奎克化学：抗燃液压液改变经济效益

Peter Skoog, 奎克化学有限公司液压液产品部门技术经理

　　在全球压铸行业内，两种液压液是当今的主流：水乙二醇和多元醇酯（HFD-U）。尽管水乙二醇具有安全等诸多优点，可是作为一种新型抗燃液，制造商们会发现它难以胜任，这主要归咎于日渐高涨的环保呼声以及相关行业规定的变化。压铸业制造商不得不对疲软的经济环境、日渐严苛的环保要求等因素做出回应，其结果就是水乙二醇的种种优势不复存在。

　　最近在日本进行的一项研究显示，从使用水乙二醇转为使用多元醇酯形成了一股很强的趋势——这不仅仅是由于后者在环保方面的优势。尽管多元醇酯的直接成本是水乙二醇的1.5倍至2倍，但如果计算单件制造成本，多元醇酯就要优于水乙二醇。事实上，日本的汽车制造商最初是出于环保需要而转为使用多元醇酯，可是在此过程中他们意外地发现，通过更高的生产效率和生产力实现了降本，这使得压铸业务为他们的成本底线作出了重要贡献。

抗燃液压液

　　水乙二醇——多年来，一些专家大力推崇水乙二醇液压液的优越性。这些认同是基于水乙二醇的成分有良好的热稳定性与水解稳定性。这些特性对于液压液的性能十分重要（水是重要的防火成分），尤其是考虑到抗燃液压液主要用于高温环境。有些厂商甚至宣称，由于水乙二醇液压液含水，在液压液成本支出恒定的情况下，可以提供最佳的安全性。事实上，水乙二醇液压液的基本技术自二十世纪六十年代以来，没有多大改变，然而此间世界经济已经时过境迁。

　　然而对于任何系统元件来说，水乙二醇也有其缺陷。水乙二醇不具备非水基液压液所特有的润滑膜强度。在负荷较重的工况下，流体润滑膜会被破坏，这会导致泵和密封件的过度磨损，进而可能导致过早坏损和停机。同时该液压液需要持续的维护，以监控水分和抗腐成分的含量。

　　鉴于其水溶性，当水乙二醇与工厂排放的废液混合时，会形成一种通过常规废液处理方法无法去除的溶液。这会提高废液的BOD（生物需氧量）和COD（化学需氧量），其结果是压铸厂商常常因其排放的废液中更高的有机物含量，而不得不向当地废液处理厂支付更高的废液处理费。

　　早期的酯基液压液——早期的无水型抗燃液压液的重要化学成分是磷酸酯，这类液压液以一种以磷为中心，含三个有机键的分子为其基础。分子中含磷的部分赋予液压液以抗燃性，而整个分子结构提供了优异的润滑性，不论是在流体润滑（较厚润滑膜）或是边界润滑（较薄润滑膜）或极压润滑情形下。

　　功能特性对比

尽管价格稍贵，多元醇酯体现了一系列环保和性能方面的优势。

　　遗憾的是，磷酸酯往往难以进行再处理，它们在水中的重力大于1.0，因而沉于水中。它们会降解产生苯酚这样的有害副产品，而当它们燃烧时，会产生浓烟与刺鼻的异味。磷酸酯还需要特别密封和软管。总之，磷酸酯技术的诸多缺点令用户促使液压液供应商寻找替代的无水型抗燃液压液。

　　有机酯液压液——突破性的发现来自于多元醇酯，作为磷酸酯的理想替代品，这种液压液基于有机酯，避免了磷酸酯的诸多缺陷。同时多元醇酯本身就是一种优良的润滑剂。添加剂将其阻燃性赋予合成酯，令其具有抗燃功能，可阻止火势蔓延。另一方面，防腐添加剂和无灰极压添加剂的加入，令这种合成液压液具备了可与矿物油媲美的润滑性。

液压液对泵密封件的影响

使用硬度计测量值为70的丁腈橡胶密封件进行上机测试，结果显示多元醇酯对密封件的物理性质影响更小。

　　与此同时，多元醇酯液轻于水，因而可以很容易地将它们从废水中撇除。即使与水乳化，常规的废水处理技术也足以将其去除。多元醇酯不会分解出含苯酚的成分，也不需要特别的密封措施。丁腈橡胶或腈类弹性体可与之相容。

变化的经济环境

　　总体上看，能够体现多元醇酯作为理想替代物的优势特性尚未被水乙二醇的用户所意识到，尤其是压铸业者，直到废液处理问题浮出水面。水乙二醇相对低的单位价格，以及无水技术看似并不明显的优势阻碍了多元醇酯在压铸业的广泛应用，但是这一情况正在得到改变。

　　要求降低废水处理成本和额外费用的压力使得一些压铸业者重新审视多元醇酯。结果他们获得了惊喜地发现——这一改变不仅有效降低了废水处理开支，更帮助他们通过提升生产力而获得竞争优势。

　　今天，压铸业者在严峻的经济形势下，更需要大力推进效率和生产力。其结果是压铸机械更为大型化，以满足一次性注入更多金属熔浆的需求。液压动力更强而周期缩短。所有这些变化都促使了工艺改进。

　　如此一来，对性能和生产力的更高要求加重了设备负荷，泵与密封件的额外损耗以及部件日趋低下的使用寿命就是最好的例证。很多压铸业者已经注意到，由此导致的设备停机严重影响到了盈利能力。

来自日本的经验

　　几年前，日本政府开始评估工厂排放出的有机废料的危害，尤其是工业污水中的有机成分。由此，压铸业者，尤其是日本几大汽车制造商的压铸供应商开始认真比较多元醇酯与水乙二醇的性能。结果就是大规模的转向使用多元醇酯。

　　环保问题被轻易解决。如之前提到过的，由于多元醇酯液压液比水轻，因而可以很容易地被从水中撇除分离。即使与水乳化，常规的水处理技术也可以将其除去。这样一来，原本因排放而需要向政府缴纳的附加税费被减少或消除。

　　日本汽车制造商在压铸设备上的机械测试表明，转换成多元醇酯液压液带来了其他诸多益处，同样地促进了业绩提升。

　　其中一个益处就是密封件的寿命。性能研究显示与多元醇酯液压液配合使用的密封件磨损较轻。对于液压缸密封的进一步调查显示，水乙二醇液压液比起多元醇酯液压液更加不稳定，更容易蒸发。在一定的环境温度下，回缩的液压杆可能会干燥。高效清洁环同样会对使用水乙二醇的液压缸体的性能有不良影响，相比之下，多元醇酯液压液能保持连续的液膜厚度，并不受清洁环的影
响。

　　如同附表中液压液对于泵密封件的影响数据显示，多元醇酯对于密封件的物理性能的影响要比水乙二醇小得多。

　　由此不难得出结论：多元醇酯能够延长密封件寿命，从而降低液压缸的替换率和检修率，同时减少液压液的泄漏。最终，设备正常运转时间更长，生产力得到提升。

　　更佳的润滑性与更轻的泵磨损体现为更低的功耗。如“能量损耗”一表显示，换为多元醇酯后，依据马达规格不同，能耗降低了5%~15%。这对于那些日夜运转的设备而言，综合成本降低尤为显著。

　　总之，在日本，政府出于限制废水中有机废料初衷的法规，不但没有影响到经济效益，反而帮助汽车制造商找到了一种更具经济优势的液压液新技术。除了降低能耗、减少密封材料损耗以及液压液泄漏之外，还有效地减少了废液处理开支，所有这些都成为了使用多元醇酯代替水乙二醇的最好注脚。以单件成本计，多元醇酯液压液比传统水乙二醇液压液更为经济。

多元醇酯与水乙二醇相比较的功耗表现

多元醇酯凭借其更优良的润滑性帮助压铸设备降低能耗。

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