李超強，夏新濤，陳龍，張旭

(1.河南科技大學，河南 洛陽 471003；2.洛陽軸承研究所有限公司，河南 洛陽 471039)

為減小摩擦、磨損，降低溫升、噪聲，提高軸承的運行可靠性和壽命，滾動軸承根據(jù)使用條件選用不同的潤滑劑和潤滑方式。食品、藥品等生產(chǎn)加工設備用軸承對潤滑劑提出了更高要求，除了要滿足正常的潤滑性能外，還要保證潤滑劑的安全性，預防高溫蒸發(fā)、泄漏等引發(fā)的食品安全問題[1]，因此，這類機械設備用軸承需要采用專用的食品級潤滑劑。

由于食品機械傳送、加工、包裝等設備用軸承的dmn值一般不超過3×105mm·r/min，工作溫度多為-25～160 ℃，低、中載荷條件，使用環(huán)境多為潮濕、需定期清洗等，因此多采用潤滑脂潤滑。

隨著食品加工業(yè)的快速發(fā)展和對食品衛(wèi)生安全的進一步重視，軸承食品級潤滑脂的需求不斷增加。由于國內(nèi)食品級潤滑脂的產(chǎn)量很小，價格較高，市場上存在使用植物油和凡士林、石蠟等礦物油作為潤滑劑，有一定的安全隱患；對于具有較高機械安定性、極壓抗磨性和使用壽命等要求的滾動軸承，所需要的高性能食品級潤滑脂還主要依賴進口。因此，綜述軸承食品級潤滑脂的性能特點、應用情況，為更好地選用潤滑脂提供參考。

1 食品級潤滑劑標準規(guī)范

為了保障安全，限制濫用，各個國家和地區(qū)對食品級潤滑劑進行了專門的規(guī)定[2]。全球范圍內(nèi)得到同行業(yè)廣泛認可的是美國農(nóng)業(yè)部(USDA)1962年創(chuàng)建的食品級潤滑油批準注冊制度，其要求配方符合美國聯(lián)邦法規(guī)FDA 21 CFR的要求，之后美國國家衛(wèi)生基金會(NSF)沿用USDA的評審要求，將授權(quán)的食品級潤滑劑分為H1，H2和H3級[3-4]。歐盟、加拿大農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)食品部(AAFC)/食品檢驗局(CFIA) 、澳洲檢驗檢疫署(AQIS)也對食品級潤滑油進行認證或許可等。歐美等發(fā)達國家的食品機械潤滑劑產(chǎn)品已經(jīng)形成系列，可滿足各類不同的性能需求，管理、認證體系規(guī)范，生產(chǎn)商能夠提供通過認證的不同等級的潤滑劑產(chǎn)品。

ISO 21469—2006《機械安全與附屬產(chǎn)品接觸的潤滑劑衛(wèi)生要求》規(guī)定了在潤滑劑的配方設計生產(chǎn)使用及處理時，發(fā)生潤滑劑與產(chǎn)品可能接觸的情況下需要注意的衛(wèi)生要求，其是一個自愿性標準，也具有認證程序。該標準的發(fā)布標志著食品機械潤滑劑認證向國際化發(fā)展的趨勢，也表明了食品機械潤滑劑的獨特地位。

我國相繼出臺的有關(guān)技術(shù)標準包括：GB/T 12494—1990《食品機械專用白油》、GB 15179—1994《食品機械潤滑脂》、GB 4853—2008《食品級白油》、GB 23820—2009《機械安全 偶然與產(chǎn)品接觸的潤滑劑衛(wèi)生要求》和GB 7189—2010《食品級石蠟》。國內(nèi)食品級潤滑劑的生產(chǎn)、應用與食品工業(yè)發(fā)展還極其不相對稱，管理還不夠規(guī)范。對潤滑劑的各項檢測項目中還僅是常規(guī)的運動黏度、水、機械雜質(zhì)、水溶性酸堿、易碳化物、稠環(huán)芳烴/紫外吸光度等基礎檢驗，未涉及安全衛(wèi)生、環(huán)保項目；等同采用ISO 21469的GB 23820側(cè)重于生產(chǎn)前審批程序，對產(chǎn)品的毒害物檢測、限定、檢測方法沒有涉及；對潤滑劑性能試驗，如高低溫性、氧化安定性、剪切安定性、極壓抗磨性、使用壽命等沒有推薦說明。文獻[3]對國內(nèi)外食品級潤滑油中汞、多種金屬及非金屬、芳香族化合物進行了檢測分析，可以為潤滑劑的安全性測試提供參考。而潤滑劑的性能測試除標準規(guī)定的項目及測試方法外，其他性能測試還需要借助國標、歐標及德標等的測試方法。

2 潤滑脂組成

潤滑脂是一種凝膠狀潤滑材料，由基礎油、稠化劑和添加劑在高溫下混合而成，也可以認為是作為稠化劑的分散相和作為基礎油的分散介質(zhì)高度分散而形成的二元膠分散體系[5]。軸承食品級潤滑脂除了要求滿足正常的機械潤滑性能外，必須要保證衛(wèi)生安全。

2.1 基礎油

基礎油必須具有良好的抗氧化性、耐高低溫性、抗乳化性及減摩性能，以延長軸承的使用壽命。基礎油分為礦物油、合成油和生物(植物)油。

1)礦物油為超精制礦物油，目前主要采用加氫裂解法精制礦物油，即食品級白油，其組分較為純凈，鏈狀飽和碳氫化合物占99%以上，含水量少，含硫量小于10 μg/g，不含芳香烴類。

2)合成油常用的有聚α-烯烴(Poly Alpha Olefin ，PAO)、硅油、全氟聚醚等。其中PAO的黏溫特性、低溫流動性和潤滑性能較優(yōu)，組分純凈單一，是未來的應用發(fā)展趨勢。

3)植物油的優(yōu)點是無毒、可降解，但氧化安定性、低溫流動性、水解穩(wěn)定性差，目前已經(jīng)有研究通過添加劑來改善其性能[6-7]，也是一種應用趨勢。

2.2 稠化劑

稠化劑的選用首先必須要求無毒害性，再根據(jù)使用條件和不同稠化劑所制成潤滑脂的滴點、耐高溫性、抗水性等選擇，多采用復合鋁皂、復合鈣皂、聚丙烯、鋰皂(12-羥基硬脂酸)等。從生物降解性更好的方面考慮，又出現(xiàn)了新型的復合鈦皂[8]；但有人提出未來食品級潤滑脂主要還是復合磺酸鈣基潤滑脂[9]。具體如何選用稠化劑需根據(jù)軸承的使用工況條件做充分的論證才能確定。

2.3 添加劑

添加劑是為改善潤滑脂的某些性能而加入的成分，如抗氧化劑、極壓添加劑、抗磨劑、防銹劑、油性劑等。如在重載、有沖擊載荷的滾動軸承中使用的食品級白油，為提高潤滑性能加入了油性劑和極壓劑，油性劑可采用動物油，極壓劑可采用經(jīng)FDA或USDA認可的材料，如聚烷基乙二醇等。對于食品級潤滑脂來說，添加劑的使用受到嚴格限制，因為添加劑多具有一定的毒害性，存在不安全因素，且高性能潤滑劑中，特別是人工合成的高性能食品級潤滑脂，添加劑的品種和數(shù)量很少，甚至不加添加劑。

3 潤滑脂選用

潤滑脂在設備維護中所占成本比例只有3%～5%，但對正常生產(chǎn)卻影響很大，選用合適的高性能食品級潤滑脂是保證安全、減少維護成本、提高效益不可忽略的重要因素。軸承食品級潤滑脂的選用應考慮的因素包括：速度、溫度、載荷和環(huán)境條件、潤滑方式。下面在對比國內(nèi)外各型具有代表性的食品級潤滑脂性能特點的基礎上(表1，均為NSF H1注冊產(chǎn)品)，分析綜述潤滑脂的選用方法。

表1 各型食品級潤滑脂的性能

3.1 速度

主軸轉(zhuǎn)速和軸承內(nèi)徑是軸承選用潤滑脂的重要依據(jù)，通常以dmn值表示，根據(jù)不同類型滾動軸承使用潤滑脂的速度系數(shù)極限[5]，一般原則是速度越高，選用脂的的稠度越大(則錐入度越小)，以保證離心力作用下的潤滑性能。

食品加工機械用軸承一般選用2#脂或3#脂(稠度)，對于高轉(zhuǎn)速的飲料灌瓶機可選用系列產(chǎn)品中的2#或3#脂；另外還要考慮其24 h運轉(zhuǎn)時，潤滑脂的長壽命問題。對于長壽命軸承的潤滑，要求設計配方時充分考慮食品級潤滑脂的高溫性能、氧化安定性，選擇合成型基礎油，從而延長食品級潤滑脂的壽命。

3.2 溫度

潤滑脂可塑性和相似黏度隨溫度變化，高溫條件下，基礎油蒸發(fā)、氧化變質(zhì)，加速分油，甚至完全失效；低溫條件下，潤滑脂稠度增加甚至完全凝固而失去流動性，造成無法潤滑。另外，不同的食品級潤滑脂由于稠化劑不同，耐高溫性有較大差異，因此，潤滑脂的選擇非常重要。

食品加工中高溫烘烤爐、微波爐中的軸承，使用溫度超過200 ℃，則必須選用耐超高溫食品級潤滑脂，如食品級氟油脂；對于溫度不超過160 ℃的高溫軸承潤滑則可選用一般高溫食品機械潤滑脂等。冰柜、速凍機等設備的溫度低于-30 ℃，如果潤滑脂失去流動性，將會造成軸承啟動困難，從而造成設備異常損壞，因此，必須選用耐低溫的潤滑脂，如長城高溫食品機械潤滑脂等、克魯勃NH1 94-301等耐低溫食品級潤滑脂。

3.3 載荷

食品加工機械種類繁多，軸承承載也千差萬別，大多數(shù)食品機械承載均屬于中低載荷，因此對潤滑脂的要求也各異。對重載荷應適當選用稠度小(錐入度大)的潤滑脂，在高壓下還應具有較高的油膜強度和極壓性能。如榨糖行業(yè)榨糖機軸承承受重載，必須要求基礎油黏度高、稠化劑含量高的食品機械潤滑脂，具有優(yōu)異的極壓性能和抗磨損性能，可以為重載或低速軸承提供保護。

3.4 環(huán)境條件

食品加工中塵埃和腐蝕性介質(zhì)控制嚴格，主要是潮濕環(huán)境和水接觸條件。水果、蔬菜、肉類加工設備，飲料生產(chǎn)線等需要經(jīng)常進行高溫堿液沖洗，水霧和噴射沖擊力會導致潤滑脂的流失，因此，要求軸承除具有良好的密封性能外，還必須要保證潤滑脂具有良好的黏附性、抗水性、防銹性和耐堿性。而啤酒行業(yè)灌裝線，因潤滑脂長期接觸接觸啤酒，要求其具有優(yōu)異的耐乙醇性能，故須選用專用食品機械潤滑脂。還有一些食品加工設備不需要連續(xù)生產(chǎn)，故對設備封存期間的防銹非常重視，因此，需選用防銹性能優(yōu)異的食品級潤滑脂或與密封材料相容性良好的潤滑脂。

3.5 潤滑方式

經(jīng)調(diào)研獲悉，食品行業(yè)及制藥行業(yè)設備的潤滑普遍采用脂潤滑與集中潤滑系統(tǒng)潤滑2種方式,其對食品級潤滑脂的選擇要求大為不同。采用脂潤滑方式時，通常選擇2#，3#食品級潤滑脂；集中潤滑方式設備選擇潤滑脂時，根據(jù)集中潤滑設備的形式、功率、管線長短及粗細等，一般可選用0#，1#食品級潤滑脂。

4 結(jié)束語

隨著技術(shù)的發(fā)展和環(huán)保理念的深入人心，軸承潤滑的發(fā)展方向為：1)特殊設計的密封結(jié)構(gòu)，環(huán)保、耐用的密封材料，潤滑劑無泄漏；2)采用特殊材料或表面處理的“無潤滑”方式；3)開發(fā)安全、環(huán)保、環(huán)境友好型的潤滑脂。

食品級潤滑脂作為一種專用脂，不僅必須用在食品、藥品加工設備中，隨著環(huán)保理念的提升和生產(chǎn)成本的降低，在通用機械設備的軸承、齒輪及鏈條中，在保證潤滑性能的條件下，也逐漸向采用環(huán)保型、可降解、食品級潤滑劑方向發(fā)展。

近年來中國石化已經(jīng)開發(fā)出系列化的食品級潤滑脂，并在其推廣應用方面取得了一定成績，大量替代進口產(chǎn)品。但國內(nèi)食品級潤滑脂的評價和認證體系還沒有建立，因此亟需建立評價和認證體系，加強監(jiān)管，防止食品安全事故的發(fā)生。國內(nèi)各石油化工、油品、潤滑脂生產(chǎn)廠家也應順應潤滑脂的發(fā)展趨勢，投入資金研發(fā)更加環(huán)保的食品級潤滑脂，特別是新工藝、添加劑的研發(fā)，進一步推動國產(chǎn)食品級潤滑脂的進步。