李久盛,張梅,蘇剛,續(xù)景

(中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油研究開發(fā)中心,甘肅蘭州 730060)

L-HM22環(huán)境友好液壓油的研制

李久盛,張梅,蘇剛,續(xù)景

(中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油研究開發(fā)中心,甘肅蘭州 730060)

以L-HM22環(huán)境友好液壓油為研制目標(biāo),通過對(duì)不同類型基礎(chǔ)油組分的氧化穩(wěn)定性和水解安定性進(jìn)行評(píng)價(jià),確定了合適的基礎(chǔ)油組成;添加劑配方研究中重點(diǎn)對(duì)抗氧劑、抗磨劑及其復(fù)配規(guī)律進(jìn)行了研究,確定了復(fù)合劑配方。所研制的L-HM22環(huán)境友好液壓油各項(xiàng)性能達(dá)到了指標(biāo)要求,并通過了葉片泵臺(tái)架試驗(yàn)和生物降解性試驗(yàn)。

環(huán)境友好液壓油;合成酯;水解穩(wěn)定性;氧化安定性

Abstract:To develop a kind ofL-HM 22 environm entally friendly hydraulic fluid,the oxidat ion stability and hydrolytic stability of different base oils w ere evaluated and a suitable composition w as determ ined.M eanw hile,an additive package w as designed based on the investigations of ant ioxidants,ant iw ear additives and their synergistic effects.The results indicated that the developed oilcan m easure up to the L-HM 22 specifications,and has passed vane pump bench test and the b iodegradable exper im ent.

Key words:environm entally friendly hydraulic fluid;synthetic ester;hydrolytic stability;oxidation stability

0 引言

隨著潤(rùn)滑劑的廣泛使用,潤(rùn)滑劑在使用過程中能通過各種途徑進(jìn)入環(huán)境中,從而造成環(huán)境污染。目前全世界使用的潤(rùn)滑劑中,除一部分由機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)正常消耗掉或部分回收再生利用外,在裝拆、灌注、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中仍有 4%～10%的潤(rùn)滑劑流入環(huán)境[1-2]。

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,環(huán)境保護(hù)問題已經(jīng)越來越受到社會(huì)的重視,建設(shè)“環(huán)境友好型社會(huì)”已成為基本國(guó)策和現(xiàn)實(shí)需要。在這種情況下,市場(chǎng)上對(duì)于環(huán)境友好型潤(rùn)滑油需求必將有較大的增加,盡快開展環(huán)境友好型潤(rùn)滑劑的開發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和緊迫性。

在前期的工作中,蘭州潤(rùn)滑油研究開發(fā)中心曾開展過改善環(huán)境友好潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油氧化穩(wěn)定性的研究,工作的重點(diǎn)在于抗氧劑配方的設(shè)計(jì)和篩選。本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外技術(shù)進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上,通過尋找合適的基礎(chǔ)油組成,篩選性能適宜的添加劑形成復(fù)合劑配方,研制出了能夠滿足指標(biāo)要求的 LHM22環(huán)境友好型液壓油產(chǎn)品。

1 基礎(chǔ)油

1.1 不同基礎(chǔ)油的性質(zhì)

環(huán)境友好潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油主要采用合成酯和植物油調(diào)合而成,其中植物油具有優(yōu)良的潤(rùn)滑性能,粘度指數(shù)高,無毒,易生物降解,而且可再生,對(duì)環(huán)境沒有不良影響,價(jià)格低廉;合成酯的熱穩(wěn)定性及低溫性能突出,粘度指數(shù)高,粘溫性能好,揮發(fā)性很低,而且具有優(yōu)良的摩擦學(xué)性能,大多數(shù)易生物降解,毒性低[3-4]。

根據(jù)前期的工作可知,為了綜合兩類基礎(chǔ)油的性能優(yōu)點(diǎn),同時(shí)降低所研制油品的成本,在研究中應(yīng)重點(diǎn)考慮選用植物油與合成酯以一定比例進(jìn)行調(diào)合作為研制油品的基礎(chǔ)油。本試驗(yàn)中所選用的幾種基 礎(chǔ)油典型性質(zhì)數(shù)據(jù)見表 1。

表1 基礎(chǔ)油的性質(zhì)參數(shù)

1.2 不同基礎(chǔ)油復(fù)配性能考察

將所選擇的植物油與不同合成酯按照一定比例進(jìn)行調(diào)合,重點(diǎn)考察所得基礎(chǔ)油的抗氧化性能 (PDSC氧化起始溫度)、水解安定性和橡膠密封適應(yīng)性指數(shù),結(jié)果見表 2。

表 2 植物油與合成酯復(fù)配性能考察

從表 2中可以看到:植物油與合成酯 1復(fù)配,其氧化安定性要高于與其他 2種合成酯復(fù)配的油品;所調(diào)合的 3個(gè)基礎(chǔ)油在水解安定性試驗(yàn)中性能相當(dāng);加入合成酯 1的油品橡膠密封適應(yīng)性略差于其他油品。因?yàn)橹参镉椭饕娜秉c(diǎn)是氧化安定性差,故選擇合成酯 1與其復(fù)配作為研制油品的基礎(chǔ)油。

2 添加劑

2.1 抗氧劑的篩選

采用 PDSC方法考察了幾種常用抗氧添加劑T501(2,6-二叔丁基對(duì)甲基苯酚)、T531(N-苯基-α萘胺)、DNA(二壬基二苯胺)和 T531加入植物油后油品的起始氧化溫度,在此基礎(chǔ)上比較了不同抗氧劑的作用效果,結(jié)果見表 3。

表 3 不同抗氧劑對(duì)植物油氧化安定性的影響

從表 3中的數(shù)據(jù)可以看出,所選植物油在 173℃左右就開始發(fā)生氧化反應(yīng),182℃左右達(dá)到最大氧化反應(yīng)速度。加入抗氧劑后,菜籽油的起始氧化溫度和最快氧化溫度均有不同程度的提高。其中T531的作用效果最好,將菜籽油的起始氧化溫度提高了 15℃以上,最快氧化溫度的提高幅度也超過了 10℃;DNA的抗氧化效果比 T531稍差,T501最差。

分析以上試驗(yàn)結(jié)果,因?yàn)橹参镉椭饕煞质侵舅岣视王?與礦物油相比,在氧化過程中更容易因?yàn)樗?、醇解等反?yīng)而生成脂肪酸,所以也就更需要胺類抗氧劑對(duì)酸性物質(zhì)的催化作用進(jìn)行抑制,這也是胺類抗氧劑效果較為明顯的原因。

2.2 抗氧復(fù)合劑的確定

通過對(duì)抗氧劑單劑的篩選,初步確定了復(fù)合抗氧劑的大致組成,并對(duì)不同劑量復(fù)合劑配方的效果進(jìn)行了考察,結(jié)果見表 4。從試驗(yàn)結(jié)果可知,復(fù)合抗氧劑 3在油品中的效果最佳,從而確定了研制油品的抗氧復(fù)合劑配方。

表 4 不同復(fù)合抗氧劑對(duì)油品性能的影響

2.3 抗磨劑性能的考察

為了減小機(jī)械運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的磨損,延長(zhǎng)機(jī)械使用壽命,液壓油在使用過程中要求必須具有良好的抗磨性能,所以在油品研制過程中重點(diǎn)進(jìn)行了不同類型抗磨劑的篩選工作。首先選擇抗磨劑 1(ZDDP)、抗磨劑 2(酸性磷酸酯胺鹽)、抗磨劑 3(二烷基二硫代磷酸酯)和抗磨劑 4(二烷基二硫代磷酸酯)等 4種常用抗磨劑進(jìn)行了初步的性能考察,加劑量為 0.2%,結(jié)果見表 5。

表5 不同抗磨添加劑的性能考察

從表 5中的結(jié)果可知,在所選擇的基礎(chǔ)油中,結(jié)構(gòu)類似的抗磨劑 3和抗磨劑 4極壓抗磨性能明顯優(yōu)于其他 2種抗磨劑。分析其原因,是因?yàn)榄h(huán)境友好潤(rùn)滑油的基礎(chǔ)油本身的極性較強(qiáng),在摩擦過程中會(huì)與極壓抗磨劑產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附作用?？鼓?1的分子結(jié)構(gòu)決定了其極性較弱,不能在金屬表面產(chǎn)生有效的吸附,所以其抗磨性能較差;而抗磨劑 2由于單劑本身的酸值較大,會(huì)在摩擦過程中對(duì)金屬表面產(chǎn)生腐蝕磨損,也導(dǎo)致了其抗磨性能不佳[5]。

2.4 復(fù)合抗磨劑的確定

在對(duì)不同抗磨劑進(jìn)行單劑性能考察的基礎(chǔ)上,初步確定了復(fù)合抗磨劑的組成,并對(duì)不同劑量的復(fù)合劑在油品中的性能進(jìn)行了全面考察,結(jié)果見表6。

表 6 不同劑量復(fù)合抗磨劑對(duì)油品性能的影響

從表 6中可以看到:加入不同劑量單劑組成復(fù)合抗磨劑后,對(duì)油品的極壓抗磨性能和水解安定性造成了不同的影響,從油品的綜合性能考慮,選擇復(fù)合抗磨劑 3作為研制油品的配方組成。

3 研制油的評(píng)價(jià)

3.1 氧化安定性考察

環(huán)境友好液壓油與傳統(tǒng)礦物油型液壓油存在較大差別,基礎(chǔ)油主要采用合成酯和植物油調(diào)合而成,其分子結(jié)構(gòu)主要為脂肪酸酯,在水存在的情況下容易發(fā)生水解,生成游離的脂肪酸。而在進(jìn)行AST M D943試驗(yàn)時(shí),需要加入一定量的水,這就導(dǎo)致了油品很難達(dá)到原定的技術(shù)指標(biāo),所以在進(jìn)行環(huán)境友好潤(rùn)滑油產(chǎn)品的開發(fā)工作時(shí),原來最常用來評(píng)價(jià)液壓液老化行為的 TOST(AST M D943)試驗(yàn)不適合用于環(huán)境友好液壓油的性能評(píng)價(jià)。通過對(duì)國(guó)外同類產(chǎn)品進(jìn)行考察,并參考相關(guān)的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn) (ISO/ D IS 15380-2000),采用加水 (TOST)和不加水(Dry TOST)試驗(yàn) 2種方法對(duì)油品氧化安定性進(jìn)行了考察,并與國(guó)外同類產(chǎn)品進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果見圖1。

圖1 研制油與參比油的性能對(duì)比

從圖1中看到:加水后 TOST試驗(yàn)中油品的氧化時(shí)間為 300 h,而在不加水的Dry TOST試驗(yàn)中,油品的氧化時(shí)間大大提高,約為加水后氧化時(shí)間的 10倍,這就充分說明水解是造成此類油品酸值上升的主要原因。同時(shí)可以看到,所研制的環(huán)境友好液壓油氧安定性要明顯優(yōu)于國(guó)外同類產(chǎn)品。

3.2 葉片泵臺(tái)架試驗(yàn)

按照所確定的復(fù)合添加劑和基礎(chǔ)油配方,調(diào)制了L-HM22環(huán)境友好液壓油,進(jìn)行 100 h的葉片泵試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表 7。

表7 L-HM22環(huán)境友好液壓油葉片泵磨損試驗(yàn)結(jié)果

從臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果可知:葉片泵試驗(yàn)中定子、葉片磨損量非常小,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于指標(biāo)要求,說明所研制的油品通過了葉片泵臺(tái)架試驗(yàn),且表現(xiàn)出了優(yōu)良的抗磨損性能。

3.3 研制油的性能評(píng)價(jià)

按照所確定配方調(diào)制了L-HM22環(huán)境友好液壓油,對(duì)油品的性能進(jìn)行了全面的分析評(píng)價(jià),結(jié)果見表 8。從表中的數(shù)據(jù)可知,研制油的性能完全達(dá)到了指標(biāo)要求。

表8 研制油的性能評(píng)定結(jié)果

4 結(jié)論

通過以上試驗(yàn),可以得到以下結(jié)論:

(1)以植物油與合成酯為主作為基礎(chǔ)油研制出的L-HM22環(huán)境友好液壓油具有良好的抗氧化性能和水解安定性,達(dá)到并優(yōu)于國(guó)外同類產(chǎn)品的水平。

(2)采用多種抗磨劑復(fù)配作為研制油的復(fù)合抗磨劑,使得油品表現(xiàn)出了優(yōu)異的抗磨損能力,順利通過了葉片泵臺(tái)架試驗(yàn)。

(3)研制油的各項(xiàng)理化指標(biāo)滿足產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

[1]趙興中.國(guó)外生物降解潤(rùn)滑劑的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) [J].潤(rùn)滑油,1994,9(1):24-26.

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[3]Reigh C Gunderson,Hart.Sythetic Lubricants[M].New York:Reinhold Publishing Co,1962.

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D eve lopm en t of L-HM22Environm en ta lly F riend ly H yd rau lic F lu id

L I J iu-sheng,ZHANG M e i,SU Gang,XU J ing
(PetroChina Lanzhou Lubricating O ilR&D Institute,Lanzhou 730060,China)

TE626.38

A

2009-11-03。

李久盛(1974-),男,副教授,2002年畢業(yè)于上海交通大學(xué),并獲得材料科學(xué)博士學(xué)位,主要從事潤(rùn)滑油添加劑的合成、摩擦學(xué)機(jī)理研究和可生物降解潤(rùn)滑油的開發(fā)工作,已在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊公開發(fā)表論文40余篇。

1002-3119(2010)05-0014-04