宋翃彬,馮樂剛,續(xù)景

（1.中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油研究開發(fā)中心,甘肅蘭州 730060;2.中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑脂廠,甘肅蘭州 730060）

添加劑在膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂中的應(yīng)用

宋翃彬1,馮樂剛2,續(xù)景1

（1.中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油研究開發(fā)中心,甘肅蘭州 730060;2.中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑脂廠,甘肅蘭州 730060）

文章介紹了膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂的制備工藝,通過在膨潤(rùn)土基礎(chǔ)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(chǔ)脂中抗氧化性能;采用四球機(jī)測(cè)試其PB和PD,考察極壓抗磨劑在基礎(chǔ)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(chǔ)脂中防銹防腐蝕特性。最后甄選滿足膨潤(rùn)土基礎(chǔ)潤(rùn)滑脂抗氧、極壓抗磨和防銹防腐蝕的添加劑類型。

膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂;添加劑;應(yīng)用

0 引言

膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂是重要的非皂基潤(rùn)滑脂之一,它具有生產(chǎn)周期短、稠化能力強(qiáng)、生產(chǎn)能耗低、生物降解性好等特點(diǎn)。膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂與其他潤(rùn)滑脂相比,具有較高的滴點(diǎn)、耐潮濕、化學(xué)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),承載負(fù)荷能力比一般皂基脂都高,因而膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂應(yīng)用已被人們廣泛關(guān)注[1],主要應(yīng)用于冶金、造紙、水泥行業(yè)和航空航天工業(yè)等相關(guān)機(jī)械設(shè)備。

膨潤(rùn)土在潤(rùn)滑脂制備過程中形成三維結(jié)構(gòu)骨架,其中基礎(chǔ)油均勻填充在骨架空隙中,而潤(rùn)滑脂流變性能的好壞取決于結(jié)構(gòu)骨架的形成和穩(wěn)定性[2]。影響脂結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性除了膨潤(rùn)土原料選擇、制備工藝外,還與選擇不同種類的添加劑有關(guān)。在基礎(chǔ)脂中加入添加劑會(huì)破壞脂結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出油皂分離,稠度變小,所以有必要對(duì)添加劑在膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂中的應(yīng)用開展研究。本文重點(diǎn)對(duì)各種添加劑在膨潤(rùn)土基礎(chǔ)潤(rùn)滑脂中感受性對(duì)比和選擇,篩選滿足膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂要求的添加劑類型,進(jìn)而生產(chǎn)不同的膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂來滿足不同場(chǎng)合潤(rùn)滑要求。

1 主要原材料及其分析方法

1.1 主要原材料

基礎(chǔ)油:蘭州石化公司減三線基礎(chǔ)油。

膨潤(rùn)土:浙江華特實(shí)業(yè)有限公司,指標(biāo)要求:外觀淺（黃）色、可流動(dòng)狀粉末,揮發(fā)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(cè)定法:采用潤(rùn)滑脂和石油脂錐入度測(cè)定法GB/T 269,添加前后兩次測(cè)得結(jié)果差。

（2）高溫稠度變化值評(píng)價(jià)方法:由潤(rùn)滑脂和石油脂錐入度測(cè)定法GB/T 269改進(jìn)而成（常溫改為180℃條件下恒溫1 h后,測(cè)定前后的稠度變化值）。

（3）抗氧化性試驗(yàn):由潤(rùn)滑油氧化安定性測(cè)定法（旋轉(zhuǎn)氧彈法）SH/T 0193改進(jìn)而成（其具體方法:先將基礎(chǔ)脂用同類基礎(chǔ)油攪拌均勻,形成00#半流體潤(rùn)滑脂。以銅（標(biāo)準(zhǔn)銅圈）為催化劑,加入100 g調(diào)合好潤(rùn)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(shí)間差為判斷時(shí)間）。

（4）最大卡咬負(fù)荷PB和燒結(jié)負(fù)荷PD測(cè)試值。采用濟(jì)南試驗(yàn)機(jī)廠生產(chǎn):用于評(píng)定潤(rùn)滑脂的抗磨極壓性SH/T 0202。條件:轉(zhuǎn)速（1770±60）r/m in,上海產(chǎn)鋼球（材料為GCr15軸承鋼,<12.7 mm,硬度58～62 HRC）。

（5）防銹試驗(yàn)方法:采用潤(rùn)滑脂防銹性測(cè)定法GB/T 5018。

（6）腐蝕試驗(yàn)方法:采用潤(rùn)滑脂腐蝕試驗(yàn)方法GB/T 7326。

2 膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂制備

制脂工藝:將一定數(shù)量膨潤(rùn)土稠化劑和基礎(chǔ)油調(diào)均勻,加入一定量助分散劑,急劇攪拌并加熱一段時(shí)間,冷卻后再通過均質(zhì)機(jī)（壓力為0.5M Pa左右）均化,即得分散良好的膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂[3]。

3 添加劑篩選

為了改善膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂性質(zhì)以滿足不同場(chǎng)合條件下的使用要求,常添加一種或幾種添加劑來提高潤(rùn)滑脂的使用性能[1]。因有機(jī)膨潤(rùn)土表面覆蓋一層特殊的覆蓋劑,在生產(chǎn)膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂過程中,當(dāng)加入不同類型的添加劑會(huì)破壞表面覆蓋劑結(jié)構(gòu),而降低膨潤(rùn)土稠化成脂幾率達(dá)不到理想稠度,因此篩選膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂的添加劑種類需謹(jǐn)慎。

3.1 抗氧劑篩選

有機(jī)膨潤(rùn)土稠化劑是由蒙脫石薄層片狀晶粒和有機(jī)離子覆蓋劑生成的蒙脫石復(fù)合物,當(dāng)充分溶解在基礎(chǔ)油中是通過薄層晶片端與端之間的氫鍵而成的凝膠結(jié)構(gòu)[1]。當(dāng)抗氧劑加入膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂,會(huì)有一部分抗氧劑被稠化劑片狀表面所吸附掉,導(dǎo)致相應(yīng)稠化劑結(jié)構(gòu)被部分抗氧劑分子破壞。一方面降低潤(rùn)滑脂的稠度,另一方面降低抗氧劑原本的功效,因此在膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂中加入抗氧劑量比其他種類潤(rùn)滑脂比例大。為了篩選能滿足膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂中抗氧劑,先對(duì)“自擬”建立氧化安定性（SH/T 0193改進(jìn)）和常規(guī)評(píng)價(jià)潤(rùn)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(yàn)方法測(cè)試數(shù)據(jù)比較,得出結(jié)果見表1。

表1 兩種方法氧化時(shí)間對(duì)比

從表1得知:采用SH/T 0325和SH/T 0193改進(jìn)方法測(cè)試的膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂數(shù)據(jù)表明,隨著壓力的逐漸降低,兩種試驗(yàn)方法得出的結(jié)果具有相同的趨勢(shì)。不同點(diǎn):自擬評(píng)價(jià)方法比SH/T 0325時(shí)間短,能快速評(píng)價(jià)膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂氧化性能。

本次研究為了快速評(píng)價(jià)膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂氧化安定性,采用自擬評(píng)價(jià)方法,對(duì)不同類型抗氧劑在膨潤(rùn)土基礎(chǔ)潤(rùn)滑脂中的氧化能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中空白樣品為0.3 h,其數(shù)據(jù)見表2。

表2 抗氧劑的測(cè)試數(shù)據(jù)

從表2得知:當(dāng)加入不同抗氧劑時(shí),基礎(chǔ)潤(rùn)滑脂結(jié)構(gòu)都有被破壞,導(dǎo)致膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂稠度下降。自擬旋轉(zhuǎn)氧彈法測(cè)試數(shù)據(jù)表明:當(dāng)不同類型的抗氧劑在一定范圍內(nèi)隨抗氧劑添加增加抗氧能力增強(qiáng),常用胺類抗氧劑抗氧化效果一般,有機(jī)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(rùn)滑脂含有稠化劑而具有潤(rùn)滑作用,所以有些基礎(chǔ)潤(rùn)滑脂具有良好的抗磨極壓性能,如需進(jìn)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(rùn)滑脂中作用是提高油膜強(qiáng)度,減少金屬之間的直接接觸防止磨損[4]。當(dāng)外加載荷進(jìn)一步增加時(shí),潤(rùn)滑脂提供的油膜厚度受到破裂,抗磨劑就不足以保護(hù)金屬表面不受磨損,此時(shí)極壓抗磨劑與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成一層化學(xué)薄膜提供進(jìn)一步潤(rùn)滑[3]。膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂本身具有層狀結(jié)構(gòu),因此,膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂比其他皂基脂具有良好的抗磨性能。在高負(fù)荷條件下,仍需添加相應(yīng)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(shí)驗(yàn)對(duì)3種不同類型的極壓抗磨劑（“球軸承”又叫滾珠、層狀、液體）進(jìn)行篩選。

3.2.1 滾珠型極壓抗磨劑篩選

超細(xì)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(rùn)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(dòng)系,降低了摩擦和磨損;超細(xì)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(fù)作用。正是由于以上三種機(jī)理的聯(lián)合作用,超細(xì)金屬粉末潤(rùn)滑劑才可能成為新一代的固體潤(rùn)滑劑[5]。本研究選擇幾種類似“球軸承”添加劑在膨潤(rùn)土潤(rùn)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(cè)試數(shù)據(jù)

從表3得知:滾珠型極壓抗磨劑加入潤(rùn)滑脂,對(duì)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(duì)潤(rùn)滑脂結(jié)構(gòu)無破壞作用。四球機(jī)極壓抗磨測(cè)試數(shù)據(jù)表明:最大無卡咬負(fù)荷PB和燒結(jié)最小負(fù)荷PD有不同程度增大趨勢(shì),其最大無卡咬負(fù)荷PB增加趨勢(shì):碳酸鈣和醋酸鈣<金屬銅粉和金屬鋅粉<磷酸鈣,燒結(jié)最小負(fù)荷PD最好為磷酸鈣,結(jié)合PB和PD數(shù)據(jù)值最后選擇磷酸鈣。

3.2.2 層狀型極壓抗磨劑篩選

據(jù)文獻(xiàn)介紹,層狀型極壓抗磨劑在受力條件下層狀物質(zhì)之間易滑動(dòng),作為潤(rùn)滑添加劑可降低摩擦系數(shù),當(dāng)晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生擠壓變形時(shí),以片狀形式脫落,并在摩擦表面形成含有脫落層狀物質(zhì)的潤(rùn)滑膜,起到良好的抗磨作用。針對(duì)層狀物質(zhì)能在潤(rùn)滑脂中良好的極壓抗磨性,可以與廣泛使用的固體潤(rùn)滑材料相媲美,下面對(duì)層狀結(jié)構(gòu)抗磨劑進(jìn)行篩選,測(cè)試其相關(guān)數(shù)據(jù)見表4。

表4 層狀型極壓抗磨劑測(cè)試數(shù)據(jù)

從表4得知:當(dāng)層狀型極壓抗磨劑加入,添加劑對(duì)潤(rùn)滑脂結(jié)構(gòu)有破壞作用,導(dǎo)致潤(rùn)滑脂稠度變小,而耐高溫性有不同程度提高。四球機(jī)極壓抗磨測(cè)試數(shù)據(jù)表明:最大無卡咬負(fù)荷PB值二硫化鎢最小,石墨粉1最好;燒結(jié)最小負(fù)荷PD值二硫化鉬最差,二硫化鎢、三氟化鈰和石墨粉1相當(dāng)。最后結(jié)合四球機(jī)測(cè)試PB和PD數(shù)據(jù)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(dāng)摩擦部位溫度達(dá)到一定程度時(shí),這些元素在高溫時(shí)摩擦表面的金屬作用,生成能承受較大負(fù)荷及剪切強(qiáng)度較低的表面膜,這些生成表面膜在兩個(gè)摩擦面微凸體之間起著承載和潤(rùn)滑作用[6],為了考察液體極壓抗磨劑在膨潤(rùn)土潤(rùn)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(jié)果見表5。

表5 液體型極壓抗磨劑測(cè)試數(shù)據(jù)

續(xù)表

從表5得知:幾種液體型極壓抗磨劑加入膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂,對(duì)潤(rùn)滑脂結(jié)構(gòu)破壞大進(jìn)而影響到稠度變化。影響較大是環(huán)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(jī)極壓抗磨測(cè)試數(shù)據(jù)表明:最大無卡咬負(fù)荷PB值環(huán)烷酸鉛最小,二烷基銻最大;燒結(jié)最小負(fù)荷PD值ZDDP和二烷基鉬最小,二烷基銻最大。最后結(jié)合高溫性能和四球機(jī)測(cè)試PB和PD數(shù)據(jù)值,本實(shí)驗(yàn)選擇二烷基銻。

3.3 防銹劑篩選

有關(guān)膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂對(duì)防銹劑感受性試驗(yàn)表明,常見的潤(rùn)滑脂防銹劑對(duì)含蒙脫石的有機(jī)膨潤(rùn)土的效果不理想,但是,對(duì)漢克脫石的有機(jī)膨潤(rùn)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(jī)膨潤(rùn)土稠化劑的表面,降低了防銹效果。試驗(yàn)還表明,無論添加有機(jī)化合物還是無機(jī)化合物防銹劑,都會(huì)降低有機(jī)膨潤(rùn)土稠化劑的稠化能力,潤(rùn)滑脂的稠度變小,因此在選擇有機(jī)化合物添加劑產(chǎn)品時(shí),必須考察添加劑與膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂的配伍性,不但要求添加劑具有良好的效果,還對(duì)潤(rùn)滑脂膠體破壞最小[7]。下面是對(duì)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(rùn)土潤(rùn)滑脂中考察結(jié)果見表6。

表6 防銹劑的防銹測(cè)試數(shù)據(jù)

從表6得出:?；“彼岷瓦溥蜻苌飳?duì)膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂感受性最差,對(duì)膨潤(rùn)土結(jié)構(gòu)破壞較嚴(yán)重,亞硝酸鈉、鈉鹽1和鈉鹽2對(duì)脂的感受性好,對(duì)潤(rùn)滑脂結(jié)構(gòu)無影響。其中鈉鹽1腐蝕試驗(yàn)不合格,亞硝酸鈉和鈉鹽2在腐蝕和防銹合格,亞硝酸鈉對(duì)人體有害,屬于禁止使用物品,誤食后會(huì)致癌,綜合腐蝕和防銹性本試驗(yàn)選擇鈉鹽2。

4 結(jié)論

（1）抗氧劑選擇:當(dāng)采用SH/T 0325和SH/T 0193改進(jìn)試驗(yàn)對(duì)比,最后選擇快速評(píng)價(jià)潤(rùn)滑脂氧化安定性的SH/T 0193改進(jìn)試驗(yàn)法,測(cè)試數(shù)據(jù)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(rùn)土潤(rùn)滑脂加入不同類型極壓抗磨劑,測(cè)試其稠度變化、耐高溫性和四球機(jī)測(cè)試PB和PD數(shù)據(jù)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(duì)膨潤(rùn)土脂感受性好,對(duì)潤(rùn)滑脂結(jié)構(gòu)破壞小,腐蝕和防銹合格。

[1]朱廷彬.潤(rùn)滑脂技術(shù)大全[M].北京:中國(guó)石化出版社, 2005:663-708.

[2]李運(yùn)康,陳德芳,王重,等.膨潤(rùn)土基潤(rùn)滑脂的流變性能及影響因素[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào),2000（10）:108-110.

[3]張澄清.潤(rùn)滑脂生產(chǎn)[M].北京:中國(guó)石化出版社,2005: 188.

[4]蔣明俊,郭小川.潤(rùn)滑脂性能及應(yīng)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(rùn)滑劑—超細(xì)金屬粉固體潤(rùn)滑劑[J].潤(rùn)滑與密封,1997,22（5）:65-66.

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

[7]孫全淑.潤(rùn)滑脂性能及應(yīng)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(yè)于后勤工程學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè),主要從事潤(rùn)滑相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)工作。