铁道润滑脂的研制

　　李 宇,郭永刚,朱江红

　　(中国石油玉门炼油化工总厂,甘肃玉门735200)

　　摘 要:铁道润滑脂是以硬脂酸和牛油或硬脂酸为稠化剂稠化高粘度汽缸油而制得,采用分步法皂化工艺,同时添加了防锈、抗氧、固体填料和高分子聚合物等添加剂,考察了添加剂的配伍性、生产出具有良好的润滑性、抗氧性和极压性的润滑脂产品,质量指标符合铁道润滑脂(SH 0373-92)企业标准。

　　关键词:铁道润滑脂;稠化剂;研制

　　文章编号:1006-5539(2008)01-0046-04   文献标识码:A

　　随着我国经济的发展,带动了铁路运输业的腾飞。火车经过五次大提速,缩短了我国与国外先进国家之间的差距。但是火车经过提速后速度加快,震动大,为了提高润滑效果,减少噪音,火车对润滑脂的质量提出苛刻要求。目前润滑脂市场鱼目混杂,产品质量参差不齐,售后服务跟不上及各地区经济发展不均衡等原因,致使一些私人小作坊生产质量比较差的润滑脂占据一定的市场份额。扰乱了润滑指市场的正常秩序。这就需要大中型企业润滑脂生产商和供应商齐心协力作好产品质量和售后服务工作,维持良好的市场秩序,提升企业整体经济效益。

　　此润滑脂是一种高熔点和高稠度的专用润滑脂,适用于机车大轴摩擦部位,以及其他高速高压的摩擦界面的润滑。

　　1 实验部分

　　1. 1 润滑脂原材料及实验方法

　　1. 1. 1 原材料

　　基础油:汽缸油外购、本厂生产的光亮油90BS、中性油MVI600。

　　稠化剂:硬脂酸、12-羟基硬脂酸、牛油、猪油。工业级。

　　添加剂:防锈剂、抗氧剂、固体填料、极压剂。工业级。

　　1. 1. 2 实验方法

　　滴点GB /T 4929,针入度GB /T 269,矿物油含量SH /T0319,腐蚀SH /T0328等。

　　1. 2 润滑脂的研制标准

　　根据市场信息反馈和用户的需求,为了调整我厂润滑脂的产品结构,增加润滑脂的产品品种,生产不同品牌的润滑脂产品。也为润滑脂装置扩容改造增加1. 5x10⁴t/a产量,决定研制铁道润滑脂。其技术指标见表1。

　　2 润滑脂研制生产过程

　　经过实验室反复搅样和以往研制其他润滑脂的成功经验,确定润滑脂的研制方案。采用分步法生产工艺。

　　将1 /3基础油与稠化剂升温至100~120℃缓慢加入碱液,进行皂化反应180 min,然后升温至160~220℃脱水,分析游离碱,形成真溶液,再次分析游离碱,加入剩余基础油,再升温至最高温度,降温至某一温度加入极压剂,化验分析,成品包装。

　　3 实验结果与讨论

　　3. 1 基础油对润滑脂性能的影响

　　基础油在润滑脂中占有较大比例,是润滑脂不可缺少的组成部分,它的性质决定润滑脂的性质。

　　因此基础油的筛选非常重要。由于车速快,温差跨度大,对润滑脂稠度要求较高。这是本研究项目的重点和难点。基础油的性质见表2。

　　根据表1中润滑脂研制标准,基础油用量必须控制在45%以上这一要求,基础油粘度大,闪点高,在研制过程中轻组分物质含量小,损失低,产品收率相对较高;相反挥发性物质含量高,研制过程中产生大量的气体,致使液面上浮,过程较难控制。用MVI600基础油在满足稠度要求的情况下无法满足基础油用量45%以上的要求,只能达到32.7%,滴点也达不到180℃以上。而90BS基础油介于二者之间,基础油用量也是无法满足质量要求。因此,选用表2中汽缸油作为润滑脂的基础油。

　　3. 2 稠化剂对润滑脂性能的影响

　　稠化剂是润滑脂中不可缺少的固体组分,它的作用是将流动的润滑油增稠到固体至半固体状态。稠化剂分为皂基、烃基、无机物、有机物等几种。而该润滑脂是皂基脂,稠化剂是在硬脂酸、十二羟基硬脂酸、牛油和猪油中选择,按照单剂或不同比例将两种稠化剂加入基础油中,根据润滑脂质量选择合适的稠化剂。具体情况见表3。

　　根据表3得知: 12-羟基酸不能作为该润滑脂的稠化剂。因为分层,上层为黄色蜂窝状,下层褐色坚硬,可能是12-羟基酸在高温下羟基脱落所致。随着牛油含量的增加,润滑脂针入度变大,滴点降低,要生产8#润滑脂、9#润滑脂必须控制牛油的用量,含量在5%~13%,可生产8#润滑脂。要生产9#润滑脂,牛油的用量必须控制在5%以下。猪油跟牛油性质相似,不过猪油油酸含量高[1],在研制过程中产生大量的气体,导致润滑脂收率低,并具有一定的焦糊味,影响操作人员的身心健康。硬脂酸可以生产不同牌号的润滑脂。因此本研制过程中使用硬脂酸生产9#润滑脂;使用牛油和硬脂酸按不同比例混合生产8#润滑脂。

　　3. 3 升温速度及皂化温度对润滑脂性能的影响

　　根据以往研制润滑脂的成功经验,升温速度不能太快,否则操作不易控制,容易溢锅;升温速度太慢,延长工作时间,影响皂化过程。经过大量实验确定升温速度为3~5℃/min比较适宜。对皂化温度为85~100℃, 100~120℃, 120~140℃, 140~160℃不同情况进行考察,经过实验室工作确定皂化温度为100~120℃。

　　3. 4 皂化反应时间对润滑脂性能的影响

　　皂化反应时间长短对润滑脂有较大影响,反应时间短,有些物质来不及参与反应,皂化不彻底,润滑脂针入度比较大,滴点也达不到要求。反应时间越长,所有物质均能参与反应,皂化彻底,产品质量稳定,外观细腻。根据实验室研制情况确定为3~4h较合适。

　　3. 5 加入水量多少对润滑脂成脂过程的影响

　　水在润滑脂研制或生产过程中起着非常重要的作用,水对润滑脂的性能影响很大。水的加入量过大,升温困难,能耗高,成本无形上升;加入量过小,皂化反应程度小,延长了反应时间,不能形成规模生产,影响润滑脂产量的整体上升,也不利于设备的有效使用。因此适宜水量的选择对润滑脂来说既能不至于能耗过高,也能使酸碱部分溶解混合,增加接触面积,快速完成皂化反应。根据实验确定加入水量为碱量的2~3倍。

　　3. 6 添加剂的配方研究

　　3. 6. 1 抗氧抑制力的考察

　　测氧化安定性(SH /T 0325)时把一定的试样装于试样脂杯中并置于氧化安定性测定仪的样品支架上,通入氧气,并在(99±0. 5℃)温度下恒温100 h后,观察其氧化前后压力降的变化情况。压力降变化大,说明润滑脂抗氧化能力差,反之则好。润滑脂在使用和储存过程中[2],它的基础油和稠化剂都会产生氧化变质,作为稠化剂使用的脂肪酸金属皂还能促进氧化作用,加速了基础油的进一步氧化形成酸性氧化物及酮或醛,致使润滑脂的粘度变大、结构变坏,润滑性变差,滴点下降,针入度增大,甚至造成润滑设备表面的腐蚀,影响润滑脂的正常使用。为了提高润滑脂使用寿命,加入一定量的抗氧剂,以改善润滑脂的使用性能。通过对多种抗氧剂进行考察,由于其协同增效作用,用复合剂(两种或两种以上)比用单剂效果好。由于该润滑脂呈碱性,用胺类抗氧剂;而呈酸性的润滑脂选用酚类抗氧剂。通过实验室搅样和化验分析,经过综合评定:选用二苯胺和苯基-a-萘胺,其用量为0. 3%。

　　3. 6. 2 极压剂的确定

　　为了提高润滑脂的使用寿命和极压抗磨性,需要加入一定量的极压剂。一般润滑脂选用的极压抗磨剂是一些含磷、氯、硫的化合物[3]。为了改进润滑脂的极压抗磨性,可以使用两种或更多种添加剂。在实验室对多种极压剂和油性剂进行考察,磷、氯型极压剂不适合作为该润滑脂的改性剂;含硫型的极压剂比较适合,含硫量太高的极压剂,极压抗磨性好,但钢片和铜片腐蚀不合格或铜片腐蚀不合格或钢片腐蚀不合格,铜片表面呈黑色,生成硫化铜或硫化亚铜,而钢片也呈黑色生成硫化亚铁,颜色越深证明腐蚀越严重。因此对胶体石墨和含硫量相对较小的二硫化钼进行考察,结果见表4,用磨斑直径(SH /T0189,其条件是在一定温度75℃、时间60 min、转速1 800 r/min负荷196 N下测试完后,显微镜下观察测量钢球点接触的钢球磨斑直径)表示。二硫化钼的用量为1%~3%。

　　根据表4得知:胶体石墨极压抗磨性稍差于二硫化钼极压性。

　　3. 6. 3 固体填充剂

　　固体填料能够在金属表面起到骨架支撑作用和润滑作用,保持在金属表面有一定厚度或一定量的脂膜存在。避免因机车行进而产生振动。同时为了提高润滑脂的抗水性,需要加入一定量的高分子聚合物来提高润滑脂的综合性能。高分子聚合物具有较强的韧性、良好的耐磨性,增强润滑脂的抗水性、改善润滑脂的强度、润滑性和弹性。

　　3. 6. 4 防锈性的考察

　　防锈剂在金属表面形成排列有序且紧密的吸附层,从而防止空气、水分和外界腐蚀性物质通过润滑脂膜进入金属表面腐蚀设备。要向润滑脂中加入防锈添加剂,抑制腐蚀在金属表面发生。防锈添加剂主要有:磺酸盐和环烷酸盐。防锈剂是一种分子量比较小的极性化合物,加入后对润滑脂胶体安定性(分油)有较大影响,对它的选择要经过综合评定,做出正确的选择。磺酸盐添加剂本厂生产,不需要外购,使用方便。经过实验室搅样和化验分析综合评定结果,比较适合。用量为0. 3%。

　　4 产品质量

　　经过实验室大量的采样和化验分析工作,其数据比较恒定。同时在润滑脂装置放大试验,实现一次放样成功,并生产10 ,t用40 kg纸桶包装。销售兰州铁路局使用,质量满足要求。产品质量见表5。

　　5 结论

　　a.利用高粘度的气缸油为基础油,以硬脂酸和牛油为稠化剂,研制成的润滑脂具有良好的润滑性和极压性。其质量指标符合铁道润滑脂(SH 0373-92)的使用要求。

　　b.利用我厂先进的技术力量和润滑脂生产设备生产不同牌号的润滑脂产品,是可行的,也是必要的。加强润滑脂生产是我厂今后调整产品结构,提升整体经济效益的主旋律。

　　参考文献:

　　[1] 朱廷彬.润滑脂技术大全[M ].北京:中国石化出版社, 2000. 112

　　[2] 吕兆岐.润滑油品研究与应用指南[M ].北京:中国石化出版社, 1997. 453

　　[3] 颜志光.润滑材料与润滑技术[M ].北京:中国石化出版社, 2000. 213

　　收稿日期: 2007-05-29

　　作者简介:李 宇(1972-),男,甘肃会宁人,工程师,学士,主要从事化工产品的研制与开发。

　　本文摘自《天然气与石油》2008年2月第26卷第1期，本文由深圳优宝惠www.chinaeubo.com整理提供，EUBO提供全球领先润滑解决方案！