高性能润滑脂基础与应用详细知识.docx
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高性能润滑脂基础与应用详细知识
高性能润滑脂基础与应用详细知识
润滑脂大家经常使用，俗称黄油，作为最常用的润滑剂，润滑脂广泛用于机械零件的润滑与保护，据统计，90％以上的轴承是用润滑脂润滑的。
在润滑脂使用中存在很多误区，诸如：
设备究竟多长时间加一次润滑脂？
每次加多少合适？
能用一种黄油给所有设备润滑吗？
如果是食品厂，润滑脂对食品会有什么影响等等的问题。
现代工业生产中设备趋向于集成化、小型化、应用多样化和高效化，以追求效率和利润的最大化，同时润滑脂在性能方面也面临很多新的挑战，譬如家用电器的噪声主要是由旋转的轴承发出的，使用什么润滑脂有助于降低其噪声？
但是核电站，什么样的润滑脂能够耐核辐射？
对于化工厂，什么样的润滑脂能够耐化学品腐蚀？
天然气泵站，润滑脂总是被天然气溶0附卓，该采取什么措施？
这样的问题还有很多，要解决这些问题，应需要从润滑脂的基础说起。
一、润滑脂基础
润滑脂主要由基础油、稠化剂与添加剂三部分构成，其中基础油占80%～85%，稠化剂占10%～15%，添加剂占5%～10%。
1.基础油
（1）矿物基础油。
传统的基础油以矿物油为主。
石油经过常压、减压蒸馏，脱蜡、脱沥青，溶剂酸碱精炼等一系列工艺之后制成矿物基础油，如果再经过加氢精制就得到精制矿物基础油。
有一种误解认为润滑油是用石油炼制过程中的渣油制成的，实际上润滑油的炼制工艺非常复杂，要求也相当高，只有专门炼制润滑油的工厂才可生产基础油。
（2）合成基础油
经过复杂工艺提炼出的矿物基础油能满足绝大多数润滑油的要求，而且具有经济性好、来源广泛、添加剂容受性好等优点。
但是矿物油也存在抗氧化性能（寿命）、高温性能、抗辐射性能、抗化学品性能等不能满足特殊工业要求的缺点，因此就出现了合成基础油。
常用的合成基础油的种类很多，主要有：
聚（烯烃、酷类、聚乙二醇、全氟聚醚、聚硅氧烷（硅油）、氟硅油（氟硅氧烷）、苯基醚等。
合成油普遍具有赫度指数高、抗氧化性好、高温稳定性好等特点。
聚α烯烃，简称PAO。
为氢化合成烃质基础油，是一种使用最广泛的合成油。
兼具优异的高温、低温性能，同时具有突出的抗剪切性、抗氧化性、抗乳化性和低挥发性等优点。
酯油。
合成酯在结构上与植物油有相似之处，氧化安定性优于植物油，具有热稳定性及低温性能好、闪点高、黏度指数高、生物降解性能好、毒性小等优点。
缺点是水解安定性较差。
酯基是亲水基团，易受微生物的侵袭，容易水解成有机酸和醇。
用作润滑油的合成酷一般是双酯和多元醇酯。
聚乙二醇，简称PAG。
其特点是黏度指数高、润滑性好、润滑油膜稳定（特别适合于重载齿轮的润滑）。
全氟聚醚，简称PFPE。
不溶于水、酸、碱、以及所有的常见有机溶剂，而且无臭、无味、无毒，可以和氧气兼容，能够抗辐射，温度范围－57～343℃。
特别适合石化、化工、核工业以及航天与军事工业的严酷要求。
聚硅氧烷，俗称硅油。
是一种聚硅氧烷液体油状物，本身无毒、无嗅、无腐蚀，不易燃烧。
其特点是耐高低温、抗氧化、闪点高、挥发性小、绝缘性好，但润滑性不如矿物油。
苯甲基硅油是硅油的一种，常用作特种润滑剂。
氟硅油，学名氟硅氧烷。
特点是分子结构稳定、耐辐射、低蒸发性、极佳的低温流动性和很宽的使用温度范围。
作为润滑剂主要用于要求较高的特殊环境，如核工业、航天、航空机械、仪表以及温度变化很大、腐蚀性介质的化工机械。
聚苯醚，也叫苯基醚。
因为具有耐高温与抗辐射的特点，聚苯醚润滑剂主要用于汽车电器、受辐射以及高温场合的润滑。
2.稠化剂
稠化剂起到容留基础油以及维持润滑脂结构稳定的作用，其作用类似于海绵吸水，当然实际情况要复杂得多。
稠化剂有很多类型，如金属皂、有机稠化剂、无机稠化剂等。
常用的金属皂有锂皂、钙皂以及复合铿、复合钙与复合铝等。
锂皂的耐温性、抗水性、机械稳定性等综合性能比较好，所以应用也最为广泛。
复合锂皂基中含有复合剂，使得皂分子之间的吸引力增强，从而具有更高的耐温性和承载能力。
钙皂的最大特点是抗水性好，因为水在其中起到稳定剂的作用，所以钙基脂能在潮湿与多水环境中很好地工作。
但是当温度升高到70℃以上时，水分很快蒸发，钙基脂就会失效。
复合钙的耐高温性能要比钙基脂好很多。
复合铝皂主要用于食品级润滑脂。
有机稠化剂使用最多的是聚脲，它具有可恢复性与自润滑性，因此聚脲润滑脂的耐高温性、剪切稳定性与使用寿命都非常突出。
常用的无机稠化剂有硼润土、碳黑等，主要用干低速、重载或高温润滑脂。
3．固体添加剂
润滑脂中的添加剂通常包括抗氧化剂、抗磨剂、极压添加剂、防锈抗腐蚀剂、固体润滑剂等。
固体润滑添加剂是提高润滑脂性能的有效手段，特别是为了提高耐高低温性能、应急润滑性能、承载能力等，最常用的固体润滑添加剂有三种：
二硫化钼、石墨、聚四氟乙烯。
（1）二硫化钼
分子式为MoS2，六方层状结构，是一种天然润滑剂。
摩擦因数低0.006～0.25。
承载能力高，在3000MPa的压力下润滑膜依然完整、不会出现咬死或冷焊现象。
而一般润滑剂最大在2000MPa的压力下就会出现油膜破裂、金属与金属接触的干摩擦现象。
金属表面黏附力强，MoS2的S原子附着在金属表面，具有很强的附着力。
当金属表面相对滑动时，MoS2层与层之间就会产生滑动，从而起到减小摩擦与保护金属表面的作用。
使用温度－270～350℃，在423℃快速生成三氧化铝和二氧化硫。
抗大多数酸的腐蚀，而且能耐pH≤10的碱溶液。
遇水则润滑性变差，因为MoS2分子易与水结合，影响其层间滑动性能。
（2）石墨
石墨中的碳原子排列成六边形，形成平面的网状结构，层与层之间的结合力很弱，容易滑动，因而是天然润滑剂。
摩擦因数很低，一般0.05～0.19。
化学稳定性优异，不受溶剂、腐蚀性化学品的侵蚀。
熔点很高，在2500℃之内，其抗拉、抗压强度随温度上升而增加，因而可用作高温润滑剂。
不受水的影响，可用于潮湿和多水环境。
（3）聚四氟乙烯
简称PTFE，用途广泛。
用作润滑剂是利用其（F-C-F）与（F-C-F）链节之间内聚力较弱、容易滑动的特点。
摩擦因数低，一般使用条件下比MoS2和石墨还低。
优异的耐高低温性，使用温度范围－190～260℃。
化学稳定性突出，卓越的耐腐蚀性，能够承受强酸、强氧化剂、还原剂和各种有机溶剂的作用。
耐大气老化，长期暴露于大气中，表面及性能保持不变。
二、润滑脂的生产
润滑脂的生产是一个复杂的工艺过程，而且金属皂基润滑脂、有机稠化剂润滑脂和无机稠化剂润滑脂的生产工艺过程各不相同。
一般金属皂基脂的生产步骤如下。
皂化——形成皂体。
将动物油或植物油与少量基础油均匀混合，加入适当的碱液，形成的混合物在高压釜内进行反应，生成皂基。
整个反应过程中压力与温度的控制非常重要，直接关系到皂化的程度和皂基的质量。
脱水与重整——对湿皂基进行加热脱水，继续趁热加入基础油。
冷却——混合物一边冷却一边搅拌，冷却速度对润滑脂结构的形成至关重要，因此必须精确控制。
添加剂——当润滑脂冷却到80℃左右时，加入改善性能的添加剂，润滑脂经过彻底处理形成均匀、一致的组成。
完成——经过进一步的研磨、脱气（去除其中的气泡）、过滤之后，分包封装。
对于一些特殊润滑脂，还要增加特别的工序，以实现特定的性能指标，比如低噪声脂就必须在无尘车间生产，并经过精细研磨和过滤以去除其中的颗粒，避免这些颗粒引起异音。
三、高性能润滑脂的要素
高性能润滑脂都有特殊的配方，典型组成包括精制矿物基础油或者合成基础油，加上精选的添加剂（包括固体润滑剂）。
高性能润滑脂需要经过复杂、严格的工艺才能制成，金属皂润滑脂特别强调稠化剂的选择与稠化工艺的精确控制。
高性能润滑脂着眼于满足设备润滑的特定需要，包括长效润滑，耐高温、低温，高速，重载、冲击振动载荷，恶劣环境（如潮湿、流体冲刷、化学品、辐射）等。
四、润滑脂的选择
1.LETS原则
LETS是指载荷（Load）、环境（Environmen）、温度（Tempera-ture）和速度（Speed）等与润滑相关的四个因素。
通盘考虑这四个因素就可以选择对设备“称心如意”的润滑脂。
载荷的大小与基础油的黏度有关，载荷越大，基础油的黏度应该越大，反之越小。
对于重载和冲击载荷，要求润滑油膜强度大、承载能力高，所以必须选择基础油黏度高的润滑剂，而且通常含有固体润滑剂。
对轻负荷来说，基础油黏度过大会造成油膜太厚、摩擦阻力太大而浪费能源。
环境因素包括灰尘、潮湿、水、腐蚀性介质、核辐射等。
对于多尘土的环境，通常选择基础油黏度较大、含固体推进剂的润滑脂。
潮湿、多水的环境应该选择抗水型号的（复合）钙基脂、合成脂。
化工行业存在腐蚀性介质的场合要选择抗化学品侵蚀的润滑剂。
存在辐射的场合应选择抗辐射的润滑剂。
温度越低所选择的基础油的黏度应该越低，反之越高。
同时应考虑稠化剂的耐高温性能。
一般而言，速度越高，要求基础油黏度越低。
对于轴承速度的高低不仅要考虑其转速，还应考虑其尺寸大小。
DN值就是综合考虑了转速与轴承尺寸大小的一个参数。
DN=D×N
其中D为轴承外径（mm），N为转速（r/min）。
DN值可以从润滑剂供应商那里得到。
也有的公司使用DmN值，其中Dm表示轴承的内外径平均值。
查阅时应特别注意两者的区别。
LETS原则能够准确界定润滑剂与轴承的对应关系，以便科学地选择润滑脂。
对于设备维护人员来说，LETS显得过于理论化，在实际工作中很难操作。
为便于日常的维护、维修与操作，源于实践的一些常用的润滑脂选择原则，更为适用。
2.润滑脂的一般选择原则
（1）稠度的选择，2号、3号脂是最常用的，2号脂可以涵盖绝大多数应用要求。
3号脂主要用于立轴和振动较大的场合。
对于集中润滑系统、齿轮箱等，可以选择00号、0号或1号脂。
（2）电机、风机等转速较高的设备要选择基础油黏度比较低的润滑脂，一般基础油黏度≤100mm2/s（40℃）。
（3）机床主轴、精密仪器等超高速设备需要选择基础油赫度更低的润滑脂，基础油黏度20～30mm2/s（40℃），DN值达到100万以上。
（4）高温场合要选择复合皂基脂、聚脉脂、合成脂、含固体润滑剂的脂。
（5）低温场合要选择基础油黏度低的润滑脂或合成脂，如苯甲基硅脂（摩力克33，－73℃）、氟硅脂（摩力克1292，－40℃）、聚苯醚脂（摩力克G－6000，－40℃）、合成烃类脂（摩力克PG－65，－55℃）等。
（6）长效润滑要选择复合皂基脂、聚脉脂、合成脂或含固体润滑剂的脂。
（7）潮湿、水冲刷的场合要选择复合钙基脂、合成脂。
（8）重载和受冲击负荷的设备要选择基础油黏度大、含有固体添加剂的润滑脂。
（9）化学腐蚀环境要选择抗化学腐蚀的全氟聚醚脂、氟硅脂。
（10）核电站、放射性医疗器械和仪器等存在辐射的场合则要选择聚苯醚脂、全氟聚醚脂。
（11）食品与饮料生产、灌装、分装以及包装设备，尤其是偶然接触食品和饮料的部位，应该选择食品级润滑剂（通常符合美国USDA与NSF的H1规范）。
（12）开式齿轮、链条要选择添加了增黏剂（如聚异丁烯）、黏附性好的润滑脂。
五、润滑脂的使用
1.加油量
润滑脂的量对轴承的工作状态有直接影响，润滑脂太少可能造成润滑不足，太多可能散热不良和浪费。
（1）初次加注润滑脂。
安装轴承时可以在内外圈之间抹满润滑脂，并在轴承座内加入占其空间30%～55%的润滑脂，可以起到补充和防止轴承内润滑脂流失的作用。
同时也提醒，带密封和防尘盖的轴承无需添加润滑脂。
（2）定期补加润滑脂。
轴承工作中需要经常添加润滑脂，添加量可以用公式
（1）计算。
G=0.005×D×B
（1）
式中G—润滑脂添加量，g
D—轴承外径，mm
B—轴承宽度，mm
这个公式计算出的添加量让很多人吃惊，因为它可能远远小于实际工作中的加脂量。
对这个公式与计算结果不用有什么怀疑，这是众多知名轴承厂家，长期研究并经过数十年实践检验证明行之有效的方法。
在实际操作中，首先根据轴承的参数计算出加脂量，再估算一下黄油枪挤压一次的出脂量，然后换算出挤压黄油抢的次数，每次加油时只要照此办理就可以了。
2.加油周期
设备维护的加油周期没有统一标准，一般应遵循OEM的要求，高性能润滑脂的加油间隔可以达到普通脂的2~5倍。
一般可以根据轴承的工作状态调整加油周期，如果出现振动增大、温升等现象则应及时加油，如果状态良好则可以延长加油时间，这样做的前提是要有密切的状态检查与检测。
经过一段时间的摸索，有经验的维修人员都可以总结出合理的加油周期。
3.其他注意事项
（1）清洁卫生。
润滑脂的加注工具、加注过程一定要保持清洁，任何污染都可能造成严重的故障。
维护人员也要注意自身的清洁卫生，既避免污染润滑脂，也避免润滑脂污染身体。
虽然润滑脂通常是安全的，偶然接触也不会出现什么问题，但长期、频繁的直接接触对健康可能产生潜在的危害。
（2）润滑脂的储存。
一般建议润滑脂室内储存。
没用完的润滑脂一定要盖好，并保持商标清晰，避免误用、混用。
未用完的润滑脂不宜储存时间太长，避免变质、干结。
（3）析油的处理。
润滑脂是由基础油、稠化剂和添加剂组成的，在运输、储存过程中受到振动、环境的影响，会有少量基础油析出，这是正常现象。
如果析出油量较多，比如在上面浮着一层油，将稀油倒出即可。
如果只有少量析出，只需搅拌就可以了。
以上两种情况都不影响润滑脂的使用。
六、润滑故障的排除
1.振动
当轴承出现振动异常时，除了检查轴承本身是否完好、安装是否正确之外，还应检查润滑脂是否缺失、是否有污染物进入润滑脂、是否加错了润滑脂等等。
2.发热
轴承发热的原因有很多，除了轴承的质量、游隙、安装等因素之外，润滑脂是否合适、是否缺油、是否油太多、是否有污染等都要逐一排查。
3.流失
润滑脂流失的原因可能是长时间没有添加、润滑脂耐高温性能不好、润滑脂品质不佳。
解决的办法是定期添加、更换耐高温的润滑脂、更换长效润滑脂。
4.变干
润滑脂变干通常是因为润滑脂耐高温性能不好或润滑脂品质不佳，需要更换性能更好的润滑脂。
5.变黑
由于金属的磨损，润滑脂在使用一段时间后会出现颜色变深、变黑的现象，如果没有其他异常，对此不必担忧。
如果伴随有温度升高、振动、噪声增大，则应检查润滑脂中是否有污染物。
可以用手指搓捻润滑脂，看看是否有异物颗粒。
如果出现污染，应及时清理干净旧的润滑脂，并重新添加新的润滑脂，同时杜绝污染。
6.发臭
润滑脂发臭的现象不多见，通常是因为润滑脂品质不佳或者有机物污染造成的。
七、常见问题解答
1.选择2号脂好还是3号脂好
润滑脂的稠度表示其软硬程度，不代表性能的优劣，NLGI将润滑脂的稠度分为9个等级，其中2、3号脂是最常用的，3号脂一般用于立轴、振动大的场合，而2号脂可以用于绝大多数场合。
2.食品生产企业一定要用食品级润滑剂吗
食品、饮料生产及包装过程中可能与食品接触的润滑点必须用食品级润滑剂，这在HACCP的相关规定中有明确要求。
食品级润滑剂并不是可以食用的润滑剂，通常指的是符合美国农业部USDA与国家卫生基金NSF的H1规范、可以偶然接触食品的润滑剂，偶然接触的极限是10μg/g。
得到H1类认可的润滑剂可以在NSF网站上查到。
这类润滑剂的成分符合美国联邦食品与药物管理局法规FDA21CFR178.3570的规定。
3.润滑脂有没有兼容性问题
不同润滑脂之间确实存在兼容性的问题，主要是稠化剂的兼容性，相关信息从供应商或网上都可以得到。
实际工作中可以有两种解决办法，第一是在维修时将零件拆下、清洗干净并涂上新的润滑脂，第二是用黄油枪往轴承座油嘴里打入新脂，将旧脂挤出，见到新脂为止，其中多余的油脂会在轴承工作时逐渐挤出，不会引起什么问题。
通过以上两种方法就可以简单的避免不兼容的现象发生。
4.一种润滑脂能适应全部机器的润滑吗
不同的机器有不同的工况，应该根据工况要求选择润滑脂。
高性能润滑脂通常在温度、转速、载荷方面有比较宽的适用范围，可以适用于多种机器设备的润滑，比如MolykoteBR2＋就可以满足从低速到中高速、中到高负荷条件的润滑，温度范围可达－30～150℃。
5.存在辐射的场合应该用什么润滑脂
核辐射会破坏普通矿物润滑脂的结构，加速其劣化，应该选用耐辐射的润滑脂。
MolykoteG-6000在秦山核电站就取得了非常成功的应用。
该站有几台风机，转速为3200r/min，长期受到核辐射的影响，试用过多种润滑脂均不能满足要求。
在使用了G-6000之后，工作良好，运行平稳，轴承温度比其他润滑脂低了将近10℃，用户评价设备状态达到行业内最佳。
6.存在化学品侵蚀的环境如何选择润滑脂
这种情况下应该选择抗化学品腐蚀的润滑脂，比如全氟聚醚、氟硅油等为基础油的润滑脂。
这类润滑脂同时还具备耐高温、耐水等特点。
例如在ETA的沉降式分离机上，两端轴承的温度超过200℃，同时还受到原料的侵蚀，普通润滑脂无法满足润滑要求，而Molykote1292在此处表现优异，得到OEM的认可。
润滑对设备的正常运转必不可少，润滑剂在设备维护中所占成本比例很小，只有3%～5%，但对正常生产却影响很大。
选用合适的高性能润滑脂，并不增加多少维护成本，但却可以有非常显著的收益。
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