在为高温润滑脂润滑设备选择高温润滑脂时,有许多标准需要考虑。
选择必须考虑油的类型和粘度、油粘度指数、增稠剂类型、由油和增稠剂形成的成分的稳定性)、添加剂成分和性能、环境温度、操作温度、大气污染、负载、速度、再润滑间隔等。
由于需要解决各种细节,必须适应极端温度条件的润滑脂的选择带来了一些更具挑战性的润滑工程决策。
考虑到各种选择,润滑工程师在采购润滑脂以满足高温要求时必须具有选择性和辨别能力;选择高质量的润滑脂是极其重要的。

高温
当表征温度条件时,“高”是相对的。在钢厂滚轧台应用中运行的轴承可能会暴露在数百度的工艺温度下,并可能经历250ºF至300ºF(120ºC至±150ºC)的持续温度。
汽车装配工将涂漆的金属零件挂在长输送机上,并通过大型烘干炉烘干涂漆的金属表面。这些燃气烤箱的工作温度保持在400ºF(205ºC)左右。
在这两种情况下,选择标准明显不同。除了耐热性之外,在热钢厂应用中使用的润滑脂可能需要特殊的承载能力、氧化稳定性、机械稳定性、耐水洗性和良好的泵送性,并且价格适合大体积消耗。考虑到所有重要因素,制定润滑脂选择策略是很有用的。
选择策略
选择高温润滑脂的合理起点是考虑温度的性质和产品衰变的原因。润滑脂可以按照表1中的温度进行划分。
润滑脂的有效温度范围与每磅的预期价格之间存在普遍的相关性。例如,氟化烃基(合成油类型)润滑脂在高达570ºF(300ºC)的太空应用中可以有效工作,但也可能每磅花费数百美元。
润滑脂的长期行为受到衰变原因的影响,其中三个原因尤为重要:机械(剪切和应力)稳定性、氧化稳定性和热稳定性。氧化反应和热稳定性是相互关联的。高温应用通常会通过热应力使润滑脂降解,如果产品与空气接触,还会发生氧化失效。这与大多数工业油润滑应用的预期情况类似。

 

高温润滑脂的性能
基础油
在为油润滑应用选择润滑剂时,通常首先要考虑基础油的性能特性。这也是润滑脂产品的一个良好起点。润滑脂由三种成分组成:基础油、增稠剂和添加剂包。有多种选择,制造商从中创建最终产品。表2包括其中一些选项。1.
基础油可细分为矿物油和合成油。矿物油是使用最广泛的基础油成分,约占所生产润滑脂的95%。其次是合成酯和PAO(合成烃),其次是硅酮和其他一些奇异的合成油。2.
美国石油学会将基础油分为五类,这五类油在最初根据性能限制选择基础油时很有用。
I类产品是环烷和溶剂精制的链烷烃石油原料,具有高百分比的不稳定“不饱和”分子,倾向于促进氧化。此外,还有极性产物保留在I族基础油中,称为杂环(含氮、硫和氧的分子)。尽管极性产物是反应性的,但它们有助于溶解或分散添加剂以产生最终产物。
第II组和第III组是经过广泛加工以去除反应性分子并使分子饱和(用氢)以提高稳定性的矿物油。从某种意义上说,这些基础油更像第IV组合成烃(PAOs),而不是第一组矿物油。由于去除了反应性杂环分子,氧化和热性质可以非常好。
第IV类合成烃(SHC流体)是通过将两种或多种较小的烃结合以合成较大分子而产生的。这些流体可能具有稍微更好的稳定性,但价格更高。第V组基础油具有明确但不同的降解途径(主要不是热降解或氧化降解)。
如果产品与空气接触,矿物和合成基础油会随着氧化降解而发生热降解。高度精炼(第II+组,第III组)矿物油和合成碳氢化合物中的单个油分子开始分解,从分子链中释放碳原子的断裂点约为536ºF至608ºF(280ºC至320ºC)。3, 4
润滑脂制造商将根据其对原材料的熟悉程度以及可能的可用性来选择材料。如果制造商生产特定类型的合成基础流体,并且非常熟悉该流体的各种破坏机制,那么很可能会经常选择这种类型的合成基底进行新产品开发。

增稠剂
选择作为油脂增稠剂的材料可以是有机的,例如聚脲;无机的,例如粘土或气相二氧化硅;或皂/复合皂,如锂、铝或磺酸钙复合物。随着时间的推移,润滑脂的有用性取决于包装,而不仅仅是增稠系统或基础油的类型。例如,作为一个极端的例子,二氧化硅的滴点为2732ºF(1500ºC)。5.
然而,由于润滑脂的性能取决于材料的组合,因此这并不代表有用的温度范围。一些粘土增稠(膨润土)润滑脂可能同样具有非常高的熔点,产品数据表上注明的滴点为500ºC或更高。对于这些非熔融产品,润滑油在高温下燃烧,留下碳氢化合物和增稠剂残留物。
有机聚脲增稠剂系统提供了类似于金属皂增稠油脂的温度范围限制,但此外,它还具有来自增稠剂本身的抗氧化和抗磨性能。聚脲增稠剂可能会变得更受欢迎,但它们很难制造,需要处理几种有毒材料。
虽然增稠剂具有高的滴点,但组合物在高温下随着时间的推移而限制其有用性的温度下开始热降解。然而,它不具有金属皂增稠润滑脂的促氧化倾向。磺酸钙复合增稠剂系统是个例外。与聚脲类似,它具有固有的抗氧化、防锈性能,但此外还具有固有的高滴点和EP/抗磨性能。
第三类选择是金属皂或复合皂增稠系统。锂复合增稠润滑脂的最高温度极限优于简单锂润滑脂,因为增稠剂具有更高的热降解极限。
总的来说,金属皂增稠剂的热降解极限在250ºF至430ºF(120ºC至220ºC)之间。6然而,除非润滑脂成分经过适当的抗氧化和热降解强化,否则显示出500ºF(260ºC)或更高滴点的最终产品在长期使用中不会比低滴点的润滑脂更有用。

添加剂
同样,为润滑脂制造选择的添加剂必须被视为整体的一部分,而不是简单的离散部分,它们必须承受设定的测试极限。添加剂往往以类似于润滑油的方式为润滑脂提供性能:氧化稳定性、耐腐蚀性、耐磨性、低温流动特性、耐水性等。
添加剂必须能够与增稠剂和油协同作用,从而形成三种不同成分的平衡、稳定的混合物。

 

高温润滑脂兼容性
在选择高温润滑脂之前,必须解决高温润滑脂之间的兼容性或不兼容性问题。由于润滑脂是一种复杂的化学物质混合物,具有明确的和经过设计的平衡,添加未计划的化学物质往往会破坏平衡并降低性能水平。
根据阿伦尼斯速率规则,温度每升高10ºC,化学反应性就会翻倍,不相容性问题在高温下更为明显。缺乏兼容性表现为润滑脂变薄。如果发生变薄,用户可以重新润滑以冲洗出原始产品,直到问题停止。
或者,用户有一个更困难的选择,需要拆卸设备以移除原始产品并清洁系统。增稠剂、添加剂和基础油在不同的使用温度范围和时间限制下都可能存在问题。在将主要系统转换为新润滑脂之前,可能需要进行详尽的测试,以防止由于长期维护问题而造成的重大成本和时间延迟。
虽然在不同种类的增稠剂之间切换时需要进行测试,但在金属皂或复杂皂增稠产品系列(锂对锂、锂络合物对锂络合物、铝络合物对铝络合物等)内切换时发生问题的可能性相对较小。
当达到临界极限时,润滑脂通常会软化(但也可能硬化),这是添加剂、油和增稠剂之间的基质变得不稳定和分解的结果。考虑到温度和时间线,很难准确确定分解何时发生。当引入变量时,例如新的化学品混合物(油脂混合的结果),预测结果变得更加困难。这表明了不混合润滑脂的重要性。
使用专门设计的高温润滑脂产品,这些问题会变得更加明显。用于高温润滑脂的许多外来流体(氟化聚醚、全氟聚醚、酚类聚醚、硅酮等)的使用寿命将比其增稠系统更长。
如果特定的润滑脂成分对水分敏感,那么无论润滑脂单独承受热量的能力如何,产品的使用都必须权衡润滑脂过程中水分降解的风险。
在高湿度的应用场合(如输送机清洗系统)使用水溶性乙二醇油型润滑脂可能是不明智的。即使流体能够抵抗干燥系统热量的热分解,湿气也会带来性能风险,可能无法完全消除。
如何知道一个应用程序是否保证了一种特殊性能的高温产品?
因为油、添加剂和碱会以不同的速率反应,所以使用更简单的产品是有好处的。考虑应用是间歇性高温还是连续高温。如果它是连续的-恒定392ºF(200ºC)或更高-则在适当的测试后使用更高级别的产品。如果温度是间歇性的,那么经过适当调整的再润滑间隔,中间层产品可能同样有用。

 

如何选择高温润滑脂
选择高温润滑脂时,请遵循以下步骤:
1.确定实际温度范围。工作温度可能低于表面温度。使用接触式或非接触式传感器测量润滑脂的工作温度。温度是否超过392华氏度(200摄氏度)?
.2它是间歇性的还是持续性的?如果它是连续的,那么就寻找满足运营要求的顶级产品。
3.加热和冷却循环是否伴随着机器的运行和非运行间隔?考虑是否可能通过大气或撞击引起湿气。
4.合理的重新润滑间隔或机会是多少?如果重新润滑很困难,那么考虑使用顶级产品,即使它更贵,也能实现更低的使用成本。
5.考虑任何外观问题。产品在加工过程中会滴落到部件上吗?重新润滑的频率和体积必须与产品污染问题相平衡。