抗燃液壓液的發(fā)展始于第二次世界大戰(zhàn)末，首先是在飛機液壓系統(tǒng)上的應用，并逐步推廣到民用工業(yè)上使用，主要應用于冶金、采礦、電廠、機械加工等行業(yè)易接近高溫明火的液壓系統(tǒng)，以避免因使用傳統(tǒng)的礦物油型液壓油泄露引起的火災事故的發(fā)生。液壓傳動是靠處于密閉容器內(nèi)的液體壓力能的傳遞來操作工作部件, 由于其體積小、質(zhì)量輕、反應靈敏、傳遞平穩(wěn)、安裝方便、易于操作, 因而廣泛用于船舶的舵機、錨機、導航系統(tǒng)以及閥門的開關遙控系統(tǒng)等。液壓介質(zhì)是液壓傳動中傳遞能量的介質(zhì), 在液壓設備中起著傳遞能量、潤滑設備、防腐防銹及冷卻等重要作用。如果說油泵是整個液壓系統(tǒng)的心臟, 那么液壓介質(zhì)就是液壓系統(tǒng)的血液,它對液壓系統(tǒng)的工作可靠性及壽命起著至關重要的作用。大量的事實表明, 70% 以上的液壓故障是由工作介質(zhì)引起的, 因此, 正確選擇和使用液壓介質(zhì)對提高液壓系統(tǒng)的工作性能及工作可靠性、安全性和延長壽命周期都有十分重要的意義。

隨著液壓技術(shù)不斷發(fā)展，設備工況日益苛刻，安全環(huán)保的要求不斷提高，促使各種類型的抗燃液壓液得到不斷發(fā)展和完善（分類如圖1所示）。目前最廣泛采用的抗燃液壓液是水-乙二醇液體, 但其在使用中存在腐蝕金屬和潤滑性不良等問題。

高水基抗燃液壓液是一種以水為主要成分的抗燃液壓油，含水量達到90~95%左右，包包括水包油乳液（HFAE）和無礦物油的水-化學液（HFAS）。HFAE從乳液（粒徑為5~25μm）向微乳（粒徑為0.02~0.2μm）發(fā)展，以克服乳液的熱力學不穩(wěn)定，同時提高了HFAE的潤滑性能。直至今日，居主導地位的礦物油乳液一直在使用，出了濃度小于1%的醫(yī)用白油或無生物殺傷劑的礦物油除外的HFAE，都是“嚴重水危害型”。為了適應環(huán)境，子1989年，日益擴大使用無礦物油的合成酯乳液。HFAS比HFAE具有更好的穩(wěn)定性，不存在油分離和分出乳油的趨勢。

HFB又稱逆乳液，選擇適宜的乳化劑控制HLB值，優(yōu)化制備工藝等措施，可增加乳液的穩(wěn)定性。HFB比HFA具有更好的潤滑性和防腐性。據(jù)資料報道，HFB用于軸向柱塞泵的液壓系統(tǒng)，壓力可高達27Mpa。HFB微乳液的抗腐蝕性、抗磨損和潤滑性類似于礦物油型液壓液，但水含量必須大于40%，以確保其抗燃性能。HFB屬于“嚴重水危害性”，在德國煤礦已禁止使用。

世界上水-乙二醇型難燃液產(chǎn)品主要有2種類型, 一類是俄羅斯船舶液壓系統(tǒng)廣泛使用的水-丙三醇( 甘油) 型難燃液壓液, 另一類是歐美等大多數(shù)國家船舶液壓系統(tǒng)普遍使用的水-乙二醇型難燃液壓液。國外在船舶行業(yè), 使用難燃液壓液已相當普遍,主要使用的產(chǎn)品類型為水-乙二醇型難燃液。近年來的研究表明：高粘度二元醇可提高滾動軸承的疲勞壽命，添加劑的吸附膜對疲勞壽命也有影響，采用新的，HFC的使用壓力可提高到30Mpa以上。

在高壓和局部高溫下使用, 必須重視水溶性增粘劑的熱氧化安定性和剪切安定性。采用低分子量的增粘劑可提高HFC的剪切安定性閉。油壓系統(tǒng)的小型化、精密化, 伺服閥和比例閥的使用需安裝精密過濾器可能捕捉消泡劑而使HFC的消泡性變差,所以選擇基礎材質(zhì)和抗泡劑也很重要。也有不加消泡劑的產(chǎn)品出現(xiàn)。

非水基抗燃液壓液不含水, 潤滑性明顯優(yōu)于水基抗燃液壓液, 適用溫度范圍較寬和使用壓力較高。構(gòu)成嚴重水危害的含鹵代烴的抗燃液壓液已被歐共體禁止使用, 本文不再闡述。

HEDR從結(jié)構(gòu)上大致可以分為：芳基、烷基和芳基烷基磷酸醋三類。芳基磷酸醋有較好的抗水解性、抗熱氧化安定性和抗燃性, 主要用作抗燃汽輪機油和冶金行業(yè)。烷基磷酸醋低溫性能優(yōu)于芳基磷酸酷。芳基烷基磷酸醋性能介于兩者之間，主要應用于航空領域。

HEDR長時間使用后, 水分、金屬和水解反應生成酸性物質(zhì)會進一步惡化油品的性能。一般在液壓旁路安裝填充活性白土、活性氧化鋁的過濾器凈化油品，目前有采用充填離子交換樹脂的筒式過濾器和真空脫水裝置組合系統(tǒng)凈化油品。

磷酸醋的抗燃性優(yōu)于脂肪酸醋, 但其價格昂貴, 粘溫性差, 與密封材料和普通涂料不相容。HEDR有毒性, 對水有嚴重污染和廢液難以處理, 在德國煤礦已被禁止使用,目前的市場需求量在減少。

HFDU用作抗燃液是抗燃液壓液的最新發(fā)展。因為HFDU有優(yōu)異的潤滑性、高低溫穩(wěn)定性、良好的抗燃性和可生物降解性能與磷酸醋進行市場競爭, 并取代部分礦物油與磷酸醋在鋼廠連鑄線液壓系統(tǒng)、機械行業(yè)淬火液壓系統(tǒng)、傳輸機的液壓系統(tǒng)得到愈來愈廣泛的應用。

HFDU的抗燃性不及其他抗燃液。

水-乙二醇抗燃液壓液的基本組成是水和乙二醇, 其中乙二醇是起抗燃作用的主體, 根據(jù)資料和試驗測試結(jié)果, 選取去離子水55g , 乙二醇25g 作為基礎組分。不僅能達到抗燃要求, 還具有- 20 ℃以下的凝點。此外, 配方中還含有稠化劑, 潤滑劑, 防銹劑, 腐蝕抑制劑和抗泡劑等多種添加劑, 其復雜的添加劑組成可賦予水- 乙二醇體系多項性能, 以滿足抗燃液壓系統(tǒng)的特殊要求。

水溶性稠化劑種類很多, 本文選擇了原料易得,價格合理, 增稠效果較好的聚乙二醇( PEG) 作稠化劑。以達到VG 46 和粘度指數(shù)大于140 的粘度要求,通過對不同分子量PEG的篩選, 確定PEG 6000 作為稠化劑, 用量為20.5g 就可達到粘度和粘度指數(shù)要求。

為適應水- 乙二醇體系溶解性的要求, 制備了改性的脂肪酸作潤滑劑。脂肪酸有較長的碳鏈, 具有良好的油性, 但其抗磨性較差, 且?guī)缀醪蝗苡谒? 故需在脂肪酸分子中引入具有抗磨性的元素和增加水溶性的基團。制備中采用了兩步反應: 首先對脂肪酸進行硫化處理, 利用脂肪酸的不飽和鍵與元素硫加成,得到硫化脂肪酸; 再讓硫化脂肪酸與堿反應得到成品潤滑劑硫化脂肪酸鈉。其反應過程如下:

選擇對水- 乙二醇體系穩(wěn)定性無不良影響的水溶性物質(zhì)作為防銹劑,它的液相銹蝕、氣相銹蝕和金屬片防銹性能，均有良好的效果。

選擇多元醇為抗泡劑, 用GB/ T12579 方法測試了其抗泡效果,多元醇抗泡劑在水、乙二醇體系中具有良好的抗泡性能。

由于硫化脂肪酸鈉和防銹劑A 都是堿性物質(zhì), 測得體系的pH 值大于9.0 , 因此不用再加入pH 調(diào)節(jié)劑就能達到抗燃液壓液的酸堿度要求。

多種添加劑加入水- 乙二醇體系后, 個別指標可能會發(fā)生變化, 影響抗燃液壓液的使用。為此對照抗燃液壓液質(zhì)量指標, 綜合評定了抗燃液壓液的性能,結(jié)果如表6 所示, 由表可見, 研制的抗燃液壓液組成具有良好的粘溫性能、潤滑性能、防銹性能和抗泡性能, 可以在較寬的溫度范圍內(nèi)使用, 尤其是在負荷為294N 時, 四球機上長磨的磨斑直徑較小, 表明它具有良好的潤滑保持能力。

難燃介質(zhì)的難燃性, 一是指不易著火燃燒; 二是指即使著火也不擴散。水-乙二醇型液壓液中含有35~55%的水, 當遇到明火時, 水吸收大量的熱變?yōu)檎羝? 可降低周圍環(huán)境的溫度, 同時水變?yōu)檎羝篌w積急劇膨脹, 能有效的將空氣阻隔在外邊,起到阻燃的作用。只有當水-乙二醇液壓液中的含水量下降到一定的程度, 才會變成可燃性液體, 但燃燒不會發(fā)生蔓延。

對于礦物油型液壓油而言, 腐蝕試驗通常是檢驗石油產(chǎn)品中硫醇、元素硫或堿性和酸性物質(zhì)等對金屬腐蝕的情況, 同時考察石油產(chǎn)品在規(guī)定溫度和時間受熱情況下有無腐蝕性物質(zhì)的產(chǎn)生。對于水-乙二醇型難燃液壓液來說, 本身就具有腐蝕的因素( 水) , 如所加入的相關添加劑搭配不合理的話, 在運輸和使用過程中, 就會對所接觸的設備造成腐蝕和損壞。因此, 腐蝕試驗是水-乙二醇型難燃液壓液的重要控制項目之一。

通常水-乙二醇型難燃液壓液含有氣相防腐劑,可保護封閉油箱內(nèi)介質(zhì)上方的金屬不被氧化。由于水-乙二醇型難燃液壓液在敞開的環(huán)境中會慢慢的揮發(fā), 氣相防腐劑也會隨之被揮發(fā), 這一特點與普通的液壓系統(tǒng)不同。

橡膠材料在液壓系統(tǒng)中通常作為密封材料使用。在液壓介質(zhì)與橡膠的適應性不好的情況下, 會引起橡膠的過度膨脹或過度收縮, 造成液壓系統(tǒng)不能正常工作。所以要求液壓介質(zhì)與系統(tǒng)所使用的密封材料相適應。

礦物油型液壓油經(jīng)過泵、閥等元件, 尤其是通過液壓元件的小孔、縫隙時, 要經(jīng)受劇烈的剪切作用。在剪切力的作用下, 液壓油中所含大分子發(fā)生斷裂變成較小分子, 使液壓油黏度降低。而水-乙二醇型難燃液壓液經(jīng)剪切后呈現(xiàn)較復雜的變化, 一方面使所含高分子聚合物剪切變成小分子, 使液壓液黏度下降, 一方面使水分含量降低, 黏度增大, pH值也降低。

抗磨性是指減少機件磨損的能力。機件的磨損主要是由于金屬接觸而相對運動時摩擦力作用的結(jié)果。在摩擦副之間加入潤滑介質(zhì), 使運動的機件表面不發(fā)生直接接觸, 從而降低摩擦系數(shù), 減少磨損。比較相同黏度的礦物油而言, 水-乙二醇的潤滑性較差, 不易生成牢固的潤滑膜。因此, 水-乙二醇型難燃液壓液中應添加適量的極壓抗磨劑。

水-乙二醇液壓液中含有的乙二醇或其他聚合物, 具有比礦物油更好的低溫性能。

配方1：在此配方中，聚乙二醇用兩種不同分子量的復配使用，本品的防銹效果較好。

組成	質(zhì)量百分比	成分作用
乙二醇	25.0~30.0%
聚乙二醇	20.0~25.0%	增稠劑
水	45.0~50.0%
硫化脂肪酸鈉	2.5~4.0%	擠壓抗磨劑
多元醇抗泡劑	0.5~1.5%
混合防銹劑	2.0~5.0%

用二乙二醇代替乙二醇作為液壓液的主劑。

組成	質(zhì)量百分比	成分作用
二乙二醇	32.0~35.0%
聚乙二醇	13.0~15.0%	增稠劑
十二醇無規(guī)聚醚（L64）	5.0~7.0%	低泡型表面活性劑
三乙醇胺	3.5~5.0%	防銹劑、PH調(diào)節(jié)劑
硫化脂肪酸鈉	0.5~2.0%	擠壓抗磨劑
去離子水	40.0~45.0%
苯并三氮唑	0.8~2.0%	緩蝕劑
色素	0.05-0.20%

考慮到乙二醇對人體的毒性及該裝備特定的內(nèi)部環(huán)境, 現(xiàn)特研制一種用甘油替換乙二醇的新型的符合裝備要求的水-甘油型難燃液壓液替代進日產(chǎn)品。

組成	質(zhì)量百分比	成分作用
甘油	45.0~50.0%
去離子水	30.0~35.0%
聚乙二醇	12.0~18.0%	增稠劑
擠壓抗磨劑	2.0~3.0%	抗磨劑
硼砂	0.3~1.0	緩蝕劑
苯并三氮唑	0.2~0.5%	緩蝕劑
三乙醇胺	0.5~1.0%	防銹劑、PH調(diào)節(jié)劑
復合抗泡劑	0.3~0.5%	抗泡劑

注： 復合抗泡劑是有機硅類消泡劑和丙烯酸樹脂的混合物。