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合成酯在高温食品级润滑脂的运用
2017-11-18 14:32:48
 

        合成酯(synthetic ester)属于合成油的一种,酯类油用于高温润滑油已经有很多年的历史,合成酯在高温下表现出一系列优点:使用温度可以高达260°C 左右,并且在这个温度附近可以持续经受高温;高温下的蒸发损失极少、抗高温氧化性能远远高于普通润滑油。这几个特点对于高温润滑油很关键,因此,酯类油成为了制造高温润滑脂的良好选择。

        润滑脂的成分包括三个部分:基础油,稠化剂,添加剂,其中基础油是主要成分,起润滑作用的也是基础油,和普通润滑脂不同的是,食品级润滑脂的所有成分还要满足食品安全的要求。

        我们可以把润滑脂看作稠化了的润滑油,稠化剂起的作用就是像海绵一样把基础油保持在稠化剂的纤维网络里,受到挤压的时候释放出基础油进行润滑。基础油在高温下的蒸发损失对润滑脂的影响很大,如果基础油在高温下的蒸发损失率高,会导致基础油从稠化剂里蒸发掉,只剩下稠化剂,润滑脂变干,起不到应有的润滑作用。高温下,油的抗氧化能力也是关键,氧化后油就变质,而高温下润滑油的抗氧化性能也受到严峻挑战,基础油在高温下氧化或者蒸发损失过多,对润滑脂的结构和性能将造成破坏。

        润滑脂变干变硬后就不能正常流动到润滑点,干硬的润滑脂也可能脱落进入部件,造成部件磨粒磨损。干结的润滑脂引起黄油嘴和油路堵塞,妨碍新脂的正常输送,轴承一定会随之出问题。

        从上面的讨论我们不难发现,高温润滑脂必须基于好的基础油,基础油在要求的高温范围内必须具有良好的氧化安定性(热安定性)和较低的蒸发损失率,而合成酯具有这两个优点。PAO是一种常用的合成油,比矿物油耐高温,PAO的使用温度可以达到160℃(持续使用),非持续使用的情况,可以高达270℃,但是温度超过204°C ,PAO的氧化速度很快。在食品加工行业和其它行业,如果温度高于225°C,更推荐使用酯类油。 

为了对食品级润滑脂的高温性能进行对比,我们进行了以下试验:

我们买了17种不同的食品级润滑脂,有复合铝基脂、聚四氟乙烯润滑脂(PTFE润滑脂)、硅基脂、复合磺酸钙润滑脂,这四类润滑脂在使用的基础油方面各不相同,分别使用了常用的食品级润滑脂基础油:食品级白油(高纯度矿物油)、植物油、PAO,作为对比的是一款2#食品级合成润滑脂:该润滑脂使用合成酯(Lexolube FG-350 HX1)等同于双季360#作为基础油。

实验工具:取每种润滑脂各2克,直径5厘米的圆形铝盘18个,直径7厘米的圆形铝盖18个。

实验方法:每个铝盘分别放入相应的2克润滑脂,盖上盖子,把铝盘在规定温度下放置一定时间。定时结束后润滑脂被取出,记录润滑脂的外观和结构变化,称量基础油的损耗量和盖子上的漆膜。如果润滑脂表面变硬或者润滑脂形状改变都视为高温性能失败。实验从204°C开始,如果失败,则不能进入下一个温度阶段的实验,如果通过,则重新取样,参与下一个温度段的实验。

1)204°C,实验时间:20个小时

实验结束,我们发现17个对照组的润滑脂已经有9个实验失败,它们当中有的额定最高使用温度为260°C,剩下的8个对照脂,其中有2个表面有很轻微的结皮,允许进入下一轮实验。对所有的润滑脂测定基础油的蒸发损耗,在4%~44%之间,有些样品在铝盖上形成了些许漆膜,在1毫克左右。对合成酯的润滑脂样品进行测量,润滑脂外观形状保持完好,不结皮,蒸发损失率不到1%,铝盖上没有任何漆膜附着。

2)232°C,实验时间:20个小时

对照组有8种润滑脂进入这一轮实验,实验结束后其中的5个由于高温下的氧化、聚合或者基础油蒸发,产生了一层硬皮,8个对照组基础油的蒸发损失率在5%~55%,产生的漆膜量为0.3~2.4毫克之间,而使用了合成酯的润滑脂,基础油蒸发损耗率只有2%,产生的漆膜量也只有0.1毫克,比对照组当中情况最好的润滑脂还要好。

3)260°C,,实验时间:20小时

我们把上一组实验中的7个对照润滑脂留下,进行了206°C下的高温测试。实验结束后,7个对照组润滑脂的基础油蒸发损耗增加到了11%~35%,漆膜结焦量增加到了4~27毫克。观察合成酯润滑脂,外观结构依然保持得不错,有少量的基础油流出,润滑脂虽然稍微变稠了一些,但是表面并没有结皮。基础油的损耗量是11%,漆膜结焦量4毫克不到一点。

4)288°C,实验时间:4小时

我们使用上一个实验中对照组的润滑脂,进入更严峻的高温挑战。在接近290°C的高温下,4个小时后取出,所有的对照组润滑脂都严重结皮,基础油蒸发损失为7%~29%,形成的漆膜为8~53毫克,合成酯润滑脂外观结构依然保持得不错,有一些基础油流出,润滑脂也变稠了一些,但是表面依然没有结皮。基础油的蒸发损耗为7%,漆膜结焦量为2.2毫克。

 

        对于高温下使用的润滑脂来说,选择一种高温性质稳定的基础油很重要。很多润滑脂都因为基础油在高温下蒸发损耗过多或者高温氧化而失效,因此在选用中要关注这两点。如果使用时的工况使润滑脂经受持续的高温,要关注所选的润滑脂是否可以接受持续高温,许多NSF-H1食品级润滑脂都能达到204°C的最高使用温度,但是它们大多数都难以在这个高温下持续使用,保持稳定的性能。合成酯作为基础油调配的高温润滑脂,具有稳定的高温性能。


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