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在酸碱环境的工况下该如何选择润滑剂
作者:  文章来源:  录入时间:2016-1-5 15:49:58  点击次数:2471

 摘要:在食品行业都不可避免要采用碱性清洗剂清理玻璃器皿和设备上的油污,纺织行业也有碱性漂染等工序,市面上多数的润滑产品都不能耐受这样的工况,油脂很快就失效造成轴承卡死、设备停机。因此,为了解决该问题成了迫在眉睫的任务。

关键词:润滑脂 抗酸碱能力 附着力

 

引言

在工业中涉及食品的生产设备和包装食品的容器定期都需要进行清洗,众所周知为了能快速清理管道中的水垢等(主要成分为碳酸钙CaCO3 ) 会用酸性的溶液,但是为了能清理食物残渣和脂肪等会采用碱性溶液,而清理时采取的手段多数为冲淋和浸泡。而许多传动部件如:齿轮、链条和轴承等都暴露在这种环境中,轻者腐蚀了这些部件,重者造成里面的润滑剂失效流失,部件损坏从而导致设备停机。

一、下图展示了某食品厂洗瓶机轴承失效情况


轴承工况:190℃左右运行

2、低速、重载

3、受洗瓶碱液(NaOH溶液)和水蒸汽影响

在纺织印染行业,布匹的染色所采用的工艺也和碱液分不开,比如需要对PTT纤维布进行染色定型的工艺用到的碱液配比:碱量率18% 苛性钠(NaOH纯度98%)添加比例3~5 g/L,期间进行染色的设备为碱量机,同样存在设备轴承寿命短,油脂流失严重的问题。

 

二、下图展示了某纺织厂碱量机轴承失效的情况

以上2个案例都具有典型性和广泛性,但是在许多润滑剂的书籍描述中,对润滑剂的抗酸碱能力都是只言片语,较少出现系统性的研究报告,而从知名润滑剂公司的产品介绍中能写出抗腐蚀能力较好的产品基本上集中在:复合钡基脂、聚脲脂、复合磺酸钙基脂、硅脂和氟脂,考虑氟脂的价格较高,而且也有国际公司对其进行验证,因此笔者仅将前4款产品加上复合锂基脂进行横向对比。


三、酸性测试

选取的油脂为知名品牌西班牙老鹰特种润滑脂


选用的酸性溶液为市售清理下水管道产品,实际为浓盐酸(HCL)经过PH试纸测试,PH=1 为强酸


在玻璃容器的侧壁适量涂抹5款油脂,如下图所示,并加入酸性溶液,溶液浸没5款油脂


经过观察,5款油脂均无明显变化,经过3天时间的浸泡,也没有明显变化,证明这5款油脂对强酸的抵抗力较强。



四、碱性测试

 

选用的碱性溶液为市售 《安润康》 重度油污清洗剂,经过PH试纸检测,PH=14 为强碱性



在玻璃容器的侧壁适量涂抹5款油脂,如下图所示,并加入碱性溶液,溶液浸没5款油脂



由于已经有3款油脂失效,并且液面漂浮太多油点影响观察,因此将碱性清洗剂用试验滤纸过滤掉油污并用PH试纸再次检测PH=14,碱性没有太大的变化。观察复合钡基脂和复合磺酸钙基脂,发现油脂外部有明显发白情况,油脂还保持一定的润滑性,并且能较好的附着在玻璃壁上。


综合上面的测试,初步判断这2款油脂都适合洗瓶机和碱量机的润滑要求,考虑复合钡基的稠化剂含量要略高于复合磺酸钙基脂,先推荐复合钡基脂到设备中试用,试用的结果也比较符合测试结果


五、现场测试某啤酒企业洗瓶机轴承

原用通用锂基脂,平均每2~3天加脂一次,油脂变稀流失

 

选取3#洗瓶机轴承,清洗干净,加入西班牙老鹰牌复合钡基脂,经过20多天测试,效果良好


 
六、现场测试某纺织企业碱量机轴承

经过2个多月的对比测试,油脂外观及润滑性良好,完全满足该设备的润滑要求。

 
到此对于抗酸碱能力,笔者对油脂的排序为

复合钡 = 复合磺酸钙 > 聚脲 > 硅脂 > 复合锂


但是到底是什么原因导致这2款油脂抗酸碱能力如此突出呢?笔者提出以下几点不成熟的观点

1、钡和钙金属同属于碱土族金属,他们的化合物均被用于防腐防锈添加剂(石油磺酸钡和石油磺酸钙)

2、复合钡基的稠化能力较弱,因此稠化剂的比例较一般的锂基脂要高,一般高于20%,而钡的化合物不溶于水和酸碱液(硫酸钡BaSO4水中的溶解性仅为0.00024),而复合磺酸钙其稠化剂分布呈鳞片状,能阻止酸碱液进一步侵蚀内部的稠化剂胶体,如下图所示

 

一款好的油脂一般还需要有极压抗磨能力,恰巧这也是复合钡基与复合磺酸钙基的优点,有研究表明

从上表可以看出复合钡基脂挤压抗磨性能较优

另外复合磺酸钙基脂中也包含中性钡,下面是以钡为主的复合磺酸钙基脂与钙为主的复合磺酸钙基脂电镜扫描,2者都具有较好的抗磨能力。

 
七、总结

根据上述的案例及实验我们可以得出

1、抗酸碱能力从强到弱依次为:复合钡 = 复合磺酸钙 > 聚脲 > 硅脂 > 复合锂

2、附着力从强到弱依次为:复合钡 = 复合磺酸钙 > 聚脲 > 硅脂,由于复合锂基脂完全溶解于碱性清 洗剂中,因此没有考虑其附着力。

3、从润滑性能方面考虑,从强到弱的依次为 复合钡 > 复合磺酸钙 > 聚脲 > 复合锂 > 硅脂

之所以将复合钡排到复合磺酸钙之前,由于在微动摩擦状态下,使用复合磺酸钙油脂的金属表面往往会呈现黑色状态。

 

参考文献:

[1] 周彬 PTT形态记忆织物的染整工艺《染整技术》2010年第4期

[2]蔡家成复合钡稠化剂的研究《合成润滑材料》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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