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潤滑劑

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在酸堿環境的工況下該如何選擇潤滑劑

文章出處:查看人數:1206發表時間:2018-07-31 16:53:50

摘要:在食品行業都不可避免要采用堿性清洗劑清理玻璃器皿和設備上的油污,紡織行業也有堿性漂染等工序,市面上多數的潤滑產品都不能耐受這樣的工況,油脂很快就失效造成軸承卡死、設備停機。因此,為了解決該問題成了迫在眉睫的任務。


關鍵詞:潤滑脂  抗酸堿能力  附著力


引言


在工業中涉及食品的生產設備和包裝食品的容器定期都需要進行清洗,眾所周知為了能快速清理管道中的水垢等(主要成分為碳酸鈣CaCO3 ) 會用酸性的溶液,但是為了能清理食物殘渣和脂肪等會采用堿性溶液,而清理時采取的手段多數為沖淋和浸泡。而許多傳動部件如:齒輪、鏈條和軸承等都暴露在這種環境中,輕者腐蝕了這些部件,重者造成里面的潤滑劑失效流失,部件損壞從而導致設備停機。


一、下圖展示了某食品廠洗瓶機軸承失效情況


軸承工況:

1、90℃左右運行

2、低速、重載

3、受洗瓶堿液(NaOH溶液)和水蒸汽影響


在紡織印染行業,布匹的染色所采用的工藝也和堿液分不開,比如需要對PTT纖維布進行染色定型的工藝用到的堿液配比:堿量率18%時 苛性鈉(NaOH純度98%)添加比例3~5 g/L,期間進行染色的設備為堿量機,同樣存在設備軸承壽命短,油脂流失嚴重的問題。


二、下圖展示了某紡織廠堿量機軸承失效的情況



以上2個案例都具有典型性和廣泛性,但是在許多潤滑劑的書籍描述中,對潤滑劑的抗酸堿能力都是只言片語,較少出現系統性的研究報告,而從知名潤滑劑公司的產品介紹中能寫出抗腐蝕能力較好的產品基本上集中在:復合鋇基脂、聚脲脂、復合磺酸鈣基脂、硅脂和氟脂,考慮氟脂的價格較高,而且也有國際公司對其進行驗證,因此筆者僅將前4款產品加上復合鋰基脂進行橫向對比。


三、酸性測試


選取的油脂為知名品牌西班牙老鷹特種潤滑脂



選用的酸性溶液為市售清理下水管道產品,實際為濃鹽酸(HCL)經過PH試紙測試,PH值=1 為強酸



在玻璃容器的側壁適量涂抹5款油脂,如下圖所示,并加入酸性溶液,溶液浸沒5款油脂



經過觀察,5款油脂均無明顯變化,經過3天時間的浸泡,也沒有明顯變化,證明這5款油脂對強酸的抵抗力較強。



四、堿性測試


選用的堿性溶液為市售 《安潤康》 重度油污清洗劑,經過PH試紙檢測,PH值=14 為強堿性




在玻璃容器的側壁適量涂抹5款油脂,如下圖所示,并加入堿性溶液,溶液浸沒5款油脂



由于已經有3款油脂失效,并且液面漂浮太多油點影響觀察,因此將堿性清洗劑用試驗濾紙過濾掉油污并用PH試紙再次檢測PH值=14,堿性沒有太大的變化。觀察復合鋇基脂和復合磺酸鈣基脂,發現油脂外部有明顯發白情況,油脂還保持一定的潤滑性,并且能較好的附著在玻璃壁上。




綜合上面的測試,初步判斷這2款油脂都適合洗瓶機和堿量機的潤滑要求,考慮復合鋇基的稠化劑含量要略高于復合磺酸鈣基脂,先推薦復合鋇基脂到設備中試用,試用的結果也比較符合測試結果。


五、現場測試某啤酒企業洗瓶機軸承


原用通用鋰基脂,平均每2~3天加脂一次,油脂變稀流失


選取3#洗瓶機軸承,清洗干凈,加入西班牙老鷹牌復合鋇基脂,經過20多天測試,效果良好


六、現場測試某紡織企業堿量機軸承


經過2個多月的對比測試,油脂外觀及潤滑性良好,完全滿足該設備的潤滑要求。


到此對于抗酸堿能力,筆者對油脂的排序為


復合鋇 = 復合磺酸鈣 > 聚脲 > 硅脂 > 復合鋰


但是到底是什么原因導致這2款油脂抗酸堿能力如此突出呢?筆者提出以下幾點不成熟的觀點:


1、鋇和鈣金屬同屬于堿土族金屬,他們的化合物均被用于防腐防銹添加劑(石油磺酸鋇和石油磺酸鈣)


2、復合鋇基的稠化能力較弱,因此稠化劑的比例較一般的鋰基脂要高,一般高于20%,而鋇的化合物不溶于水和酸堿液(硫酸鋇BaSO4水中的溶解性僅為0.00024),而復合磺酸鈣其稠化劑分布呈鱗片狀,能阻止酸堿液進一步侵蝕內部的稠化劑膠體,如下圖所示




一款好的油脂一般還需要有極壓抗磨能力,恰巧這也是復合鋇基與復合磺酸鈣基的優點,有研究表明



從上表可以看出復合鋇基脂擠壓抗磨性能較優


另外復合磺酸鈣基脂中也包含中性鋇,下面是以鋇為主的復合磺酸鈣基脂與鈣為主的復合磺酸鈣基脂電鏡掃描,2者都具有較好的抗磨能力。



七、總結


根據上述的案例及實驗我們可以得出

1、抗酸堿能力從強到弱依次為:復合鋇 = 復合磺酸鈣 > 聚脲 > 硅脂 > 復合鋰


2、附著力從強到弱依次為:復合鋇 = 復合磺酸鈣 > 聚脲 > 硅脂,由于復合鋰基脂完全溶解于堿性清 洗劑中,因此沒有考慮其附著力。


3、從潤滑性能方面考慮,從強到弱的依次為 復合鋇 > 復合磺酸鈣 > 聚脲 > 復合鋰 > 硅脂


之所以將復合鋇排到復合磺酸鈣之前,由于在微動摩擦狀態下,使用復合磺酸鈣油脂的金屬表面往往會呈現黑色狀態。



參考文獻:

[1] 周彬 PTT形態記憶織物的染整工藝《染整技術》2010年第4期

[2]蔡家成復合鋇稠化劑的研究《合成潤滑材料》1989年第4期

[3]Zeyun WANG1,2, YanqiuXIA3,*, Zhilu LIU2  The rheological and tribological properties of calcium sulfonate complex greases

[4]Douglas Godfi-ey, SKF Condition Monitoring New Anti-Fretting Wear Test for Greases


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