CN101258228A - 监控液压用流体的耐火性的方法 - Google Patents

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Abstract

一种监控液压用流体耐火性的方法，包括测量液压用流体的性质，该性质在液压用流体使用时变化；使该测定与液压用流体的耐火性相关联；和如有必要，采取补救措施以便改善液压用流体的耐火性。合适的性质是聚合物抗雾添加剂(例如聚甲基丙烯酸甲酯)的分子量，和耐火性可以通过加入在合适的溶剂中的聚合体浓缩物到该液压用流体中进行改善，当测量的分子量降到容许值之下。

Description

监控液压用流体的耐火性的方法
本发明涉及评估液压用流体的耐火性的方法。本发明还提供监控液压用流体的耐火性的方法以便如果流体的耐火性降到预定水平之下时可以采取补救措施。
液压用流体是特别地配制的流体，它被设计为在高压液压系统中工作(例如，直至345巴(5,000psi))用于动力传送和控制的目的。流体被设计成结合一系列性质，包括防腐蚀、耐磨性、减少的在液压系统中存在的阀门、管和容器中形成清漆或者淤泥的的倾向。
液压用流体显示出特别的耐火性水平通常也是很重要的。这对于在液压系统中使用的液压流体尤其是这样的，在液压系统中具有很高的着火风险，例如在钢铁制造加工工业中使用的液压系统。(例如在鼓风炉、热轧带钢机、送卷装置等等中使用的液压系统)在上述系统中，当有高压流体泄漏时问题可能出现，因为它可以引起针孔着火。因此，被使用的液压用流体显示出合适的耐火性是重要的。可期望地，难燃液压油具有减少的着火的倾势和，如果它们着火，它们在点火源已经被移走之后不支持持续的燃烧。
有各种规定液压用流体的耐火性将怎样被测定和什么水平被认为是可接受水平的工业标准。这类标准之一是所谓的7th卢森堡协议(对用于动力传送(流体静力的和流体动力的)的耐燃液压油的必要条件和测试可适用)。这个协议的一个要素是喷射着火测试，在该测试中将被测试的流体在压力下被雾化(以模拟在液压系统中的针孔渗漏)和具有固定特征的点火火焰被引入。流体一旦着火，火焰便被撤出了。测定了在喷射处的火焰的燃烧在点火火焰撤出之后的最大持续性。在喷射出的火焰燃烧的最大持续性在点火火焰撤出之后进行测定。
对于在这个测试中的″经过″，燃烧的最大持续将不会超过30秒。
液压用流体的耐火性随着流体被使用的时间趋向退化，这个退化的速率往往与流体在使用期间达到的被剪切程度有关(在液压系统中由泵等产生)。
美国专利5141663涉及使用高分子聚合物抗雾添加剂以便向聚二醇基的液压用流体提供耐火度，和重新认识了抗雾添加剂当经受剪切时往往会降解，该剪切是液压用流体在使用期间一般遭遇到的。美国专利5141663描述了通过GPC分析流体以便确定与在比较流体中使用的添加剂相比较抗雾添加剂的分子量的损失。
Hodges P.K.B在″Hydraulic Fluids″(由Arnold出版，1996)20章中涉及耐燃流体和耐燃流体的维护。它提出″一旦建立系统设计和液压用流体的正确结合，经济的和有效的运转的关键是严格的遵守厂家的建议，通过实验室试验进行过滤器的系统检查和液压用流体的定期监控如指出…在表格20.2″。上述的监控程序包括水含量、pH、粘度、微生物和颗粒计数。
如液压用流体的耐火性随着时间趋向退化，除非在流体的耐火性将降到可接受的水平之下的点，采取一些补救措施。就地进行相关的耐火性试验以便直接地测定使用中的流体的耐火性是不现实和经济的。事实上，对于一些测试(例如被提到的7th Luxembourg协议)，在世界上可能仅仅有一些设备，它们被装备和被批准以进行该测试。为了测试寄送液压用流体的样品到上述设备是不切实际的，因为周转时间将是不可接受的慢。这里应当注意到的是，在工业中大规模的液压系统往往连续地运转。等到收到从测试设备回来的测试结果时，流体的耐火性低于可接受的水平将已经有一段时间了。
在这个背景下，提供评估液压用流体的耐火性的方法将是期望的，该方法不包括常规使用的耐火性试验的种类的应用。提供评估液压用流体的耐火性的方法将也是期望的，该方法在液压系统的位置(或者其附近地方)是适合便于进行，和由此产生的结果迅速地使得任何耐火性的不足被先得到或者快速地被补救。提供评估液压用流体的耐火性的方法也将是期望的，该方法的执行是经济的，这样耐火性的定期的检查变成实际可能的。这将具有优点，即保证在最适当的时间可以采取必需的补救措施以维持耐火性的必要水平。
因此，在一实施方案中，本发明提供评估液压用流体的耐火性的方法，该方法包含：
(i)测量当液压用流体的性质，该性质在液压用流体被使用时变化，并且该性质可以与液压用流体的耐火性相关；和
(ii)使在步调(i)获得的测定与液压用流体的耐火性相关联。
本发明的这个实施方案可被用来评估液压用流体的耐火性，在那里当流体被用在液压系统中时耐火性会改变。如上所指出，上述的流体的耐火性趋向退化，因为流体在使用期间被剪切。本发明的这个实施方案依赖于液压用流体的一些性质的测定，这些性质在流体的使用期间也是变化的且它们可以与耐火性本身有关。应当理解的是，所讨论的性质不是耐火性本身，而是那些可用于提供耐火性的指标的性质。因此，还将理解的是，本发明的显著的方面包括识别将被测量的性质和被用作为耐火性指标。
当流体被使用时(被剪切)变化的液压用流体的性质可以从液压用流体变化到依赖于流体的组分和化学性质的液压用流体。因此，本发明的最宽的实施方案不是被限于任何特定的性质的测定，只要依赖的性质可以与流体的耐火性有关。
优选地，可被依赖的性质是那些可以容易和方便被测量的具有很快的周转时间的性质，以便任何在液压用流体的耐火性方面不可接受的改变可以被立即识别和被起作用。将被测量的性质可能要求使用专门设备和程序，但是，在它们比耐火性试验本身是更可评估的和便于应用的程度上，当与液压用流体的耐火性的直接测定相比较，本发明将具有优点。实际上，为了本发明提供优于直接测量耐火性的优点，依赖的性质可以简单地是那些具有比耐火性试验更少的相关实施限制的性质，为位置，使用简单或成本。
对于任何在本发明的实施中有用的特定的可测性质，性质必须与耐火性有关，如通过相关的任何测试/标准所确定。因此，进行耐火性试验还是必需的，以便引证所关心的性质来表征该流体。然而，在进行表征后，该性质可以被依赖作为耐火性的指示器而不需要诉诸于耐火性试验。
为了表征液压用流体，当该流体是新鲜的/新的以及在不同的剪切时间之后，测量它的耐火性和所关心的性质，不同剪切时间旨在用来模拟流体的使用(例如，由通过泵循环流体)。由此，确定流体的耐火性怎样退化和那些退化怎样与所关心的性质的改变有关是可能。有利地，确定性质的值是可能的，该值等同于在相关的耐火性试验中的失效。通过这样表征液压用流体，所关心的性质的随后的测定可以被用作为时间的直接显示，该时间为液压用流体的耐火性是低得不可接受的时候，以便然后可以采取补救措施，如有必要。
如上述，在它的最宽的实施方案中，本发明不是根据引用将被测定的特定性质而被限定。然而，从实用的观点来看，明显是所希望的，当与相关的耐火性试验本身相比较，将依赖的性质是那些具有相关优点(例如方便、成本等)的性质。作为耐火性的代表特征将被测量的性质可以从流体到流体变化，即使当依靠相同的性质时，表示可接受的和不可接受的耐火性之间的阈值可以在不同的液压用流体之间变化。本发明依赖于将被使用的特定种类的流体的预表征和获得的结果，该结果不应该被视为不同的成分的流体的代表性特征，或者视为在表征这类流体中有用。
将被依赖的性质可以是物理或化学性质，它们当液压用流体被使用时将会变化，且可以将它们与流体的耐火性相关。有用的性质可以包括粘度、密度、压缩率、传导率、普朗特数、比热、表面张力、蒸汽压力、分子量(数均或者重均)和沸点。优选地，在流体中使用分子量(最优选地，重均分子量)的聚合物抗雾添加剂。本领域的技术人员将熟悉上述的性质怎样通过使用标准设备和技术进行测定。可设想到，液压用流体的样品将从液压系统的方便的部分被取出并进行分析以便可以评估所关心的性质。
在另一个实施方案中，本发明提供保证用于液压系统中的液压用流体具有足够的耐火性。在这个实施方案中，该方法包含：
(i)测量液压用流体的性质，该性质当液压用流体被使用时改变，并且它可以与液压用流体的耐火性相关；和
(ii)使在步骤(i)中获得的测定值与液压用流体的耐火性相关；知
(iii)如有必要，采取补救措施以便改善液压用流体的耐火性。
在这个实施方案中，可设想到，液压用流体的相关性质将通过定期检查以便发展对流体在耐火性方面的变化的理解和，特别地，以便确认流体的耐火性接近不可接受的低的水平的时间。事实上，监控系统将基于所测量的性质的值被建立是不可能的，这些值相当于在相关的耐火性试验中的″失效″。宁愿，该方法将被用于识别那些点，在这些点正接近于″失效″。当达到该点时，可以采取补救措施以便改善流体的耐火性。
将被注意到，步骤(i)和(ii)与上面所述相同，并因此适用相似原理。在本发明的后一个实施方案中，取样和相关性质的测定之间的时间可以根据液压系统和/或使用中的液压用流体的特点而改变。例如，如果液压系统是一个对液压用流体给予高剪切的系统时，流体的耐火性可能比当相同流体被用于低剪切系统中时更快速地退化。在这种情况下，可能要求更频繁地取样液压用流体，以便确定液压用流体的耐火性接近不可接受的低的水平的点。
在更优选的方面，用于测定所研究的性质的设备被结合作为液压系统的一部分以便可以进行在线取样和测定。将被测定的性质的属性，和它所要求的设备型号，将明显说明它是否是实用的可能性。否则，对液压用流体取样并移动它以进行测试可能是必需的。测试是″就地″将是优选的，又但是，这将取决于待测定的性质的属性。
当使用中的液压用流体的耐火性接近于不可接受的低水平已经被确定时，可以采取补救措施以便增强耐火性。非常所希望地，如果不是必需的，按照本发明的方法采取补救措施还可以被使用以保证维持耐火性的合适的水平。这可能具有关于可以采取什么步骤以改善液压用流体的耐火性的含义，当一旦已确定液压用流体的耐火性接近不可接受的低水平。这是因为本发明的这方面依赖于一事实，该事实为特定类型的液压用流体(成分)已经被预表征以便一些性质可以被认为是流体的耐火性代表性特征，至少定性的。在另一方面，补救措施可以包括用具有与原来表征相同的原始组分的新流体更换在系统中使用的全部的液压用流体。然而，在实际中，这是不可能的。更可能地，在系统中的液压用流体将用合适的浓缩物或者组分进行掺杂，以便提高耐火性。然而，所使用的浓缩物或组分的特点将不会破坏随后根据本发明监控液压用流体的耐火性的能力。由于相似的原因，当在系统中使用的液压用流体已经被更换为不同类型的液压用流体，且打算根据本发明监控那些不同的液压用流体的耐火性，该系统被合适地冲洗以避免任何剩余的/存在液压用流体干涉将被引入的新的液压用流体，这是很重要的。
为了说明的需要，本发明将通过根据市场上可买到的特定类型的难燃液压油进行描述。
已知的是，使用加有高分子聚合物抗雾添加剂以便提供必要水平的耐火性的基液作为难燃液压油。抗雾添加剂是被打算用来引起液压用流体的小滴的聚结(如果流体被雾化，例如当高压针孔渗漏发生)的化合物。相反，流体的小滴的聚结减少流体支持火焰的倾向。有多种类型的化合物用作为抗雾添加剂，可以提及的有聚(甲基)丙烯酸烷基酯(如聚甲基丙烯酸甲酯)、亚烷基-乙烯基酯共聚物(alkylene-vinyl ester)、聚丁二烯苯乙烯共聚物、和它们的组合。已知的是，在多元醇酯类碱流体中使用这类抗雾添加剂。
根据本发明，已经观察到，当遭受到剪切时，聚(甲基)丙烯酸烷基酯抗雾添加剂被降解，这导致了在其中包含抗雾添加剂的液压用流体的耐火性降低。
作为聚合物，抗雾添加剂将包括各种聚合物链长。因此，抗雾添加剂可以根据特定分子量分布被表征。然而，据相信，对于将被观察到的耐火性的特定水平，液压用流体必须包含足够的浓度的该分子量分布中的特定部分。因此，根据本发明，通过确定抗雾添加剂存在的相关部分来评估加有这类抗雾添加剂的液压用流体的耐火性是可能的。
作为使用的液压用流体，人们相信有关部分的浓度将被减少。因此，在液压用流体中的抗雾添加剂的分子量，且特别地重均分子量，可以被测量，和与液压用流体的耐火性相关联。因此，流体的这个特征(聚合物抗雾添加剂的分子量)可以被用作为关于耐火性的指示器。在实践中，流体的聚合物抗雾添加剂的分子量可以通过使用凝胶渗透色谱法(GPC)进行评估。这被认为是使用方便和简单的测量技术。
根据本发明的补救措施可以包含加入与原来存在于液压用流体中的相同种类的聚合物抗雾添加剂到液压用流体中。聚合物可以是新的或者未用过的。聚合物应该有合适的物理形式以达到合适地稀释流体其余部分，例如作为在溶剂中的聚合物抗雾添加剂的溶液，其与液压用流体是能相容的。合适的溶剂可以是低芥酸菜子油(canola oil)或者菜子油(rape seed oil)。
根据本发明，在液压用流体已经根据需要地被表征之后，然后可以使用GPC数据来确定在实践中液压用流体的耐火性达到不可接受的低水平的时间。液压用流体的耐火性可以被改善，且包含加入与原来存在于液压用流体中的相同种类的抗雾添加剂到流体中是可能的。这保证液压用流体的耐火性可以通过使用相同的方法进行监控。
因此，还根据本发明，提供了改善液压用流体的耐火性的方法，该液压用流体包含聚合物抗雾添加剂，当液压用流体被使用时，聚合物抗雾添加剂的分子量改变，该方法包含加入与原来存在于液压用流体中的相同种类的抗雾添加剂到流体中。
聚合物抗雾添加剂可以浓缩物被加入，该浓缩物包含和液压用流体相适合的溶剂。合适的溶剂可以是低芥酸菜子油或者菜子油。
因此，例如已经发现在液压用流体的聚甲基丙烯酸甲酯抗雾添加剂的重均分子量从1400000的初值到200000的值可以使用，在值200000时，流体具有不可接受的耐火性。
液压用流体的耐火性可以通过加入包含聚甲基丙烯酸甲酯的聚合物雾添加剂到液压用流体进行改善。聚合物抗雾添加剂可以是作为在和液压用流体相适合的溶剂中的浓缩物被加入，例如，如在低芥酸菜子油或者菜子油中的聚甲基丙烯酸甲酯。
根据本发明，还提供了用于本发明的方法中的浓缩物，它包含多元醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、低芥酸菜子油或者菜子油，和任选地，至少一种选自抗氧化剂、耐磨添加剂、和消泡添加剂的添加剂。
浓缩物可以包含30-50wt％的多元醇酯、8-17wt％的聚甲基丙烯酸甲酯、25-43wt％的低芥酸菜子油或者菜子油和0-1wt％的至少一种选自抗氧化剂耐磨添加剂和消泡添加剂的添加剂。
本发明将根据以下非限制性实施例和曲线形式表示的图1进行说明，在液压用流体中的聚甲基丙烯酸甲酯抗雾添加剂的重均分子量和液压用流体的如通过喷雾着火点试验测定的耐火性之间关系。
实施例1
在这个实施例中使用的液压用液体是Anvol SWX-P 68，从Castrol购买。它包含多元醇酯基液和包括高分子聚合物作为抗雾添加剂。这种添加剂的分子量分布是已知的或者预先被测定。
通过使用闭环液压系统使液压用液体受到不同时间的剪切，该液压系统包括装备着安全阀和散热器的Vickers 20 DT5 A叶轮泵。温度传感器被设定为48-53℃，和当需要时散热器风扇被用来冷却。水平开关被结合到系统中以探测任何泄漏和当泄漏被确定时以关闭系统。在运转期间，液压泵以约800psi运转，和流体温度被设定为约49℃。流体循环量为在室温下大约70升。流体的流速为大约23升/分钟。
通过经泵的循环剪切流体持续测定的时间和按预定的时间间隔取样。测试该样品以确定它的耐火性和以确定那些抗雾添加剂的部分的浓度，该浓度被认为对于耐火性是显著的。这通过如下所述的GPC完成。
凝胶渗透色谱法分析包括在四氢呋喃溶解样品(大约30mg/ml)和使用聚合物Polymer Laboratories Mixed Bed A Gel PermeationChromatography柱进行随后的分析，四氢呋喃用作为流动相，Agilent HP1100和Agilent GPC用作为软件。还分析了十个抗雾加成化合物的样品以便提供校准。在测试期间，样品被分析两次以提供平均结果。
按这种方式，测定液压用液体的分子量特征是可能的，该分子量特征对应于在耐火性试验中的失效。这种分子量特征因此可以用于实践以便测定液压用液体的耐火性将达到不可接受的低水平的时间。下面表格显示了对应不同剪切的持续时间的分子量(数均和重均)。分子量通过使用标准方法从GPC进行测定。
喷雾着火点试验(7th卢森堡协议)在0小时和25小时之后进行。对于0小时获得通过结果(燃烧最大持续时间是6s)。在25小时之后观察到失效结果(33秒)。
如通过获得图1中的曲线的平均喷雾着火点试验测量的，重均分子量MW与液压用液体的耐火性有关。由此可见，当聚合物抗雾添加剂的重均分子量降到大约190000时，液压用液体的耐火性降到可接受的喷雾着火时间30秒之下。
 剪切时间(小时)   Mn   重均分子量MW   喷射点火(秒)
 0   250000   1185000   最大6
 0.25   220300   567850
 0.5   196000   547300
 0.75   181500   495450
 0.95   183400   530950   4.75
 1   179000   319500   4.17
 2   170000   293500
 4   163000   275500   5.59
 8   152000   239000   9.67
 25   127500   179000   33
 50   113500   151000
 75   108500   140500
因此，测量液压用液体的性质(聚合物抗雾添加剂的分子量)和使它与液压用液体的耐火性相关是有可能的，该性质当液压用液体被使用时改变。这种测定可以比传统的喷雾着火点试验更容易地进行，因此液压用液体的耐火性可以在使用中被监控。该测定可用于指示可以采取补救措施以便改善液压用液体的耐火性的时间。上述的补救措施可能包含加入液压用液体、与原来在液压用液体中的相同类型的聚合物抗雾添加剂，例如可以加入包含在低芥酸菜子油中的聚异丁烯酸甲酯的浓缩物到液压用液体中。

Claims (21)

1.评估液压用流体的耐火性的方法，该方法包含：
(i)测量液压用流体的性质，该性质在液压用流体被使用时变化，并且该性质可以与液压用流体的耐火性相关；和
(ii)使在步调(i)获得的测定与液压用流体的耐火性相关联。
2.权利要求1的方法，其中液压用流体包含聚合物抗雾添加剂。
3.权利要求2的方法，其中液压用流体在该液压用流体被使用时变化的性质是聚合物抗雾添加剂的分子量。
4.权利要求3的方法，其中液压用流体在该液压用流体被使用时变化的性质是聚合物抗雾添加剂的重均分子量。
5.权利要求4的方法，其中聚合物抗雾添加剂的重均分子量通过使用凝胶渗透色谱法进行测量。
6.权利要求2到5任何一项的方法，其中聚合物抗雾添加剂选自聚(甲基)丙烯酸烷基酯、亚烷基-乙烯基酯共聚物、聚丁二烯苯乙烯共聚物、和它们的组合。
7.权利要求6的方法，其中聚(甲基)丙烯酸烷基酯是聚甲基丙烯酸甲酯。
8.权利要求1的方法，包括：
(i)测量液压用流体的性质，该性质当液压用流体被使用时改变，并且它可以与液压用流体的耐火性相关；
(ii)使在步骤(i)中获得的测定与液压用流体的耐火性相关；和
(iii)如有必要，采取补救措施以便改善液压用流体的耐火性。
9.权利要求8的方法，其中液压用流体包含聚合物抗雾添加剂。
10.权利要求9的方法，其中液压用流体在该液压用流体被使用时变化的性质是聚合物抗雾添加剂的分子量。
11.权利要求10的方法，其中液压用流体在该液压用流体被使用时变化的性质是聚合物抗雾添加剂的重均分子量。
12.权利要求11的方法，其中聚合物抗雾添加剂的重均分子量通过使用凝胶渗透色谱法进行测量。
13.权利要求9到12任何一项的方法，其中为了改善液压用流体的耐火性的补救措施包含加入与原来存在于液压用流体中相同类型的聚合物抗雾添加剂到液压用流体。
14.改善液压用流体的耐火性的方法，该方法包含聚合物抗雾添加剂，当该液压用流体被使用时，该添加剂的重均分子量改变，该方法包括加入与原来存在于液压用流体中相同类型的聚合物抗雾添加剂到液压用流体。
15.权利要求13到14任何一项的方法，其中将聚合物抗雾添加剂加入到与液压用流体相容的溶剂中。
16.权利要求9到15任何一项的方法，其中聚合物抗雾添加剂选自聚(甲基)丙烯酸烷基酯、亚烷基-乙烯基酯共聚物、聚丁二烯苯乙烯共聚物、和它们的组合。
17.权利要求16的方法，其中聚(甲基)丙烯酸烷基酯是聚甲基丙烯酸甲酯。
18.权利要求17的方法，该方法包括将包含聚甲基丙烯酸甲酯的浓缩物加入到低芥酸菜子油或者菜子油中。
19.权利要求18的方法，该方法包括加入包含多元醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、低芥酸菜子油或者菜子油，和任选地，选自抗氧化剂、耐磨添加剂、和消泡添加剂的至少一种添加剂的浓缩物。
20.用于权利要求19的方法中的浓缩物，它包含多元醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、低芥酸菜子油或者菜子油，和任选地，选自抗氧化剂、耐磨添加剂、和消泡添加剂的至少一种添加剂。
21.权利要求20的浓缩物，包含30-50wt％的多元醇酯、8-17wt％的聚甲基丙烯酸甲酯、25-43wt％的低芥酸菜子油或者菜子油和0-1wt％的至少一种选自抗氧化剂耐磨添加剂和消泡添加剂的添加剂。
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