鐵道潤(rùn)滑脂的研制

　　李 宇,郭永剛,朱江紅

　　(中國(guó)石油玉門煉油化工總廠,甘肅玉門735200)

　　摘 要:鐵道潤(rùn)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(rùn)滑性、抗氧性和極壓性的潤(rùn)滑脂產(chǎn)品,質(zhì)量指標(biāo)符合鐵道潤(rùn)滑脂(SH 0373-92)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　關(guān)鍵詞:鐵道潤(rùn)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(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,帶動(dòng)了鐵路運(yùn)輸業(yè)的騰飛。火車經(jīng)過(guò)五次大提速,縮短了我國(guó)與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家之間的差距。但是火車經(jīng)過(guò)提速后速度加快,震動(dòng)大,為了提高潤(rùn)滑效果,減少噪音,火車對(duì)潤(rùn)滑脂的質(zhì)量提出苛刻要求。目前潤(rùn)滑脂市場(chǎng)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(rùn)滑脂占據(jù)一定的市場(chǎng)份額。擾亂了潤(rùn)滑指市場(chǎng)的正常秩序。這就需要大中型企業(yè)潤(rùn)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(chǎng)秩序,提升企業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益。

　　此潤(rùn)滑脂是一種高熔點(diǎn)和高稠度的專用潤(rùn)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(rùn)滑。

　　1 實(shí)驗(yàn)部分

　　1. 1 潤(rùn)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(gòu)、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(jí)。

　　添加劑:防銹劑、抗氧劑、固體填料、極壓劑。工業(yè)級(jí)。

　　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(rùn)滑脂的研制標(biāo)準(zhǔn)

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

　　2 潤(rùn)滑脂研制生產(chǎn)過(guò)程

　　經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室反復(fù)攪樣和以往研制其他潤(rùn)滑脂的成功經(jīng)驗(yàn),確定潤(rùn)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(duì)潤(rùn)滑脂性能的影響

　　基礎(chǔ)油在潤(rùn)滑脂中占有較大比例,是潤(rùn)滑脂不可缺少的組成部分,它的性質(zhì)決定潤(rùn)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(duì)潤(rùn)滑脂稠度要求較高。這是本研究項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)。基礎(chǔ)油的性質(zhì)見(jiàn)表2。

　　根據(jù)表1中潤(rùn)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(guò)程中輕組分物質(zhì)含量小,損失低,產(chǎn)品收率相對(duì)較高;相反揮發(fā)性物質(zhì)含量高,研制過(guò)程中產(chǎn)生大量的氣體,致使液面上浮,過(guò)程較難控制。用MVI600基礎(chǔ)油在滿足稠度要求的情況下無(wú)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(wú)法滿足質(zhì)量要求。因此,選用表2中汽缸油作為潤(rùn)滑脂的基礎(chǔ)油。

　　3. 2 稠化劑對(duì)潤(rùn)滑脂性能的影響

　　稠化劑是潤(rùn)滑脂中不可缺少的固體組分,它的作用是將流動(dòng)的潤(rùn)滑油增稠到固體至半固體狀態(tài)。稠化劑分為皂基、烴基、無(wú)機(jī)物、有機(jī)物等幾種。而該潤(rùn)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(rùn)滑脂質(zhì)量選擇合適的稠化劑。具體情況見(jiàn)表3。

　　根據(jù)表3得知: 12-羥基酸不能作為該潤(rùn)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(rùn)滑脂針入度變大,滴點(diǎn)降低,要生產(chǎn)8#潤(rùn)滑脂、9#潤(rùn)滑脂必須控制牛油的用量,含量在5%~13%,可生產(chǎn)8#潤(rùn)滑脂。要生產(chǎn)9#潤(rùn)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(guò)豬油油酸含量高[1],在研制過(guò)程中產(chǎn)生大量的氣體,導(dǎo)致潤(rùn)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(rùn)滑脂。因此本研制過(guò)程中使用硬脂酸生產(chǎn)9#潤(rùn)滑脂;使用牛油和硬脂酸按不同比例混合生產(chǎn)8#潤(rùn)滑脂。

　　3. 3 升溫速度及皂化溫度對(duì)潤(rùn)滑脂性能的影響

　　根據(jù)以往研制潤(rùn)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(zhǎng)工作時(shí)間,影響皂化過(guò)程。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)確定升溫速度為3~5℃/min比較適宜。對(duì)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(guò)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(duì)潤(rùn)滑脂性能的影響

　　皂化反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)潤(rùn)滑脂有較大影響,反應(yīng)時(shí)間短,有些物質(zhì)來(lái)不及參與反應(yīng),皂化不徹底,潤(rùn)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(zhǎng),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(duì)潤(rùn)滑脂成脂過(guò)程的影響

　　水在潤(rùn)滑脂研制或生產(chǎn)過(guò)程中起著非常重要的作用,水對(duì)潤(rùn)滑脂的性能影響很大。水的加入量過(guò)大,升溫困難,能耗高,成本無(wú)形上升;加入量過(guò)小,皂化反應(yīng)程度小,延長(zhǎng)了反應(yīng)時(shí)間,不能形成規(guī)模生產(chǎn),影響潤(rùn)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(duì)潤(rùn)滑脂來(lái)說(shuō)既能不至于能耗過(guò)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(cè)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(cè)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(shuō)明潤(rùn)滑脂抗氧化能力差,反之則好。潤(rùn)滑脂在使用和儲(chǔ)存過(guò)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(rùn)滑性變差,滴點(diǎn)下降,針入度增大,甚至造成潤(rùn)滑設(shè)備表面的腐蝕,影響潤(rùn)滑脂的正常使用。為了提高潤(rùn)滑脂使用壽命,加入一定量的抗氧劑,以改善潤(rùn)滑脂的使用性能。通過(guò)對(duì)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(rùn)滑脂呈堿性,用胺類抗氧劑;而呈酸性的潤(rùn)滑脂選用酚類抗氧劑。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室攪樣和化驗(yàn)分析,經(jīng)過(guò)綜合評(píng)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(rùn)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(rùn)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(rùn)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(duì)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(rùn)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(duì)膠體石墨和含硫量相對(duì)較小的二硫化鉬進(jìn)行考察,結(jié)果見(jiàn)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(cè)試完后,顯微鏡下觀察測(cè)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(rùn)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(rùn)滑脂的抗水性,需要加入一定量的高分子聚合物來(lái)提高潤(rùn)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(rùn)滑脂的抗水性、改善潤(rùn)滑脂的強(qiáng)度、潤(rùn)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(guò)潤(rùn)滑脂膜進(jìn)入金屬表面腐蝕設(shè)備。要向潤(rùn)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(duì)潤(rùn)滑脂膠體安定性(分油)有較大影響,對(duì)它的選擇要經(jīng)過(guò)綜合評(píng)定,做出正確的選擇。磺酸鹽添加劑本廠生產(chǎn),不需要外購(gòu),使用方便。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室攪樣和化驗(yàn)分析綜合評(píng)定結(jié)果,比較適合。用量為0. 3%。

　　4 產(chǎn)品質(zhì)量

　　經(jīng)過(guò)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(rùn)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(jiàn)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(rùn)滑脂具有良好的潤(rùn)滑性和極壓性。其質(zhì)量指標(biāo)符合鐵道潤(rùn)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(rùn)滑脂生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)不同牌號(hào)的潤(rùn)滑脂產(chǎn)品,是可行的,也是必要的。加強(qiáng)潤(rùn)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(rùn)滑脂技術(shù)大全[M ].北京:中國(guó)石化出版社, 2000. 112

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

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

　　收稿日期: 2007-05-29

　　作者簡(jiǎn)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(rùn)滑解決方案！