（制浆造纸工程专业论文）高温重载低速润滑脂的研制.pdf

高温重载低速润滑脂的研制 摘要 由于现代工业中大量高温、重负荷机械设备的使用，尤其是造纸行业， 大型设备处于高温、重载等苛刻的环境中，兼具优良高温性和极压性能的润 滑脂成为必需的产品，从而使高温、重载和运转速度较低的润滑脂成为润滑 脂研制的一个主要方向。 润滑脂的品种结构是现代润滑脂工业水平的标志之一。其中锂基脂在润 滑脂总产量中所占比重是衡量润滑脂产品品种结构是否先进的主要指标。本 课题选用复合锂基润滑脂作为研制高温重载低速润滑脂的基础脂，其具有锂 基润滑脂的所有性能，且在高温、低速、抗负荷等工作环境下具有优良特性。 对制备高温重载低速润滑脂基础脂一一复合锂基润滑脂的原料进行了 精心选择，尤其是基础油、复合剂及固体填充翔，即6 5 号合成汽缸油、癸 二酸、硼酸和二硫化钨；合成油比矿物油具有更好的性能。在我国钨矿较丰 富，因此，比二硫化镅和石墨高温性能和润滑性能更好的固体填充剂二硫化 钨，在研究中被选为研制高温重载低速润滑脂的固体添加剂。同时根据参考 文献和实际操作综合考察对原料进行了用量范围的确定。 采用新型的一步法制备工艺，制备出一种高滴点、具有良好稳定性和优 秀极压性能的高温重载低速润滑脂。此过程没有降温过程，l l - 步法节能， 工序时间较短，成本相对较低。 本研究将制备过程分成两步，第一步是高温重载低速润滑脂基础脂一复 合锂基润滑脂的研制，用1 2 羟基硬脂酸、癸二酸、硼酸三组分复合制备； 第二步是二硫化钨及其它添加剂在基础脂中的添加。两步旨在考察高温重载 低速润滑脂的原料的最佳含量和工艺最佳温度。 两步均采用正交设计法设计试验，对试验中所得的相关数据进行极差分 析或方差分析，得到最佳配方后进行验证，确定出高温重载低速润滑脂基础 脂的优选配方为6 5 号合成汽缸油为1 0 0 份，1 2 羟基硬脂酸为3 0 份，硼酸 为5 份，癸二酸为5 份，二硫化钨为9 份，二苯胺为o 。5 份；亚硝酸钠为3 。5 份。制备过程中，工艺最佳温度：初始复合温度为ll o ，成脂最高温度为 2 2 0 ，添加剂添加温度为1 0 0 。 测试了高温重载低速润滑脂的相关性能，对所得最优配方的高温低速重 载润滑脂试样及对比产品二硫化钼( m o s 。) 高温润滑脂进行了热分析( 差热扫 描量热法和热重法) 和x 射线衍射分析，得出：( 1 ) 高温低速润滑脂可以用于 常温到2 0 0 的使用范围。( 2 ) 添加二硫化钨后高温重载低速润滑脂具有良好 的热稳定性、氧化安定性和极压性能。( 3 ) 高温重载低速润滑脂的主要参数 指标已达到要求。( 4 ) 添加二硫化钨的高温重载润滑脂的高温性能高于同类 脂的高温性能。( 5 ) 应用了合成油的高温重载低速复合锂基润滑脂的性能优 于矿物油为基础油的润滑脂性能。( 6 ) 经过6 个月的放置，从外观看无油析 出，无变硬，说明所得产品较稳定。 关键词：高温，重载，低速，复合锂基润滑脂，6 5 号合成汽缸油，二硫化 钨 r e s e a r c ha n dp r o d u c t i o n o fh i g h t e m p e r a t u r e ， h e a v yl o a d e da n dl o w s p e e dg r e a s e a b a s t r a c t lh e m a c h i n e r ye q u l p m e m tu s e di ns u c h r i g o r o u sc o n d i t i o n sa sh i g h t e m p e r a t u r e ，h e a v yl o a d e d ，e s p e c i a l l yi n m a k i n gp a p e ri n d u s t r y ，n e e d e f f i c a c i o u sg r e a s e ，g o o da n t i h i g h t e m p e r a t u r ea n de x c e l l e n te x t r e m ep r e s s u r e p r o p e r t yb e c o m e st h ep a r to fe s s e n t i a lp r o d u c t ，s u c ht h eh i g ht e m p e r a t u r ea n d h e a v yl o a d e da n dl o ws p e e dg r e a s eb e c o m e st h em a i nd i r e c t i o no fr e s e a r c ha n d p r u d u c e s t h eg r e a s ev a r i e t ys t r u c t u r ei so n es t a n d a r do f t h ed e v e l o p m e n tl e v e lo ft h e m o d e ml u b r i c a n ti n d u s t r y ，a n dt h ei m p o r t a n ts t a n d a r dt oj u d g e t h eg r e a s ev a r i e t y s t r u c t u r ei st h ep r o p o r t i o no fl i t h i u m g r e a s ei nt h et o t a lo u t p u to fl u b r i c a n t i n d u s t r y w i t ha l le x c e l l e n tp r o p e r t i e st h a tl i t h i u mg r e a s eh a si nt h ew o r k i n g e n v i r o n m e n ts u c ha sh i g ht e m p e r a t u r e ，h e a v yl o a d e da n dl o ws p e e d 。i n t h i s r e s e a r c h ，l i t h i u mc o m p l e xg r e a s ei sc h o s e na st h eb a s i cg r e a s ef o rd e v e l o p i n g h i g ht e m p e r a t u r e ，h e a v yl o a d e d ，l o ws p e e dg r e a s e t h i sa r t i c l ed e s c r i b e st h ec h o i c eo fr a wa n dp r o c e s s e dm a t e r i a l so fh i g h t e m p e r a t u r e ，h e a v yl o a d e da n dl o ws p e e d e s p e c i a l l yb a s eo i l ， c o m b i n e da g e n t a n ds o l i da d d i c t i v e t h e ya r ec y l i n d e ro i l6 5 ，s e b a c i ca c i da n db o r a c i ca c i d ， t u n g s t e nd i s u l f i d e c y l i n d e rh a st h eb e t t e rp r o p e r t yt h a nm i n e r a lo i l i nc h i n a t h e r ea r eal o to f t u n g s t e n i t eo r e ，w s 2w h i c hi sb e t t e rp r o p e r t yt h a nm o s 2a n d c a r b o ni nh i g ht e m p e r a t u r ea n dl u b r i c a t i n gi sc h o o s ea st h es o l i di u b r i c a t i 稳g a d d i c t i v eo fo il h i g ht e m p e r a t u r e ，h e a v yl o a d e da n dl o ws p e e d a tt h es a m e t i m e ，d e f i n et h er a n g ea c c o r d i n gt ot h er e f e r e n c em a t e r i a la n de x p e r i m e n t s w ea d o p tan e wo n e s t e pm e t h o dp r o d u c i n gt e c h n o l o g y ，p r o d u c e dak i n do f g r e a s eo fhi g ht e m p e r a t u r e ，h e a v yl o a d e da n dl o ws p e e dw i t hh i g hd r o p p i n gd o t 。 g o o ds t a b i l i t y a n de x c e l l e n te x t r e m e p r e s s u r e t h e r ei s n od e c r e a s i n g t e m p e r a t u r ep r o c e s s i t s a v e se n e r g yc o m p a r e dw i t ht w os t e pm e t h o d ，a n d p r o c e s st i m ei ss h o r t e d ，t h ec o s ti sl o w e r t h i sp r o d u c ew a ss h a r et w os t e p s f i r s t ，t h eb a s eg r e a s ep r o d u c eo fh i g h t e m p e r a t u r e ，h e a v yl o a d e da n dl o ws p e e d ，t h a ti st os a yt h et h r e ec o m p o s i t e ( 12 h y d r o x ys t e a r i ca c i d ，s e b a c i ca c i da n db o r a c i ca c i d ) l i t h i u mc o m p l e xg r e a s ew a s p r o d u c e d 。s e c o n d ，t h ea d d i c t i v eo ft u n g s t e nd i s u lf i d ea n do t h e r sw a sa d d e d 。 c h i e f l y s e ea b o u tt h eo p t i m u mp r e s c r i p t i o na n do p t i m u mt e m p e r a t u r eo f t e c h n o l o g y t w os t e p sa d o p to r t h o g o n a ld e s i g nt e s t ，a n a l y s i st h ec o r r e l a t i v ed a t au s i n g r a n g ea n a l y s i s o rv a r i a n c ea n a l y s i s ， g a i nt h eo p t i m u mp r e s c r i p t i o n a f t e r v a l i d a t i n g ，g a i nt h ee x c e l l e n tp r e s c r i p t i o n ，c y li n d e ro i l6 5i s10 0 ，12 一h s a ( 1 2 h y d r o x ys t e a r i ca c i d ) i s30 ，b o r a c i ca c i di s5 , s e b a c i ca c i di s5 ，t u n g s t e nd i s u l f i d e ( w s 2 ) i s9 ，d i p h n y l a m i n e ( n p h e n y l a n i l i n e ) i sl 。l ，s o d i u mn i t r i t ei s3 5 t h e o p t i m u mt e m p e r a t u r ef o rt e c h n o l o g y ：a tt h eb e g i n n i n go fc o m p l e xi s1 io 。c ，t h e h i g h e s tt e m p e r a t u r eo fp r o d u c i n gg r e a s ei s2 2 0 c ，t h et e m p e r a t u r eo fi n f i l l i n gt h e a d d i c t i v ei s1 0 0 。 t e s t i n gt h ec o r r e l a t i v ep r o p e r t yo fh i g ht e m p e r a t u r e ，c o m p a r e dt h eg r e a s eo f h e a v yl o a d e da n dl o ws p e e da n dt h eg r e a s eo fh i g hm o s 2 ，u s i n gi n s t r u m e n t a n a l y s i si n c l u d i n gt h ea p p r o a c ho fh e a d i n ga n a l y z e ( d s c t g ) a n dx r d ，a n dd o c o n c l u s i o n s ，( 1 ) t h eu s e dt e m p e r a t u r eo fh i g ht e m p e r a t u r e ，h e a v yl o a d e da n d l o ws p e e di sf r o mn o r m a la t m o s p h e r i ct e m p e r a t u r et o2 0 0 。c ( 2 ) t h eh i g h t e m p e r a t u r e ，h e a v yl o a d e da n dl o ws p e e dg r e a s ea f t e ri n f i l l i n gw s 2p r e s e n t s s o m ee x c e l l e n tp r o p e r t i e sl i k eg o o dl u b r i c a t i n gf u n c t i o n ，t h e r m a ls t a b i l i t y ，g o o d o x i d a t i o ns t a b i l i t ya n da n t i h e a v yl o a da b i l i 够。( 3 ) t h em a i np a r a m e t e rv a l u eh a d a c h i e v e d ( 4 ) t h eg r e a s eo fh i g ht e m p e r a t u r e ，h e a v yl o a d e da n dl o ws p e e da f t e r i n f i l l i n gw s 2 h a st h eb e a e rp r o p e r t yt h a nt h es i m i l a rl u b r i c a n t i n gg r e a s e 。( 5 ) t h e g r e a s eo fh i g ht e m p e r a t u r e ，h e a v yl o a d e da n dl o ws p e e du s i n gt h ec y l i n d e ro i l6 5 h a se x c e l l e n tp r o p e r t yt h a nm i n e r a lo i l ( 6 ) a f t e rs i xm o n t h sl a ya s i d e ，i th a dn o t t h eo i lo u t ，n ob e c o m i n gh a r d ，w h i c hi st os a i d ，t h eg r e a s eo fh i g ht e m p e r a t u r e ， h e a v yl o a d e da n dl o ws p e e dh a st h ee x c e l l e n ts t a b i l i t yp r o p e r t y k e yw o r d s ：h i g ht e m p e r a t u r e ，h e a v yl o a d e d ，l o ws p e e d ，t h el i t h i u m c o m p l e xg r e a s e ，c y l i n d e ro i l6 5 ，t u n g s t e nd i s u l f i d e i v 赢温蓐载低速润滑脂的研制 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本入郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识至| 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：建查垂 嚣 期： 坌q q 圭基 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学 位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提 供信息服务。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：师签名： e l 期：2 q q 生c 廊湛攀载低速润滑脂的研制 1 绪论 1 董课题研究背景及课题的提出 搀寒省理工学院的一颈研究镭计，美圈国民生产慧值的6 至弼，即2 4 0 0 亿美元 用于因润滑不当两造成的祝器维戆f t t 。掘资料介绍f 2 l ，工韭生产中，8 好的机械设备的失 效是磨损失效，影响设备效率的各种因素中，1 3 1 2 的能耗由摩擦副摩擦损失弓| 起。而 在机械设备的磨损故障中，润滑不建是导致磨损失效的主要原鑫燃。设备润滑是为了降 低嚣个襁对运动接触的枫件表瑟的摩擦及蘩损。良好的润滑能提高设备效率，保证设釜 长期可靠的工作，达到节约能源的目的；润滑不良的设备，轻则功率下降，磨损增大； 重则设备损坏【4 1 。据推算，我圈每年各类机械因润滑不良造成的损失超过国民生产总值 的3 ，达至i j 上亿元；按豳外经验推算，我圈节能潜力折合石油上千万吨。仅从改进机 械设备润滑，采爝节魏澜滑技术和节能型润滑裁，即可节煤约1 3 0 0 万吨，重油2 0 0 万吨， 汽油和柴油3 0 0 万吨，电力1 0 0 亿度，总价值约合人民币6 0 亿元。间时，由于搞好机械 设备的润滑与维护，减少摩擦磨损，从而提高机械效率，减少修理次数，延长使用寿命 焉潮接获得韵经济效益，弓| 用美霞按直接节能价值的5 倍计算，刚每年可增加经济效益 约4 0 0 亿元浚。匿此设备润滑具有重要意义。 润滑材料是指在机械设备的摩擦副之间加入的具有润滑作用的某稀会矮，又称润滑 剂，是没备润滑必不可少的材料。合理选择润滑剂是降低摩擦、减少磨损、保持设备讵 常运行的重要手段之一。按润滑荆的物质形态可将润滑剂分为气体润滑剂、液体润滑剂、 半殛体润滑剂、固体润滑齐| 。( 1 ) 气体润滑剂是采用空气、蒸汽、氮气等惰性气体作润滑 剂，可使摩擦表面被高压气体分隔开，形成气体摩擦。主要用于离精密的仪器。( 2 ) 液体 润滑齐j 包括矿物润滑油、合成润滑油、溶解油或复合油、液体金属、动植物油和水基液 体等，是用量最大、品种最多豹一类润滑材料。( 3 ) 阖体润滑帮是用喷涂、浸渍、涂利、 溅射或化学转化方法蛊按在摩擦蕊上形成露体润滑膜，或者将固体润滑荆粉末直接加入 基体材料中制成璺润滑复合材料，豳体润瀑荆可在高溢、高负荷、超低温、超高真空、 强氧化或还原、强辐射等环境条件下实现有效的润滑。常见的固体润滑裁宥石墨、二硫 化镪、塑料等1 6 1 。( 蘑) 半豳体润滑剂是一种介于流体和露体之闻豹塑性状态或高籍状态的 半圆体，包括器种矿物润滑鼹、合成润滑脂、动攮物油脂等。在不便于使塌润滑浊的部 位可用半固体膏状润滑脂。这些部位的特点是敞开、外露，需进行密封防尘，要求润滑 材料能在工作面上长期保存。一般情况，普通的矿物油润滑脂只允许使用转速为d n 值( 轴 承的内径m m x 转速r m i n ，d 轴颈直径m m ，n 一轴的转速r m i n ) d , 于3 0 万。随着润滑脂 陂两科技大学硕l j 学位论文 技术的发展，合成润滑脂可以使用到d n 值5 0 - - 6 0 万，甚至1 0 0 万【7 】。 制浆造纸设备是复杂、多样化的。如制浆设备蒸球，轴承温度在1 0 0 1 4 0 。造 纸机的车速在10 0 m m i n 2 2 0 0 m m i n 范围，现代造纸机使用的轴承种类繁多，它们承受 着水、热蒸汽、纸浆等苛刻条件的影响，其最具代表性的是纸机的烘干部和压光部。烘 干部和压光都的轴承的工作温度较高，有时可达1 8 0 ，如果润滑方式不当，则会造成 轴颈磨损而带来重大损失。例如：山东太阳纸业3 4 0 0 纸机，纸机干部在低速( 2 l o m m i n ， 对1 5 0 0 m m 烘虢为4 5 r m i n ) 重载高n ( 1 2 0o c - - - 1 4 0 ( 2 ) 的条件下，铸铁轴颈发生了粘着磨 损，烘缸传动侧所用的轴承3 1 1 3 7 4 8 g b 2 8 6 6 4 ，尺寸为0 2 4 0 4 0 0 x 1 2 8 ，内孔锥度l ：1 2 ， 用退卸套固定在铸铁轴颈上。它采用的润滑方式是稀油循环润滑，润滑油是普通的4 6 # 机械油f s 】。又如兴平包装厂的17 6 0 纸机，车速l5 0 m m i n ，2 4 0 0 纸机车速1 4 0 m m i n ，干 部润滑点的温度6 0 - - 8 5 ，采用的润滑方式是稀油循环润滑，也是4 6 # 机械油，换油 所用时闻为6 个月一次，每次换油时间在6 0 分钟。另外制造高密度板的设备，润滑点的 温度高达1 7 0 1 8 0 。这些设备有着共同的特点：相对高温、转速相对较低、重负荷。 我国造纸行业的低速纸祝及生产高密度扳的热磨机及其它类似的高温、重载、低速苛刻 的工况条件，非常普遍。对如此高温重载的轴承，润滑脂常发生流失，从而引起润滑脂 的失效。 对于轴承用润滑剂的选择，通常参考润滑剂的选择原则t s 】见表1 。1 。对于造纸行业中 高温、重载低速状态的轴承润滑荆的选择，根据运转速度为低速，负荷较大和环境温度 较高选择润滑剂为润滑脂，采用润滑脂润滑。 农1 1 润滑荆的选择原则 t a b l el 1t h es e l e c t i n gp r i n c i p l eo fl u b r i c a n t 近几十年来，由于科学技术的迅速发展，对润滑脂的各种性能要求也日益苛刻。要 求润滑脂能在高温、高负荷、高辐射、强氯化、强腐蚀等极端苛刻环境下长期可靠的工 作。矿物油皂基普通润滑脂已经不能满足不断发展的新要求。造纸行业常用的通用锂基 润滑脂及多效锂基润滑脂，并不能很好的解决轴承润滑中的所有问题。日常造纸企业常 用的润滑脂大多是以稠化齐| j 稠化矿物油所制，从性能上眈不上以稠化剂稠化合成漓制成 的润滑脂，随着我国合成油的产量增加，许多高性能的特种润滑脂则采用合成油制备。 我们常冤的用于润滑脂的高温固体润滑蠢| j 为石墨、二硫化镭等，天然的石墨和辉镅 矿常常含有与之伴生的共脉石，因而其纯度难以提高，难以满足机器的润滑性能的要求， 2 商温醺载低速润滑脂的研制 当二硫化钼中混有千分之五的二氧化硅时，虽然它的摩擦系数上升很少，然而磨损的增 力口却很明显【9 1 。 我国是一个钨资源大国，这为我囤开发钨深加工产品提供了可靠的原料保证。二硫 化钨( w s 2 ) l 乍为一神新型钨精细化工产品，是一种有效的固体润滑剂，不仅能够用于 通常润滑条件，而且可以用于一定高温、高压、高真空、高负荷、有辐射以及有腐蚀性 介质等苛刻的工作环境中渊。过去由于二硫化钨的合成条件比较高，成本比较昂贵，在 国外过去也仅仅应用予航空航天工业和国防工业，近年来才逐渐应用到普通的工业生产 中。而其作为固体润滑添加剂在润滑脂中应用的研究国内还处于起步阶段。图静，我国 己在二硫化钨合成工艺上取得了突破性的进展，因此，把w s 2l 乍为高温润滑刹应用于高 温锂基润滑脂的研究具有重要价值和意义。 如果能够研制癌能适应高温重载低速的润滑脂，不仅可以简化纸机润滑系统，而且 还可以在其它行业类似的高温重载低速环境下得以推广，从而提出“高温重载低速润滑脂 的研制”课题。 1 2 高温重载低速润滑脂研制类型选择 1 2 1 高温重载低速润滑脂现状及发展趋势 高温重载润滑脂属于高性能高档特种润滑腊。润滑脂的晶种结构是现代润滑脂水平 的标志之一，旦翦大家公认：锂基润滑脂在润滑脂憨产量中所占比重是衡量润滑脂产品 品种结构是否先进的主要指标l l l l 。从2 世纪8 0 年代至今，美国仍然保持着世界润滑脂 的领先地位，润滑脂的产量达2 0 4 8 k t ，其中铿基润滑脂产量占润滑脂总产量的7 0 2 5 ， 聚脲脂占6 5 0 ，有机膨涧土占6 2 7 ，而常规钙基润滑脂只占2 5 7 m l 。1 9 9 5 - 2 0 0 4 年 我国润滑脂大类品种占总产量的比例m 】见表1 2 。 表1 - 21 9 9 5 2 0 0 4 年中图润滑脂太类品种占总产量的比例 t a b l e l - 2t h ep r o p o r t i o no f t h eg e n e r a lo f c h i n e s el u b r i c a n tt ot h eu l t i m 鑫l eo u t p u tf r o m1 9 9 5 2 0 0 4 1 9 9 5 - 2 0 0 4 年我国润滑脂大类晶种结构变化，其中高滴点类润滑脂是指含聚脲脂、 非皂基脂及各种复合皂基脂。其它单皂基润滑脂是指除皂基脂之外的其它所有单皂基脂。 从中可| 以看出：尽管高滴点润滑脂在总产量中所占比例变化不大，但优质、高效、通用 的锂基润滑脂所占比重在逐年增长，由1 9 9 5 年的4 0 0 2 发展到2 0 0 4 年的7 3 2 3 ；低 档的单皂基润滑脂( 主要是钙基润滑脂) 所占比例由1 9 9 5 年的5 0 0 3 下降至2 0 0 4 年的 陕泻科技入学硕 ：学位论文 1 3 。4 。即我国润滑脂产量的增长，主要表现在优质锂基润滑脂的增长，表明我国润滑 脂的总体质量水平提高了。 美国润滑脂协会对2 0 0 0 - 2 0 0 3 年全球润滑脂的生产统计数据表明，几年来，全球润 滑脂产量稳定在7 5 万吨左右，其中锂基润滑舞旨和复合镬基润滑脂占全年润滑骀产量近 7 0 ，是最重要的润滑脂品种。2 0 0 0 2 0 0 3 年高滴点的润滑脂占全年润滑脂产量的比铡 见表1 3 。 从表1 3 可以看燃，在这4 年中，更高滴点澜滑脂占全年润滑脂产量近3 0 ，其中 只有复合锂基脂达到了1 3 以上，是应用最多的离漓点润滑脂l 。 我国生产的高漓点离质量的润滑脂晶种有复合锂基润滑脂、聚脲基润滑脂、复合铝 基润滑脂、复合钙基润滑脂、膨滤土润滑脂、复合磺酸钙基润滑脂等，但是这些高滴点 高质量润滑脂产晶的占有率在2 0 0 3 年，只占润滑蒡旨总产量的7 6 1 ，丽美国高滴点高质 量的润滑脂产品占有率高达5 6 0 4 ，日本为2 4 6 3 ，欧洲为2 2 9 1 ，都显著高于我国； 表1 - 3 全球高滴点润潘l 錾所占比例( 嘲 t a b l el 一3t h ep r o p o r t i o no ft h eg l o b a lh i g hd r o po u tp o i n tl u b r i c a n t ( ) 表1 - 42 0 0 3 年中国和世界高滴点高质量润滑脂占润滑脂总产量比例 t a b l el - 4t h ep r o p o r t i o no ft h ec h i n e s eh i g hd r o po u tp o i n tl u b r i c a n t t ot h eg l o b a lh i g hd r o po u tp o i n tl u b r i c a n t 4 赢溢羲载低速润淆虢豹矫制 尤其是应用最多的复合锂基润滑脂数量，中图只占l 。9 6 ，美国占3 0 ，9 3 。2 0 0 3 年中国 和世界离滴点高质量润滑脂占润滑脂总产量比例见表l 一4 l 2 0 0 4 年，在锂基类润滑脂中，复合锂基润滑脂占的比例：美国为3 3 。3 2 ，丽我国 仅占5 8 9 ；高漓点的润滑腊所占比例：美国为5 8 5 2 ，超过总产量的一半，欧洲为 2 5 。9 2 ，日本是2 5 8 3 ，中国为1 3 。3 3 l 。 高漓点、多效能润滑脂发展很快，复合锂基润滑脂的和聚脲基润滑脂是发展高滴点 润滑脂的主要方囱。在发展高漓点润滑脂品种方面，美国以复合锂基脂为主，r 本以聚 脲基润滑脂优先i l 引。随着现代工业的迅速发展，高温、重载设备的大量使用，生产部门 要求使用与之配套的耐高温、高负荷、长寿命的润滑脂，以延长这些设备的使用寿命， 提高生产率，降低成本，从焉获得更大的经济效益盼5t 6 l 为了满足这些要求，必须在润滑脂 中力羁入各种添加剂。我国高性能润滑脂产品的品种和产量较少，大部分关键设备上使用 的澜滑脂仍依赖国外进霞，增加了成本；两在普通设备上常以低性能润滑脂代替商性能 产品，往往造成设备损坏率高或澜滑脂消耗噩大，换脂较频繁。 2 0 世纪后期，极压复合镪基润滑脂由此雨生，它以复合锂基脂为基础脂，加入极压 添加剂制成，除保留了复合锂基脂的耐高温等优点外，还在耐低速、抗负荷等极压性能 方面有很大改善和提高。极压复合锂基脂是一种改性复合锂基高温脂鼬l 。 2 l 世纪被认为最具有发展前景的润滑脂品种，仍然首推聚脲润滑脂、锂基( 复合锤) 润瀚脂、复合铝基润滑脂和膨润土一复合铝基润滑脂。 董2 2 高温重载低速润滑脂类型的选择 1 2 2 1 高温重载低速润滑脂类型的选择 根据润滑脂的现状及发展趋势，以及各种润滑脂( 包括皂基润滑脂、烃基润滑脂、非 皂基润滑脂) 的性畿及使用领域比较，见表1 5 ，可以确定所研制的润滑脂基础脂类型。 由表1 5 可以看出，复合铝基润滑脂的高温性能最优，其次为复合锂皂。复合铝基 润滑脂暴有较好的胶体安全性，较高的滴点( 2 3 0 ) ，良好的泵送性，适用于集中润滑 系统( o 号或l 号稠度) ，有较好的润滑性，多用于钢铁企业轧辊轴承的集中润滑，但由于 制备工艺条件所限，有被复合锂基脂取代的可能。复合锂基脂，具有良好的高温性能( 滴 点 2 3 0 ) ，好的粘附性及机械安全性、抗水性，胶体安定性，使用温度可以达到1 5 0 以上，所以选择复合锂基脂作为高温重载低速润滑脂的类型。 1 2 2 2 复合锂基润滑脂 锂基润滑脂使用温度2 0 1 2 0 ，属于多用途、长寿命、宽温度范围使用的一种 润滑脂，适用于各种机械设备滚动轴承和滑动轴承及其它摩擦部位的涧滑。复合锂基润 滑脂包含了锂基润滑脂的所有性能，复合锂基润滑脂在没计时常用于单位摩擦副的高温 ( 1 5 0 - - 2 2 0 ) 、极压和重载的场合1 1 9 i 。 陕两科技大学硕i j 学位论文 复合锂基脂的研究始于2 0 世纪6 0 年代，19 6 2 年美国第一个复合锂基脂产品通过现 场试验阎。7 0 年代以来复合锂基润滑脂获得迅速发展，含二元酸、硼酸、水杨酸的复合 键基澜港脂被称为“新一代锂基脂潮j 。 目翦美国的复合锂基脂产量已占润滑脂总产量的2 0 以上1 2 2 1 。我国从7 0 年代开始了 复合锂基脂的研究工作，并成功地在工业上应用【2 2 2 5 1 。我国的复合锂基润滑脂的产量所 占比例还很低，目前我国复合锂基脂产量仅占润滑脂总产量的2 1 a + 。 表1 - 5皂基润滑脂挂能酶比较( 温度范围及使用范围) f l l l t a b l el 一5t h es o a pg r e a s ep e r f o r m a n c ec o m p a r i s o n ( t h er a n g eo ft e m p e r a t u r ea n da p p l i c a t i o n ) 1 2 2 3 复合皂基润滑脂结构理论 ( 1 ) 皂油凝胶粒分散体理论 皂油凝胶粒分散体的概念是我国澜滑曼旨行业先驱陈绍澧先生提出的，其基本观点如 下【2 6 t 2 7 1 ： ( a ) 皂基润滑脂是一个以油为分散介质和以含有油的皂油凝胶粒子为分散相的二相 结构分散体系。皂油凝胶粒子仍然是一个以油为分散介质的结构分散体系，但以皂分子 聚结体为分数相。 ( b ) 基础油在润滑脂中以三种不同形式存在，即膨化油、毛细管吸附油和游离油。 ( c ) 皂基润滑脂结构的形成和皂油体系相状态及聚结过程有密切关系。皂油体系可以 划分为淫个相状态，即溶胶、凝胶、伪凝胶和悬浮体。 ( d ) 皂分子的羟基端在纤维内部相互吸引，羟基端指向纤维的表面，因丽使纤维的表 面具有亲油性，皂纤维靠分子力和离子力互相吸引( 主要为分子力) 而形成交错的网格骨 架，使油被固定在结构骨架的空隙中，吸附在皂纤维的表面和膨化在皂纤维的内部，从 6 高温誊簸低速润滑腊的研制 焉形成润滑脂。 ( 2 ) 皂基润滑脂晶体理论1 2 s l 出于使朋了电子显微镜技术、x - 射线衍射技术及热分析技术，证明润滑脂以皂晶体 形式存在，皂在晶化过程中，形成皂纤维翁大小，形状及数隧，皂纤维本身的强度及皂 纤维接触点的强度都影响润滑脂结构嚣架的强度。皂纤维的长度和直径决定着润滑脂最 后的结构特征。单位体积的纤维表面积直接决定稠化麓力，稠化齐| j 颗粒和皂纤维越细小， 其稠纯能力越强。 f 3 复合皂基润浮脂共结磊理论 传统的观点认为，复合皂是多价金属原子上连接着的两个不同的酸根。随着复合锂 的懑现，认识到复合锂是单猿艏肪酸皂同低分子盐，通过共结晶所形成的一种胶体结构。 该共结晶理论是复合毫晶体和脂肪酸皂晶体在一定条件下在其有橇羟酸盐的极性晶体界 西上发生强烈 乍用，这静晶体界颟上的作溺是负电子的羟基上氧原子同锂离子| 、爨发生的 静电引力，其结栗使它在垂蛊方向上形成一层或多层共结晶，使纤维更加稳定，以至于 复合皂晶体在高于脂肪酸皂晶体熔点很多时仍不会熔化，从而使润淆脂获得高滴点的性 质。 重2 。2 4 复合铿基润滑脂特点 复合锂皂大约分为三类：第一类是脂肪二元酸( 主要是癸二酸、壬二酸、己二酸) 同 i 2 。羟基硬脂酸的复合锾皂；第二类是无机酸如硼酸、磷酸同1 2 羟基硬脂酸的复合锂皂； 第三类是在上述两种基硪上又加入芳香酸媚水杨酸、苯甲酸等。健工业上驳褥鬣大进展 的是第一类复合铿皂渊，复合锂皂和锂皂一样，不仅对矿物油具有良好的稠化能力，而 且对硅油、脂类油、聚醚等均具有良好的稠化能力1 3 0 。复合锂基润滑脂的特点如下： f 曲其有良好的耐离温性潮 复合锼基润滑脂具有较离的滴点，一般大于2 6 0 ，毙锂基润滑脂赢8 0 ( 2 左右。高 温下具有一定的稠度，普通锂基脂在2 0 4 口c 下融成为流体，而复合锂基脂仍具有相当的 稠度。甚至在3 1 5 时，表观粘度还大- 7 ：1 p a s 。这表明当轴承填充复合锂基脂时，可以 承受3 1 5 c 酌温度冲击，丽不致发生严重流失。 表1 - 6 量种润滑脂的寿命# , g f f ( 1 5 0 。c ) h t l 5 1 t a b l e l - 6t h r e ek i n d so f l u b r i c a n tl i f ee x p e r i m e n t s ( b ) 复合锂基润滑脂具有较长的轴承运转寿命。不篱常瀑还是高温，复合锂基润辫脂 7 陕两科投人学顾i ：学位论文 均具有较长的寿命。国外有人进行复合锂基脂、有机膨润土脂、复合铝基脂的轴承运转 寿命实验，实验结果见表1 - 6 。实验证明：在三种高温润滑脂中，复合锂基脂具有最长 的轴承运转寿命。 ( c ) 复合锂基润滑脂具有良好的抗微动磨损性能。 ( d ) 复合镗基润滑脂对添# w n t 憾受性较好。当加入适量抗氧剂、防锈剂和极压添加 荆后，使用性能可进一步改善。 ( e ) 复合锂基润滑脂同锂基润滑脂一样，具有良好的机械安定性。 1 3 造纸行业高温润滑脂使用中存在的问题 目前国内造纸行业所用轴承脂最多的是复合锂基脂，而且大部分使用的是进口润滑 脂，说骥国内的高温润滑脂产品还存在定的缺陷。通过国内各大冶炼厂、钢铁厂反馈 的信息来看，国内高温润滑脂的普遍问题是使用寿命短，更换周期短，并盛很容易出现 “烧”轴承现象，造成大量人力物力的损耗，总结其原因存在以下问题o ( 1 ) 抗高温性能不能达到要求 造纸烘缸轴承工作温度短时闻内可以达到1 5 04 c 一- - - 2 0 0 c ，当温度超过1 5 0 0 时，国 内所产高温润滑脂就会迅速析油，破坏脂的结构。这时，脂中的抗磨极压剂若不熊迅速 的起补充润滑作用，就会造成轴承被“烧坏 。 ( 2 ) 脂的粘附性能不好 脂在旋转的轴承中没有足够鲶附着力，不能抵抗由于轴承旋转而带来的离心力，因 恧会轻易的被从轴承中甩出，从而失去润滑效果。 ( 3 ) 润滑脂到达一定温度会造成润滑脂的流失 润滑脂在使用中会流失主要有三方面的原因： 化学原因：由予在摩擦润滑部位受热及空气的影响，基础油和稠化剂被氧诧，导致 润滑脂皂结构被破坏，使用中出现软化流失。 物理原因：由于摩擦部位的运转，润滑脂不断受到剪切应力的影响，使皂结构受到 破坏，软化流失。 杂质原因：运动体内产生磨耗，这些金漏粉熊加速润滑脂产生有机酸，从而破坏脂 的结构，造成润滑脂失效。 1 4 本文研究的主要内容 本文研究的主要内容为： ( 1 ) 嵩温重载低速润滑脂原料的选择、用量和制备工艺的确定。 8 赢滋鬃载低速润澎髓瓣鹾锻 ( 2 ) 运厢正交试验设计法对配方及工艺进行试验设计，并用极差分析或方差分析对所 得楣关数据进彳亍分桥，从而得到最优配方及制备过程中其有代表点的工艺最优温度参数。 ( 3 ) 对所研究的高温重载低速润滑脂进行理化分析( 包括外观的观察，锥入度及耐腐蚀 性能的；樊| | 定) 、润滑脂的胶体安定性、润滑脂的热安定性( 渍点和蒸发损失) 、润滑艚摩 擦性能及极压性能等的测试。 4 ) 采用热分析方法( 包括热重法和差热扫攒量法 ，对高瀑重载低速澜滑脂在赢澄下 的各种相关性能分析，并得出相应结论。 ( 5 ) 用x 射线衍射对高温羲载低速润滑脂产品进行物相分析和结晶度分析，并得出相 关的推论。 ( 6 ) 在实验室条件下，制备出一种高滴点、适当稠度、具有鼠好稳定性和优秀极压性 能的高瀑重载低速润滑骚产品。 9 陕滔科技大学矮l ：学位论文 2 高温重载低速润滑脂分析、评价试验方法 润滑脂的评价试验方法是研究开发新润滑脂品种和改进、提高润滑脂产品质量的必 要手段，对研究来说，润滑脂的分析评价是研究开发润滑脂新品种工作中最重要和必不 可少的手段和环节。 润滑脂的分析评价方法包括润滑脂的理化性能分析方法和应用性能分析方法。 2 1 润滑脂的理化分析 润滑脂的理化分析包括润滑脂的外观、锥( 针) 入度、耐腐蚀性等三个方面。 2 。1 1 润滑脂的外观 润滑脂的外观是通过目测和感官检验来控制其质量的一个检验项目。外观检验的主 要内容包括颜色、光亮度、粘附性、均一性和纤维状况等。如润滑脂从表面看呈现硬化、 氧化变色、严重析油或明显的龟裂或凝胶状，或者不均匀的块状，可从终观检查推断出 产船在原料、组成及生产工艺上或多或少存在一些问题。 具体方法：溺刮刀把润滑脂涂抹在玻璃板上，其厚度约为l - 2 m m ，然后对光检查。 2 1 2 锥入度 锥入度是衡量润滑脂的稠度( 即软硬程度) 的指标，在规定温度载荷下，锥入度计的 标准圆锥体在5 s 内垂直沉入润滑脂试样的深度，称锥入度，以1 1 0 m m 为单位。表2 1 为按照锥入度划分的润滑脂级别。 测定锥入度有专门仪器，羹堪锥入度计。根据我国鬓标g b t 2 6 9 。9 1 规定的润滑脂测 定方法进行测定，测定的标准圆锥体和撞杆的总质量为1 5 0g ，这称为全尺寸。测定时， 先将润滑脂试样装入脂杯中，在2 5 下恒温，然后用捣脂器，以每分钟6 0 次的速度， 捣动l m i n 后，刮平脂的表面，在2 5 下测定，称为工作锥入度。一般润滑