CN110591795A - 一种铁路轮轨润滑脂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路轮轨润滑脂及其制备方法，润滑脂按重量百分比计包括以下组分：基础油40％～50％、高碱值合成磺酸钙30％～35％、转化剂4％～5％、膨润土稠化剂3％～5％、助分散剂0.3％～0.5％、抗氧剂1.0％～1.5％、防锈剂0.1％～0.5％和极压抗磨剂10％～15％，高碱值合成磺酸钙的碱值为350～450KOH/g，碳酸钙的粒度≤10μm。该润滑脂具有优异的耐高低温性、极压抗磨性、胶体安定性、泵送性、防锈性及生物降解性；选择高碱值合成磺酸钙制备磺酸钙基脂，能够有效提高润滑脂的低温流动性和黏附性，还能显著提高铁路轮轨的抗磨损能力，延长设备使用寿命；该制备方法的生产工艺简单。

Description

一种铁路轮轨润滑脂及其制备方法

技术领域

本发明涉及润滑脂及其制备方法，尤其涉及一种铁路轮轨润滑脂及其制备方法。

背景技术

随着全球经济的发展，铁路运输动力发生了明显的变化。内燃、电力机车担负的运量已经超过了蒸汽机车运量，且向重载、扩编和高速度方面迈出了一大步。上述运用条件的提高，使机车轮缘和钢轨(尤其是曲面钢轨)磨损这个铁路上久已存在的害病日益突出，直接影响轮、轨使用寿命和运输生产安全。

铁路机车在运行过程中，由于列车在运行中倾斜，造成车轮轮缘与钢轨内侧面相接触，从而产生经常性摩擦。特别是当机车运行在曲线路段时，由于离心力作用，车轮向钢轨挤压，造成钢轨的内侧面与车轮轮缘剧烈摩擦而严重磨损，缩短了钢轨和车轮的使用寿命。用润滑剂对钢轨内侧和车轮边缘进行润滑是减少轮缘和钢轨间的摩擦力，降低机车的动力损耗，改善轮轨间相互作用，减轻轮轨摩擦最有效的方法之一。

因此针对铁路轮轨的工作特点，对轮轨润滑脂提出了较高的性能要求：(1)耐高温：列车在下坡行驶时，车轮与钢轨之间的摩擦热可使车轮温度升至200℃，在小径曲线段行驶，施以最大制动力时，轮轨温度也可达150℃以上；(2)优良的黏温性：适应我国南北冬夏季温度变化，没有明显变稀或变稠的现象，保持极好的泵送性和喷射能力，全天候使用；(3)优良的极压抗磨性：轮轨摩擦副表面只能形成边界润滑，必须具有优良的极压减摩性能，才能满足轮缘与轨侧接触面负荷大、滑动速度高的工况；(4)优良的附着力和黏附性：足够的附着力和黏附性以克服车轮在运行过程中产生的离心力，不被甩落，同时在喷涂区及时扩展成均匀的油膜；(5)优良的抗水性：保证润滑脂在使用中不被水冲刷和乳化，确保雨雪天气下的正常使用；(6)优良的防尘、防腐蚀性；(7)与喷脂器具有较好的匹配性，能与机车装载的轮轨润滑脂喷脂系统匹配使用。

并且铁路轮轨上使用的润滑脂为一次性的消耗材料，其喷涂在车轮轮缘和钢轨上，直接逸散至环境中，易造成环境污染。随着现代铁路的发展和日益严峻的环保要求，要求轮轨润滑脂具有对环境污染小和可生物降解性的特点。专利号为CN104450106A公开了一种轮轨专用润滑脂的制备方法和CN106833819A公开了一种轮轨减摩润滑脂的制备方法，均采用羟基硬脂酸锂皂作为稠化剂，并添加固体添加剂和聚合物来提高润滑脂的极压性和抗水性，并未考虑环保问题，不易生物降解；专利号为CN105950267A公开了一种环保型轮轨润滑脂的制备方法，采用脂肪酸锂皂或钙皂稠化合成基础油，并加入含硫、磷、硼或氮抗磨剂和白色固体添加剂来提高润滑脂的极压抗磨性能，专利号CN105907448A公开了一种铁路机车轮缘用润滑脂的制备方法，采用低倾点复合磺酸盐稠化合成油，具有较低的稠化剂含量以提高低温流动性，优异的极压抗磨性和抗水防锈性，但制备工艺相对比较复杂。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明的第一目的是提供一种具有优异的耐高低温性、极压抗磨性、胶体安定性、泵送性、防锈性及生物降解性的环保型润滑脂。本发明的第二目的是提供该润滑脂的制备方法。

技术方案：本发明所述的铁路轮轨润滑脂，按重量百分比计包括以下组分：基础油40％～50％、高碱值合成磺酸钙30％～35％、转化剂4％～5％、膨润土稠化剂3％～5％、助分散剂0.3％～0.5％、抗氧剂1.0％～1.5％、防锈剂0.1％～0.5％和极压抗磨剂10％～15％。

优选的，所述高碱值合成磺酸钙的碱值为350～450KOH/g，其所含的有效成分碳酸钙的粒度≤10μm。所述转化剂为水、醇和酸组成的混合物，醇为异丙醇，酸为十二烷基苯磺酸。选择这样的原料制备磺酸钙基脂，能够有效提高润滑脂的低温性能；传统工艺由于采用的磺酸钙中有效成分碳酸钙的粒度过大(粒度在60μm甚至100μm以上)，易发生聚集而导致磺酸钙基润滑脂低温性能差，尤其是加入了复合组分，硬化现象比较严重，不适合在更低温度下使用。

所述基础油包括矿物油、聚α烯烃油或酯类油中的至少一种，所述酯类油为季戊四醇酯、三羟甲基丙烷酯或癸二酸二辛酯中的一种，所述基础油40℃的运动粘度为10～50mm²/s，倾点不高于-45℃。本发明采用粘度为10～50mm²/s的基础油，更适合机车车载轮轨系统喷脂器的使用，若粘度过低不能形成足够的油膜，而粘度过高会导致成雾性差。

本发明选择在磺酸钙基润滑脂中添加有机膨润土稠化剂，并且选择碳酸丙烯酯作为助分散剂，能够很好的提高润滑脂的泵送性和胶体稳定性，提高润滑脂的使用寿命，延长换脂周期。

本发明的抗氧剂为2,6-二丁基对甲酚和/或烷基二苯胺。防锈剂为苯并三氮唑和/或苯并三氮唑钠盐。极压抗磨剂为氧化锌、轻质碳酸钙和氟化石墨组成的混合物，优选的，极压抗磨剂的粒度≤5μm，采用此类固体添加剂，能够有效降低轨道磨损，并且对环境污染小，符合环保要求。

本发明通过采用抗氧剂、防锈剂及极压抗磨剂，合理复配添加剂使得润滑脂的PD值达到4904N，磨斑直径小于0.4mm，极压抗磨性能出色，能够有效保证设备的持续润滑。

本发明所述的制备上述润滑脂的方法包括如下步骤：

(1)按重量百分比将高碱值合成磺酸钙与部分基础油混合，搅匀后加入转化剂，升温至70～80℃，保温2～2.5h，其中基础油与高碱值合成磺酸钙的质量比为1:1～1:2；

(2)继续升温至120～140℃后保温0.5～1h，加入剩余的基础油，降温至室温；

(3)加入膨润土稠化剂搅匀，再加入助分散剂搅拌0.5～1h，均化后依次加入抗氧剂、防锈剂、极压抗磨剂，搅匀、脱气。

有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)该润滑脂具有优异的耐高低温性、极压抗磨性、胶体安定性、泵送性、防锈性及生物降解性，属于环保型润滑脂；(2)选择碱值为350～450KOH/g、碳酸钙的粒度≤10μm的高碱值合成磺酸钙制备磺酸钙基脂，能够有效提高润滑脂的低温流动性和黏附性，并且具有更高的高碱值磺酸钙的有效成分，可以显著提高铁路轮轨的抗磨损能力，延长设备使用寿命；(3)该制备方法的最高炼制温度为140℃，生产工艺简单，生产时间较短。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

原料组成：基础油(聚α烯烃油:季戊四醇酯的质量比＝7:3)45.4％、高碱值合成磺酸钙35％，水3.5％、异丙醇0.5％、十二烷基苯磺酸1％、有机膨润土3％、碳酸丙烯酯0.3％、2,6-二叔丁基对甲酚0.5％、烷基二苯胺0.5％、苯并三氮唑0.3％、氧化锌2％、轻质碳酸钙6％和氟化石墨2％，其中基础油40℃的运动粘度为50mm²/s，倾点为-57℃；高碱值合成磺酸钙的碱值为350KOH/g，碳酸钙的粒度为5μm。

本发明采用的原料均可从市场上购买得到。

制备方法：

(1)将70kg基础油、70kg高碱值合成磺酸钙混合，搅拌均匀后加入7kg水、1kg异丙醇、2kg十二烷基苯磺酸，升温至70℃，保温2.5h；

(2)升温至120℃后保温1h，加入20.8kg基础油，降温至室温；

(3)加入6kg有机膨润土搅拌均匀，加入0.6kg碳酸丙烯酯搅拌0.5h，均化后依次加入1kg 2,6-二叔丁基对甲酚、1kg烷基二苯胺、0.6kg苯并三氮唑、4kg氧化锌、12kg轻质碳酸钙和4kg氟化石墨，搅匀、脱气，即制得润滑脂。

实施例2

原料组成：基础油(矿物油)43.9％、高碱值合成磺酸钙30％，水3％、异丙醇0.5％、十二烷基苯磺酸1％、有机膨润土5％、碳酸丙烯酯0.5％、2,6-二叔丁基对甲酚0.5％、烷基二苯胺0.5％、苯并三氮唑钠盐0.1％、氧化锌5％、轻质碳酸钙5％和氟化石墨5％，其中基础油40℃的运动粘度为15mm²/s，倾点为-54℃；高碱值合成磺酸钙的碱值为400KOH/g，碳酸钙的粒度为3μm。

制备方法：

(1)将30kg基础油、60kg高碱值合成磺酸钙混合，搅拌均匀后加入6kg水、1kg异丙醇、2kg十二烷基苯磺酸，升温至80℃，保温2h；

(2)升温至140℃后保温0.5h，加入57.8kg基础油，降温至室温；

(3)加入10kg有机膨润土搅拌均匀，加入1kg碳酸丙烯酯搅拌0.5h，均化后依次加入1kg 2,6-二叔丁基对甲酚、1kg烷基二苯胺、0.2kg苯并三氮唑钠盐、10kg氧化锌、10kg轻质碳酸钙和10kg氟化石墨，搅匀、脱气，即制得润滑脂。

实施例3

原料组成：基础油(矿物油:聚α烯烃油:癸二酸二辛酯的质量比＝2:3:5)45.5％、高碱值合成磺酸钙35％，水2.5％、异丙醇0.5％、十二烷基苯磺酸1％、有机膨润土3％、碳酸丙烯酯0.5％、2,6-二叔丁基对甲酚1％、烷基二苯胺0.5％、苯并三氮唑0.5％、氧化锌2.5％、轻质碳酸钙5％和氟化石墨2.5％，其中基础油40℃的运动粘度为10mm²/s，倾点为-60℃；高碱值合成磺酸钙的碱值为380KOH/g，碳酸钙的粒度为10μm。

制备方法：

(1)将40kg基础油、70kg高碱值合成磺酸钙混合，搅拌均匀后加入5kg水、1kg异丙醇、2kg十二烷基苯磺酸，升温至70℃，保温2h；

(2)升温至130℃后保温1h，加入51kg基础油，降温至室温；

(3)加入6kg有机膨润土搅拌均匀，加入1kg碳酸丙烯酯搅拌0.5h，均化后依次加入2kg 2,6-二叔丁基对甲酚、1kg烷基二苯胺、1kg苯并三氮唑、5kg氧化锌、10kg轻质碳酸钙和5kg氟化石墨，搅匀、脱气，即制得润滑脂。

实施例4

原料组成：基础油(矿物油:聚α烯烃油:三羟甲基丙烷酯的质量比＝2:3:5)40％、高碱值合成磺酸钙35％，水3％、异丙醇1％、十二烷基苯磺酸1％、有机膨润土4％、碳酸丙烯酯0.5％、2,6-二叔丁基对甲酚0.6％、烷基二苯胺0.6％、苯并三氮唑0.1％、苯并三氮唑钠盐0.2％、氧化锌4％、轻质碳酸钙6％和氟化石墨4％，其中基础油40℃的运动粘度为18mm²/s，倾点为-45℃；高碱值合成磺酸钙的碱值为450KOH/g，碳酸钙的粒度为2μm。

制备方法：

(1)将40kg基础油、70kg高碱值合成磺酸钙混合，搅拌均匀后加入6kg水、2kg异丙醇、2kg十二烷基苯磺酸，升温至80℃，保温2.5h；

(2)升温至120℃后保温1h，加入40kg基础油，降温至室温；

(3)加入8kg有机膨润土搅拌均匀，加入1kg碳酸丙烯酯搅拌1h，均化后依次加入1.2kg 2,6-二叔丁基对甲酚、1.2kg烷基二苯胺、0.2kg苯并三氮唑、0.4kg苯并三氮唑钠盐、8kg氧化锌、12kg轻质碳酸钙和8kg氟化石墨，搅匀、脱气，即制得润滑脂。

实施例5

原料组成：基础油(矿物油:聚α烯烃油的质量比＝3:7)50％、高碱值合成磺酸钙30.1％，水3.5％、异丙醇0.5％、十二烷基苯磺酸1％、有机膨润土3％、碳酸丙烯酯0.3％、2,6-二叔丁基对甲酚0.3％、烷基二苯胺1％、苯并三氮唑0.3％、氧化锌3％、轻质碳酸钙4％和氟化石墨3％，其中基础油40℃的运动粘度为24mm²/s，倾点为-57℃；高碱值合成磺酸钙的碱值为350KOH/g，碳酸钙的粒度为10μm。

制备方法：

(1)将60kg基础油、60.2kg高碱值合成磺酸钙混合，搅拌均匀后加入7kg水、1kg异丙醇、2kg十二烷基苯磺酸，升温至70℃，保温2.5h；

(2)升温至120℃后保温1h，加入40kg基础油，降温至室温；

(3)加入6kg有机膨润土搅拌均匀，加入0.6kg碳酸丙烯酯搅拌0.5h，均化后依次加入0.6kg 2,6-二叔丁基对甲酚、2kg烷基二苯胺、0.6kg苯并三氮唑、6kg氧化锌、8kg轻质碳酸钙和6kg氟化石墨，搅匀、脱气，即制得润滑脂。

对比例1

原料组成：同实施例1，与实施例1不同的是高碱值合成磺酸钙中的有效成分碳酸钙的粒度为100μm。

制备方法：同实施例1。

将实施例1～3及对比例1制备的润滑脂进行性能检测，测试结果见表1。

表1实施例及对比例润滑脂的理化性能检验数据

①分油能力采用常规桶内储存分油的方法，将约15kg的润滑脂放入18L的白色透明塑料桶中，按正常存储方式进行储存，每天进行观察并进行记录现象。

通过表1中的低温锥入度和相似粘度可以看出，实施例1～3制备的铁路轮轨润滑脂具有优异的耐低温性能，对比例1所采用的磺酸钙中有效成分碳酸钙的粒度过大(粒度100μm)，易发生聚集而导致磺酸钙基润滑脂低温性能差，尤其是加入了复合组分，硬化现象比较严重，不适合在更低温度下使用。此外，本发明的润滑脂还具有优异的胶体安定性、泵送性及防锈性，且滴点高(耐高温)，具有优异的极压减磨性能，能够有效保证设备持久润滑。

对比例2

原料组成：基础油(聚α烯烃油:季戊四醇酯的质量比＝7:3)54％、高碱值合成磺酸钙33％，水3.3％、异丙醇0.5％、十二烷基苯磺酸1％、12-羟基硬脂酸1.1％、硼酸1.4％、氢氧化钙1.1％、有机膨润土稠化剂2.9％、碳酸丙烯酯0.3％、2,6-二叔丁基对甲酚0.5％、烷基二苯胺0.5％、苯并三氮唑0.3％，其中基础油40℃的运动粘度为50mm²/s，倾点为-57℃；高碱值合成磺酸钙的碱值为350KOH/g，碳酸钙的粒度为60μm。

制备方法：

(1)将70kg基础油、70kg高碱值合成磺酸钙混合，搅拌均匀后加入7kg水、1kg异丙醇、2kg十二烷基苯磺酸，升温至80℃，保温2h；

(2)转相结束后加入2.4kg 12-羟基硬脂酸、3kg硼酸和2.4kg氢氧化钙进行复合，升温至98℃搅拌1.5h；

(3)升温至120℃后保温1h，加热至190℃保温0.5h，加入42.2kg基础油，降温至室温；

(4)加入6kg有机膨润土搅拌均匀，加入0.6kg碳酸丙烯酯搅拌0.5h，均化后依次加入1kg 2,6-二叔丁基对甲酚、1kg烷基二苯胺、0.6kg苯并三氮唑，搅匀、脱气，即制得润滑脂。

比较本发明磺酸钙基脂与对比例2的复合钙基脂的制备工艺，可见本发明的制备工艺更加简单、所涉及的制备步骤少。

Claims (10)

1.一种铁路轮轨润滑脂，其特征在于，按重量百分比计包括以下组分：基础油40％～50％、高碱值合成磺酸钙30％～35％、转化剂4％～5％、膨润土稠化剂3％～5％、助分散剂0.3％～0.5％、抗氧剂1.0％～1.5％、防锈剂0.1％～0.5％和极压抗磨剂10％～15％；所述高碱值合成磺酸钙的碱值为350～450KOH/g，其所含的有效成分碳酸钙的粒度≤10μm。

2.根据权利要求1所述的铁路轮轨润滑脂，其特征在于，所述基础油包括矿物油、聚α烯烃油或酯类油中的至少一种，所述酯类油为季戊四醇酯、三羟甲基丙烷酯或癸二酸二辛酯中的一种。

3.根据权利要求1或2所述的铁路轮轨润滑脂，其特征在于，所述基础油40℃的运动粘度为10～50mm²/s，倾点不高于-45℃。

4.根据权利要求1所述的铁路轮轨润滑脂，其特征在于，所述转化剂为水、醇和酸组成的混合物，所述醇为异丙醇，所述酸为十二烷基苯磺酸。

5.根据权利要求1所述的铁路轮轨润滑脂，其特征在于，所述膨润土稠化剂为有机膨润土。

6.根据权利要求1所述的铁路轮轨润滑脂，其特征在于，所述助分散剂为碳酸丙烯酯。

7.根据权利要求1所述的铁路轮轨润滑脂，其特征在于：所述抗氧剂为2,6-二丁基对甲酚和/或烷基二苯胺。

8.根据权利要求1所述的铁路轮轨润滑脂，其特征在于：所述防锈剂为苯并三氮唑和/或苯并三氮唑钠盐。

9.根据权利要求1所述的铁路轮轨润滑脂，其特征在于：所述极压抗磨剂为氧化锌、轻质碳酸钙和氟化石墨组成的混合物，所述极压抗磨剂的粒度≤5μm。

10.一种制备权利要求1所述的铁路轮轨润滑脂的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)按重量百分比将高碱值合成磺酸钙与部分基础油混合，搅匀后加入转化剂，升温至70～80℃，保温2～2.5h，其中基础油与高碱值合成磺酸钙的质量比为1:1～1:2；

(2)继续升温至120～140℃后保温0.5～1h，加入剩余的基础油，降温至室温；

(3)加入膨润土稠化剂搅匀，再加入助分散剂搅拌0.5～1h，均化后依次加入抗氧剂、防锈剂、极压抗磨剂，搅匀、脱气。