什么是润滑脂:类型、特性与应用
作者 ; Junya Takai
润滑脂是由基础油、稠化剂和添加剂混合制成的固态或半固态润滑剂,可减少机械设备运行中的摩擦与磨损。当机械部件运行时,润滑脂会释放出基础油于部件间流动,从而起到润滑作用。在静止状态下,稠化剂海绵状的网络结构会恢复固态,使润滑脂附着在原位。
润滑脂被用于润滑油容易流失的部件中,其配方可根据汽车、制造、采矿、建筑和农业等不同行业的应用需求进行定制。
润滑脂与润滑油:两者有何区别?
润滑脂是在基础油之上加入稠化剂和油品添加剂调制而成的。与液体润滑油不同的是,润滑脂呈固态或半固态。即使在运动和振动中,它也能牢牢地附着在表面,有助于其留存在需要长期润滑的运行部件上,从而持续提供润滑。与润滑油相比,润滑脂在添加剂配方上更具灵活性,配方师有更多性能上的微调空间。
润滑脂的性能可调,不仅能起到密封作用,防止污染物侵入,还能牢固地附着在需要润滑的部件上。因此,在润滑油无法附着,而润滑剂留存性能又起到关键作用的工况中(例如不常用的机械,或不便定期补充润滑剂的部件),人们通常会选择使用润滑脂。另一方面,在高速工况中,由于流动性和散热性能尤为重要,人们通常更倾向于使用润滑油。
润滑脂的组成
除了使用稠化剂将润滑油稠化为固态或半固态的润滑脂外,人们通常还会通过添加剂进行油品改性,提升产品的最终性能。
润滑油(通常占 75-90%)
润滑油构成了润滑脂的流体基础,可减少接触面之间的摩擦并防止部件磨损。对润滑脂施加剪切力时,其粘度会下降至接近基础油的粘度。润滑油会影响工作温度等关键特性,因此需要根据工况要求来选择。
增稠剂(5-25%)
增稠剂在润滑油中悬浮或发生乳化,赋予其海绵状结构和固态稠度。尽管皂类是最常见的一类稠化剂,但也可以使用粉末状固体来获得更好的耐久性或实现其他理想的特性。除了结构和粘度之外,增稠剂还会影响润滑脂的耐热性、抗水性和耐化学性。
添加剂(0-10%)
润滑脂的工作原理
在润滑脂中,稠化剂乳化或悬浮于基础油中,赋予其海绵状的固态结构以及较高的初始粘度。当润滑脂受到剪切力作用时——例如,当两个涂有润滑脂的部件开始相互滑动时——由稠化剂颗粒形成的网络结构会被破坏。这种现象被称为“剪切稀化”,它会降低润滑脂的粘度,使其下降至类似润滑油的程度并产生流动,从而起到润滑作用。
一旦剪切力消失,稠化剂颗粒就会重新聚集,再次形成海绵状结构,使润滑脂恢复到最初的固态。剪切稀化特性使得润滑脂在需要发挥润滑作用时产生流动,随后恢复成粘稠的固态,紧密附着在润滑部件上,从而防止润滑剂流失。
润滑脂能够减少磨损与摩擦,防止腐蚀,耐水冲刷,可充当密封剂,在重载的极压条件下仍能保持良好的润滑性能。
润滑脂的种类及其用途
润滑脂通常可按稠化剂类型进行分类,因为稠化剂会直接影响润滑脂的粘度、耐温性、抗水性、抗磨性以及化学稳定性。
锂基润滑脂
锂基润滑脂是以硬脂酸锂为基础配制而成的一种常用润滑脂。它们具有极高的耐久性、粘稠性和稳定性,能够在高温下提供出色的抗磨损、抗氧化和防腐蚀保护。由于具备一定的抗水性和抗压性能,它们被广泛应用于从工业机械到日常家用的各种应用中。
复合锂基润滑脂
这种产品由硬脂酸锂与复合剂(如壬二酸或己二酸)混合,制成了耐热性和抗压性更优秀的润滑脂。尽管成本较高,但在远高于普通锂基润滑脂所能承受的温度下,复合锂基润滑脂依然能保持更好的剪切稳定性、抗水性和抗析油性。它们与普通锂基润滑脂并列,是目前市面上最受欢迎的多用途润滑脂。
磺酸钙基(或复合钙基/磺酸钙基)润滑脂
作为一类需求快速增长的润滑脂,在要求具备优异抗压性、抗水性和防腐蚀性的应用中,这类润滑脂通常是人们的首选。复合钙基润滑脂同样具备出色的耐高温性能,可与复合锂基润滑脂相媲美。复合钙基润滑脂凭借出色的耐久性和较长的使用寿命,被广泛应用于重工业和船舶领域。
复合铝基润滑脂
即使在极高温度下,复合铝基润滑脂也能保持良好的剪切稳定性和防腐蚀性。与钙基和复合钙基润滑脂一样,它们也具备优异的抗水性。复合铝基润滑脂常用于食品和饮料工业机械,以及汽车、轧钢和农业领域。
复合钡基润滑脂
复合钡基润滑脂是一种高性能润滑脂,但受限于法规和环保要求,目前主要用于部分特种领域。在重载和高速运转的环境下,它能提供优异的耐高温、抗水性、抗氧化及耐化学腐蚀性能。作为一种高性能润滑脂,它被广泛应用于工业、航空航天和船舶等工况严苛的领域。
膨润土(粘土)润滑脂
膨润土润滑脂采用具有吸附性的膨润土作为稠化剂,与皂基润滑脂的不同之处在于,这种润滑脂没有滴点——即使在高温下,它也不会熔化流失。它还具有优异的剪切稳定性、抗水性、抗磨性和附着力。综合这些特性,膨润土润滑脂成为了高温、高磨损工况下(如轧钢、制造业、采矿和陶瓷行业)的理想选择。
聚脲润滑脂
这种高级润滑脂采用聚脲作为稠化剂,而不是传统的金属皂基稠化剂。因此,它兼具无与伦比的耐热性、抗水性、抗氧化性、防腐蚀性、机械稳定性和长期耐久性。由于成本较高且特性优异,聚脲润滑脂主要应用于需要在恶劣工况下长时间运行且无需定期补充润滑的电机和重型设备等产品中。
钠基润滑脂
虽然钠基润滑脂耐高温且润滑性能良好,但其抗水性和抗氧化性通常较差。因此,如今它仅被用于特定的高温、低速工况中,或作为混合稠化剂润滑脂配方中的一种成分。
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选择适合自身需求的润滑脂:需要考虑的因素
在选择润滑脂时,请考虑基础油、稠化剂和油品添加剂所赋予的性能是否与工况所需的性能相符。
基础油
基础油决定了润滑脂在实际应用中的粘度和润滑性能。基础油通常分为矿物油、合成油和植物油。矿物油价格较低,更适合短期使用;而合成油则是一种标准选择,可提供持久、耐热的润滑效果以及良好的剪切稳定性。植物油的材料性能和耐久性相对较差,但却是无毒、环保或食品级润滑脂配方的理想选择。
稠化剂
稠化剂包括金属皂基、金属皂基复合物或混合物,以及非皂基稠化剂,如膨润土和聚脲。在选择稠化剂时,请考虑相容性、剪切稳定性、耐久性、粘度、耐热性、抗水性和耐化学性等方面的需求。
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稠度
稠度是衡量润滑脂软硬程度的指标(剪切稀化前)。稠度是确保润滑脂发挥可靠功效的重要因素。润滑脂既需要具备足够的延展性,以便完全覆盖待润滑区域,又必须具有足够的内聚力,确保涂抹后能牢固附着在部件表面上。
润滑脂可根据 NLGI 稠度等级进行分类,范围从 000 到 6 不等。NLGI 000 至 1 级润滑脂的形态介于接近流体到半软态之间,而 NLGI 3 至 6 级润滑脂的形态则介于较硬到极硬之间。市场上绝大多数产品都是中等稠度的 NLGI 2 级润滑脂。
较软的润滑脂常用于齿轮和变速器等部件中,中等稠度的润滑脂适用于滚动部件和轴承,而较硬的产品则主要用作密封润滑脂。
稠度测量:锥入度
润滑脂的稠度是通过标准 ASTM D217 测试法测量其锥入度来确定的。测试中,锥入度仪的锥体自由落下至润滑脂表面,保持整整 5 秒后取出。NLGI 稠度等级通过记录的锥入深度来确定。通常,首先会在润滑脂处于未工作状态下对其进行测试。然后,润滑脂被放入工作器或捏合机中进行机械剪切后再次进行测量,模拟其在长期使用后的稠度。
润滑脂滴点
在特定温度下,大多数润滑脂会失去半固态结构并变成完全的流体,因而无法有效粘附在需要润滑的部位。该温度被称为润滑脂的滴点。作为预防措施,大多数润滑脂的最高使用温度应比滴点低至少 50°C。
润滑脂的滴点由标准的 ASTM D566 / D2265 测试测定。在 ASTM D566 测试中(适用于最高达 250°C 的滴点),润滑脂被装入测试杯,并置于高温油浴中加热,直到润滑脂滴落第一滴油。在 ASTM D2265 测试中(适用于最高达 330°C 的滴点),样品则被放入烘箱内的铝块中进行加热。
复合锂基润滑脂是最常用的高滴点润滑脂类型。其他用途更专精的高滴点润滑脂还包括复合钙基润滑脂、复合铝基润滑脂和复合钡基润滑脂。膨润土润滑脂的独特之处在于它没有滴点,因为它不属于金属皂基润滑脂。
dmN 值
dmN 值(也被称为 DN 或 NDm 值)可用于选择高速轴承工况所需的润滑脂,因为在高速运转下,润滑脂保持润滑的能力可能会开始下降。滚珠轴承的 dmN 值等于其平均直径(mm)乘以轴承的转速(RPM)。该计算方法可能会因轴承类型而异。轴承的 dmN 值有助于确定理想的润滑脂粘度。
其他特性
在为所需工况选择合适的润滑脂时,您还可以考虑以下因素:
抗水性与耐化学性:在潮湿或高湿环境下运行的机械设备需要使用抗水性润滑脂实现持久的保护。暴露于油类、化学品或溶剂中的工业与建筑机械,则需要具备良好耐化学性的润滑脂。
机械稳定性:对于需要承受持续载荷、剪切或振动的长效润滑脂,应优先考虑机械稳定性,以维持良好的保油性和润滑效果。
润滑脂相容性:更换新的润滑脂或混合不同种类的润滑脂时,请务必检查这些润滑脂之间是否具有良好的相容性。
成本:虽然一些昂贵的高性能润滑脂兼具许多理想的特性,但在某些工况中,只要搭配合适的添加剂,低成本配方也可能拥有同样出色的表现。
应用
所有需要在摩擦点提供持续润滑且无需定期补充润滑的工况中,都可以使用润滑脂。适用行业如下:
可乐丽润滑脂配方添加剂
可乐丽提供 KURARAY LIQUID RUBBER 和 SEPTON™ 粘度调节剂,可帮助实现经济高效且性能卓越的润滑脂配方与油品改性。
KURARAY LIQUID RUBBER
KURARAY LIQUID RUBBER 可用作润滑脂改性剂和减摩剂,具有优异的增稠效率和低温性能。与各种类型的润滑脂混合使用时,KURARAY LIQUID RUBBER 可降低静摩擦系数和动摩擦系数(最多可达 25%)。KURARAY LIQUID RUBBER 具有摩擦系数低和低温性能优异的特点,适用于多种应用场景,包括金属-树脂接触面的润滑。
功能与优点
- 用于各种润滑脂的有效减摩剂
- 优异的油溶性,易与润滑脂混合
- 优异的增稠效率
- VOC 含量低
- 无色透明
功能与优点
- 提升保油性
- 提高长期可靠性
- 优异的低温性能
- 高效增稠
- 减少锂基润滑脂中成本高昂的锂用量
- 可与所有主流润滑脂稠化剂配合使用
- 无毒且可回收
结论
在要求长使用寿命和持续润滑的高性能应用中,润滑脂不可或缺。它们可减少磨损和摩擦,防止腐蚀并充当抗水密封剂,从而保护机械设备。