu)變壞,潤滑性變差,滴點(diǎn)下降,針入度增大,甚至造成潤滑設(shè)備表面的腐蝕,影響潤滑脂的正常使用。為了提高潤滑脂使用壽命,加入一定量的抗氧劑,以改善潤滑脂的使用性能。通過對多種抗氧劑進(jìn)行考察,由于其協(xié)同增效作用,用復(fù)合劑(兩種或兩種以上)比用單劑效果好。由于該潤滑脂呈堿性,用胺類抗氧劑;而呈酸性的潤滑脂選用酚類抗氧劑。通過實(shí)驗(yàn)室攪樣和化驗(yàn)分析,經(jīng)過綜合評定:選用二苯胺和苯基-a-萘胺,其用量為0. 3%。

　　3. 6. 2 極壓劑的確定

　　為了提高潤滑脂的使用壽命和極壓抗磨性,需要加入一定量的極壓劑。一般潤滑脂選用的極壓抗磨劑是一些含磷、氯、硫的化合物[3]。為了改進(jìn)潤滑脂的極壓抗磨性,可以使用兩種或更多種添加劑。在實(shí)驗(yàn)室對多種極壓劑和油性劑進(jìn)行考察,磷、氯型極壓劑不適合作為該潤滑脂的改性劑;含硫型的極壓劑比較適合,含硫量太高的極壓劑,極壓抗磨性好,但鋼片和銅片腐蝕不合格或銅片腐蝕不合格或鋼片腐蝕不合格,銅片表面呈黑色,生成硫化銅或硫化亞銅,而鋼片也呈黑色生成硫化亞鐵,顏色越深證明腐蝕越嚴(yán)重。因此對膠體石墨和含硫量相對較小的二硫化鉬進(jìn)行考察,結(jié)果見表4,用磨斑直徑(SH /T0189,其條件是在一定溫度75℃、時(shí)間60 min、轉(zhuǎn)速1 800 r/min負(fù)荷196 N下測試完后,顯微鏡下觀察測量鋼球點(diǎn)接觸的鋼球磨斑直徑)表示。二硫化鉬的用量為1%~3%。

　　根據(jù)表4得知:膠體石墨極壓抗磨性稍差于二硫化鉬極壓性。

　　3. 6. 3 固體填充劑

　　固體填料能夠在金屬表面起到骨架支撐作用和潤滑作用,保持在金屬表面有一定厚度或一定量的脂膜存在。避免因機(jī)車行進(jìn)而產(chǎn)生振動(dòng)。同時(shí)為了提高潤滑脂的抗水性,需要加入一定量的高分子聚合物來提高潤滑脂的綜合性能。高分子聚合物具有較強(qiáng)的韌性、良好的耐磨性,增強(qiáng)潤滑脂的抗水性、改善潤滑脂的強(qiáng)度、潤滑性和彈性。

　　3. 6. 4 防銹性的考察

　　防銹劑在金屬表面形成排列有序且緊密的吸附層,從而防止空氣、水分和外界腐蝕性物質(zhì)通過潤滑脂膜進(jìn)入金屬表面腐蝕設(shè)備。要向潤滑脂中加入防銹添加劑,抑制腐蝕在金屬表面發(fā)生。防銹添加劑主要有:磺酸鹽和環(huán)烷酸鹽。防銹劑是一種分子量比較小的極性化合物,加入后對潤滑脂膠體安定性(分油)有較大影響,對它的選擇要經(jīng)過綜合評定,做出正確的選擇。磺酸鹽添加劑本廠生產(chǎn),不需要外購,使用方便。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室攪樣和化驗(yàn)分析綜合評定結(jié)果,比較適合。用量為0. 3%。

　　4 產(chǎn)品質(zhì)量

　　經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室大量的采樣和化驗(yàn)分析工作,其數(shù)據(jù)比較恒定。同時(shí)在潤滑脂裝置放大試驗(yàn),實(shí)現(xiàn)一次放樣成功,并生產(chǎn)10 ,t用40 kg紙桶包裝。銷售蘭州鐵路局使用,質(zhì)量滿足要求。產(chǎn)品質(zhì)量見表5。

　　5 結(jié)論

　　a.利用高粘度的氣缸油為基礎(chǔ)油,以硬脂酸和牛油為稠化劑,研制成的潤滑脂具有良好的潤滑性和極壓性。其質(zhì)量指標(biāo)符合鐵道潤滑脂(SH 0373-92)的使用要求。

　　b.利用我廠先進(jìn)的技術(shù)力量和潤滑脂生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)不同牌號(hào)的潤滑脂產(chǎn)品,是可行的,也是必要的。加強(qiáng)潤滑脂生產(chǎn)是我廠今后調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu),提升整體經(jīng)濟(jì)效益的主旋律。

　　參考文獻(xiàn):

　　[1] 朱廷彬.潤滑脂技術(shù)大全[M ].北京:中國石化出版社, 2000. 112

　　[2] 呂兆岐.潤滑油品研究與應(yīng)用指南[M ].北京:中國石化出版社, 1997. 453

　　[3] 顏志光.潤滑材料與潤滑技術(shù)[M ].北京:中國石化出版社, 2000. 213

　　收稿日期: 2007-05-29

　　作者簡介:李 宇(1972-),男,甘肅會(huì)寧人,工程師,學(xué)士,主要從事化工產(chǎn)品的研制與開發(fā)。

　　本文摘自《天然氣與石油》2008年2月第26卷第1期，本文由深圳優(yōu)寶惠www.chinaeubo.com整理提供，EUBO提供全球領(lǐng)先潤滑解決方案！