于 海，糜莉萍，梁依經(jīng)

(中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心，蘭州 730060)

幾種減摩劑在聚醚油中的性能評(píng)價(jià)

于 海，糜莉萍，梁依經(jīng)

(中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心，蘭州 730060)

對(duì)環(huán)氧油酸酯、苯三唑脂肪胺鹽、磷酸酯胺鹽、非活性硫化脂肪酸酯、硼化酰胺類(lèi)油酸酯減摩劑與聚醚油的相容性及其摩擦學(xué)性能進(jìn)行了考察。結(jié)果表明：磷酸酯胺鹽、環(huán)氧油酸酯和硼化酰胺類(lèi)油酸酯與聚醚油的相容性良好，而苯三唑脂肪胺鹽和非活性硫化脂肪酸酯與聚醚油的相容性較差；磷酸酯胺鹽對(duì)聚醚油具有良好的減摩效果以及承載能力，引入磷酸酯胺鹽后的新配方產(chǎn)品相較于原配方產(chǎn)品，在承載能力、減摩性能以及摩擦因數(shù)、牽引系數(shù)方面均有較大的改善。

減摩劑 摩擦因數(shù) 承載能力 牽引系數(shù)

聚醚是由環(huán)氧化合物及其衍生物共聚或均聚而成的主鏈中含有醚鍵結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，其主要結(jié)構(gòu)單元由環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧丁烷或四氫呋喃組成[1]。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征，使聚醚相對(duì)于其它礦物油和合成油聚α-烯烴來(lái)說(shuō)，在低溫性能、黏度指數(shù)、油泥控制、水容性、極壓特性、生物降解性等方面表現(xiàn)出色，已廣泛用于重負(fù)荷齒輪油、蝸輪蝸桿油、壓縮機(jī)油、液壓油、冷凍機(jī)油、金屬加工液等工業(yè)潤(rùn)滑油領(lǐng)域[2-5]。但作為極性基礎(chǔ)油的聚醚也存在著諸多不足，其中較低的對(duì)添加劑的溶解性和感受性一直是制約聚醚產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的難題之一。對(duì)聚醚型蝸輪蝸桿油及齒輪油產(chǎn)品開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，減摩性能是該類(lèi)型油品最重要的性能和特色，但由于其聚醚基礎(chǔ)油分子極性高，與添加劑中減摩劑存在競(jìng)爭(zhēng)吸附問(wèn)題，因此，減摩劑與聚醚油的適應(yīng)性和相容性是聚醚型渦輪蝸桿油及齒輪油產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的關(guān)注熱點(diǎn)。本課題對(duì)環(huán)氧油酸酯、苯三唑脂肪胺鹽、磷酸酯胺鹽、非活性硫化脂肪酸酯、硼化酰胺類(lèi)油酸酯減摩劑與聚醚油的相容性及摩擦學(xué)性能進(jìn)行考察和評(píng)價(jià)，為聚醚型蝸輪蝸桿油及齒輪油產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)和技術(shù)支持。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料及儀器

基礎(chǔ)油：鑒于聚醚型蝸輪蝸桿油及齒輪油產(chǎn)品中，多選用運(yùn)動(dòng)黏度(40 ℃)為220～460 mm2/s的油品，其中又以460號(hào)黏度級(jí)別的油品應(yīng)用居多，故采用一種運(yùn)動(dòng)黏度(40 ℃)為460 mm/s2的水溶性聚醚基礎(chǔ)油A作為本試驗(yàn)的基礎(chǔ)油，其主要理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 聚醚基礎(chǔ)油A的主要理化性質(zhì)

減摩劑：環(huán)氧油酸酯、苯三唑脂肪胺鹽、磷酸酯胺鹽、非活性硫化脂肪酸酯、硼化酰胺類(lèi)油酸酯。

試驗(yàn)儀器：MMW-1型四球機(jī)、MQ-12型四球機(jī)、MTM2型微牽引力試驗(yàn)機(jī)。

1.2 試驗(yàn)方法

相容性試驗(yàn)：分別用基礎(chǔ)油A與一定量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1%)的各減摩劑調(diào)制成混合樣品，在60～65 ℃的溫度下加熱攪拌2 h，然后靜置觀察油品外觀是否均一透亮，如外觀均一透亮則表明其相容性良好，如外觀渾濁或有沉淀、分層等現(xiàn)象則表明其相容性差。

四球機(jī)試驗(yàn)：使用四球機(jī)考察各減摩劑的承載能力和減摩效果，測(cè)定最大無(wú)卡咬負(fù)荷(PB)、磨斑直徑以及摩擦因數(shù)隨負(fù)荷的變化情況，其中PB的測(cè)定參考GB/T 3142—2004方法進(jìn)行，磨斑直徑的測(cè)定參考SH/T 0189—1992方法進(jìn)行，摩擦因數(shù)的測(cè)定參考SH/T 0762—2005方法進(jìn)行。

微牽引力試驗(yàn)：使用MTM2微牽引力試驗(yàn)機(jī)測(cè)定油品牽引系數(shù)在恒定負(fù)荷、溫度和傳動(dòng)比下隨時(shí)間的變化情況。試驗(yàn)條件為：溫度70 ℃，傳動(dòng)比50∶1，載荷35 N。

2 結(jié)果與討論

2.1 減摩劑對(duì)聚醚油的相容性

從聚醚基礎(chǔ)油的分子結(jié)構(gòu)來(lái)看，其中含有大量的烷氧基官能團(tuán)，在長(zhǎng)的碳鏈末端還存在極性較強(qiáng)的羥基。這些官能團(tuán)的存在，使得常用添加劑在聚醚基礎(chǔ)油與礦物油中的適應(yīng)性存在較大的差異，大部分添加劑不能直接用于聚醚型的潤(rùn)滑油配方中[6]。因此，對(duì)幾種減摩劑與聚醚基礎(chǔ)油A的相容性進(jìn)行了考察，結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可以看出：環(huán)氧油酸酯、磷酸酯胺鹽和硼化酰胺類(lèi)油酸酯與聚醚油的相容性良好，而苯三唑脂肪胺鹽和非活性硫化脂肪酸酯與聚醚油的相容性則不佳。

表2 減摩劑與聚醚油的相容性

2.2 摩擦學(xué)性能

將相容性良好的環(huán)氧油酸酯、磷酸酯胺鹽和硼化酰胺類(lèi)油酸酯減摩劑以一定量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1%)加入到基礎(chǔ)油A中，考察各油樣的摩擦學(xué)性能，結(jié)果如表3、圖1所示。

表3 各減摩劑的摩擦學(xué)性能考察結(jié)果

從表3可以看出：各減摩劑的加入對(duì)降低基礎(chǔ)油A的磨斑直徑、提高基礎(chǔ)油A的承載能力有明顯的作用；加入磷酸酯胺鹽時(shí)油品的PB值提升幅度最大，環(huán)氧油酸酯次之，硼化酰胺類(lèi)油酸酯最低。對(duì)應(yīng)實(shí)際工況，由于PB值可以表征油品的油膜強(qiáng)度，故磷酸酯胺鹽相較于其它減摩劑可有效防止油品油膜破裂所造成的軸承或齒面表面磨損；3種減摩劑作用下的鋼球磨斑直徑基本相當(dāng)，這是由于在較低負(fù)荷下(196 N)，各減摩劑在摩擦副表面所形成的物理或化學(xué)吸附膜強(qiáng)度相差不大。

圖1 3種減摩劑作用下摩擦因數(shù)隨負(fù)荷的變化■—硼化酰胺類(lèi)油酸酯；●—環(huán)氧油酸酯；▲—磷酸酯胺鹽；◆—基礎(chǔ)油A

從圖1可以看出：3種減摩劑中，磷酸酯胺鹽的加入對(duì)于摩擦因數(shù)的降低效果最為明顯，在負(fù)荷大于392 N時(shí)，摩擦因數(shù)隨著負(fù)荷的增加而平穩(wěn)下降，表明該減摩劑在金屬表面能形成致密、穩(wěn)定的吸附潤(rùn)滑膜；環(huán)氧油酸酯的加入對(duì)較低負(fù)荷下的摩擦因數(shù)有一定的降低效果，但隨著負(fù)荷增大，其摩擦因數(shù)相對(duì)于基礎(chǔ)油A無(wú)明顯改善，說(shuō)明此添加劑在較低負(fù)荷下能起到降低摩擦的作用，但在高負(fù)荷工況時(shí)對(duì)油品的潤(rùn)滑性改善不大；而硼化酰胺類(lèi)油酸酯對(duì)油品摩擦因數(shù)的改善效果較差，其摩擦因數(shù)隨著負(fù)荷的增加逐漸增大，表明該添加劑不能形成穩(wěn)定的吸附膜，在摩擦過(guò)程中隨著載荷的增大所生成的吸附膜不斷經(jīng)歷生成、破裂的循環(huán)過(guò)程，導(dǎo)致摩擦因數(shù)不斷增大[7]。

2.3 牽引系數(shù)

牽引系數(shù)是表征聚醚型產(chǎn)品摩擦學(xué)性能的重要指標(biāo)之一，其中低的牽引系數(shù)可使軸承或齒輪等傳動(dòng)設(shè)備的傳動(dòng)效率提高、工作溫度下降，并減少功率輸出和能源消耗[8]。進(jìn)行微牽引力試驗(yàn)可以更貼近工況，對(duì)各減摩劑的潤(rùn)滑性能評(píng)價(jià)結(jié)果也具有更好的參考價(jià)值。分別對(duì)3種減摩劑的牽引系數(shù)進(jìn)行考察，結(jié)果見(jiàn)圖2。從圖2可以看出：磷酸酯胺鹽和環(huán)氧油酸酯的加入對(duì)于降低聚醚基礎(chǔ)油A的牽引系數(shù)效果明顯。對(duì)應(yīng)實(shí)際工況，則可以提高傳動(dòng)效率，降低工作溫度，并減少功率輸出和能源消耗；而硼化酰胺類(lèi)油酸酯對(duì)于降低聚醚基礎(chǔ)油A的牽引系數(shù)效果不佳，其牽引系數(shù)隨時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸增大，不利于傳動(dòng)效率的提高。

圖2 3種減摩劑的牽引系數(shù)隨時(shí)間的變化—基礎(chǔ)油A; —環(huán)氧油酸酯; —硼化酰胺類(lèi)油酸酯; —磷酸酯胺鹽

2.4 在產(chǎn)品配方中性能評(píng)價(jià)

從上述幾種減摩劑在聚醚基礎(chǔ)油A中的摩擦學(xué)性能表現(xiàn)結(jié)果來(lái)看，磷酸酯胺鹽的加入對(duì)于提升油品的摩擦學(xué)性能效果最佳。為了進(jìn)一步驗(yàn)證該減摩劑在產(chǎn)品配方中是否同樣具有良好的摩擦學(xué)性能，將一定量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1%)的磷酸酯胺鹽引入到460號(hào)聚醚蝸輪蝸桿油產(chǎn)品配方中，進(jìn)行四球機(jī)試驗(yàn)以及微牽引力試驗(yàn)，并與原配方產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果分別見(jiàn)表4、圖3和圖4。從表4、圖3、圖4可以看出，引入磷酸酯胺鹽后的新配方產(chǎn)品相較于原配方產(chǎn)品，在承載能力、減摩性能以及摩擦因數(shù)、牽引系數(shù)方面均有較大的改善，說(shuō)明磷酸酯胺鹽應(yīng)用于聚醚油的產(chǎn)品配方中能表現(xiàn)出良好的摩擦學(xué)性能。

表4 新配方與原配方產(chǎn)品的摩擦學(xué)性能

圖3 新配方與原配方產(chǎn)品的摩擦因數(shù)對(duì)比◆—原配方；■—新配方

圖4 新配方與原配方產(chǎn)品的牽引系數(shù)對(duì)比—原配方; —新配方

3 結(jié) 論

(1) 環(huán)氧油酸酯、磷酸酯胺鹽和硼化酰胺類(lèi)油酸酯與聚醚油的相容性良好，而苯三唑脂肪胺鹽和非活性硫化脂肪酸酯與聚醚油的相容性則較差。

(2) 在四球機(jī)試驗(yàn)以及微牽引力試驗(yàn)中，磷酸酯胺鹽對(duì)聚醚油均表現(xiàn)出良好的減摩效果以及承載能力；環(huán)氧油酸酯的減摩效果次之，在較低負(fù)荷下對(duì)降低油品摩擦因數(shù)有一定的效果，但隨著負(fù)荷增大，減摩效果不明顯；而硼化酰胺類(lèi)油酸酯的減摩效果較差。

(3) 引入磷酸酯胺鹽后的新配方產(chǎn)品相較于原配方產(chǎn)品，在承載能力、減摩性能以及摩擦因數(shù)、牽引系數(shù)方面均有較大的改善。

[1] 程亮.聚亞烷基二醇制備方法概述[J].潤(rùn)滑油，2012，27(2)：35-42

[2] 茍連杰.聚醚潤(rùn)滑劑的特點(diǎn)及應(yīng)用[J].合成潤(rùn)滑材料，2002，29(3)：9-16

[3] 程亮，王力軍，張東桓，等.聚醚的制備及摩擦特性研究[J].潤(rùn)滑油，2013，28(1)：19-22

[4] 李慶忠，于秀坤，趙民，等.幾種復(fù)合添加劑在聚醚中的摩擦學(xué)行為研究[J].潤(rùn)滑與密封，2004，166(6)：15-17

[5] 羅時(shí)輝.聚亞烷基二醇-全合成高性能工業(yè)潤(rùn)滑劑基礎(chǔ)油[J].潤(rùn)滑油，2013，28(5)：6-12

[6] 陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司.可用作Ⅰ-Ⅳ類(lèi)烴油用潤(rùn)滑劑添加劑的聚亞烷基二醇：中國(guó)，CN102471720A[P].2012-05-23

[7] 祁有麗，蘇剛，陳馥婧，等.水溶性聚醚酯摩擦學(xué)性能的研究[J].摩擦學(xué)學(xué)報(bào)，2011，31(3)：249-254

[8] 程亮.聚亞烷基二醇結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系概述[J].潤(rùn)滑油，2014，29(4)：8-1

PERFORMANCE EVALUATION OF FRICTION REDUCERS IN POLYETHER (PAG) OIL

Yu Hai，Mi Liping，Liang Yijing

(PetroChinaLanzhouLubricatingOilR&DInstitute，Lanzhou730060)

The compatibility and tribological properties of friction reducers (epoxy oleate，benzotriazole aliphatic amine，amine phosphate，inactive sulfurized fatty acid ester，and boride oleic acid ester amides) in polyether (PAG) oil were investigated by four-ball test and MTM2 test machine. The results indicate that three kinds of friction reducers have a good compatibility and tribological properties with PAG，except benzotriazole aliphatic amine and inactive sulfurized fatty acid ester. The addition of amine phosphate has good effects on bearing capacity and the friction reduction for polyether. Great improvement in bearing capacity and friction reduction，friction factor，and traction coefficient of the PAG are observed after addition of amine phosphate.

friction reducer additives；friction factor；bearing capacity；traction coefficient

2015-12-14；修改稿收到日期：2016-03-02。

于海，工程師，從事工業(yè)用油的研究工作，公開(kāi)發(fā)表論文5篇。

于海，E-mail：yuhai_rhy@petrochina.com.cn。