二氧化硅润滑脂的储存安定性评价及改进

中国石化润滑油有限公司天津分公司

二氧化硅润滑脂(简称硅脂)是由精炼合成油作为基础油以无机稠化剂稠化,并加入结构稳定剂、防腐蚀添加剂精制而成,具有良好的防水密封性、防水性、抗溶剂性和抗爬电性能,不腐蚀金属,与橡胶多具有较好的适应性,用于卫浴器材、密封圈、电子电气行业的防水密封及润滑。

润滑脂从出厂到使用,总要经历或长或短的储存过程,期间有些润滑脂的性质会发生一系列的变化。如果没有制定合理的润滑脂储存规范,会导致润滑脂在商品流通和用户应用中出现大量的浪费。部分工厂依据订单生产设备原件,在没有生产任务时,润滑脂会在油库里储存,个别时候会造成长时间积压,由于时间过长,其中一部分润滑脂就会变质［1］。硅脂也存在这种情况。国内外的科研工作者一直致力于硅脂的性能改进［2～5］。他们主要从改变改性剂的方向入手,但效果不显著。通过采用比表面积更大的二氧化硅制备硅脂,可以有效解决稠度安定性差的问题［6］。

本文对长期储存的硅脂进行了储存安定性评价,并尝试通过改进制备工艺来改善产品的储存安定性。

试验部分

试验用硅脂

选择已存放2年的硅脂,共10个批次,分别取样,得到样品A1～A10。硅脂的质量指标及典型数据见表1。

硅脂样品制备工艺

硅脂的主要成分为二氧化硅、硅油等。其制备工艺见图1。

原有工艺

将一部分基础油升至规定温度a ℃,加入二氧化硅继续搅拌,搅匀后,用三辊研磨机轧油2遍,即制得样品B。

改进工艺

将基础油升至b ℃(b＞a),加入二氧化硅继续搅拌,搅拌一段时间后,将搅拌转速提高20 Hz,继续搅拌,搅匀后,用三辊研磨机轧油2遍,即制得样品C。

试验方法

通过测试样品的不工作锥入度、低温相似黏度、水淋流失量以及滴点4个指标的变化情况,考察产品的储存安定性。所采用的试验方法参见表1中“试验方法”列。

结果与讨论

储存安定性考察

不工作锥入度的变化

工作锥入度是指在规定的负荷、时间和温度条件下锥体落入试样的深度。不工作锥入度则是试样在尽可能少搅动的情况下,从样品容器转移到工作脂杯测定的锥入度,测定的是润滑脂从容器中移入使用设备过程中锥入度的变化。锥入度值越大,润滑脂越软,反之就越硬,其单位为0.1 mm。

样品A1～A10的不工作锥入度与其灌装、出厂时的不工作锥入度对比图2。

由图2可以看出,样品A1～A10的不工作锥入度明显比罐装、出厂时小,出厂时与储存2年后的锥入度差值在20个单位以上,明显变硬,说明稠度安定性较差。

低温相似黏度的变化

低温相似黏度是用来衡量润滑脂低温流动性的1项指标。低温相似黏度越低,低温流动性越好。样品A1～A10的低温相似黏度与出厂时的低温相似黏度对比见图3。

表1 硅脂的质量指标及典型数据

图1 硅脂制备工艺示意

图2 样品A1～A10的不工作锥入度与其罐装、出厂时的不工作锥入度对比

图3 样品A1～A10的低温相似黏度与其出厂时的低温相似黏度对比

由图3可以看出,与出厂时相比,样品A1～A10在储存2年后低温相似黏度有所上升,但变化幅度不大,均远小于质量指标要求。润滑脂相似黏度的主要影响因素是稠度和基础油的低温性能。由于储存过程中不同润滑脂样品的稠度变化差距较小,且组分相同,因此其相似黏度相近,且随着储存时间延长,其相似黏度的变化幅度较小。

水淋流失量

水淋流失量是用于表征润滑脂从运转着的轴承内被水淋洗出的抵抗能力的1项指标,水淋流失量越小,润滑脂抗水性能越好。样品A1～A10的水淋流失量与出厂时的水淋流失量对比见图4。

由图4可见,与出厂时相比,样品A1～A10在储存2年后水淋流失量的变化很小,其水淋流失量远远低于质量指标要求。由于硅脂的抗水性能与二氧化硅的种类、含量相关性较强,而配方设计时润滑脂组分已基本定型,因而其抗水性能不会随着储存时间延长而显著变化。

滴点

滴点是在规定条件下润滑脂从半固体变成液体状态的温度,是考察润滑脂高温性能的1项指标。样品A1～A10的滴点与出厂时的滴点对比见图5。

由图5可以看出,与出厂时相比,样品A1～A10在储存2年后,滴点的最大差值仅4 ℃(A5),说明储存时间对滴点造成的影响很小。

测试数据结果表明,储存2年后,硅脂的水淋流失量、滴点指标2项指标变化较小,不工作锥入度和低温相似黏度2项指标会随着储存时间延长而变差,而低温相似黏度的变化又与不工作锥入度的变化有关,因此,硅脂的储存安定性不佳,主要体现为不工作锥入度随储存时间的延长会明显变小,稠度安定性较差。

硅脂储存过程中变硬,这与硅脂的分子构成有关。硅脂使用的稠化剂为气相二氧化硅,化学式为SiO2·nH2O。二氧化硅系以Si原子为中心,O原子为顶点所形成的四面体不规则堆积而成的,并且其表面带有羟基,吸附力强,容易使二氧化硅分子吸附在一起聚集,使得不工作锥入度变小。基于此,本文通过改进制备工艺,抑制二氧化硅分子的聚集,以改善产品的稠度安定性。

图4 样品A1～A10的水淋流失量与出厂时的水淋流失量对比

图5 样品A1～A10的滴点与出厂时的滴点对比

工艺优化对储存安定性的影响

选择原工艺制备的样品B和改进工艺后制备的样品C于阴凉处储存30 d,进行了储存安定性对比试验。2个样品不工作锥入度随储存时间的变化见图6。

从图6可以看出,储存30 d前后,样品B的不工作锥入度变化大于样品C的不工作锥入度变化。这说明改进工艺提高了硅脂的稠度安定性。

对样品C制备时及储存30 d的不工作锥入度、低温相似黏度、水淋流失量以及滴点4个指标进行了检测,见表2。

由表2可以看出,改进工艺后制备的样品C的各项理化性能符合质量指标要求,存储30 d前后对比,各指标数据变化不大,储存安定性得到改善。

结论

☆对储存2年的硅脂的储存安定性进行了考察,结果表明硅脂的不工作锥入度变化较大,稠度安定性较差,低温相似黏度有所增大,水淋流失量和滴点没有明显变化。

☆储存30 d后,改进工艺制备的硅脂的不工作锥入度变化幅度小于原有工艺制备的硅脂,低温相似黏度升高,水淋流失量与滴点无变化,表明优化工艺方案可行。

☆改进工艺后,硅脂储存安定性虽得到一定程度的改善,但仍然存在稠度安定性下降的情况。由于硅脂储存过程中稠度安定性下降是由稠化剂分子结构决定的,仅改进工艺不能彻底解决稠度安定性问题。未来仍需深入研究其变硬机理,通过配方和工艺的合理调整和改进,进一步改善产品的储存安定性。

图6 样品B、样品C不工作锥入度随储存时间的变化

表2 样品C的理化性能

[1]李静，郭小川.润滑脂储存安定性研究[J].石油商技，2008，26（1）:44-46.

[2]REMES N L，MARTINEK T W，FRONCZAK E T.Silicon-thickend grease containing carbamate ester stabilizer:US，2921900[P].1960-1-19.

[3]FRONCZAK E T.Siliconthickend grease containing alkylene carbonate dispersant:US，2939840[P].1960-06-07.

[4]MARTINEK T W，FRONCZAK E F，REMES N L.Siliconthickened grease containing acid amide dispersant:US，2980611[P].1961-04-08.

[5]MARSDEN P B.Lubracating oil thickened to a grease with a mixture of silicon and pyrogenic alumina:US,2965 86[P].1960-12-20.

[6]杜守琴，柯杨船，吴宝杰，等.纳米二氧化硅比表面积对润滑脂性能影响研究[J].润滑与密封，2007，32（8）:103-105.