添加劑在膨潤土潤滑脂中的應用

宋翃彬,馮樂剛,續景

（1.中國石油蘭州潤滑油研究開發中心,甘肅蘭州 730060;2.中國石油蘭州潤滑脂廠,甘肅蘭州 730060）

添加劑在膨潤土潤滑脂中的應用

宋翃彬1,馮樂剛2,續景1

（1.中國石油蘭州潤滑油研究開發中心,甘肅蘭州 730060;2.中國石油蘭州潤滑脂廠,甘肅蘭州 730060）

文章介紹了膨潤土潤滑脂的制備工藝,通過在膨潤土基礎脂中加入不同類型抗氧劑、極壓抗磨劑和防銹防腐劑。采用“自擬”建立氧化安定性,考察抗氧劑在基礎脂中抗氧化性能;采用四球機測試其PB和PD,考察極壓抗磨劑在基礎脂中的抗磨極壓性能;采用GB/T 5018和GB/T 7326,考察防銹防腐蝕劑在基礎脂中防銹防腐蝕特性。最后甄選滿足膨潤土基礎潤滑脂抗氧、極壓抗磨和防銹防腐蝕的添加劑類型。

膨潤土潤滑脂;添加劑;應用

0 引言

膨潤土潤滑脂是重要的非皂基潤滑脂之一,它具有生產周期短、稠化能力強、生產能耗低、生物降解性好等特點。膨潤土潤滑脂與其他潤滑脂相比,具有較高的滴點、耐潮濕、化學穩定等優點,承載負荷能力比一般皂基脂都高,因而膨潤土潤滑脂應用已被人們廣泛關注[1],主要應用于冶金、造紙、水泥行業和航空航天工業等相關機械設備。

膨潤土在潤滑脂制備過程中形成三維結構骨架,其中基礎油均勻填充在骨架空隙中,而潤滑脂流變性能的好壞取決于結構骨架的形成和穩定性[2]。影響脂結構穩定性除了膨潤土原料選擇、制備工藝外,還與選擇不同種類的添加劑有關。在基礎脂中加入添加劑會破壞脂結構,表現出油皂分離,稠度變小,所以有必要對添加劑在膨潤土潤滑脂中的應用開展研究。本文重點對各種添加劑在膨潤土基礎潤滑脂中感受性對比和選擇,篩選滿足膨潤土潤滑脂要求的添加劑類型,進而生產不同的膨潤土潤滑脂來滿足不同場合潤滑要求。

1 主要原材料及其分析方法

1.1 主要原材料

基礎油:蘭州石化公司減三線基礎油。

膨潤土:浙江華特實業有限公司,指標要求:外觀淺（黃）色、可流動狀粉末,揮發分（105℃,2 h）:≤3.5%,粒度（<76μm或200目）:≥98%,重金屬（Pb）含量≤15m g/kg,砷（A s）含量:≤5m g/kg。

1.2 分析方法

（1）稠度變化測定法:采用潤滑脂和石油脂錐入度測定法GB/T 269,添加前后兩次測得結果差。

（2）高溫稠度變化值評價方法:由潤滑脂和石油脂錐入度測定法GB/T 269改進而成（常溫改為180℃條件下恒溫1 h后,測定前后的稠度變化值）。

（3）抗氧化性試驗:由潤滑油氧化安定性測定法（旋轉氧彈法）SH/T 0193改進而成（其具體方法:先將基礎脂用同類基礎油攪拌均勻,形成00#半流體潤滑脂。以銅（標準銅圈）為催化劑,加入100 g調合好潤滑脂和10 g水,溫度在180℃條件下,壓力從最高壓力降低了175 kPa之間的時間差為判斷時間）。

（4）最大卡咬負荷PB和燒結負荷PD測試值。采用濟南試驗機廠生產:用于評定潤滑脂的抗磨極壓性SH/T 0202。條件:轉速（1770±60）r/m in,上海產鋼球（材料為GCr15軸承鋼,<12.7 mm,硬度58～62 HRC）。

（5）防銹試驗方法:采用潤滑脂防銹性測定法GB/T 5018。

（6）腐蝕試驗方法:采用潤滑脂腐蝕試驗方法GB/T 7326。

2 膨潤土潤滑脂制備

制脂工藝:將一定數量膨潤土稠化劑和基礎油調均勻,加入一定量助分散劑,急劇攪拌并加熱一段時間,冷卻后再通過均質機（壓力為0.5M Pa左右）均化,即得分散良好的膨潤土潤滑脂[3]。

3 添加劑篩選

為了改善膨潤土潤滑脂性質以滿足不同場合條件下的使用要求,常添加一種或幾種添加劑來提高潤滑脂的使用性能[1]。因有機膨潤土表面覆蓋一層特殊的覆蓋劑,在生產膨潤土潤滑脂過程中,當加入不同類型的添加劑會破壞表面覆蓋劑結構,而降低膨潤土稠化成脂幾率達不到理想稠度,因此篩選膨潤土潤滑脂的添加劑種類需謹慎。

3.1 抗氧劑篩選

有機膨潤土稠化劑是由蒙脫石薄層片狀晶粒和有機離子覆蓋劑生成的蒙脫石復合物,當充分溶解在基礎油中是通過薄層晶片端與端之間的氫鍵而成的凝膠結構[1]。當抗氧劑加入膨潤土潤滑脂,會有一部分抗氧劑被稠化劑片狀表面所吸附掉,導致相應稠化劑結構被部分抗氧劑分子破壞。一方面降低潤滑脂的稠度,另一方面降低抗氧劑原本的功效,因此在膨潤土潤滑脂中加入抗氧劑量比其他種類潤滑脂比例大。為了篩選能滿足膨潤土潤滑脂中抗氧劑,先對“自擬”建立氧化安定性（SH/T 0193改進）和常規評價潤滑脂氧化安定性（SH/T 0325）在相同的壓力降條件下,采用不同試驗方法測試數據比較,得出結果見表1。

表1 兩種方法氧化時間對比

從表1得知:采用SH/T 0325和SH/T 0193改進方法測試的膨潤土潤滑脂數據表明,隨著壓力的逐漸降低,兩種試驗方法得出的結果具有相同的趨勢。不同點:自擬評價方法比SH/T 0325時間短,能快速評價膨潤土潤滑脂氧化性能。

本次研究為了快速評價膨潤土潤滑脂氧化安定性,采用自擬評價方法,對不同類型抗氧劑在膨潤土基礎潤滑脂中的氧化能力進行評價。其中空白樣品為0.3 h,其數據見表2。

表2 抗氧劑的測試數據

從表2得知:當加入不同抗氧劑時,基礎潤滑脂結構都有被破壞,導致膨潤土潤滑脂稠度下降。自擬旋轉氧彈法測試數據表明:當不同類型的抗氧劑在一定范圍內隨抗氧劑添加增加抗氧能力增強,常用胺類抗氧劑抗氧化效果一般,有機鉬鹽抗氧能力不如胺類,其中抗氧劑K-2在本研究中有最好抗氧化性能。

3.2 極壓抗磨劑篩選

由于潤滑脂含有稠化劑而具有潤滑作用,所以有些基礎潤滑脂具有良好的抗磨極壓性能,如需進一步提高其抗磨極壓性,需添加油性劑和抗磨劑。極壓抗磨劑在潤滑脂中作用是提高油膜強度,減少金屬之間的直接接觸防止磨損[4]。當外加載荷進一步增加時,潤滑脂提供的油膜厚度受到破裂,抗磨劑就不足以保護金屬表面不受磨損,此時極壓抗磨劑與金屬表面發生化學反應生成一層化學薄膜提供進一步潤滑[3]。膨潤土潤滑脂本身具有層狀結構,因此,膨潤土潤滑脂比其他皂基脂具有良好的抗磨性能。在高負荷條件下,仍需添加相應的耐高溫添加劑和極壓抗磨劑來滿足工況要求,為了滿足苛刻條件下工況需求,本實驗對3種不同類型的極壓抗磨劑（“球軸承”又叫滾珠、層狀、液體）進行篩選。

3.2.1 滾珠型極壓抗磨劑篩選

超細金屬粉末顆粒為球形,它們起一種類似“球軸承”的作用,從而提高潤滑性能;在重載和高溫條件下,兩摩擦表面間的球形順粒被壓平,形成滑動系,降低了摩擦和磨損;超細的金屬粉末可以填充工件表面的微坑和損傷部位,起一種修復作用。正是由于以上三種機理的聯合作用,超細金屬粉末潤滑劑才可能成為新一代的固體潤滑劑[5]。本研究選擇幾種類似“球軸承”添加劑在膨潤土潤滑脂,考察其極壓抗磨性能見表3。

表3 滾珠型極壓抗磨劑測試數據

從表3得知:滾珠型極壓抗磨劑加入潤滑脂,對稠度變化不大,碳酸鈣和磷酸鈣能提高脂的稠度,耐高溫性好,對潤滑脂結構無破壞作用。四球機極壓抗磨測試數據表明:最大無卡咬負荷PB和燒結最小負荷PD有不同程度增大趨勢,其最大無卡咬負荷PB增加趨勢:碳酸鈣和醋酸鈣<金屬銅粉和金屬鋅粉<磷酸鈣,燒結最小負荷PD最好為磷酸鈣,結合PB和PD數據值最后選擇磷酸鈣。

3.2.2 層狀型極壓抗磨劑篩選

據文獻介紹,層狀型極壓抗磨劑在受力條件下層狀物質之間易滑動,作為潤滑添加劑可降低摩擦系數,當晶體結構發生擠壓變形時,以片狀形式脫落,并在摩擦表面形成含有脫落層狀物質的潤滑膜,起到良好的抗磨作用。針對層狀物質能在潤滑脂中良好的極壓抗磨性,可以與廣泛使用的固體潤滑材料相媲美,下面對層狀結構抗磨劑進行篩選,測試其相關數據見表4。

表4 層狀型極壓抗磨劑測試數據

從表4得知:當層狀型極壓抗磨劑加入,添加劑對潤滑脂結構有破壞作用,導致潤滑脂稠度變小,而耐高溫性有不同程度提高。四球機極壓抗磨測試數據表明:最大無卡咬負荷PB值二硫化鎢最小,石墨粉1最好;燒結最小負荷PD值二硫化鉬最差,二硫化鎢、三氟化鈰和石墨粉1相當。最后結合四球機測試PB和PD數據值選擇石墨粉1。 3.2.3 液體型極壓抗磨劑篩選

液體極壓抗磨劑主要是含有硫、磷、氯等元素的化合物,當摩擦部位溫度達到一定程度時,這些元素在高溫時摩擦表面的金屬作用,生成能承受較大負荷及剪切強度較低的表面膜,這些生成表面膜在兩個摩擦面微凸體之間起著承載和潤滑作用[6],為了考察液體極壓抗磨劑在膨潤土潤滑脂的感受性和抗磨性能,選擇幾種不同類型的添加劑,考察結果見表5。

表5 液體型極壓抗磨劑測試數據

續表

從表5得知:幾種液體型極壓抗磨劑加入膨潤土潤滑脂,對潤滑脂結構破壞大進而影響到稠度變化。影響較大是環烷酸鉛、ZDDP居中、二烷基鉛一般、二烷基銻和二烷基鉬較好,其中液體型添加劑耐高溫性較差,四球機極壓抗磨測試數據表明:最大無卡咬負荷PB值環烷酸鉛最小,二烷基銻最大;燒結最小負荷PD值ZDDP和二烷基鉬最小,二烷基銻最大。最后結合高溫性能和四球機測試PB和PD數據值,本實驗選擇二烷基銻。

3.3 防銹劑篩選

有關膨潤土潤滑脂對防銹劑感受性試驗表明,常見的潤滑脂防銹劑對含蒙脫石的有機膨潤土的效果不理想,但是,對漢克脫石的有機膨潤土卻具有良好的效果,這可能是在漢克脫石中含有較多的鎂離子的原因。這些鎂離子存在于漢克脫石晶粒薄片的斷裂端面,從而避免了大量防銹劑被吸附在有機膨潤土稠化劑的表面,降低了防銹效果。試驗還表明,無論添加有機化合物還是無機化合物防銹劑,都會降低有機膨潤土稠化劑的稠化能力,潤滑脂的稠度變小,因此在選擇有機化合物添加劑產品時,必須考察添加劑與膨潤土潤滑脂的配伍性,不但要求添加劑具有良好的效果,還對潤滑脂膠體破壞最小[7]。下面是對不同類型的防銹劑以每種添加劑的加劑量在1.5%,添加到膨潤土潤滑脂中考察結果見表6。

表6 防銹劑的防銹測試數據

從表6得出:酰基肌氨酸和咪唑啉衍生物對膨潤土潤滑脂感受性最差,對膨潤土結構破壞較嚴重,亞硝酸鈉、鈉鹽1和鈉鹽2對脂的感受性好,對潤滑脂結構無影響。其中鈉鹽1腐蝕試驗不合格,亞硝酸鈉和鈉鹽2在腐蝕和防銹合格,亞硝酸鈉對人體有害,屬于禁止使用物品,誤食后會致癌,綜合腐蝕和防銹性本試驗選擇鈉鹽2。

4 結論

（1）抗氧劑選擇:當采用SH/T 0325和SH/T 0193改進試驗對比,最后選擇快速評價潤滑脂氧化安定性的SH/T 0193改進試驗法,測試數據得知k -2是該體系中最好抗氧劑。

（2）極壓抗磨劑選擇:通過在膨潤土潤滑脂加入不同類型極壓抗磨劑,測試其稠度變化、耐高溫性和四球機測試PB和PD數據值。綜合表明:滾珠型添加劑是磷酸鈣,層狀型添加劑選擇是石墨粉1,液體型添加劑選擇是二烷基銻。

（3）防銹劑選擇:鈉鹽2防銹劑對膨潤土脂感受性好,對潤滑脂結構破壞小,腐蝕和防銹合格。

[1]朱廷彬.潤滑脂技術大全[M].北京:中國石化出版社, 2005:663-708.

[2]李運康,陳德芳,王重,等.膨潤土基潤滑脂的流變性能及影響因素[J].西安交通大學學報,2000（10）:108-110.

[3]張澄清.潤滑脂生產[M].北京:中國石化出版社,2005: 188.

[4]蔣明俊,郭小川.潤滑脂性能及應用[M].北京:中石化出版社,2010:146.

[5]何峰,張正義,肖耀福,等.新一代潤滑劑—超細金屬粉固體潤滑劑[J].潤滑與密封,1997,22（5）:65-66.

[6]董俊修.潤滑原理及潤滑油[M].北京:中石化出版社, 1998:101-113.

[7]孫全淑.潤滑脂性能及應用[M].北京:烴加工出版社, 1988:39.

A pplication of Additives in Bentone Grease

SONG Hong-b in1,FENG L e-gang2,XU Jing1
（1.PetroCh ina Lanzhou Lubr ica ting O il R&D Institu te,Lanzhou 730060,Ch ina; 2.PetroCh ina Lanzhou L ubr ica ting Grease Fac tory,Lanzhou 730060,Ch ina）

The p repara tion techno logy of ben tone grea se is descr ibed.D ifferen t types of an tiox idan ts,ex trem e p ressure an tiwea r agen t,rust inh ib itor and preserva tiveswere added in to the base grease.By adop ting“self-estab lished”ox ida tion stab ilitym ethod to exam ine the proper tiesof an tiox idan ts,using four-ba ll testingm ach ine wh ich can test their PBand PDto observe the ex trem e-pressure an ti-wea r proper ty,and em p loy ing GB/T 5018 and GB/T 7326 to investiga te the an ti-rustand an ti -corrosion proper ties,the proper add itiveswere selected tom eet the requ irem en tsof ben tone grease.

ben tone grease;add itive;app lica tion

TE624.83

A

1002-3119（2011）04-0033-04

2010-08-20。

宋翃彬（1984-）,男,工程師,2007年畢業于后勤工程學院應用化學專業,主要從事潤滑相關產品研發工作。