滚动轴承食品级润滑脂的应用与发展趋势

李超强，夏新涛，陈龙，张旭

(1.河南科技大学，河南 洛阳 471003；2.洛阳轴承研究所有限公司，河南 洛阳 471039)

为减小摩擦、磨损，降低温升、噪声，提高轴承的运行可靠性和寿命，滚动轴承根据使用条件选用不同的润滑剂和润滑方式。食品、药品等生产加工设备用轴承对润滑剂提出了更高要求，除了要满足正常的润滑性能外，还要保证润滑剂的安全性，预防高温蒸发、泄漏等引发的食品安全问题[1]，因此，这类机械设备用轴承需要采用专用的食品级润滑剂。

由于食品机械传送、加工、包装等设备用轴承的dmn值一般不超过3×105mm·r/min，工作温度多为-25～160 ℃，低、中载荷条件，使用环境多为潮湿、需定期清洗等，因此多采用润滑脂润滑。

随着食品加工业的快速发展和对食品卫生安全的进一步重视，轴承食品级润滑脂的需求不断增加。由于国内食品级润滑脂的产量很小，价格较高，市场上存在使用植物油和凡士林、石蜡等矿物油作为润滑剂，有一定的安全隐患；对于具有较高机械安定性、极压抗磨性和使用寿命等要求的滚动轴承，所需要的高性能食品级润滑脂还主要依赖进口。因此，综述轴承食品级润滑脂的性能特点、应用情况，为更好地选用润滑脂提供参考。

1 食品级润滑剂标准规范

为了保障安全，限制滥用，各个国家和地区对食品级润滑剂进行了专门的规定[2]。全球范围内得到同行业广泛认可的是美国农业部(USDA)1962年创建的食品级润滑油批准注册制度，其要求配方符合美国联邦法规FDA 21 CFR的要求，之后美国国家卫生基金会(NSF)沿用USDA的评审要求，将授权的食品级润滑剂分为H1，H2和H3级[3-4]。欧盟、加拿大农业与农业食品部(AAFC)/食品检验局(CFIA) 、澳洲检验检疫署(AQIS)也对食品级润滑油进行认证或许可等。欧美等发达国家的食品机械润滑剂产品已经形成系列，可满足各类不同的性能需求，管理、认证体系规范，生产商能够提供通过认证的不同等级的润滑剂产品。

ISO 21469—2006《机械安全与附属产品接触的润滑剂卫生要求》规定了在润滑剂的配方设计生产使用及处理时，发生润滑剂与产品可能接触的情况下需要注意的卫生要求，其是一个自愿性标准，也具有认证程序。该标准的发布标志着食品机械润滑剂认证向国际化发展的趋势，也表明了食品机械润滑剂的独特地位。

我国相继出台的有关技术标准包括：GB/T 12494—1990《食品机械专用白油》、GB 15179—1994《食品机械润滑脂》、GB 4853—2008《食品级白油》、GB 23820—2009《机械安全 偶然与产品接触的润滑剂卫生要求》和GB 7189—2010《食品级石蜡》。国内食品级润滑剂的生产、应用与食品工业发展还极其不相对称，管理还不够规范。对润滑剂的各项检测项目中还仅是常规的运动黏度、水、机械杂质、水溶性酸碱、易碳化物、稠环芳烃/紫外吸光度等基础检验，未涉及安全卫生、环保项目；等同采用ISO 21469的GB 23820侧重于生产前审批程序，对产品的毒害物检测、限定、检测方法没有涉及；对润滑剂性能试验，如高低温性、氧化安定性、剪切安定性、极压抗磨性、使用寿命等没有推荐说明。文献[3]对国内外食品级润滑油中汞、多种金属及非金属、芳香族化合物进行了检测分析，可以为润滑剂的安全性测试提供参考。而润滑剂的性能测试除标准规定的项目及测试方法外，其他性能测试还需要借助国标、欧标及德标等的测试方法。

2 润滑脂组成

润滑脂是一种凝胶状润滑材料，由基础油、稠化剂和添加剂在高温下混合而成，也可以认为是作为稠化剂的分散相和作为基础油的分散介质高度分散而形成的二元胶分散体系[5]。轴承食品级润滑脂除了要求满足正常的机械润滑性能外，必须要保证卫生安全。

2.1 基础油

基础油必须具有良好的抗氧化性、耐高低温性、抗乳化性及减摩性能，以延长轴承的使用寿命。基础油分为矿物油、合成油和生物(植物)油。

1)矿物油为超精制矿物油，目前主要采用加氢裂解法精制矿物油，即食品级白油，其组分较为纯净，链状饱和碳氢化合物占99%以上，含水量少，含硫量小于10 μg/g，不含芳香烃类。

2)合成油常用的有聚α-烯烃(Poly Alpha Olefin ，PAO)、硅油、全氟聚醚等。其中PAO的黏温特性、低温流动性和润滑性能较优，组分纯净单一，是未来的应用发展趋势。

3)植物油的优点是无毒、可降解，但氧化安定性、低温流动性、水解稳定性差，目前已经有研究通过添加剂来改善其性能[6-7]，也是一种应用趋势。

2.2 稠化剂

稠化剂的选用首先必须要求无毒害性，再根据使用条件和不同稠化剂所制成润滑脂的滴点、耐高温性、抗水性等选择，多采用复合铝皂、复合钙皂、聚丙烯、锂皂(12-羟基硬脂酸)等。从生物降解性更好的方面考虑，又出现了新型的复合钛皂[8]；但有人提出未来食品级润滑脂主要还是复合磺酸钙基润滑脂[9]。具体如何选用稠化剂需根据轴承的使用工况条件做充分的论证才能确定。

2.3 添加剂

添加剂是为改善润滑脂的某些性能而加入的成分，如抗氧化剂、极压添加剂、抗磨剂、防锈剂、油性剂等。如在重载、有冲击载荷的滚动轴承中使用的食品级白油，为提高润滑性能加入了油性剂和极压剂，油性剂可采用动物油，极压剂可采用经FDA或USDA认可的材料，如聚烷基乙二醇等。对于食品级润滑脂来说，添加剂的使用受到严格限制，因为添加剂多具有一定的毒害性，存在不安全因素，且高性能润滑剂中，特别是人工合成的高性能食品级润滑脂，添加剂的品种和数量很少，甚至不加添加剂。

3 润滑脂选用

润滑脂在设备维护中所占成本比例只有3%～5%，但对正常生产却影响很大，选用合适的高性能食品级润滑脂是保证安全、减少维护成本、提高效益不可忽略的重要因素。轴承食品级润滑脂的选用应考虑的因素包括：速度、温度、载荷和环境条件、润滑方式。下面在对比国内外各型具有代表性的食品级润滑脂性能特点的基础上(表1，均为NSF H1注册产品)，分析综述润滑脂的选用方法。

表1 各型食品级润滑脂的性能

3.1 速度

主轴转速和轴承内径是轴承选用润滑脂的重要依据，通常以dmn值表示，根据不同类型滚动轴承使用润滑脂的速度系数极限[5]，一般原则是速度越高，选用脂的的稠度越大(则锥入度越小)，以保证离心力作用下的润滑性能。

食品加工机械用轴承一般选用2#脂或3#脂(稠度)，对于高转速的饮料灌瓶机可选用系列产品中的2#或3#脂；另外还要考虑其24 h运转时，润滑脂的长寿命问题。对于长寿命轴承的润滑，要求设计配方时充分考虑食品级润滑脂的高温性能、氧化安定性，选择合成型基础油，从而延长食品级润滑脂的寿命。

3.2 温度

润滑脂可塑性和相似黏度随温度变化，高温条件下，基础油蒸发、氧化变质，加速分油，甚至完全失效；低温条件下，润滑脂稠度增加甚至完全凝固而失去流动性，造成无法润滑。另外，不同的食品级润滑脂由于稠化剂不同，耐高温性有较大差异，因此，润滑脂的选择非常重要。

食品加工中高温烘烤炉、微波炉中的轴承，使用温度超过200 ℃，则必须选用耐超高温食品级润滑脂，如食品级氟油脂；对于温度不超过160 ℃的高温轴承润滑则可选用一般高温食品机械润滑脂等。冰柜、速冻机等设备的温度低于-30 ℃，如果润滑脂失去流动性，将会造成轴承启动困难，从而造成设备异常损坏，因此，必须选用耐低温的润滑脂，如长城高温食品机械润滑脂等、克鲁勃NH1 94-301等耐低温食品级润滑脂。

3.3 载荷

食品加工机械种类繁多，轴承承载也千差万别，大多数食品机械承载均属于中低载荷，因此对润滑脂的要求也各异。对重载荷应适当选用稠度小(锥入度大)的润滑脂，在高压下还应具有较高的油膜强度和极压性能。如榨糖行业榨糖机轴承承受重载，必须要求基础油黏度高、稠化剂含量高的食品机械润滑脂，具有优异的极压性能和抗磨损性能，可以为重载或低速轴承提供保护。

3.4 环境条件

食品加工中尘埃和腐蚀性介质控制严格，主要是潮湿环境和水接触条件。水果、蔬菜、肉类加工设备，饮料生产线等需要经常进行高温碱液冲洗，水雾和喷射冲击力会导致润滑脂的流失，因此，要求轴承除具有良好的密封性能外，还必须要保证润滑脂具有良好的黏附性、抗水性、防锈性和耐碱性。而啤酒行业灌装线，因润滑脂长期接触接触啤酒，要求其具有优异的耐乙醇性能，故须选用专用食品机械润滑脂。还有一些食品加工设备不需要连续生产，故对设备封存期间的防锈非常重视，因此，需选用防锈性能优异的食品级润滑脂或与密封材料相容性良好的润滑脂。

3.5 润滑方式

经调研获悉，食品行业及制药行业设备的润滑普遍采用脂润滑与集中润滑系统润滑2种方式,其对食品级润滑脂的选择要求大为不同。采用脂润滑方式时，通常选择2#，3#食品级润滑脂；集中润滑方式设备选择润滑脂时，根据集中润滑设备的形式、功率、管线长短及粗细等，一般可选用0#，1#食品级润滑脂。

4 结束语

随着技术的发展和环保理念的深入人心，轴承润滑的发展方向为：1)特殊设计的密封结构，环保、耐用的密封材料，润滑剂无泄漏；2)采用特殊材料或表面处理的“无润滑”方式；3)开发安全、环保、环境友好型的润滑脂。

食品级润滑脂作为一种专用脂，不仅必须用在食品、药品加工设备中，随着环保理念的提升和生产成本的降低，在通用机械设备的轴承、齿轮及链条中，在保证润滑性能的条件下，也逐渐向采用环保型、可降解、食品级润滑剂方向发展。

近年来中国石化已经开发出系列化的食品级润滑脂，并在其推广应用方面取得了一定成绩，大量替代进口产品。但国内食品级润滑脂的评价和认证体系还没有建立，因此亟需建立评价和认证体系，加强监管，防止食品安全事故的发生。国内各石油化工、油品、润滑脂生产厂家也应顺应润滑脂的发展趋势，投入资金研发更加环保的食品级润滑脂，特别是新工艺、添加剂的研发，进一步推动国产食品级润滑脂的进步。