添加剂在膨润土润滑脂中的应用

宋翃彬,冯乐刚,续景

（1.中国石油兰州润滑油研究开发中心,甘肃兰州 730060;2.中国石油兰州润滑脂厂,甘肃兰州 730060）

添加剂在膨润土润滑脂中的应用

宋翃彬1,冯乐刚2,续景1

（1.中国石油兰州润滑油研究开发中心,甘肃兰州 730060;2.中国石油兰州润滑脂厂,甘肃兰州 730060）

文章介绍了膨润土润滑脂的制备工艺,通过在膨润土基础脂中加入不同类型抗氧剂、极压抗磨剂和防锈防腐剂。采用“自拟”建立氧化安定性,考察抗氧剂在基础脂中抗氧化性能;采用四球机测试其PB和PD,考察极压抗磨剂在基础脂中的抗磨极压性能;采用GB/T 5018和GB/T 7326,考察防锈防腐蚀剂在基础脂中防锈防腐蚀特性。最后甄选满足膨润土基础润滑脂抗氧、极压抗磨和防锈防腐蚀的添加剂类型。

膨润土润滑脂;添加剂;应用

0 引言

膨润土润滑脂是重要的非皂基润滑脂之一,它具有生产周期短、稠化能力强、生产能耗低、生物降解性好等特点。膨润土润滑脂与其他润滑脂相比,具有较高的滴点、耐潮湿、化学稳定等优点,承载负荷能力比一般皂基脂都高,因而膨润土润滑脂应用已被人们广泛关注[1],主要应用于冶金、造纸、水泥行业和航空航天工业等相关机械设备。

膨润土在润滑脂制备过程中形成三维结构骨架,其中基础油均匀填充在骨架空隙中,而润滑脂流变性能的好坏取决于结构骨架的形成和稳定性[2]。影响脂结构稳定性除了膨润土原料选择、制备工艺外,还与选择不同种类的添加剂有关。在基础脂中加入添加剂会破坏脂结构,表现出油皂分离,稠度变小,所以有必要对添加剂在膨润土润滑脂中的应用开展研究。本文重点对各种添加剂在膨润土基础润滑脂中感受性对比和选择,筛选满足膨润土润滑脂要求的添加剂类型,进而生产不同的膨润土润滑脂来满足不同场合润滑要求。

1 主要原材料及其分析方法

1.1 主要原材料

基础油:兰州石化公司减三线基础油。

膨润土:浙江华特实业有限公司,指标要求:外观浅（黄）色、可流动状粉末,挥发分（105℃,2 h）:≤3.5%,粒度（<76μm或200目）:≥98%,重金属（Pb）含量≤15m g/kg,砷（A s）含量:≤5m g/kg。

1.2 分析方法

（1）稠度变化测定法:采用润滑脂和石油脂锥入度测定法GB/T 269,添加前后两次测得结果差。

（2）高温稠度变化值评价方法:由润滑脂和石油脂锥入度测定法GB/T 269改进而成（常温改为180℃条件下恒温1 h后,测定前后的稠度变化值）。

（3）抗氧化性试验:由润滑油氧化安定性测定法（旋转氧弹法）SH/T 0193改进而成（其具体方法:先将基础脂用同类基础油搅拌均匀,形成00#半流体润滑脂。以铜（标准铜圈）为催化剂,加入100 g调合好润滑脂和10 g水,温度在180℃条件下,压力从最高压力降低了175 kPa之间的时间差为判断时间）。

（4）最大卡咬负荷PB和烧结负荷PD测试值。采用济南试验机厂生产:用于评定润滑脂的抗磨极压性SH/T 0202。条件:转速（1770±60）r/m in,上海产钢球（材料为GCr15轴承钢,<12.7 mm,硬度58～62 HRC）。

（5）防锈试验方法:采用润滑脂防锈性测定法GB/T 5018。

（6）腐蚀试验方法:采用润滑脂腐蚀试验方法GB/T 7326。

2 膨润土润滑脂制备

制脂工艺:将一定数量膨润土稠化剂和基础油调均匀,加入一定量助分散剂,急剧搅拌并加热一段时间,冷却后再通过均质机（压力为0.5M Pa左右）均化,即得分散良好的膨润土润滑脂[3]。

3 添加剂筛选

为了改善膨润土润滑脂性质以满足不同场合条件下的使用要求,常添加一种或几种添加剂来提高润滑脂的使用性能[1]。因有机膨润土表面覆盖一层特殊的覆盖剂,在生产膨润土润滑脂过程中,当加入不同类型的添加剂会破坏表面覆盖剂结构,而降低膨润土稠化成脂几率达不到理想稠度,因此筛选膨润土润滑脂的添加剂种类需谨慎。

3.1 抗氧剂筛选

有机膨润土稠化剂是由蒙脱石薄层片状晶粒和有机离子覆盖剂生成的蒙脱石复合物,当充分溶解在基础油中是通过薄层晶片端与端之间的氢键而成的凝胶结构[1]。当抗氧剂加入膨润土润滑脂,会有一部分抗氧剂被稠化剂片状表面所吸附掉,导致相应稠化剂结构被部分抗氧剂分子破坏。一方面降低润滑脂的稠度,另一方面降低抗氧剂原本的功效,因此在膨润土润滑脂中加入抗氧剂量比其他种类润滑脂比例大。为了筛选能满足膨润土润滑脂中抗氧剂,先对“自拟”建立氧化安定性（SH/T 0193改进）和常规评价润滑脂氧化安定性（SH/T 0325）在相同的压力降条件下,采用不同试验方法测试数据比较,得出结果见表1。

表1 两种方法氧化时间对比

从表1得知:采用SH/T 0325和SH/T 0193改进方法测试的膨润土润滑脂数据表明,随着压力的逐渐降低,两种试验方法得出的结果具有相同的趋势。不同点:自拟评价方法比SH/T 0325时间短,能快速评价膨润土润滑脂氧化性能。

本次研究为了快速评价膨润土润滑脂氧化安定性,采用自拟评价方法,对不同类型抗氧剂在膨润土基础润滑脂中的氧化能力进行评价。其中空白样品为0.3 h,其数据见表2。

表2 抗氧剂的测试数据

从表2得知:当加入不同抗氧剂时,基础润滑脂结构都有被破坏,导致膨润土润滑脂稠度下降。自拟旋转氧弹法测试数据表明:当不同类型的抗氧剂在一定范围内随抗氧剂添加增加抗氧能力增强,常用胺类抗氧剂抗氧化效果一般,有机钼盐抗氧能力不如胺类,其中抗氧剂K-2在本研究中有最好抗氧化性能。

3.2 极压抗磨剂筛选

由于润滑脂含有稠化剂而具有润滑作用,所以有些基础润滑脂具有良好的抗磨极压性能,如需进一步提高其抗磨极压性,需添加油性剂和抗磨剂。极压抗磨剂在润滑脂中作用是提高油膜强度,减少金属之间的直接接触防止磨损[4]。当外加载荷进一步增加时,润滑脂提供的油膜厚度受到破裂,抗磨剂就不足以保护金属表面不受磨损,此时极压抗磨剂与金属表面发生化学反应生成一层化学薄膜提供进一步润滑[3]。膨润土润滑脂本身具有层状结构,因此,膨润土润滑脂比其他皂基脂具有良好的抗磨性能。在高负荷条件下,仍需添加相应的耐高温添加剂和极压抗磨剂来满足工况要求,为了满足苛刻条件下工况需求,本实验对3种不同类型的极压抗磨剂（“球轴承”又叫滚珠、层状、液体）进行筛选。

3.2.1 滚珠型极压抗磨剂筛选

超细金属粉末颗粒为球形,它们起一种类似“球轴承”的作用,从而提高润滑性能;在重载和高温条件下,两摩擦表面间的球形顺粒被压平,形成滑动系,降低了摩擦和磨损;超细的金属粉末可以填充工件表面的微坑和损伤部位,起一种修复作用。正是由于以上三种机理的联合作用,超细金属粉末润滑剂才可能成为新一代的固体润滑剂[5]。本研究选择几种类似“球轴承”添加剂在膨润土润滑脂,考察其极压抗磨性能见表3。

表3 滚珠型极压抗磨剂测试数据

从表3得知:滚珠型极压抗磨剂加入润滑脂,对稠度变化不大,碳酸钙和磷酸钙能提高脂的稠度,耐高温性好,对润滑脂结构无破坏作用。四球机极压抗磨测试数据表明:最大无卡咬负荷PB和烧结最小负荷PD有不同程度增大趋势,其最大无卡咬负荷PB增加趋势:碳酸钙和醋酸钙<金属铜粉和金属锌粉<磷酸钙,烧结最小负荷PD最好为磷酸钙,结合PB和PD数据值最后选择磷酸钙。

3.2.2 层状型极压抗磨剂筛选

据文献介绍,层状型极压抗磨剂在受力条件下层状物质之间易滑动,作为润滑添加剂可降低摩擦系数,当晶体结构发生挤压变形时,以片状形式脱落,并在摩擦表面形成含有脱落层状物质的润滑膜,起到良好的抗磨作用。针对层状物质能在润滑脂中良好的极压抗磨性,可以与广泛使用的固体润滑材料相媲美,下面对层状结构抗磨剂进行筛选,测试其相关数据见表4。

表4 层状型极压抗磨剂测试数据

从表4得知:当层状型极压抗磨剂加入,添加剂对润滑脂结构有破坏作用,导致润滑脂稠度变小,而耐高温性有不同程度提高。四球机极压抗磨测试数据表明:最大无卡咬负荷PB值二硫化钨最小,石墨粉1最好;烧结最小负荷PD值二硫化钼最差,二硫化钨、三氟化铈和石墨粉1相当。最后结合四球机测试PB和PD数据值选择石墨粉1。 3.2.3 液体型极压抗磨剂筛选

液体极压抗磨剂主要是含有硫、磷、氯等元素的化合物,当摩擦部位温度达到一定程度时,这些元素在高温时摩擦表面的金属作用,生成能承受较大负荷及剪切强度较低的表面膜,这些生成表面膜在两个摩擦面微凸体之间起着承载和润滑作用[6],为了考察液体极压抗磨剂在膨润土润滑脂的感受性和抗磨性能,选择几种不同类型的添加剂,考察结果见表5。

表5 液体型极压抗磨剂测试数据

续表

从表5得知:几种液体型极压抗磨剂加入膨润土润滑脂,对润滑脂结构破坏大进而影响到稠度变化。影响较大是环烷酸铅、ZDDP居中、二烷基铅一般、二烷基锑和二烷基钼较好,其中液体型添加剂耐高温性较差,四球机极压抗磨测试数据表明:最大无卡咬负荷PB值环烷酸铅最小,二烷基锑最大;烧结最小负荷PD值ZDDP和二烷基钼最小,二烷基锑最大。最后结合高温性能和四球机测试PB和PD数据值,本实验选择二烷基锑。

3.3 防锈剂筛选

有关膨润土润滑脂对防锈剂感受性试验表明,常见的润滑脂防锈剂对含蒙脱石的有机膨润土的效果不理想,但是,对汉克脱石的有机膨润土却具有良好的效果,这可能是在汉克脱石中含有较多的镁离子的原因。这些镁离子存在于汉克脱石晶粒薄片的断裂端面,从而避免了大量防锈剂被吸附在有机膨润土稠化剂的表面,降低了防锈效果。试验还表明,无论添加有机化合物还是无机化合物防锈剂,都会降低有机膨润土稠化剂的稠化能力,润滑脂的稠度变小,因此在选择有机化合物添加剂产品时,必须考察添加剂与膨润土润滑脂的配伍性,不但要求添加剂具有良好的效果,还对润滑脂胶体破坏最小[7]。下面是对不同类型的防锈剂以每种添加剂的加剂量在1.5%,添加到膨润土润滑脂中考察结果见表6。

表6 防锈剂的防锈测试数据

从表6得出:酰基肌氨酸和咪唑啉衍生物对膨润土润滑脂感受性最差,对膨润土结构破坏较严重,亚硝酸钠、钠盐1和钠盐2对脂的感受性好,对润滑脂结构无影响。其中钠盐1腐蚀试验不合格,亚硝酸钠和钠盐2在腐蚀和防锈合格,亚硝酸钠对人体有害,属于禁止使用物品,误食后会致癌,综合腐蚀和防锈性本试验选择钠盐2。

4 结论

（1）抗氧剂选择:当采用SH/T 0325和SH/T 0193改进试验对比,最后选择快速评价润滑脂氧化安定性的SH/T 0193改进试验法,测试数据得知k -2是该体系中最好抗氧剂。

（2）极压抗磨剂选择:通过在膨润土润滑脂加入不同类型极压抗磨剂,测试其稠度变化、耐高温性和四球机测试PB和PD数据值。综合表明:滚珠型添加剂是磷酸钙,层状型添加剂选择是石墨粉1,液体型添加剂选择是二烷基锑。

（3）防锈剂选择:钠盐2防锈剂对膨润土脂感受性好,对润滑脂结构破坏小,腐蚀和防锈合格。

[1]朱廷彬.润滑脂技术大全[M].北京:中国石化出版社, 2005:663-708.

[2]李运康,陈德芳,王重,等.膨润土基润滑脂的流变性能及影响因素[J].西安交通大学学报,2000（10）:108-110.

[3]张澄清.润滑脂生产[M].北京:中国石化出版社,2005: 188.

[4]蒋明俊,郭小川.润滑脂性能及应用[M].北京:中石化出版社,2010:146.

[5]何峰,张正义,肖耀福,等.新一代润滑剂—超细金属粉固体润滑剂[J].润滑与密封,1997,22（5）:65-66.

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

[7]孙全淑.润滑脂性能及应用[M].北京:烃加工出版社, 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,工程师,2007年毕业于后勤工程学院应用化学专业,主要从事润滑相关产品研发工作。