【doc】近年来国外润滑脂的发展

1、近年来国外润滑脂的发展2004年10月石油商技petroleumproductsapplicationresearch第22卷第5期近年来国外润滑脂的发展姚立丹杨海宁(石油化工科学研究院,北京100083)摘要通过对近年来润滑脂文献调查与分析,介绍了美国润滑脂专利的变化,润滑脂品种的发展,着重讨论了润滑脂在汽车,轴承,现代办公设备等领域的应用与发展,有助于了解当今润滑脂技术发展的方向.关键词:润滑脂润滑理论应用发展前言随着现代工业与科技的日益进步,小型化,自动化,轻量化,高效化,精密化及多功能化成为各种机械设备的发展方向,满足这些设备润滑需要的润滑脂也随之得到发展;而环境保护意识的提高也给润滑

2、脂的发展提出了新的课题.另一方面,随着人们对润滑脂润滑理论认识的加深,促进了新材料,新设备,新工艺的开发与应用,使得润滑脂能够不断满足各种应用的需要.1从美国专利的变化看润滑脂品种的发展从1976-2002年,与润滑脂相关的美国专利共有30000多篇,这其中有4078篇涉及到润滑脂的权力要求,而与润滑最为相关的美国润滑脂专利只有779篇.美国润滑脂专利数量变化见图1,从中可以看出,这些与润滑相关的美国润滑脂专利数随年度的变化,呈现缓慢上升的趋势.摇杂撕图1美国润滑脂专利数量变化三大类润滑脂专利数随年度变化情况统计见图2.从中可以看出,与普通皂基润滑脂,复合皂基润滑脂,非皂基润滑脂这三大类润滑脂

3、相关的美国专利数均表现出不同程度的增长,历年来普通皂基润滑脂的相关专利数不仅增长速度较快,而且专利数目较多;在19962o02年,非皂基润滑脂异军突起,相关专利数不仅远远超过复合皂基润滑脂,而且大大缩短了与普通皂基润滑脂的差距.说明国外在稳步发展复合皂基润滑脂的同时,更加注重普通皂基润滑脂和非皂基润滑脂的研究与应用.图2三大类润滑脂专利随年度变化情况锂基润滑脂,钙基润滑脂,铝基润滑脂这3种常见的普通皂基润滑脂的专利数统计结果见图3.在1986-2002年之间,与锂基润滑脂相关的专利数基本上保持在28篇左右,而与钙基润滑脂相关的专利数则显出缓慢增长的趋势;与铝基润滑脂相关的专利数增长最为迅速,但

4、这似乎与a1o作为填充原料的大量使用是分不开的.图3三种皂基润滑脂的相关专利对于复合锂基润滑脂,复合钙基润滑脂,复合收稿日期:2oo40427作者简介:姚立丹,大学本科,高级工程师.现主要从事润滑脂研究与应用工作.2石油商技2004年第22卷铝基润滑脂,膨润土润滑脂,脲基润滑脂的相关专利进行的分析(结果见图4)表明:与脲基润滑脂相关的专利发展最为迅速,与之相比,其他几种高温润滑脂相关专利数增长缓慢,而膨润土润滑脂的相关专利数甚至还出现下降.说明脲基润滑脂的相关技术正受到越来越多的重视.是未来润滑脂技术发展的重点.润滑脂专利增长迅速的应用领域见图5.从图5可以看出,近年来涉及到等速万向节,低噪音

5、,计算机,环境友好等方面的润滑脂专利数增长较快.图4高滴点润滑脂相关专利分析图5润滑脂专利增长迅速的应用领域2润滑脂弹性流体润滑理论的研究进展近年来,p.m.cann女士发表了l0余篇论文,分析了润滑脂在滚动轴承中的润滑机理.得出两方面结论:完整弹性流体润滑膜的膜厚度随着稠化剂含量和基础油粘度的增加而增加;饥饿弹性流体润滑膜的影响因素与完整弹性流体润滑膜相反,随着基础油粘度增加,稠化剂含量提高,滚动速度提高,其饥饿程度加剧.在研究润滑脂润滑的油膜厚度时发现:在同样的温度和速度情况下,润滑脂超过了基础油的油膜厚度;滚动速度越快,饥饿润滑情况越严重,润滑脂稠化剂的类型对饥饿润滑区域的油膜厚度有一定

6、影响,四脲基润滑脂没出现饥饿现象,有润滑剂对滚道进行补充,而锂基润滑脂迅速出现饥饿现象,而且没有润滑剂对滚道进行补充.弹性流体润滑膜的厚度与温度有关,在25c时,不同稠化剂制备的润滑脂的膜厚度顺序是:四脲>二脲>复合锂>锂基脂;而在60以上时,其顺序变为:锂基脂>复合锂>二脲>四脲;在低速60时,膜厚度顺序又变为:二脲>四脲>锂基脂>复合锂.润滑脂的膜厚度超过基础油,在低速时润滑膜偏厚的原因是稠化剂的团块进入接触区,由于无力沉积的原因,在低速边界区摩擦力最小,摩擦力随着速度的增加而增加.典型的润滑脂边界膜厚度在20loonm之间.用4oci

7、=运动粘度在30200ram/s之间的基础油制备润滑脂,其油膜厚度随着润滑脂的稠化剂用量的增加而降低.对于锂基润滑脂来说.稠化剂加剂量为9%时,油膜厚度为809ohm;而当稠化剂用量为15%时,油膜厚度降为2045nm.3环境友好润滑脂的发展3.1环境友好润滑脂的研究重点目前,环境友好润滑脂的研究主要集中在对基础油的研究上.在对基础油的研究中发现:植物油的氧化安定性与油酸含量有关,油酸含量越高,其氧化安定性越好.以豆油为例,氧化安定性顺序是:普通豆油<低亚油酸豆油<化学修饰豆油<精制高油酸豆<高油酸豆油<<基因修饰豆油.而油酸的含量对植物油的使用温度也有很大

8、影响,例如,高油酸的菜籽油就可以将普通菜籽油的适用温度范围从一2080扩大到一30130c.由于植物油的氧化安定性和热安定性比较差.当温度达到140c时,会发生明显的氧化和聚合.因此,如何避免在制备过程中可生物降解润滑脂的氧化和劣化是可生物降解润滑脂面临的难题.3.2环境友好润滑脂的方法与标准的制定随着环境保护意识的逐渐增强,润滑剂对环境的污染受到各国的重视,特别是欧洲,日本,美国相继制定了有关判定润滑剂的毒性或生物降解性的评定方法,见表1.表1润滑剂的毒性或生物降解性的评定方法方法制定组织cecl一33一a94欧洲合作委员会(coordinatingeuropeancouncil)oecd2

9、01209和301欧溯经济合作发展组织(oriizati0nfor-304economicco-operationanddevelopment)epa560/682003美国环保局(environment60ilagency)mit1日本国际工业贸易部(ni曲ry0fimernatiomltradeandindustry)wgk德国(waterendangeringclass)astmd5864美国试验方法与材料协会(americanstandardandtestmethod)dins1828德国工业标准(ce唧industrklstandard)第5期姚立丹等.近年来国外润滑脂的发展3但是由

10、于环境友好润滑剂在欧洲发展较快,因此欧洲润滑脂协会(elgi)专门成立了环境工作组.它的工作目标是:研究环境友好润滑脂的毒性和生物可降解性的标准,建立elginlgi(包括可生物降解性和毒性)环境指导联合工作小组,提出环境友好润滑脂组成的指导性建议等.3.3食品机械润滑脂规范的制定在食品生产,运输,储藏过程中,不可能完全避免接触到用于链条,齿轮和轴承的润滑剂,这样就需要按照一定的程序来检验那些润滑剂可以用在偶尔会接触到食品的场合.通过检验的润滑剂叫做食品级润滑剂.在1998年前,食品机械润滑脂一般要通过usda(美国农业部)认证;1998年后,不再进行这方面工作.以nsf(国家公共卫生基金会)

11、为首,会同nlgi(美国润滑脂协会),elgi(欧洲润滑脂协会),ehedg(欧洲卫生设备设计集团),din(德国标准化研究院)一起,于2001年制定了食品机械用非食品化合物作为食品级润滑剂的标准草案.这一草案与德国din0010517标准都是基于美国usda以往详细的工作而制定的.与usda相同,新草案也将食品润滑剂分为3类,即h1,i-i2,h3,分别代表:用于食品加工环境,偶尔有可能接触到食品的食品润滑剂;用于机械设备零部件,不可能与食品接触的非食品润滑剂;用来防止推车,吊钩生锈或类似设备锈蚀的食品级润滑剂(一般使用食物用油).获得nsf认证的产品所含的化合物应包含在fda(美国食品及药

12、品管理局)/cfr(美国联邦法规)21章178节中.4车用润滑脂的发展4.1等速万向节润滑脂随着前轮驱动,四轮驱动等技术的发展,等速万向节(c)在各种车辆上得到越来越广泛的应用.根据使用的位置和结构,c可以简单分为2类5种,见表2.表2万向节的种类滑动式固定式(ix;rossgroove(vl)dotmleoffsetjoint(doj)ci.a矾inboard(gi)smfieldjoint(bj)x;menzeaexternal(ge)不论哪一种cvj,其结构都非常复杂,对润滑脂的要求也不甚相同.但总的来说,固定式的cvj比滑动式c对润滑脂的性能要求高,概括见表3.cvj的工作特点以及对润

13、滑脂的基本要求见表4.表3滑动式和固定式万向节对润滑脂性能的要求表4cvj的工作特点以及对润滑脂的基本要求cvj润滑脂连接方式使用温度范围/oc要点/添加剂注:1)gi:claenzerinboard,一种万向节;aar:angu.laradjustedroller,角度适应滚动连接轴承.2)fm:摩擦改进剂;ep:极压;aw:抗磨.尽管c内部结构不同,工作状态也不同,但由于汽车运输地域宽广,因此,c润滑脂对最低使用温度做出的规定是一40,而最高工作温度则由工作状态决定.另外,由于c结构非常复杂,既存在滑动摩擦,又存在滚动摩擦,而且摩擦副之间的作用力复杂,所以,优良的极压抗磨性能是c润滑脂所必

14、备的特性.以往为满足c润滑脂对极压抗磨性的要求,c润滑脂中必须加入含铅化合物.但是随着添加剂化学的发展,新型高效的添加剂不断出现,例如二烷基二硫代磷酸盐的发展使得一些与铅相比无毒或低毒的二烷基二硫代磷酸金属盐能够代替铅化合物;同时由于对环境的重视,欧洲已经提出2003年实现添加剂无铅化,而制造商也提出减少润滑脂用量,因此,未来c用润滑脂从组成上将发生显着变化,见表5.表5万向节润滑脂组成将发生的变化4石油商技2004年第22卷由于脲基润滑脂在使用寿命和氧化安定性等方面有着其他类型润滑脂不可比拟的优势,因此,将来脲基润滑脂可能会在cvj的润滑方面起到重要作用.车列车从16.1m增加到22.5m,

15、在最大运输量达到100t时,最高车速可以达到100km/h左右,因此,希望使用寿命更长的润滑脂,以减少维修.为此,美国运输协会(c)对重型拖车和重型牵引车用的润滑4.2重型货运汽车用润滑脂脂提出了建议(见表6):应更多使用复合锂基润滑脂北美地区公路运输业发达,为提高运输效率,汽对拖车或牵引车的轮毂轴承等部位进行润滑.表6重型牵引车和拖车用润滑脂建议4.3汽车底盘润滑脂底盘是汽车润滑的重点部位,底盘润滑的好坏?对整车寿命,舒适性和安全性有直接关系.但是,由于汽车底盘的位置接近地面,是车上最脏的地方,而且润滑点多,定期维护十分困难,因此底盘也是汽车上润滑保养最差的地方.随着技术的进步,一种车用集中

16、加脂系统已经成为长途运输的客车或大型载重货车的重要配件引.集中加脂系统工作原理见图6.减震弹簧球头关节传动机构横纵拉杆方向盘转轴摩擦片支撑刹车油制动杆换档杆图6车用集中加脂系统工作原理这种装置使得底盘润滑实现了自动化,不仅减少了人工劳务,而且可延长整车寿命45倍.这种装置一般使用000号,00号或0号润滑脂.由此可见,车用集中加脂系统的使用将对汽车底盘润滑脂的性能提出新的要求.5现代办公设备润滑脂的发展现代办公设备的发展给人们的工作和生活带来了极大的方便.随着这些设备的小型化,轻量化,高效化的发展(如大量使用塑料零件,高转速,高温,低噪音等),在提高办公效率和质量的同时,给这些设备的润滑也不断

17、提出新的课题.5.1复印机用润滑脂复印机是常用的办公设备,不同类型的复印机和复印机中的不同零件对润滑脂有不同的要求.复印机中各种零件的实际工作条件和对润滑脂性能的要求见表7.表7复印机对润滑脂性能的要求使用部位使用条件或目的对润滑脂要求传动齿轮塑料件塑料兼容性加热辊子轴承140200c耐高温感光鼓除静电导电性打印复印传真高转速(4ooo启动力矩;延长轴承寿命;一体机轴承19000r/min);提高润滑脂的清洁度长寿命;降低噪音由此可见,润滑脂应用在与复印机工作原理相似的传真机,打印机等设备的时候,润滑脂就不仅要满足一般的润滑要求,而且还需要满足一些新的性能要求,如导电性,塑料兼容性等.5.2计

18、算机硬盘轴承用润滑脂计算机的硬盘(hdd)轴承,光盘驱动器等也是润滑脂的重要应用领域.计算机硬盘(hdd)是记录数据必不可少的设备,随着硬盘技术的发展,硬盘的转速已从5年前的5400r/min发展到7200.r/min,目前最高转速已经达到15000r/min;而且硬盘的记录密度也大为增加,从5年前的2g发展到现在的100g.因此,在这样的高速运转中,任何轻微的振动都会对数据的记录造成致命的影响,甚至损坏硬盘.硬盘轴承对润滑脂性能的要求见表8.第5期姚立丹等.近年来国外润滑脂的发展5表8硬盘轴承对润滑脂性能的要求硬盘轴承润滑脂转动时振动低高转速(72001500of/rain)长寿命低噪音转动

19、力矩低减振性好润滑性好长寿命,氧化安定性好高转速时噪音小转动力矩低从表8可以看出,硬盘轴承对使用的润滑脂提出了很高的要求.因此,在改进硬盘用润滑脂性能的时候,不仅要求制备润滑脂的环境要防尘,而且对润滑脂分析设备也提出了新的要求(见表9).表9硬盘用润滑脂评价性能及设备概况评价内容仪器目前状况仪器要求润滑脂的振动低速(1800r/min)高速振动测试仪(540of/rain)油膜厚度无弹性流体润滑油膜测定仪高转速转动力矩转速低(1000r/rain)3000r/min寿命试验1000of/rain以上astm1)3336或astm1)33376轴承润滑脂的发展l_由于轴承应用的不断扩展和轴承技术

20、的不断进步,节能化,轻量化,长寿命,高转速,低噪音,精密化等方面将会成为轴承技术发展的重要方向,其中有许多方面会影响到润滑剂的发展(见表lo).由于用脂润滑的轴承占80%,因此轴承的发展也必然带动润滑脂的发展.由于轴承不但在汽车,冶金,机械工具等很多一般环境中得到广泛应用,而且在许多特殊环境中得到应用,这些特殊环境主要指在半导体,液晶,电子组件,真空设备,化学工业,制药,食品等行业的应用,因此,能适应轴承高转速,高温度,防锈,长寿命,低噪音要求的润滑脂将是未来所需要的品种.表l0轴承技术的发展趋势与润滑剂的关系轴承技术的发展润滑剂节能(低转矩)高温轻量化长寿命精密化低噪音扩展应用环保高转速,/

21、,/,/,/,/,/,/7润滑脂应用的新领域随着人们对润滑脂固有特性的深入了解,润滑脂得到了越来越广泛的应用,光电缆的填充油膏就是最典型的例子.光缆是未来信息之桥,它的信息通过能力强,保密性强,因此受到世界各国的重视,因此光缆技术发展很快.但是由于光电缆中主要使用光导纤维作为数据传输介质,而光导纤维十分脆弱,因此,需要一种软性物质对光导纤维提供保护.所以在光电缆中,填充油膏是一种十分重要的组成部分.填充油膏典型分析数据见表11.表ll光线填充油膏的典型数据项目syncofox试验方法由表11数据可以看出,光缆填充油膏对绝缘电阻,介质损耗,介电常数吸氢量等电性能的分析要求较高.这是润滑脂在非润滑

22、领域开辟的新用途.8启示(1)从美国润滑脂专利的发展来看,脲基润滑脂发展迅速,日益成为研究与应用的重点.(2)欧洲润滑脂协会和美国润滑脂协会联系紧密,在世界着名石油公司的支持下,它们共同参与制定的有关环境友好可生物降解性润滑脂和食品机械润滑脂的规范以及试验方法必将对未来润滑脂的应用和发展起到重要作用.(3)基础研究不但可以使润滑脂润滑得到更好的理论解释,而且可以对润滑脂的应用研究提供更好的分析手段.(4)随着有机合成的发展,润滑脂在使用过程中会越来越多地接触到塑料或橡胶等有机弹性体,或直接用于这些材料的润滑.建立评价润滑脂对这些材料的润滑性,侵蚀性的方法是非常必要的.(5)应该注意到各种新技术

23、,新材料的发展对润滑脂发展的潜在影响,例如基因技术的应用就可以改进菜籽油的各种性能,从而对以植物油为基础油的润滑脂性能的改进提供可能的途径.(6)润滑脂品种的发展与用途明显相关,一种6石油商技2004年第22卷新技术的崛起往往能带动润滑脂技术的进步和品种的更新.例如,等速万向节(c)的广泛应用带动了c润滑脂的发展;当今信息产业已经成为第一产业,特殊性能的润滑脂已经在光缆中起到了重要作用,相信未来的润滑脂也必将在信息产业的发展过程中起到重要作用.参考文献1p.m.cann,ananalysisofthemechanismsofgreaselu-bricationinrollingelementb

24、earings.hlbricafionscience,1999,11(3):2272452p.m.carm.greasecompositionandfilmthicknessinrollingcontacts.nlgispokesman,1999,63(4):12223p.m.cann.ananalysisofthemechanismsofgreaselu.bricationinrollingelementbearings.1atbricationscience,1999,11(3):2272454p.m.carm.starvedgreaselubricationofrollingcon.ta

25、cts.tribologytranscations,1999,42(4):8678735p.m.cann.hlbricationandreflowpropertiesofthermallyagedgreases.tribologytrauscations,2000,43(1):9l46p.m.cann.starvedlabricationofehlcontactsrelation.shiptobulkgreaseproperties.nlgispokesman,2000,64(2):15237p.m.cann.infraredspectroscopiccharacteristicsofgn?a

26、selubricantfilmsonmetal8orfaces.nlgispokesman,2000,64(7):l32l8p.m.cann.greasedegradationinrollingelementbea卜ings.tribologytranscations,2001,44(3):399-4o49p.m.cann.examinationofgreasestructurebysemandafmtechniques.nlgispokesman,2001,65(5):172610p.m.cann.frictionpropertiesofgle咖inelastohydro-dynamichl

27、brication.nlgispokesman,2oo2,66(1):6l5llproductreviewbiodegradablefiuldsandlubricants.industrialhlbricationandtribology,1996,48(2):172612spotlightchangesaieanticipatedintheappmvmstemforfoodindustrylubricants.industriallubricationandtri-bology,1999,51(1):13l513nsfdraftstandardfornonfoodcompoundsusedi

28、nfoodprocessingfacilitiesfoodgradelubricants.lubri-cationengineering.feb.2001:333614proceduralrequirementsfortheregistrationoffoodgradelubricants,jan.2001l5shinodanoriaki.technologicaltrendsofgreasesforcvj.卜术口,2000,10:2223l6小仓尚宏.technologicaltrendsofgreasesforautomo-biles.卜水口叉卜,2002,47(1):283317(newsoroff,.truckinggreasespushedtoprovidelongerlife.lubricantsworld,oct.